JP2009502454A - 圧力制御システム - Google Patents

Abstract

本発明は、反応器（１）と、それに接続されかつ供給原料を反応器（１）に導入するために設けられた供給装置（２）との間の圧力差を維持するための圧力制御システムにおいて、圧力制御システムが加圧ライン（５）および圧力解放ライン（６）を備え、各ライン（５、６）が制御弁（７、８）を有し、両ライン（５、６）は結合して１つのメインライン（３）となって供給装置（２）に至り、メインライン（３）にはフィルタユニット（４）が設けられることを特徴とする圧力制御システム；ならびにそのような圧力制御システムを有する反応器および特定の圧力制御システムを有する反応器を用いる方法に関する。

Description

本発明は、反応器と、それに接続されかつ供給原料を反応器に導入するために設けられた供給装置との間の圧力差を維持するための圧力制御システム、そのような圧力制御システムを有する反応器、および本発明の圧力制御システムを有する反応器を用いる方法に関する。

好ましくは連続的にまたは断続的に、反応器に供給原料を導入することを必要とする工業プロセスが広く知られている。反応器中の化学反応が特定の圧力において行われる場合、供給原料を、反応器内の圧力よりも幾分高めの圧力において反応器に導入する必要がある。それゆえ、反応器と供給装置との間の圧力差は、反応器へ供給原料を計量供給するのに必要な駆動力である。工業プロセスの具体例は、例えばエチレンの気相重合であり、この場合には触媒供給原料を、好ましくは連続的にまたは断続的に反応器に導入する必要がある。気相重合プロセスでは、触媒を供給装置から、回転ディスクと静止ディスクとを備える計量供給装置を使用して、供給する。静止ディスクは一定数の孔を有するが、回転ディスクの孔の数はそれよりも多い。両ディスクの孔が互いに直接重なると、触媒供給原料が反応器に移動できる。当然のことながら、供給原料の量は、回転ディスクの速度に依存する。一般的に、圧力の変動は、回転ディスクの溝が詰まることによって起こる。これらの詰まりは、機械的摩耗および引き裂きにより上部静止ディスクと下部回転ディスクとの間の間隙が増大し始めると次第に問題となる。詰まりによって触媒スラリーが堆積するので、供給装置内の圧力が増大し、それにより力が、触媒スラリーがモノマーと接触する反応域へ触媒スラリーを送り込む。増大した圧力が、緊急停止システムを誘発するほど高くなることもある。エチレンの気相重合は、通常反応器内の圧力約２０〜３０ｂａｒｇにおいて行われ得る。約０．５ｂａｒｇの圧力変化が起こることは多く、約１分間圧力上昇して約３０分間で初期値まで圧力低下することが判明している。

それゆえ、圧力差（ＤＰ）のいかなる問題も、触媒供給量の損失を不都合にももたらし、それは次に、プロセスパラメータ、製品品質、プラントの安全性および保守に関して多くの問題を引き起こす。さらに、圧力が予期せず急上昇すると、圧力隔離システム（緊急圧力トリップ）を作動させてプロセスを中断し、生産損失、浄化および追加的な保守に関して望ましくない問題をもたらし得る。

それゆえ、制御された量の触媒が反応器に流れ込むようにするために、反応器と供給装置との間の圧力差を非常に狭い域内に制御する必要がある。

これまで、供給装置内部の圧力、それゆえ反応器と供給装置との間の圧力差を、供給原料に圧力をかけるために不活性ガス源を提供することによって制御した。しかしながら、好適に加圧された不活性ガスの提供によってあまり圧力差の制御はできず、突然の圧力変化に素早く対処できないことを示した。例えば、供給原料が触媒であると、供給装置内の圧力の突然の変化が、より多くの触媒を反応器に流入させることになり、それにより温度が上昇して速度を下げる。それはまた反応の完全な終了ももたらし得る。

反応器内の不安定性は生産性の減少をもたらす。エチレンの気相重合の場合には、主に供給装置が新たに充填された後に不安定性が見られ、生産速度は一般に約５トン／時減少し、かつ状態が安定するまで最低４〜６時間は低い状態に保たれることが判明している。そのような不安定な状態は週に２〜３回起こり得ることが判明しており、かつまた高密度の触媒を使用して動作される高密度の稼動時ではより頻繁であり、各事象により生産を２５〜５０トン減少させ得る。

従って、本発明の目的は、従来技術の欠点を克服する反応器と供給装置との間の圧力差を維持するための圧力制御システムを提供することにある。特に、信頼性、連続性、コスト効率性および安全性が改善され、圧力差の変動を克服したまたは少なくとも最小限にした圧力制御システムを提供する。

