JP2019510866A5

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Publication number: JP2019510866A5
Application number: JP2018552677A
Authority: JP
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2020-05-14
Anticipated expiration: 2037-04-04

Description

ＨＥＲＳ−《ｎ》個のチャネルの数
本発明の実施形態によれば、ＨＥＲＳのセクションは、反応混合物の「ｎ」（ｎは１以上の整数である）個の平行六面体のチャネル（例えば長方形断面の平行六面体のチャネル）及び冷却剤の「ｎ＋１」個の通路（例えば長方形断面の平行六面体のチャネル）を備える。好ましい実施形態では、ｎは、２と２０の間（例えば４と１６の間）で構成される。好ましい実施形態では、ｎは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６又はより大きな整数であり、好ましくは８、９、１０、１１又は１２であり、例えば１０である。

各セクション内の反応混合物の平行六面体のチャネルの数「ｎ」は、変更することができる。ＨＥＲＳ内の反応混合物の平行六面体のチャネルの合計数は、各セクションの前記チャネルの合計と等しい。例えば、ＨＥＲＳのセクションｉ内の反応混合物の平行六面体のチャネルの数をｎ_iとすると、ＨＥＲＳ内の反応混合物の平行六面体のチャネルの合計数は、下記と等しい。

好ましい実施形態では、各セクション内の反応混合物の平行六面体のチャネルの数「ｎ」は、等しい。したがって、この形態では、ＨＥＲＳ内の反応混合物の平行六面体のチャネルの合計数は、「ｎ」の「ｘ」倍［（ｘ．ｎ）］である。そして、ＨＥＲＳ内の冷却剤の通路（好ましくは平行六面体のチャネル）の合計数は、したがって好ましくは「ｎ」の「ｘ」倍プラス１［（ｘ．ｎ＋１）］である。前記の最後の形態では、そして本発明の好ましい実施形態によれば、ＨＥＲＳは、反応混合物の［（ｘ．ｎ）］個の平行六面体のチャネルに対応する［２．（ｘ．ｎ）］個のメインプレートを備え、前記メインプレートは、冷却剤の平行六面体のチャネルに対応する［（ｘ．ｎ）］個のメインプレートと共有されることが好ましく、冷却剤の平行六面体のチャネルのメインプレートの合計数は、［２．（ｘ．ｎ）＋２］である（本発明の図２に描かれるように、２個の共有されていないプレートは、ＨＥＲＳの２個の対辺を構成する）。したがって、例えば、ＨＥＲＳが８個のセクションを有し、各セクションが反応混合物の１０個の平行六面体のチャネルを有している場合、ＨＥＲＳ内の反応混合物の平行六面体のチャネル（例えば長方形断面の平行六面体のチャネル）の合計数は、８０個である。そして、ＨＥＲＳ内の冷却剤の通路（好ましくは平行六面体のチャネル（例えば長方形断面の平行六面体のチャネル））の合計数は、したがって好ましくは８１個である。前記の最後の形態では、そして本発明の好ましい実施形態によれば、ＨＥＲＳは、反応混合物の８０個の平行六面体のチャネルに対応する１６０個のメインプレートを備え、前記メインプレートは、冷却剤の平行六面体のチャネルに対応する１６０個のメインプレートと共有されることが好ましく、冷却剤の平行六面体のチャネルのメインプレートの合計数は、１６２個である（本発明の図２に描かれるように、２個の共有されていないプレートは、ＨＥＲＳの２個の対辺を構成する）。

本発明に係る代替の又は追加の実施形態では、触媒系成分（好ましくは共開始剤）を、反応混合物配管システム内に、好ましくはＨＥＲＳの反応混合物の排出口と再循環ポンプの間に導入し、好ましくは、ＨＥＲＳの反応混合物の排出口と再循環ポンプの間の半分未満、より好ましくは三分の一未満、例えば四分の一未満のポンプからの距離で導入する。

予備重合
本発明に係る最適化された実施形態では、重合設備に入る液体の反応混合物は、既に予備重合の段階を受けている。前記予備重合は、任意の適切な予備重合設備内で行うことができ、そこで液体モノマーが触媒系と接触する。前記最適化された反応の予備重合時間に関しては、特別な限定はない。例えば、液体モノマーと触媒系の全ての成分の間の接触時間は、少なくとも１秒、例えば１秒と１００秒の間又は２秒と５０秒の間が適切でありうる。触媒系は、以下に定義されるリストから選択できる。それは、重合設備で用いたものと同じ触媒系であることが好ましい。本発明の実施形態では、重合に必要な全触媒系を、前記予備重合段階の間に導入する。代替として、いくつかの追加の触媒成分を、既に上述した任意の又は１箇所を超える若しくは全ての位置の重合ループ内に導入することができる。本発明の実施形態では、重合に必要な全液体モノマーを、前記予備重合段階の間に導入する。代替として、いくつかの新鮮な液体モノマーを、既に上述した任意の又は１箇所を超える若しくは全ての位置の重合ループ内に導入することができる。

