JP2990028B2 - モノマー濃度を保つ方法及びその装置 - Google Patents

モノマー濃度を保つ方法及びその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業状の利用分野】本発明はプロセス制御に関するも
のである。本発明の1つの態様は、重合反応器中の未反
応モノマーを望みの濃度に保つ為の方法及び装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】代表的な重合反応においては、モノマ
ー、希釈剤、及び触媒がモノマーを重合する反応器に供
給される。希釈剤は反応しないが、固形分濃度を制御す
るため、そして又反応器に触媒を添加するのに便利な構
造を与えるために用いられる。反応器の流出液、即ちポ
リマー、希釈剤及び未反応モノマーの混合物は反応器か
ら取り出され、そしてポリマーを希釈剤及びモノマーか
ら分離するフラッシュタンクに導かれる。通常、触媒は
ポリマー中に含まれる。
【0003】メルトインデックスのような得られたポリ
マーのいくつかの性質が未反応のモノマー濃度に依存す
るので、反応器内の未反応のモノマー濃度を制御するこ
とが重要である。代表的に、未反応のモノマー濃度は、
モノマーの供給速度、希釈剤の供給速度、或いは触媒の
供給速度を操作することによって制御されてきた。
【0004】加えるに経済的な操作の為、反応器流出液
中の未反応のモノマーが回収され、重合反応器に再循環
されることが望ましい。希釈剤の回収及び再循環の為の
方法は、米国特許第 3,639,374号、及び同第 4,424,341
号に開示されている。このような方法は、一般にフラッ
シング後のモノマーと希釈剤の低圧回収による1段階の
フラッシュ方法、フラッシング後の反応器内の希釈剤と
モノマーの高圧回収による1段階フラッシュ方法、また
は再圧縮の必要を避けるために希釈剤とモノマーがまだ
十分な圧力にある間に、高圧フラッシュの後にモノマー
と希釈剤の大部分を回収する2段階のフラッシュ方法が
用いられている。
【0005】低圧回収による1段階フラッシュ方法にお
いては、ポリマーと希釈剤のスラリーは重合反応器の1
つまたはそれ以上の沈降脚部に集められる。次にスラリ
ーはフラッシュ容器に排出され、混合物は約138 kPa(
20 psig)のような低い圧力にフラッシュされる。実質的
に完全な希釈剤とモノマーをポリマーから除去するフラ
ッシングの間、重合反応器に再循環することができるよ
うに蒸発した希釈剤とモノマーを再圧縮して液状に凝縮
することが必要である。再圧縮とそれを操作する水道、
電気の費用は、しばしば製造ポリマー中に含まれる費用
の大部分を占めてしまう。
【0006】高圧フラッシュを用いて、高圧フラッシュ
後の希釈剤とモノマーを回収する場合、蒸発した希釈剤
とモノマーをポリマー反応器に再循環する前に再圧縮す
る必要性が少ない。かくして、高圧フラッシュを用いる
と、ポリマー製造に含まれる費用を低減する事ができ
る。低圧回収による1段階フラッシュにおいて、モノマ
ーと希釈剤ガスの直接サンプリングが、重合反応器中の
モノマー量の正確な分析値を与える。しかしながら、高
圧フラッシュ回収を用いる場合、著しい量のモノマーが
ポリマー固体と共に保持され、その結果高圧フラッシュ
タンクからのガスの直接サンプリングは重合反応器中の
モノマー量の分析に不正確な値を与えてしまう。かくし
て、高圧フラッシュを用いる重合システムの為の、重合
反応器中のモノマー量を正確に測定するシステムを開発
し、重合反応器中の未反応モノマー濃度を制御し、そし
て同時に高圧フラッシュの使用によって得られるコスト
利益を実現することが望ましいのである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明はモノマー回収
に高圧フラッシュタンクを用いる場合の、重合反応器中
のモノマー量を正確に分析することを可能とする方法及
び装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、重合反
応器中でモノマーを重合させる為の方法及び装置が提供
されるものであって、ポリマー及び未反応のモノマーを
含む重合流出液が、重合反応器から回収され、流出液の
大部分はフラッシュ容器に送られて約689 kPa(約100 ps
ig)以上の圧力でモノマーからポリマーが分離され、そ
して有効分析量の重合流出液が低圧フラッシュ容器に送
られて約517 kPa(約75 psig)以下の圧力でフラッシュ分
離され、低圧ポリマー部分及び低圧モノマー部分が生成
される。低圧モノマー部分は分析されて、重合反応器中
の少なくとも1つの条件を表す信号を形成し、そして反
応器中の条件はこの信号に応じて操作されるのである。
【0009】本発明はエチレンの重合に関して記載され
ている。しかしながら、本発明は任意の重合方法、特に
未反応のモノマー濃度を制御することが望ましい、オレ
