JP2014047230A - オレフィン重合体の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新規なオレフィン重合体の製造装置を提供する。
【解決手段】製造装置２１は、流動床反応装置と、反応停止ガス貯槽９と、流動床反応装置と反応停止ガス貯槽９とを連結し、少なくとも２基の遮断弁１１ａ、１１ｂが直列に設置されている配管１５ａ（反応停止ガス供給配管）と、遮断弁１１ａ、１１ｂの間の領域に接続し、オリフィス１３（縮小部）を有するガス放出用配管１６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明はオレフィン重合体の製造装置に関するものである。さらに詳しくは、オレフィンを気相重合反応するプロセスにおいて、必要なときのみに確実かつ迅速に反応停止ガスを流動床反応装置に供給することができるオレフィン重合体の製造装置に関するものである。

オレフィンの重合体は、例えば、流動床反応器で触媒を用いた気相重合を行って製造する。気相重合では、重合反応中に温度の異常な上昇等の異常現象が見られる際、およびオレフィン重合体の製造終了の際等に、速やかにオレフィンの重合反応を停止するために、反応系内に反応停止ガスを投入する（特許文献１）。

特開平１０−１３９８０２号公報（１９９８年５月２６日公開）

反応停止ガスは、通常の運転状態では反応器と遮断された状態に保持され、緊急停止時または反応停止操作時等には、煩雑な操作を伴わずに使用できるように待機させる必要がある。

しかし、反応器を反応停止ガスから遮断する方法として遮断弁のみを採用した場合は、例えば遮断弁の内通によって、通常運転時に反応停止ガスがごくわずかでも反応器に入ると、重合反応の低下を引起こす虞がある。また、反応器を反応停止ガスから遮断する方法として仕切り板を採用した場合は、反応停止操作時に確実かつ迅速に反応停止ガスを反応器に供給することができない虞がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、必要なときのみに確実かつ迅速に反応停止ガスを流動床反応装置に供給することができるオレフィン重合体の製造装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は以下のものを提供する。
１）オレフィンを気相重合反応する流動床反応装置と、上記気相重合反応を停止させる反応停止ガスを貯蔵する反応停止ガス貯槽と、上記流動床反応装置と上記反応停止ガス貯槽とを連結し、少なくとも２基の遮断弁が直列に設置されている反応停止ガス供給用配管と、上記２基の遮断弁の間の領域に接続し、開口面積を狭める縮小部を有するガス放出用配管とを備えるオレフィン重合体の製造装置。
２）上記ガス放出用配管に中間パージ弁を備える１）に記載のオレフィン重合体の製造装置。
３）上記反応停止ガス供給用配管に設置された少なくとも２基の遮断弁の動作と、上記ガス放出用配管に備えられた中間パージ弁の動作とを制御する制御部を備える２）に記載のオレフィン重合体の製造装置。
４）上記縮小部がオリフィスである、１）から３）のいずれかに記載のオレフィン重合体の製造装置。

本発明によれば、必要なときのみに確実かつより迅速に反応停止ガスを流動床反応装置に供給することができるオレフィン重合体の製造装置を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係る製造装置の概略を示す図である。

〔１．オレフィン重合体の製造装置〕
本実施形態に係るオレフィン重合体の製造装置２１は、図１に示すように、流動床反応器１等を含む流動床反応装置と、反応停止ガス貯槽９と、遮断弁１１ａ、１１ｂを備えた配管（反応停止ガス供給用配管）１５ａと、ガス放出機構とを備えて構成される。製造装置２１は、さらに、配管を介して流動床反応器１に接続された触媒供給設備６および原料供給設備７、並びに、制御用コンピューター（制御部）１４等を含むように構成されている。

なお、同図中における８は次工程装置を示し、例えば、製品抜出配管４を介して流動床反応器１から取り出したオレフィン重合体を処理する乾燥機、および混練造粒機等が挙げられる。

（流動床反応装置）
流動床反応装置は、流動床反応器１、反応ガス循環ライン２、熱交換器３、および循環ガスコンプレッサー５を含んで構成される。反応ガス循環ライン２は、流動床反応器１の塔頂部と塔底部とを結び、オレフィンを含む反応ガスを塔頂部側から塔底部側へ循環させる。熱交換器３、および循環ガスコンプレッサー５は、反応ガス循環ライン２上に設けられて反応ガス循環設備を構成する。