Ｍｎ
本発明に係るポリイソブチレン（ＰＩＢ）の製造の場合、最終的なＰＩＢポリマーは、イソブチレンの繰り返し単位から実質的に構成される。本発明で使用される反応混合物を含む液体モノマーの組成に応じて、得られるＰＩＢはまた、１−ブテン、ブタジエン又は他のＣ４オレフィン（例えば２−ブテン（シス及び／又はトランス））由来の少量の材料を含んでもよい。本発明に係る好ましい実施形態では、ＰＩＢポリマーは、９９質量％を超えてイソブテンモノマー由来である。ＰＩＢの数平均分子量（Ｍｎ）は、３００ｇｍｏｌ^-1と５００，０００ｇｍｏｌ^-1の間で有利に構成することができる。本発明に従って製造することができるＰＩＢの種類に関しては限定されない。例えば、中範囲のビニリデンポリマー及び／又は高反応性のＰＩＢを有利に製造することができる。

ＨＥＲＳのプロセス側内部のレイノルズ数は、高い伝熱率（その０．８乗（Ｒｅ^0.8）に比例する）を確保するために、十分高くなければならない。粘度が上昇するにつれて、反応混合物の理論的な流量も、前記レイノルズ数を達成するために増加するべきである。代替及び／又は追加として、過剰な反応混合物の流量（又は流速）の使用を回避するために、（高分子量のポリマーの場合）例えば反応混合物の変換率の減少及び／又は希釈剤の使用によって、反応混合物の粘度を下げる必要があるかもしれない。

図２のＨＥＲＳの形態では、反応混合物の流路（矢印で示される）は、「蛇行流路」である。すなわち、最初のセクション内の反応混合物の流路は上向きであり、最後の（第二の）セクション内の反応混合物の流路は下向きである。この蛇行流路は、２個を超えるセクションを使用する実施形態に等しく適用することができる。例えば、８個のセクションの蛇行流路の形態を描いている図１に同じく適用する。

