JP2008519150A - オレフィン類の気相重合装置及び方法 - Google Patents

Abstract

気相流動床反応器（１）、反応器（１）からポリマー粒子を連続的又は断続的に取り出すための生成物取り出しライン（１５）であってポリマー粒子及びガスを分離するための減圧容器（２）に接続されている生成物取り出しライン（１５）、減圧容器（２）に接続していてガスから随伴微粒子を取り除くためのリサイクルガスフィルタ（３）、微粒子が取り除かれたガスを圧縮して反応器（１）に再循環させる圧縮器を具備するオレフィン類の重合、特にエチレン重合用の装置であって、リサイクルガスフィルタ（３）は、ガス入口（６）を具備する入口室（４）と、ガス出口（７）を具備する出口室（５）と、入口室（４）を出口室（５）から分離し微粒子を保持するための本質的に垂直なシート状フィルタ媒体（９）と、粒子出口（８）とを有する。入口室（４）は、隔壁（１０）を有する。隔壁（１０）は、フィルタ媒体（９）に対して本質的に平行に配置されており、入口室（４）を流入領域（４ａ）とフィルタ領域（４ｂ）とに分ける。流入領域（４ａ）はガス入口（６）に接続している。フィルタ領域（４ｂ）には、フィルタ媒体が配置されている。フィルタ領域（４ｂ）は、上部開口及び下部開口を有し、体積流量の60〜90%が上部開口を通して流れ、頂部から下方向にフィルタ媒体（９）に沿うフローが得られるように、寸法決めされている。

Description

本発明は、気相流動床反応器；ポリマー粒子及びガスを分離するための減圧容器に連結されていて、ポリマー粒子を連続的又は断続的に反応器から取り出すための生成物取り出しライン；減圧容器に連結されていて、ガスから随伴微粒子を取り除いて反応器に再循環させるためのリサイクルガスフィルタ；及び、微粒子が取り除かれているガスを圧縮して反応器に再循環させる圧縮器を具備する、オレフィン類、特にエチレンの重合装置に関する。リサイクルガスフィルタは、ガス入口を備える入口室と、ガス出口を備える出口室と、入口室を出口室から分離し微粒子を保持するための本質的に垂直なシート状フィルタ媒体と、粒子出口と、を有する。

気相重合プロセスは、エテン及びプロペンの重合又はエテン又はプロペンと他のC₂〜C₈-α-オレフィン類との共重合のための経済的なプロセスである。このような気相重合プロセスは、特に、適切なガス流によってポリマー粒子が懸濁状態に維持される気相流動床プロセスとして構成することができる。このタイプのプロセスは、たとえば、欧州特許公開公報EP-A-0 475 603、EP-A-0 089 691及びEP-A-0 571 826（これらは全体を本願明細書に援用する）に記載されている。

このような場合、流動床内に存在するポリマー粒子は、連続的又は断続的に排出され、減圧容器まで空気圧によって運ばれる。ポリマー粒子に加えて、多量のガスもまた反応器から排出され、このガスをプロセスに再循環させることは実用的である。減圧容器内でポリマー粒子から分離されたが多量の微小ダストを未だ含有するガスを反応器回路に直接戻すことはできない。代わりに、圧縮器内での堆積を避けるために、最初に微粒子を実質的に取り除かなければならない。

バグフィルタの電池を具備する再循環ガス用フィルタは、通常、このために用いられる。このようなフィルタは、ダスト負荷量が高くても比較的長時間運転することができるからである。

ダスト堆積及びフィルタ浄化の点でリサイクルガスフィルタの理想的な設計、特に不安的なフィルタケーキの集積を避けるための理想的な設計は、プラントの非常に高い利用性を確実にするために非常に重要である。フィルタの閉塞はプラントのシャットダウンを誘発し、フィルタはプラントの運転中にフィルタを交換可能とする複合能力を有していなければならないだろう。