さらに、本発明の圧力制御システムを有する反応器、ならびに本発明の圧力制御システムを有する反応器を用いる方法を提供することがさらなる目的である。

第１の目的は、加圧ラインおよび圧力解放ラインを備える圧力制御システムであって、各ラインが制御弁を有し、両ラインは結合して１つのメインラインとなって供給装置に至り、メインラインにはフィルタユニットが設けられる、圧力制御システムによって達成される。

好ましくは、反応器は気相反応器であり、かつ供給原料は、固体、液体またはスラリーである。

最も好ましくは、供給原料は触媒を含有する。

一実施形態においては、フィルタユニットは焼結金属フィルタである。

好ましくは、加圧ラインを不活性ガス源、好ましくは窒素に接続する。

さらに、解放ラインは供給装置から大気へ圧力を放出してもよく、かつその端部分の断面は拡大されていてもよい。これにより放出速度を低減する。

好ましくは、反応器と供給装置との間の圧力差を、差圧伝送器によって好ましくは連続的に測定する。

最も好ましくは、伝送器および制御弁は制御装置に接続される。

一実施形態においては、供給原料は、計量供給装置を使用して供給装置から反応器に計量供給される。

好ましくは、計量供給装置は、ウェアプレートの上で回転する計量供給ディスクである。

一層好ましくは、供給原料は、連続的にまたは断続的に反応器に供給される。

さらなる目的は、本発明の圧力制御システムを有する反応器によって達成される。

本発明によれば、本発明の圧力制御システムを有する反応器において化学反応を行う方法が提供される。

驚くことに、反応器および供給装置を備える反応装置において用いられた本発明の圧力制御システムは、良好な結果を示し、全環境下において圧力差を維持したので、供給装置の圧力も実質的に一定に維持されたことが判明した。提供された本発明の圧力制御システムは、特に暴走反応をなくすことにより、反応器の信頼性、動作連続性およびプロセス安全性を改善した。定常状態での運転によって、コスト削減も達成される。本発明の圧力制御システムは、制御解放弁を備えて、供給装置から圧力を放出し、それにより圧送が回避される。低圧の場合に供給装置圧力を制御するために、第２の制御加圧弁が設けられる。さらに、制御解放弁が開放される場合に供給原料物質を捕らえるためのフィルタユニットが設けられて、供給原料物質が大気にさらされないようにする。フィルタユニットを清浄するためのブローバック機構を設けるために、フィルタユニットの配置は、フィルタユニットを常に連続清浄下に保つために非常に重要である。それゆえ、フィルタユニットは、メインラインが圧力解放ラインおよび加圧ラインに分かれるＴ字接続より前のメインラインに位置する。それゆえ、圧力放出によって運び去られる供給原料物質が捕らえられ、かつ加圧ラインを介して提供された不活性ガスがフィルタユニットを逆方向に通過して、供給装置の圧力を高めかつフィルタユニットを清浄する。

本発明の圧力制御システムのさらなる特徴および利点は、以下、好ましい実施形態の詳細な説明から図面を参照して明らかになる。

本発明の圧力制御システムは、エチレンの気相重合に用いられるのが有利であり、以下の詳細な説明はそのような気相重合プロセスに基づくものである。しかしながら、当業者は、本発明の圧力制御システムを、反応器内に存在する圧力に対抗して供給原料を導入する必要のある他のいずれかの反応装置に用いてもよいことを理解できる。

図１には、重合反応器１と、それにライン１１を介して接続されかつ触媒供給原料を重合反応器１に導入するために設けられた触媒供給装置２とを備える反応装置を示す。本発明の圧力制御システムに必要のない、反応装置のいずれの機器も明瞭にするために省略した。触媒供給装置２からはメインライン３がフィルタユニット４まで延在する。フィルタユニット４を過ぎると、メインラインは、加圧ライン５および圧力解放ライン６に分かれる。加圧ライン５および圧力解放ライン６は双方ともそれぞれ制御弁７、８を有する。圧力解放ライン６は大気に圧力を放出する一方で、加圧ライン５は、不活性ガス源、好ましくは窒素に接続されて、触媒供給装置２の圧力を高める。反応器１と触媒供給装置２との間の圧力差は、差圧伝送器９によって測定できる。制御弁７、８および伝送器９を制御装置１０に接続して、圧力差および弁７および８の開閉を制御する。弁、パイプおよびフィルタの仕様の設計には、公知のプロセス計算を用いることができる。

