JP3741823B2 - 気相重合装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気相重合用重合器、詳しくはポリマーの原料でかつ気相状態にある、モノマーまたは／およびコモノマーを、固体状重合触媒およびその他の重合に必要な気相と重合反応させることによって、粉状のポリマー（以下「粉状ポリマーー」という。）を生成する気相重合装置の主要構成部である気相重合器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な気相重合装置としては、気相重合器にガス分散板を有する流動床型がある。
【０００３】
この流動床型気相重合装置では、モノマーまたはモノマーを含有するガス（以下、特に断わらない限り、これらを総称して単に「ガス」という。）をガス導入管を用いて気相重合器の下部に導入し、次で気相重合器の下部に配置されかつ多数の孔を有するガス分散板により前記導入されたガスを気相重合器内で均一に分散する。
【０００４】
この均一に分散されたガスは、気相重合器内を上昇し、このときのガス上昇流によって、既に重合反応によって生成された粉状ポリマーや固体状重合触媒等の粉体を流動化させつつ一定の流動床（流動層）を形成する。この流動床において、気相であるモノマーと固体状重合触媒等の粉体とが接触することで重合し、粉状ポリマーを生成する。なお、流動床の厚さは、ガスの流動等によってコントロールできる。
【０００５】
また、気相重合器の上部には、気相重合器からガスを排出するガス排出管が接続されている。
前記ガス導入管およびこのガス排出管は、気相重合器に対してガスを循環させるための気相循環系（例えば環状管路）を形成し、気相循環系には、例えばコンプレッサやブロア等のガス循環機が備えられている。
【０００６】
ガス循環機は、気相循環系を介してガスを流動させる装置であって、気相重合器において未反応の状態にあってそこから抜き出された抜き出しガスや必要に応じて新たに供給されるガスを気相重合器に送る装置である。
【０００７】
一方、気相重合器で重合に供されなかったガスは、ガス排出管を介して気相重合器から排出され、その後、前記気相循環系を回ってガス導入管から再度気相重合器に送り込まれ、再び重合反応に供される。
【０００８】
なお、ポリマーの原料であるモノマー，コモノマー，固体状重合触媒等は、当然ながら気相循環系に補給され、重合反応による減少分が補われるようになっている。
【０００９】
ここで供給されるモノマー，コモノマーを含有するガスや循環ガスは、流動層を形成できればよく、一部液相を含有していてもよい。
特に反応熱が大なる場合は、プロパン，プタン等の重合には不活性ではあるが、易揮発，凝縮性の媒体を含んでいてもよい。
【００１０】
一方、気相重合器には、気相重合器で生成済みの粉状ポリマーを気相重合器の外部に排出するためのポリマー排出管が備えられている。
ポリマー排出管は、このポリマー排出管を介して気相重合器から排出されて来る前記粉状ポリマーを沈降状態で一時的に貯留しておく沈降設備と接続されている。
【００１１】
沈降設備とは、沈降タンク，沈降ドラム等の容器のことであり、以後特に断わらない限り、沈降設備のことを総称して沈降タンクと称する。
沈降タンクに移送されて来る粉状ポリマーには、未反応モノマーその他の重合反応に供されなかったガス（固体状重合触媒等の粉体を含む。）を伴う。このため、沈降タンクには、粉状ポリマーの他に、前記未反応モノマーその他のガスも入ることになる。
【００１２】
沈降タンクに入った前記粉状ポリマーおよびガスは、沈降タンクに沈降する粉状ポリマーの層とその上に溜るガスの層とに分けられる。
前記ガスの層に係るガスは、重合に供することができるガスである。このため、沈降タンクの上部は、ガス抜き用接続管、リサイクルブロアー等を介して気相重合器と接続されるようになっており、このガス抜き用接続管を経由して前記ガスの層に係るガスの少なくとも一部は気相重合器に戻されて再び利用される。