Claims

反応混合物を含む液体モノマー、例えばイソブチレンのイオン重合用の重合設備であって、
重合ループと、冷却剤ループと、重合ループと冷却剤ループの間で共有される熱交換型反応器システム（「ＨＥＲＳ」）と、を備え、
・重合ループが、前記ＨＥＲＳの注入口及び排出口に接続される反応混合物配管システムを備え、
・冷却剤ループが、前記ＨＥＲＳの注入口及び排出口に接続される冷却剤配管システムを備え、
・反応混合物配管システムが、循環ポンプを備え、重合ループが、ポリマー回収システムを備え、
１．ＨＥＲＳが、少なくとも１個のセクションを備え、
２．前記ＨＥＲＳのセクションが、反応混合物のための「ｎ」（ｎは１以上の整数である）個の平行六面体のチャネル及び冷却剤のための「ｎ＋１」個の通路を備え、
３．セクションの「ｎ」個のチャネル内の反応混合物の流路が、一方向に平行であり、４．セクションの「ｎ＋１」個の通路内の冷却剤の流路が、反応混合物の流路に対して一方向に平行であり、及び
５．冷却剤が、反応混合物と直接接触していない
ことを特徴とする、前記重合設備。
ＨＥＲＳが、プレーツラー（ｐｌａｔｕｌａｒ）反応器である、請求項１に記載の重合設備。
ＨＥＲＳが、少なくとも「ｘ」個のセクションを備え、ｘは２以上の整数であり、前記セクションが、平行で、かつ連続しており、好ましくは並んでいる、請求項１又は２に記載の重合設備。
セクションが、その最後の冷却剤の通路を、次のセクションの最初の冷却剤の通路と共有している、請求項２又は３に記載の重合設備。
セクションの数「ｘ」が、対であり、４以上、例えば６、８又は１０である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の重合設備。
各ＨＥＲＳのセクションが、反応混合物のための「ｎ」（ｎは１以上の整数である）個の平行六面体のチャネル及び冷却剤のための「ｎ＋１」個の通路を備え、「ｎ」は２と２０の間、例えば４と１６の間で構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の重合設備。
反応混合物の平行六面体のチャネルの寸法が、
・第一の寸法（「高さ」）が、２ｍと１０ｍの間、好ましくは４ｍと８ｍの間、例えば４．５ｍと６．５ｍの間で構成され、及び／又は
・第二の寸法（「奥行き」）が、０．１ｍと３ｍの間、好ましくは０．５ｍと２ｍの間、例えば０．７５ｍと１．５ｍの間で構成され、及び／又は
・第三の寸法（「幅」）が、２ｍｍと５０ｍｍの間、例えば４ｍｍと４５ｍｍの間、好ましくは８ｍｍと３５ｍｍの間、例えば１２ｍｍと２５ｍｍの間で構成される
ことにより特徴づけられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の重合設備。
冷却剤の平行六面体のチャネルの寸法が、
・第一の寸法（「高さ」）が、２ｍと１０ｍの間、好ましくは４ｍと８ｍの間、例えば４．５ｍと６．５ｍの間で構成され、及び／又は
・第二の寸法（「奥行き」）が、０．１ｍと３ｍの間、好ましくは０．５ｍと２ｍの間、例えば０．７５ｍと１．５ｍの間で構成され、及び／又は
・第三の寸法（「幅」）が、１ｍｍと３０ｍｍの間、好ましくは２ｍｍと２０ｍｍの間、例えば５ｍｍと１６ｍｍの間で構成される
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の重合設備。
・冷却剤の平行六面体のチャネルの高さが、反応混合物の平行六面体のチャネルの高さと同一であり、各高さは好ましくは同じであり、
・冷却剤の平行六面体のチャネルの奥行きが、反応混合物の平行六面体のチャネルの奥行きと同一であり、各奥行きは好ましくは同じであり、及び
・冷却剤のチャネルの幅（Ｗ−Ｃｏｏｌ）が、反応混合物のチャネルの幅（Ｗ−Ｒｅａｃ）よりも小さく、例えば、Ｗ−ＣｏｏｌとＷ−Ｒｅａｃの間の比が、０．８未満、好ましくは０．６未満、更には０．５未満である、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の重合設備。
ＨＥＲＳ内の冷却剤のチャネルの体積と反応混合物のチャネルの体積の間の比が、０．８未満、好ましくは０．６未満、０．５未満、更には０．３未満である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の重合設備。
ＨＥＲＳの反応混合物の排出口とＨＥＲＳの反応混合物の注入口の間の距離が、５ｍ未満、例えば４ｍ未満、好ましくは３ｍ未満、例えば２．５ｍ未満である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の重合設備。
反応混合物接合域が、ＨＥＲＳのセクションの反応混合物の供給物のための「ｎ」個の平行六面体のチャネルを、ＨＥＲＳの次のセクションの反応混合物の供給物のための「ｎ」個の平行六面体のチャネルに接続する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の重合設備。
ＨＥＲＳが、
・１０を超え、２０を超え、好ましくは４０を超え、例えば６０を超え、及び／又は
・７５０未満、４５０未満、好ましくは３５０未満、例えば１６０５００未満、好ましくは６００と２０００の間で構成され、例えば７００と１５００の間で構成される
反応混合物の体積に対する表面積の比（ｍ²／ｍ³で表される「Ｓ／Ｖ」）により特徴づけられる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の重合設備。
冷却剤配管システムが、冷却剤液化システムを備える、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の重合設備。
重合ループと、冷却剤ループと、重合ループと冷却剤ループの間で共有される熱交換型反応器システム（「ＨＥＲＳ」）と、を備える重合設備内での、反応混合物を含む液体モノマー（例えばイソブチレン）の重合のためのイオン重合ループ方法であって、
重合ループが、ポリマー回収システムと、循環ポンプを備えかつ前記ＨＥＲＳの注入口及び排出口に接続される反応混合物配管システムと、を備え、冷却剤ループが、前記ＨＥＲＳの注入口及び排出口に接続される冷却剤配管システムを備え、