ドイツ特許DE 39 30 765 C1（内容は本願明細書に援用する）は、上部壁区域及び下部壁区域が、フィルタ上への横断方向フロー及び長手方向フローを可能とし、フィルタ面上のダスト堆積をより均一にするために、フィルタの入口領域内で用いられるバグフィルタを開示する。上部壁区域及び下部壁区域は、側方からのフローに対する下部からのフローの比率に影響し得るように、水平方向に互いに向かい合うように載置されている。側方からのフローは、ガス用の固定隔壁によってもたらされる。このような配置は、第一に非常に複雑であり、第二にフィルタケーキの安定性は少々不十分である。

解決課題

従来技術の上述の欠点を解決し、リサイクルガス流から粒子を取り除くことができ、長時間の運転時間を提供するプロセス及び装置を提供することが本発明の目的である。

解決手段

この目的は、フィルタ媒体に対して本質的に平行に配置されている隔壁であって、ガス入口に連結されている流入領域と、フィルタ媒体が配置されていて上部開口及び下部開口を有するフィルタ領域とに入口室を分割する隔壁を有し、上部開口及び下部開口は、体積流量の60〜90%が上部開口を通して流れ、フィルタ媒体に沿って頂部から下方向へのフローが生じるような寸法とされている、当該入口室によって、本発明にしたがって達成される。

本発明によって与えられる解決の重要な側面は、フィルタ媒体に上方から流れる精製されるべきガスの割合が、フィルタ媒体に下方から流れる割合よりも大幅に高いことである。この態様にて、フィルタに沿った比較的低い流速で、フィルタを通しての高いガス処理量（高容量フロー）が達成される。容易に清浄化することができるフィルタケーキの形成は、重力によって及び頂部から下方向にフィルタ上に流れるガスによって達成されるフィルタの洗浄により補助される。本発明による配置は、この説明に拘束されることなく、清浄化された微粒子がフィルタ上に再度堆積して、もはや完全には清浄化されないフィルタケーキ（不安定なフィルタケーキ）を形成することを防止することができるだろう。したがって、本願に限定されることなく、多量の微小ダストがここに頻繁に形成されるので、フィルタは、流動床反応器を用いる重合プラントにとって特に適切である。しかし、本発明のフィルタは、フィンの高い割合ゆえに不安定なフィルタケーキの形成が防止されるべきすべての用途に原理上、適切であることを強調することができるだろう。

別の重要な側面は、入口室が２つの領域、すなわち流入領域及びフィルタ領域に分割されることである。この分割の結果として、流入する粒子含有ガスはフィルタに直接作用しないが、代わりに、隔壁内の上部開口及び下部開口を介してフィルタ領域全体に分配される。長時間転中のフィルタ物質の衰退はこうして回避される。さらに、上部開口及び下部開口の適切な寸法決めによって、特に重合反応器からのポリマー生成物の断続的な除去の間に生じる圧力の急上昇の場合であっても、フィルタ物質のテアリング（tearing）のリスクは有意に減少する。

フィルタとして、シート状フィルタ媒体を用いて作用するすべてのタイプのフィルタを用いることが可能である。フィルタは表面フィルタ又は深床（deep-bed）フィルタであってもよいが、表面フィルタが好ましい。バグフィルタ、好ましくはバグフィルタの電池の形態でのバグフィルタが最も好ましく用いられる。しかし、エンベロープフィルタ又はカートリッジフィルタもまた用いることができる。すべての慣習的なフィルタ媒体が原理上はフィルタ媒体として適切である。材質に関する唯一の制限は、耐火性に関するものであり、フィルタを金属アルキル類の存在下で開放する際にフィルタ媒体が着火しないようにする。不織布又は織布、たとえばガラス、金属又は好ましくはポリフェニレンサルファイド(PPS)などの不燃性プラスチック製のこのタイプの物質を用いることが好ましい。フィルタ媒体の選択及び設計に関する情報は、たとえば「Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition, 2000 Electronic Release」（内容は本願明細書に援用する）に見られる。