【００１３】
ところで、気相重合器内底部側には、ガス分散板という多数の微細穴が形成された板が取付けられており、このガス分散板を境に気相重合器における上方の部分を反応室と呼び、下方の部分をガス室と呼ぶ。
【００１４】
このガス室に前記ガス導入管が接続されている。ガス導入管を経由して気相重合器に送られて来たガスは、ガス室を経由した後、ガス分散板の前記多数の微細穴を経由して反応室で拡散分配され、その後前述のように重合に供される。
【００１５】
そして、気相重合器の反応室で生成された粉状ポリマーは、ガス分散板上で前記ガスにより流動層を形成し、前記ポリマー排出管を経由して、連続的または断続的に前記沈降タンクへ送られる。
【００１６】
流動層型気相重合方法において、固体触媒、生成ポリマー等は、全て流動層中に存在し、そこから抜き出されることが望ましいが、粒子の粉砕等により発生した固体触媒や生成ポリマーは流動層を飛び出し、流動層上部に位置する減速域を経てガス環状ラインに混入してしまうことがある。
【００１７】
この様に気相循環系に混入した固体触媒や粉状ポリマーは、再度気相重合器のガス室に到達することが多い。そして、これら固体触媒や粉状ポリマーが、ガス室の内壁面に沈降して滞留したりまたは付着したりして固着してしまう虞れがある。この固体触媒や粉状ポリマーは、未だ活性を有していることが多く、固まった粉状ポリマーをそのままにしておくと、共存するモノマーと反応してしまうため、粉体が生長したり、粉状ポリマーの融解を引き起こし、極端な場合には、反応器内で、固体触媒や粉体ポリマーが活性を有さない場合でも互いに合一したり生長したり、また前記の活性を有した粒子に付着してその生長を促進したりすることがある。
【００１８】
塊状ポリマーやシート状ポリマーが生成されると、その除去は極めて困難であり、これを除去するためには気相重合装置を長期間停止しなければならず、したがって、生産性の低下を招来してしまう。
【００１９】
これを防止するために、ガス室には、ガス分散板へのガスの流れを均等に分配するとともにガス分散板の下方部分にて前記ガスの流れを乱流にするためのじゃま板が設置されている。
【００２０】
図５および図６は、じゃま板を備えた気相重合装置の一例を部分的に示すものであって、例えば、特開昭６１−１０６６０８号公報で開示されている。
気相重合器１のじゃま板２は、気相重合器１の最下部からある程度離されて配置された水平板である。このじゃま板２は、前記気相循環系の一部であるガス導入管３の先端部であって、気相重合器１の内部にまで臨んでいる部分で支えられている。
【００２１】
じゃま板２の中央部には穴２ａが形成されており、じゃま板２の下面には、前記穴２ａを取り囲むように、ガス導入管３の先端が当接している。また、ガス導入管３の先端部のうち、気相重合器１内に臨む部分には、複数の縦割りスリット３ａ，３ａ，……が、ガス導入管３の周方向に適当な間隔（例えば等間隔）で設けられている。
【００２２】
このため、ガス導入管３から気相重合器１に送られて来たガスは、図５および図６に示すように、じゃま板２の中央穴２ａおよびスリット３ａ，３ａ，……を通過して、それぞれ矢印５で示す中央上方流れおよび矢印７で示す周囲環状流れとなって、気相重合器１のガス分散板９よりも下のガス室１ａ内で還流する。
【００２３】
詳しくは、中央上方流れ５は、じゃま板２の中央穴２ａからその上方に向かった後、噴水のように放射状に周辺へ落下するごとき流れとなり、周囲環状流れ７は、ガス導入管３の穴３ｂ（気相重合器１の導入口ともいえる。）を起点として、そこからスリット３ａ，３ａ，……を介して放射状に気相重合器１の半球状底部１ｂの内壁面に沿って円弧を描くごとき流れとなる。
【００２４】