フィンの重合方法に適用することができるものである。
【0010】図の中の信号ラインとして示されている線
は、これらの態様における電気的または空気のラインで
ある。一般に、任意の変換器から与えられた信号は電気
的な形態である。しかしながら、流体センサーから与え
られた信号は一般に空気の形態である。これら信号の変
換は単純にするために説明されていない。何故ならば仮
に流体が空気的な形で測定されたとしても、それはもし
電気的な形で伝達されるべきであるならば流体変換器に
よって電気的な形態に変換されなければならないことが
当業者に良く知られているからである。同様に、このよ
うな変換は当業界において良く知られているので、アナ
ログの形態からデジタルの形に或いはデジタルの形態か
らアナログの形への信号の変換も説明されていない。
【0011】本発明は情報を伝達するために、機械的
な、水力の、または他の信号の手段を適用する事も可能
である。殆ど全ての場合、制御システムはいくつかの電
気的、空気的、機械的または水力の信号が組み合わされ
て用いられる。しかしながら、方法、装置に適合する任
意の他のタイプの信号の伝達方法を用いることも本発明
の範囲内である。
【0012】ここで図1を引用して、重合反応器11を
説明する。エチレン、及び所望によりヘキセン-1のよう
なコモノマーが、導管経路12を通して重合反応器11
に加えられる。同様な方法で、イソブタンのような希釈
剤が導管経路14を通して重合反応器11に導入され、
そしてシリカ上の酸化クロム触媒、またはシリカ-チタ
ニア触媒のような触媒が導管経路15を通して重合反応
器11に加えられる。
【0013】反応流出液の大部分は反応器11から導管
経路17を通して取り出され、そして主のフラッシュタ
ンク18に導かれる。反応流出液はポリエチレン、未反
応のエチレン、及びイソブタンを同伴する。触媒は一般
にポリエチレン中に含まれる。
【0014】ポリエチレンは未反応のエチレン及びイソ
ブタンからフラシュタンク18内で分離される。ポリエ
チレンは高圧タンク18から導管経路19を通して取り
出される。未反応のエチレン及びイソブタンはフラッシ
ュタンク18から導管経路21を通して除去される。
【0015】フラッシュタンク18内で反応流出液は圧
力を低下される。圧力低下は希釈剤とモノマーの大部分
が蒸発するような圧力低下である。蒸発は少なくとも部
分的に導管17内で起こることもできる。フラッシュタ
ンク18内の圧力は希釈剤及びモノマーの性質、及び選
ばれた温度によって変化する。代表的に、約689 kPa(
100 psig)以上の圧力が採用される。好ましくは、約689
〜約2067 kPa(約100〜約300psig)の範囲、更に好ましく
は、1378〜1723 kPa(200〜 250 psig)の圧力が用いられ
る。反対に、低圧フラッシュタンクのみを用いる重合シ
ステムは、代表的に0〜517 kPa(0〜75 psig)の範囲の圧
力が用いられる。
【0016】フラッシュタンク18から導管経路19を
通して取り出されたポリエチレンは、任意の残ったモノ
マーと希釈剤を除去するために処理される。このような
処理は低圧フラッシュタンク内での第二のフラッシュ、
及び/または通常の乾燥器中での乾燥を含むものであ
る。
【0017】希釈剤及びモノマーは蒸気としてフラッシ
ュタンク18から導管21を経由して除去され、連続的
に熱交換器(示されていない)内に熱交換流体を有する
熱交換によって圧縮することなく凝縮される。希釈剤及
びモノマーは、しかる後反応器11に戻される。
【0018】有効分析量の反応流出液は導管23を経由
して反応器11から取り出される。所望により、有効分
析量の反応流出液は導管17から取り出すこともできる
けれど、反応器から直接取り出すことが好ましい。代表
的に、有効分析量は重合反応器で作られた流出液量の少
量容積部分である。例えば、 35,000 lbs/hrのオーダー
のポリマー、及び 30,000 lbs/hrのの希釈剤とモノマー
を含む流出液を作る重合システムでは、代表的に約 20
lbs/hr〜約 100 lbs/hr のサンプル量(サンプルの約 3
5 % がポリマー)である。好ましくは、このようなサン
プルは約 20 lbs/hr〜約 40 lbs/hrの範囲である。
【0019】導管経路23を通って取り出された反応流
出液は、低圧の補助のフラッシュタンク25に導かれ
る。低圧フラッシュタンク25は、代表的に約517 kPa
(約75 psig)以下の圧力;好ましくは約0〜約207 kPa(
0〜約30 psig)の範囲、そして最も好ましくは0〜69 kPa
(0〜10 psig)の範囲の圧力で操作される。モノマー及び
希釈剤の蒸発はフラッシュタンク25において起こるけ
れども、同様に蒸発は少なくとも部分的に導管23の中
でも発生する。フラッシュタンク25において、高圧フ
ラッシュタンク18で達成されるよりも更に完全な、ポ
リエチレンと未反応のエチレン及びイソブタンの間の分
離が起こる。