安定なフィルタケーキが集積した後のフィルタ効率は、通常99%超過、好ましくは99.9%超過である。
フィルタを浄化するために、規則的な間隔でフローを短時間反転させることができ、このような浄化は本発明による配置によって短い間隔で行われる。本発明によれば、このような規則的な間隔での浄化が好ましい。

本発明の好ましい実施形態において、隔壁は筒状であり、フィルタ媒体は筒内部に配置されている。このような場合、平行なバグフィルタ配置が好ましい。隔壁の上部開口及び下部開口は、この態様でフィルタ上への非常に均一なフローを可能とする環状ギャップとして構成することができる。

本発明の別の好ましい実施形態において、入口室は筒状であり、ガス入口は偏倚して、特に本質的に接線方向に入口室に連結されている。この態様で、流入領域でのフィルタダストの予備堆積が達成される。

本発明によれば、入口室及び隔壁は筒状で、中心軸は本質的に垂直であることが好ましい。このような場合、筒状隔壁はフィルタ物質を完全に包囲する。
さらに、体積流量の60〜85%、特に好ましくは65〜80%が上部開口を通して流れることが好ましい。この結果、ガス処理量及びフィルタ浄化の特に有利な組み合わせが得られる。堆積流量を分配する上部開口及び下部開口の設計は、技術手法によって計算することができるか又は単純な実験により決定することができる。フィルタを通しての単位面積当たりの処理量は、通常120m³/m²hを超えるべきではなく、フィルタを通しての単位面積当たりの処理量は20〜100m³/m²hが好ましく、フィルタを通しての単位面積当たりの処理量は30〜60m³/m²hが特に好ましい。

本発明は、さらに、オレフィン類の重合プロセスを提供する。ここで、気相流動床反応器内で触媒の存在下でオレフィンは重合され、ポリマー粒子は連続的又は断続的に反応器から取り出され、ポリマー粒子を搬送するガスからポリマー粒子は分離され、リサイクルガスフィルタによってガスから随伴微粒子が取り除かれ、ガスは圧縮され、少なくとも部分的に反応器に再循環する。リサイクルガスフィルタは、微粒子を保持するための本質的に垂直なシート状フィルタ媒体を有し、体積流量の60〜90%は、フィルタ媒体上に上方から流れ、フィルタ媒体に沿って頂部から下方向へ向かう流れが生じる。

実施形態

添付図面を参照しながら本発明を説明する。しかし、本発明はこれらに限定されない。
図１は気相流動床反応器の概略図を示し、図２は本発明によるリサイクルガスフィルタの概略図（垂直区域）を示し、図３は本発明によるリサイクルガスフィルタの概略図（水平区域）を示す。

図１は、気相流動床反応器を有する重合プラントの構成を示す。
気相流動床は、通常、ガス流によって気相中に懸濁状態に維持される粒子からなる。本発明によれば、流動床は、ガス又はガス混合物ばかりではなく、流体として凝縮物質をも含み得る。

実際の反応器１は、筒状配管を具備する。流動床１ｂは、通常、ガス分配板１ａによって底部にて境界を形成する。筒状部分の頂部にて、通常、反応器１からの粒子の排出を減少させる拡張沈静域１ｃに隣接する。別の実施形態において、沈静域は省略してもよい。反応ガスは、沈静域の上端部で反応器１を出て、サイクロン１２を介してガス循環ラインに運ばれ、そこから熱交換器１３を介して圧縮器１４に運ばれ、ここでリサイクルガスは冷却されて反応器１に戻される。

プラントがα-オレフィン類の重合に用いられる場合、循環した反応器ガスは通常エテン又はプロペン、所望により、水素などの分子量調節剤及び窒素などの不活性及び／又はエタン、プロパン、ブタン、ペンタン又はヘキサンなどの飽和炭化水素の混合物である。加えて、反応器ガスは、プロペン、1-ブテン、1-ペンテン、2-メチルペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン及び1-オクテンなどのC₃-C₈-α-オレフィン類を含んでいてもよく、これらはコモノマーとして凝縮形態で存在していてもよい。エチレンが1-ヘキセン又は1-ブテンと共重合するプロセスが好ましい。反応器ガスの速度は、配管内に存在し重合域として作用する微細に分割されたポリマーの混合弛緩（loose）床を最初に流動化し、次いで重合熱を効率的に取り除くに十分である速度とすべきである。