１．ＨＥＲＳが、反応混合物及び冷却剤の両方が循環している少なくとも１個のセクションを備え、
２．前記ＨＥＲＳのセクションが、反応混合物が循環している「ｎ」（ｎは１以上の整数である）個の平行六面体のチャネル及び冷却剤が循環している「ｎ＋１」個の通路を備え、
３．セクションの「ｎ」個のチャネル内の反応混合物の流路が、一方向に平行であり、４．セクションの「ｎ＋１」個の通路内の冷却剤の流路が、反応混合物の流路に対して一方向に平行であり、及び
５．冷却剤が、反応混合物と直接接触していない
ことを特徴とする、前記イオン重合ループ方法。
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の重合設備内の、請求項１５に記載のイオン重合ループ方法。
ＨＥＲＳの冷却剤側内部の任意の点の間の冷却剤の温度差が、３℃未満、好ましくは２．５℃未満、２℃未満、１．５℃未満、例えば１℃未満である、請求項１５又は１６に記載のイオン重合ループ方法。
冷却剤が、蒸発性の冷却剤であり、ＨＥＲＳのセクションが、「ｎ＋１」（ｎは１以上の整数である）個の通路を備え、冷却剤が循環し、少なくとも部分的に蒸発している、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のイオン重合ループ方法。
冷却剤が、ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）、ＣＦＯ（クロロフルオロオレフィン）、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＣＦＯ（ハイドロクロロフルオロオレフィン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）、ＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）、ＨＣＣ（ハイドロクロロカーボン）、ＨＣＯ（ハイドロクロロオレフィン）、ＨＣ（ハイドロカーボン）、ＨＯ（ハイドロオレフィン、例えばアルケン）、ＰＦＣ（パーフルオロカーボン）、ＰＦＯ（パーフルオロオレフィン）、ＰＣＣ（パークロロカーボン）、ＰＣＯ（パークロロオレフィン）、ハロン／ハロアルケン、及び／又はそれらの混合物、特に好ましくはプロピレン、から選択される、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のイオン重合ループ方法。
ＨＥＲＳのセクション内の反応混合物の流路が、次のセクション内の反応混合物の流路と反対である（「蛇行流路」）、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載のイオン重合ループ方法。
最初のセクションのチャネル内の反応混合物の流路が、上向きであり、及び／又は最後のセクションのチャネル内の反応混合物の流路が、下向きである、請求項１５〜２０のいずれか１項に記載のイオン重合ループ方法。
ＨＥＲＳのセクションのチャネル内の反応混合物の流路の方向が縦であり、及び／又はＨＥＲＳのセクションの通路内の冷却剤の流路の方向が縦で上向きである、請求項１５〜２１のいずれか１項に記載のイオン重合ループ方法。
液体モノマーが、
・反応混合物配管システムそれ自体内の、例えば循環ポンプとＨＥＲＳの反応混合物の注入口との間で、及び／又は
・反応混合物の注入口ボックス内の、ただし前記ボックスはＨＥＲＳの最初のセクションの直前のＨＥＲＳ内に位置しており、好ましくは前記セクションの下部に位置し、及び／又は
・反応混合物接合域内の、
重合設備の重合ループ内に導入される、請求項１５〜２２のいずれか１項に記載のイオン重合ループ方法。
反応混合物を含む液体モノマーが、ルイス酸共開始剤系、すなわち、好ましくは開始剤とともに、共開始剤として作用するルイス酸（しばしば触媒又は活性剤とみなされる）である触媒系を含む、請求項１５〜２３のいずれか１項に記載のイオン重合ループ方法。
開始剤が存在し、ＨＥＲＳに導入される前に液体モノマーと予備混合する、請求項２４に記載のイオン重合ループ方法。
触媒が、
・反応混合物配管システムそれ自体内に、例えばＨＥＲＳの前記反応混合物の排出口と循環ポンプの間に、及び／又は
・反応混合物接続域内に、好ましくは新鮮な液体モノマーが導入されない反応混合物接続域内に、
導入される、請求項２４又は２５に記載のイオン重合ループ方法。
ＨＥＲＳが、
・０．００４を超え、０．００８を超え、好ましくは０．０１５を超え、例えば０．０３を超え、及び／又は
・０．４未満、０．２未満、好ましくは０．１未満、例えば０．０５未満である、
伝熱容量係数（ＭＷ／ｍ³・Ｋで表される）により特徴づけられる、請求項１５〜２６のいずれか１項に記載のイオン重合ループ方法。
再循環比（重合ループから回収されるポリマー混合物の体積流量（ｍ³／ｈ）に対する重合ループ内の反応混合物の体積流量（ｍ³／ｈ）の体積流量比として計算される）が、５と５０の間、好ましくは１０と４０の間、例えば１５と３０の間で構成される、請求項１５〜２７のいずれか１項に記載のイオン重合ループ方法。
線速度（ＨＥＲＳのチャネル内の反応混合物の速度を意味し、重合ループ内の反応混合物の体積流量（ｍ³／ｈ）を、最初のセクションのｎ個のチャネルの断面積で除することにより計算されることが好ましい）が、０．５ｍ／ｓと１０ｍ／ｓの間、好ましくは１ｍ／ｓと５ｍ／ｓの間、例えば１．５ｍ／ｓと２．５ｍ／ｓの間で構成される、請求項１５〜２８のいずれか１項に記載のイオン重合ループ方法。
・例えば請求項２３に定義されるように、液体モノマーの導入地点の流量を変化させることにより、及び／又は
・例えば請求項２６に定義されるように、触媒の導入地点の流量を変化させることにより、及び／又は
・例えば請求項２８に定義されるように、重合ループ内の再循環比を変化させることにより、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の設備内に生成されるポリマーの分子量分布を制御するための、請求項１５〜２９のいずれか１項に記載のイオン重合ループ方法の使用。