流動床反応装置では、オレフィンを含む反応ガスを循環させながら、流動床反応器１でオレフィンの気相重合反応をする。モノマーとしてのオレフィンは、原料供給設備７から流動床反応器１に供給される。オレフィンは、例えば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、および１−ヘキセン等の炭素数２−２０のオレフィン類が挙げられ、オレフィン類の一種類を単独重合または複数種を組み合わせて共重合する。

流動床反応器１における運転圧力（すなわち気相重合反応時の圧力）は、例えば、０．１ＭＰａＧ以上で５０ＭＰａＧ以下の範囲内が挙げられるが、好ましくは１ＭＰａＧ以上で３ＭＰａＧ以下の範囲内である。

気相重合反応に用いる触媒は、触媒供給設備６から流動床反応器１に供給される。触媒としては、例えば、チーグラーナッタ触媒またはメタロセン触媒が挙げられる。

流動床反応器１における重合温度は、例えば、１０℃以上で２００℃以下の範囲内であるが、４０℃以上で１００℃以下程度の範囲内が好ましい。

（反応停止ガス貯槽）
反応停止ガス貯槽９は、流動床反応器１における重合反応を停止させる際に使用する反応停止ガスを貯蔵する。反応停止ガス貯槽９における反応停止ガスの保持圧力は、反応停止に必要な量の反応停止ガスを流動床反応器１に供給できる圧力であればよい。すなわち、反応停止ガスの保持圧力は、流動床反応器１の運転圧力よりも高ければよい。流動床反応器１の運転圧力が例えば１〜３ＭＰａＧの場合、反応停止ガスの保持圧力は少なくとも当該運転圧力より高ければよいが、好ましくは５〜１５ＭＰａＧ、より好ましくは８〜１５ＭＰａＧの範囲内である。反応停止ガス貯槽９は、反応停止ガスの保持圧力に耐えられる耐圧容器であればよく、流動床反応器１の運転圧力が例えば１〜３ＭＰａＧの場合を想定すると、当該運転圧力〜１５ＭＰａＧ程度の圧力に耐性のある耐圧容器であればよい。

反応停止ガスとしては、例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素等が挙げられ、中でも一酸化炭素が好ましい。反応停止ガスの必要量は、反応停止ガスの種類に応じて決定すればよく、例えば、流動床反応器１の中に１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの割合で存在させればよい。

反応停止ガス貯槽９は、例えば、いわゆるガスボンベを数本並列に連結して用いてもよい。また、反応停止ガスの使用後、再度、反応停止ガスを使用可能な状態に迅速に復帰させるために、反応停止ガス貯槽９を予備に持つこと、即ち一組の遮断弁１１ａ、１１ｂに対して反応停止ガス貯槽９を複数個持つことが好ましい。

（遮断弁）
２基の遮断弁１１ａ、１１ｂは、上記流動床反応装置と反応停止ガス貯槽９とを連結する配管１５ａに直列に設置されている。遮断弁１１ａ、１１ｂは、流動床反応装置で気相重合反応を行っているときは閉じており、反応停止ガスが流動床反応装置側に漏れ出すことを防止している。一方、反応停止ガスを用いた気相重合反応の停止が必要なときには、遮断弁１１ａ、１１ｂを開き、反応停止ガスを流動床反応装置側に供給可能にする。

なお、図１において、遮断弁１１ａ、１１ｂは、反応停止ガス貯槽９と流動床反応器１とを連結する配管１５ａに直列に設置しているが、流動床反応器１に付属する反応ガス循環設備（すなわち、反応ガス循環ライン２、熱交換器３、および循環ガスコンプレッサー５等）と反応停止ガス貯槽９とを連結する配管部分（図示せず）に直列に設置してもよい。また、遮断弁は３つ以上を直列に設置してもよい。

（ガス放出機構）
ガス放出機構は、途中にオリフィス（縮小部）１３が設けられたガス放出用配管１６、中間パージ弁１２、および低圧放出部１０を備える。ガス放出用配管１６の一端は、遮断弁１１ａ、１１ｂが設けられた配管１５ａにおける遮断弁１１ａ、１１ｂの間の領域（中間部分）に接続している。ガス放出用配管１６の他端は、低圧放出部１０に接続している。