一定の反応条件に設定するために、反応器ガスの成分を気相流動床反応器又は循環反応器ガスに直接供給することができる。
気相流動床反応器の容量は、知られているように、循環反応器ガスの冷却能力によって制限される。この冷却能力は、反応器ガスが維持されるか又は（共）重合が行われる圧力に一次的に依存する。一般には、0.1〜10MPa、好ましくは1〜8MPa、特に1.5〜5MPaの圧力で作用することが有利である。加えて、冷却能力は、（共）重合が流動床内で生じる温度に依存する。本発明のプロセスにおいて、30〜125℃、特に好ましくは75〜118℃の温度で作用することが有利である。この範囲内の高い温度は、好ましくは比較的高い密度を有するコポリマーに対して設定され、この範囲内の低い温度は、好ましくは比較的低い密度を有するコポリマーに対して設定される。さらに、秤量された触媒の量は生成物収量を決定する。

温度とは別に、窒素又は不活性炭化水素などの不活性ガスの割合は、生じる膠着及び堆積のリスクに影響する。不活性ガスの割合が高いと、堆積のリスクを減少させることができるが、同時に、低い触媒生産性の結果として空間時間收率（space-time yield）に不利な影響を与えるので、プロセスは不経済になる。本発明のプロセスにおいて、不活性ガスの割合は、反応ガスの総容積を基準として好ましくは15〜75vol%であり、特に好ましくは35〜50vol%である。

触媒として、オレフィン重合に適切であるすべての種類の触媒を用いることができる。チーグラー（Ziegler）触媒、クロム系Phillips触媒及びシングルサイト（single-site）触媒、特にメタロセン触媒に特に言及することができるが、これらに限定されない。

ポリマーは、１以上の排出ライン１５を通して連続的又は断続的に排出される。ポリマーは、一緒に排出されたガスの大部分が減圧容器２内で除かれて、さらなる処理ユニットに通過する。

ポリマーから分離され、有意量の随伴する微小ダストを含むガスは、リサイクルガスフィルタ３に供給され、ガスから多量の微小ダストが除かれる。精製されたガスは、圧縮器１１内で反応器圧力まで圧縮され、循環ガス内に供給される。

図２は、本発明に従いリサイクルガスフィルタ３を貫通する垂直区域を概略的に示し、図３は、フィルタ３を貫通する水平区域を示す。リサイクルガスフィルタは、本質的に筒状であり、下部領域に入口又は未処理ガス領域４を含み、上部領域に出口又は清浄ガス領域５を含む。入口領域及び出口領域は、シート状フィルタ媒体９によって分離される。フィルタ媒体は、リサイクルガスフィルタ３内に垂直方向に延在するバグフィルタ電池９の形態で組み込まれる。

入口ガス領域４は、円錐台形状にて下方に延在し、最終的には粒子出口８にて終止する。粒子出口８を介して、リサイクルガスフィルタ３からの随伴粒子は排出され得る。微小ダストは、減圧容器２に断続的に戻され、ポリマーに添加される。

入口領域４は、隔壁１０によって２つの領域、すなわち流入領域４ａ及びフィルタ領域４ｂに分割される。隔壁１０は、同様に、筒の形態で入口領域４内に延在し、流入領域４ａは円形断面を有する。隔壁は、上部ギャップと下部ギャップとのギャップ幅の比率が約1.9であり、上部環状ギャップを流通する体積流量の割合が約65%となる環状ギャップの形態での上部開口及び下部開口を有する。ギャップは、大きな圧力降下を生じずに、ガス入口を流通するガスがバグフィルタ全体に十分に分配されるように寸法づけられる。最初に、頂部からからやってくるフローと下部からやってくるフローとを交互にし、こうして運転条件を適合させるために、固定されるべきギャップあるいは載置されるべき筒状隔壁１０を垂直方向に移動可能とすることは可能である。未処理ガスのフロー方向は、矢印によって示される。