【0020】低圧フラッシュタンク25は、有効分析量
の反応流出液をフラッシングするだけなので、高圧フラ
ッシングタンクの容積容量を持つ必要はない。代表的
に、低圧フラッシュタンク25は約 2〜約 5立方フィー
トの容積容量を有している。
【0021】ポリエチレンはフラッシュタンク25から
導管経路27を通して取り出される。未反応のエチレン
及びイソブタンはフラッシュタンク25から導管経路2
9を経由して取り出される。導管経路29を通して流れ
てくる流体サンプルは、アナライザー変換器33に導管
経路34を経由して供給される。導管29を通って流れ
てくる残りの流体は、望みなら圧縮されて重合反応器に
再循環して戻される。
【0022】アナライザー変換器33は好ましくはクロ
マトグラフ分析機器である。アナライザー変換器33は
出力信号36を与え、これは導管29を通して流れる流
体中のエチレン濃度に対応するものである。本質的に、
信号36は反応器11から取り出された未反応のエチレ
ンの濃度を表している。信号36はコンピュータ40へ
の入力としてアナライザー変換器33から与えられる。
信号36に対応して、コンピュータ40は反応器中の未
反応のエチレン濃度を決定し、そして流れているエチレ
ンモノマーの調節が必要かどうかを決定する。もし調節
が必要な場合、コンピュータ40は信号42をバルブ4
4に送る。バルブ44は導管12を通して反応器11へ
のエチレンの流れを制御する。
【0023】異なるコンピュータ制御システム40が、
米国第 4,543,637号、同第 4,628,034号に開示されてい
るように、当業界において知られている。
【0024】加えるに、導管12を通してモノマー供給
を調節する代わりに、導管14を経由する希釈剤の供
給、又は導管16を通しての触媒の供給がコンピュータ
40からの信号に対応して調節されるようにシステムを
組み立てることもできる。
【0025】第2図は、触媒の供給がコンピュータ40
からの信号に応じて調節されている態様を示したもので
ある。第2図の態様は、導管経路12が変換器52と連
絡しているセンサー50を有し、そして導管15が導管
15を通して触媒の流れを制御するバルブ58を持って
いること以外は、第1図のそれと同様に操作される。
【0026】導管経路12の実施可能な所に位置してい
る流量変換器52は、流量センサー50と組み合わされ
て、導管経路12を通るエチレンの流速に対応する出力
信号54を与える。信号54はコンピュータ40への入
力信号として流量変換器52から与えられる。
【0027】変換器52からの信号54、及びアナライ
ザー変換器33からの信号36に対応して、コンピュー
タは望みの触媒供給速度を表す出力信号56を与える。
信号56に応じて、バルブ58は適当量の触媒を反応器
11に供給するように調節される。
【0028】代表的に、導管経路15に位置しているバ
ルブ58は、ボールチェックフィーダ(ball check fee
der)、又はショットフィーダ(shot feeder)である。
バルブは触媒と希釈剤の混合物で満たされている。周期
的に触媒供給バルブ15は作動し、それでこの混合物が
反応器11の中にどさっと落とされる。触媒供給バルブ
15はしかる後閉じられた位置に再循環し、そして次の
作動を準備するため再充填される。
【0029】バルブ58が供給バルブである場合、バル
ブ58は信号56に応じて触媒を反応器に落とし込む。
かくてコンピュータは、反応器内のモノマーを望みの量
に保つ為に必要な正しい触媒投下の期間を決定し、そし
てその期間の終わりに信号56を送るのである。
【0030】操作に当たって、ポリマーの累積による導
管23の詰まりを防ぐよう注意しなければならない。こ
のような詰まりを防ぐため、導管23はくぼみが無いよ
うにすべきであり、そして好ましくは、導管23はフラ
ッシュタンク25の方向にある角度で傾斜し、水平の走
路が無いようにすべきである。導管23は約45°の角
度でフラッシュタンク25の方向に下方に傾斜している
ことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】重合反応及び回収システムのフローチャート。
【図2】重合反応及び回収システムの代替フローチャー
ト。
【符号の説明】
11 重合反応器 18 主のフラッシュタンク 25 低圧補助フラッシュタンク 33 アナライザー変換器 40 コンピュータ 44 バルブ 50 センサー 52 流量変換器 58 バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ネルソン ティー.ブラック アメリカ合衆国テキサス州ウェブスタ ー,パインロック ドライブ ナンバー 703 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 2/00 - 2/60

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モノマー及び触媒を重合反応器に供給