低圧放出部１０は、例えば、フレアスタック等のパージガスの処理施設が好ましい。低圧放出部１０の圧力は、反応停止ガス貯槽９における反応停止ガスの保持圧力、および流動床反応器１の運転圧力よりも低く設定される。低圧放出部１０の圧力は、流動床反応器１の運転圧力が１〜３ＭＰａＧの場合を想定すると、０〜０．０５ＭＰａＧ程度である。低圧放出部１０の圧力を確認するために、オリフィス１３と遮断弁１１ａ、１１ｂとの間の配管に圧力検出手段を設けてもよい。

オリフィス１３は、ガス放出用配管１６の内径を局所的に狭める縮小部である。オリフィス１３は、ガスの流通は遮断せずに、遮断弁１１ａ、１１ｂを開いた場合に配管１５ａに流れるガスの流量と比較して、ガス放出用配管１６を通って低圧放出部１０へ流れるガスの流量を制限する。オリフィス１３の口径は、例えば、０．１〜５ｍｍ、好ましくは０．５〜３ｍｍである。なお、オリフィス１３の口径は、配管１５ａの内径より小さい。

上記構成のように、反応停止ガス貯槽９と流動床反応装置とを連結する配管に２基以上の遮断弁１１ａ、１１ｂを直列に設け、遮断弁１１ａ、１１ｂの中間部分に位置する配管にガス放出機構を設けることで、流動床反応装置への反応停止ガスの混入をさらに確実に防止することができる。流動床反応装置で気相重合反応を行っているときは、遮断弁１１ｂから漏洩しうる微量の反応停止ガスを、オリフィス１３を介して低圧放出部１０にパージする。一方、反応停止ガスを用いた気相重合反応の停止を必要とする際には、直ちに遮断弁１１ａ、１１ｂを開いて流動床反応器１へ反応停止ガスの供給を行い即座に重合を停止しつつ、オリフィス１３を介することによって低圧放出部１０への反応停止ガスの漏出を最小限に抑える。その結果、例えば、流動床反応器１の内部に残存したオレフィン重合体が溶解して巨大な塊が発生すること等を抑制することができる。

中間パージ弁１２は必要に応じて設置すればよい。例えば、図１に示すように、ガス放出用配管１６におけるオリフィス１３の下流側に中間パージ弁１２を設け、遮断弁１１ａ、１１ｂを開くのとほぼ同時に中間パージ弁１２を閉めて、低圧放出部１０への反応停止ガスの漏出を完全に防止してもよい。ガス放出用配管１６内のガス流は、オリフィス１３において流量制限されているため、中間パージ弁１２が閉まるのを待たずに、遮断弁１１ａ、１１ｂを開くことができる。なお、中間パージ弁１２は、ガス放出用配管１６におけるオリフィス１３の上流側に設けてもよい。

ガス放出用配管１６における縮小部は、ガス放出用配管１６の横断面上での開口面積（ガス流路の面積）を狭めるものであればよい。したがって、ガス放出用配管１６の内径を局所的に狭めるオリフィス１３に代えて、例えば、グローブ弁、またはニードル弁等の流量制御弁を用いて縮小部を構成してもよい。グローブ弁、またはニードル弁等の流量制御弁は、少なくとも気相重合反応を行っているときには、ガスの流通は遮断せずに、遮断弁１１ａ、１１ｂを開いた場合に配管１５ａに流れるガスの流量と比較して、配管１６を通って低圧放出部１０へ流れるガスの流量を制限するように開かれている。一方で、反応停止ガスを用いて気相重合反応を停止するときには、流量制御弁を閉じてもよい。但し、構成が簡素で、かつ動作制御に係る設備が不要という観点で、縮小部はオリフィスで構成することが好ましい。

さらに、遮断弁１１ａ、１１ｂ、および中間パージ弁１２の作動順序をあらかじめ制御用コンピューター１４にプログラムすることにより、反応停止ガスを供給する際の人手による操作を実質的に不要とすることができ、信頼性を一層向上することができる。遮断弁１１ａ、１１ｂ、および中間パージ弁１２のすべての作動は同時に行うことができる。例えば、通常運転時に遮断弁１１ａ、１１ｂを閉とし、中間パージ弁１２を開にしておく。通常運転時に、反応停止ガスが遮断弁１１ｂから内通漏洩した場合は、オリフィス１３を経由して低圧放出部１０へ反応停止ガスが放出されるので、流動床反応器１へ反応停止ガスが混入することはない。一方、気相重合反応の停止を行う際には、制御用コンピューター１４が、遮断弁１１ａ、１１ｂを開くと同時に、中間パージ弁１２を閉める制御を行うようにプログラムしておく。制御用コンピューター１４を用いた上記弁操作は、流動床反応器１内に温度センサー等の異常を検出できる手段を設置して、異常反応が生じた場合に作動するようにしてもよく、異常反応が生じた場合にコマンドを手動で制御用コンピューター１４に入力して作動するようにしてもよい。