図１に示す反応装置の動作中、反応器１と触媒供給装置２との間の圧力差は、好ましくは連続的に測定される。圧力差が高すぎると判断される場合には、制御装置１０は、解放ライン６にある制御弁８を作動させ、所望の圧力差が得られるまで大気に圧力を放出して、制御弁８を閉鎖してもよい。圧力流によって、触媒供給装置２に含まれる触媒は運び去られ得るが、フィルタユニット４において捕らえられ、大気に触媒が放出されないようにする。これは、コスト効率がよく、環境に優しい。

反応器１と触媒供給装置２との間の圧力差が低すぎると判断される場合には、制御装置１０は、加圧ライン５にある制御弁７を作動させる。次に、制御弁７は開放して不活性ガス、好ましくは窒素を反応装置に導入し、所望の圧力が得られるまで触媒供給装置２の圧力を高くする。それゆえ、本発明の圧力制御システムは、触媒供給装置２内部の高すぎたり低すぎたりする圧力を安定化させることを目的とする。

つまり、触媒供給装置２から反応器１へライン１１を通って触媒スラリーを供給する。圧力伝送器９は、反応器１と触媒供給装置２との間の圧力差を測定している。測定された信号が、最も好ましくは制御室に収容された制御装置１０に送信される。制御装置１０はスプリットレンジ制御装置であり、圧力差および設定値に基づいて、触媒供給装置２内が高圧の場合には圧力を放出し、低圧の場合には圧力を高めるように動作するように、弁の１つに命令する。メインライン３は、出たり入ったりする流れを両方とも運び、フィルタユニット４は、放出プロセス中に流出したいかなる微粉も捕らえ、フィルタユニット４内の微粉残留物は自動的に清浄される。好ましくは、メインライン３は触媒供給装置２より位置が高く、傾斜をつけられて、微粉を重力によって触媒供給装置２に落下させるようにする。

圧力差を調整するための良好な結果が、本発明の圧力制御システムを用いることによって得られた。これを、本発明の圧力制御システムの始動前後の圧力差のグラフを示す図２においてさらにまとめた。始動前、反応器と触媒供給装置２との間の圧力差は非常に変動したが、始動後、圧力差は実質的に一定していた。

上述の説明、特許請求の範囲または添付の図面において開示された特徴は、個別でもそれらを組み合わせても、本発明を多様な形態で実現するための材料となり得る。

本発明の圧力制御システムを用いる反応装置の単純な形態の概略図を示す。 本発明の圧力制御システムを用いる前と始動後の圧力差のグラフを示す。

Claims (16)

1. 反応器（１）と、それに接続されかつ供給原料を前記反応器（１）に導入するために設けられた供給装置（２）との間の圧力差を維持するための圧力制御システムにおいて、前記圧力制御システムが加圧ライン（５）および圧力解放ライン（６）を備え、各ライン（５、６）が制御弁（７、８）を有し、両ライン（５、６）は結合して１つのメインライン（３）となって前記供給装置（２）に至り、前記メインライン（３）にはフィルタユニット（４）が設けられることを特徴とする圧力制御システム。
2. 前記反応器（１）が気相反応器であることを特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。
3. 前記供給原料が固体、液体またはスラリーであることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力制御システム。
4. 前記供給原料が触媒を含有することを特徴とする請求項３に記載の圧力制御システム。
5. 前記フィルタユニットが焼結金属フィルタ（４）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力制御システム。
6. 前記加圧ライン（５）が不活性ガス源に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧力制御システム。
7. 前記不活性ガスが窒素であることを特徴とする請求項６に記載の圧力制御システム。
8. 前記解放ライン（６）が前記供給装置（２）から大気に圧力を放出することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧力制御システム。
9. 前記解放ライン（６）の端部分の断面が拡大されていることを特徴とする請求項８に記載の圧力制御システム。
10. 前記反応器（１）と前記供給装置（２）との間の圧力差が、差圧伝送器（９）によって測定されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧力制御システム。
11. 前記伝送器（９）および前記制御弁（７、８）が制御装置（１０）に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の圧力制御システム。
12. 前記供給原料が、計量供給装置を使用して前記供給装置（２）から前記反応器へ計量供給されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の圧力制御システム。
13. 前記計量供給装置が、ウェアプレートの上で回転する計量供給ディスクであることを特徴とする請求項１２に記載の圧力制御システム。
14. 前記供給原料が、連続的にまたは断続的に前記反応器（１）に供給されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の圧力制御システム。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の圧力制御システムを有することを特徴とする反応器。
16. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の圧力制御システムを有する反応器において化学反応を行うことを特徴とする方法。

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