バグフィルタ９は、不燃性フィルタ物質、たとえばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を含む慣用の市販のバグフィルタである。
フィルタは、フローを逆転することによって規則的間隔にて清浄化される。このような清浄化を用いることは、当業者に一般に知られており、たとえばUllmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition, 2000 Electronic Releaseに記載されている。

隔壁（１０）は、筒状容器に溶接されている支柱によって定位置に保持される。
本発明のリサイクルガスフィルタの優れた運転時間挙動は、約2.5年の期間にわたりフィルタ要素の交換を必要とせずに約250000メートルトン／年の生産高を有する気相流動床反応器を具備する重合プラントによって特に明らかにされる。

図１は気相流動床反応器の概略図を示す。 図２は本発明によるリサイクルガスフィルタの概略図（垂直区域）を示す。 図３は本発明によるリサイクルガスフィルタの概略図（水平区域）を示す。

Claims (8)

1. 気相流動床反応器（１）；当該気相流動床反応器（１）からポリマー粒子を連続的又は断続的に取り出すためのポリマー粒子とガスとを分離する減圧容器（２）に連結されている生成物取り出しライン（１５）；減圧容器（２）に連結されていてガスから随伴微粒子を取り除くためのリサイクルガスフィルタ（３）；及び、微粒子が除かれたガスを圧縮して当該気相流動床反応器（１）に再循環する圧縮器を具備するオレフィン類、特にエチレンの重合装置であって、当該リサイクルガスフィルタ（３）は、ガス入口（６）を備える入口室（４）と、ガス出口（７）を備える出口室（５）と、当該入口室（４）を当該出口室（５）から分離し微粒子を保持するための本質的に垂直なシート状フィルタ媒体（９）と、粒子出口（８）とを有し；当該入口室（４）は当該フィルタ媒体（９）に対して本質的に平行に配置されている隔壁（１０）を有し、当該隔壁（１０）は当該入口室（４）を流入領域（４ａ）とフィルタ領域（４ｂ）とに分割し、当該流入領域（４ａ）はガス入口（６）に連結されており、当該フィルタ領域（４ｂ）には当該フィルタ媒体が配置されており、当該フィルタ領域（４ｂ）は上部開口及び下部開口を有し、当該上部開口及び当該下部開口の寸法は、当該上部開口を通して体積流量の60〜90%が流れ、頂部から下方向に向かって当該フィルタ媒体（９）に沿う流れを生じさせるような寸法である、装置。
2. 体積流量の60〜85%、特に65〜80%が前記上部開口を通して流れる、請求項１に記載の装置。
3. 前記隔壁（１０）は筒状で、前記フィルタ媒体（９）は前記筒状隔壁（１０）の内部に配置されている、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記入口室（４）は筒状で、前記ガス入口（６）は当該入口室（４）に対して偏倚、特に本質的に接線方向に連結されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. フィルタを通しての単位面積当たりの処理量は、20〜100 m³/m²h、好ましくは30〜60m³/m²hである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 気相流動床反応器（１）内で触媒の存在下でオレフィンが重合され、ポリマー粒子が反応器（１）から連続的又は断続的に取り出され、ポリマー粒子を一緒に保持するガスからポリマー粒子が分離され、微粒子を保持するための本質的に垂直なシート状フィルタ媒体（９）を有するリサイクルガスフィルタ（３）によってガスから随伴微粒子が取り除かれ、ガスが圧縮され、少なくとも部分的に反応器（１）に再循環され、体積流量の60〜90%は上方からフィルタ媒体（９）上に流れ、フィルタ媒体（９）に沿って頂部から下方向への流れを生じさせる、オレフィン類の重合方法。
7. ギャップ速度は1m/s未満である、請求項６に記載の方法。
8. 入口室（４ａ）へのフローは本質的に接線方向である、請求項６又は７に記載の方法。

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