上記説明の通り、製造装置２１においては、反応停止ガス貯槽９と、遮断弁１１ａ、１１ｂと、上記ガス放出機構とを組合せて、必要なときのみに反応停止ガスを流動床反応装置に供給するガス供給機構が構成されている。製造装置２１は、当該ガス供給機構を２セット以上備えて、１セットのガス供給機構の作動に不良があった場合でも、残るガス供給機構から安全かつ確実に反応停止ガスを流動床反応装置に供給するように構成することが好ましい。なお、設置コストと信頼性の向上とのバランスの観点では、例えば、ガス供給機構を２セット以上で１０セット程度以下、設置することが好ましい場合がある。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。

〔実施例１〕
図１に示した製造装置２１を用いて、触媒、水素、および、原料としての気体状のエチレンおよび１−ブテンを流動床反応器１に供給し、流動床反応器１の運転圧力を２．０ＭＰａＧとして気相重合反応を行った。製造装置２１の通常運転時は、遮断弁１１ａおよび１１ｂは閉の状態で、中間パージ弁１２は開の状態で保持した。

オリフィス１３は３ｍｍの口径を持った制限オリフィスを用いた。配管１５ａの内径は１４．３ｍｍであり、オリフィス１３の形成部を除くガス放出用配管１６の内径は１４．３ｍｍであった。反応停止ガスは、反応停止ガス貯槽９での貯槽圧力が１０ＭＰａＧの一酸化炭素を使用した。低圧放出部１０の圧力は０．００５ＭＰａＧであった。

次いで、予め定めたプログラムに従って、制御用コンピューター１４を用いて遮断弁１１ａおよび１１ｂの開操作、並びに、中間パージ弁１２の閉操作を同時に実施し、一酸化炭素を流動床反応器１内へ投入して、重合反応を停止させた。一酸化炭素は、反応停止ガス貯槽９内の圧力が流動床反応器１内の圧力と同等になるまで投入された。流動床反応器１は、内部にポリマー塊を形成することなく安定的に運転停止することができた。また通常運転時においても、重合反応が低下する現象は見られなかった。

本発明は、オレフィンを気相重合して重合体を製造する際に利用可能である。

１ 流動床反応器（流動床反応装置）
２ 反応ガス循環ライン（流動床反応装置）
３ 熱交換器（流動床反応装置）
５ 循環ガスコンプレッサー（流動床反応装置）
９ 反応停止ガス貯槽
１１ａ 遮断弁
１１ｂ 遮断弁
１２ 中間パージ弁
１３ オリフィス（縮小部）
１４ 制御用コンピューター（制御部）
１５ａ 配管（反応停止ガス供給用配管）
１６ ガス放出用配管
２１ 製造装置

Claims (4)

1. オレフィンを気相重合反応する流動床反応装置と、
   上記気相重合反応を停止させる反応停止ガスを貯蔵する反応停止ガス貯槽と、
   上記流動床反応装置と上記反応停止ガス貯槽とを連結し、少なくとも２基の遮断弁が直列に設置されている反応停止ガス供給用配管と、
   上記２基の遮断弁の間の領域に接続し、開口面積を狭める縮小部を有するガス放出用配管とを備えるオレフィン重合体の製造装置。
2. 上記ガス放出用配管に中間パージ弁を備える請求項１に記載のオレフィン重合体の製造装置。
3. 上記反応停止ガス供給用配管に設置された少なくとも２基の遮断弁の動作と、上記ガス放出用配管に備えられた中間パージ弁の動作とを制御する制御部を備える請求項２に記載のオレフィン重合体の製造装置。
4. 上記縮小部がオリフィスである請求項１から３のいずれか一項に記載のオレフィン重合体の製造装置。

Images