    し、そしてポリマーと未反応のモノマーを含む重合流出
    液を前記の重合反応器から回収し、そして689kPa(100 p
    sig)以上の圧力でフラッシュ分離して、前記のモノマー
    から前記のポリマーを分離する重合及び生成ポリマーの
    回収方法であって、 a) 前記重合流出液の前記のフラッシュ分離の前に、
    有効分析量の前記重合流出液を回収すること; b) 有効分析量の前記重合流出液を517 kPa(75 psig)
    以下の圧力でフラッシュ分離してポリマーサンプル及び
    モノマーサンプルを作ること; c) 前記のモノマーサンプルを分析して重合反応器中
    の少なくとも1つの条件を表す信号を作ること;そして d) 前記の信号に応じて重合反応器中の少なくとも1
    つの条件を操作すること; を含有する方法によって反応器からの流出液中の未反応
    のモノマーの濃度を制御することを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 前記のモノマー部分が再圧縮されること
    なく前記の重合反応器に再循環して戻される、請求項1
    に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記のモノマーサンプルが前記の重合反
    応器に再圧縮されて戻される、請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記の信号が前記の重合反応器中のモノ
    マーの濃度を表している、請求項1〜3の任意の1項に
    記載の方法。
  5. 【請求項5】 工程(d)において、前記触媒が前記重
    合反応器に供給される速度が前記の信号に応じて操作さ
    れる、請求項1〜4の任意の1項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 工程(d)において、モノマーが前記重
    合反応器に供給される速度が前記の信号に応じて操作さ
    れる、請求項1〜4の任意の1項に記載の方法。
  7. 【請求項7】 工程(b)における前記のフラッシュ分
    離がO kPa(0 psig)69 kPa(10 psig)の範囲の圧力で生
    ずる、請求項1〜6の任意の1項に記載の方法。
  8. 【請求項8】 689 kPa(100 psig)以上の圧力で分離さ
    れた前記ポリマーが、517 kPa(75 psig)以下の圧力で第
    二のフラッシュ分離を受ける、請求項1〜7の任意の1
    項に記載の方法。
  9. 【請求項9】 モノマーがエチレンである、請求項1〜
    8の任意の1項に記載の方法。
  10. 【請求項10】 重合及び得られたポリマーの回収の為
    の装置であって、 重合反応器; 前記重合反応器にモノマーを供給する為の方法; 前記重合反応器に触媒を供給する為の方法; 前記重合反応器からポリマー及び未反応のモノマーを含
    む反応流出液を取り出す方法; 大部分の前記反応流出液を受け、そして689 kPa(100 ps
    ig)以上の圧力で前記のポリマーから前記未反応のモノ
    マーをフラッシュ分離するための主のフラッシュ分離方
    法;及び 前記の反応流出液の小部分を受け、そして517 kPa(75 p
    sig)以下の圧力で前記のポリマーから前記未反応のモノ
    マーをフラッシュ分離するための補助のフラッシュ分離
    方法; 前記反応流出液の前記小部分から分離された前記モノマ
    ーを分析して重合反応器中の少なくとも1つの条件を表
    す信号を作るための方法;及び 前記信号に応じて前記重合反応器中の前記の少なくとも
    1つの条件を操作するための方法; を含有する前記の装置。
  11. 【請求項11】 前記の補助フラッシュ分離方法中の前
    記フラッシュ分離が、O kPa(0 psig)69 kPa(10 psig)
    の範囲の圧力で生ずる、請求項10に記載の装置。
  12. 【請求項12】 前記のモノマーを分析する為の前記方
    法がアナライザー変換器及びコンピュータを含有する、
    請求項10または11に記載の装置。
  13. 【請求項13】 前記信号が前記重合反応器中のモノマ
    ー濃度を表している、請求項10〜12の任意の1項に
    記載の装置。
  14. 【請求項14】 前記の操作方法が、前記重合反応器に
    供給されるモノマーの速度を変える、請求項10〜13
    の任意の1項に記載の装置。
  15. 【請求項15】 前記の操作方法が、前記重合反応器に
    供給される触媒の速度を変える、請求項10〜13の任
    意の1項に記載の装置。
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