その結果、両流れは混ざり合い、これによってガス室１ａの内壁面に粉状ポリマーが沈降して滞留したり、付着したりせずに、ガス分散板９の微細穴９ａから再び気相重合器１の反応室１ｃに至るようになる。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、じゃま板２は水平状態で取り付けられており、特にその外周縁近傍にはガス流による渦流が発生し易く、この渦流の影響で前記外周縁近傍に粉状ポリマーが滞留、付着して成長し、塊となってしまうことが経験上知られている。
【００２６】
このようになる原因は、じゃま板２に粉状ポリマーが成長して固まってしまうと、本来の流動状態が得られなくなり反応器壁面へのポリマーの付着成長が発生したりするからである。このため、じゃま板２に粉状ポリマーが成長しないようにすることが望まれていた。
【００２７】
また、成長した粉状ポリマーが剥れたりして、前記中央上方流れ５や周囲環状流れ７によって舞い上がり、ガス分散板９の各微細穴９ａを塞いでしまう虞れがある。
【００２８】
本発明は、かかる従来の問題点を解決するためのものであって、じゃま板に粉状ポリマーが滞留、付着して、成長してしまうことや、ガス分散板の微細穴が、成長して大きくなった粉状ポリマーによって閉塞されないようにすることを技術的課題とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明の気相重合装置は、固体状重合触媒を用いて気相で重合反応させることによって粉状のポリマーを生成する気相重合用重合器内で重合反応に供されなかった未反応モノマーその他の気相を前記重合器から抜き出し前記重合器に再度供給する気相循環系を備えた気相重合装置において、前記重合器は、その内部に前記循環系から送られて来る気相を前記重合器内に拡散分配するためのガス分散板と、このガス分散板よりも下方に位置するとともに前記重合器への導入口に前記循環系から送られて来る気相の前記分散板への流れを前記重合器の内壁面に沿って分配するためのものであって上面が傾斜形状をしている傾斜体とを備えていることを特徴とする。なお、ここでいう上面とは、傾斜体のうち粉状ポリマーが沈降して来る部位をいう。
【００３０】
このような本発明に係る気相重合装置によれば、たとえ傾斜体の上に粉状ポリマーが沈降して来ても、傾斜体の上面は傾斜形状をしているので、前記粉状ポリマーは傾斜体の上面から滑り落ち、下部からのガス体により吹き上げられてそこには滞留しなくなる。
【００３１】
しかも、気相重合器の導入口に気相循環系から送られて来た気相は、傾斜体によって、気相重合器の内壁面に沿って分配されながらガス分散板へ向かい、そのときの流れの一部が傾斜体の上面の傾斜具合いによっては渦となる。そして、この渦のうち、傾斜体の上面に沿った渦流が、傾斜体の上面に沈降した粉状ポリマーを傾斜体の上面の傾斜の程度と挨待って、粉状ポリマーの傾斜体上面での滞留を阻止するようになる。このため、粉状ポリマーが滞留、付着して、成長してしまうことを効果的に防止できる。その結果、粉状ポリマーが大きくならないため、気相重合器のガス分散板の各微細穴が粉状ポリマーによって閉塞されないようにすることができる。
【００３２】
また、前記傾斜体は、錐体形状にしてもよい。錐体形状としては、円錐形または角錐形（特には円錐に近い多角錐形が望ましい。）であることが好ましい。この場合、前記円錐形または角錐形をした傾斜体は、上部錐形部と、この上部錐形部の底面に相当する部分が下方に突出するごとき形状をした下部偏平状錐形部とからなる形状体としてもよく、その場合には次の（１）〜（３）のディメンションで設定することが望ましい。
【００３３】
（１）上部錐形部の垂直断面における頂角θ１の角度および下部偏平状錐形部の垂直断面における頂角θ２の角度が、それぞれθ１＝８０°〜１２０°およびθ２＝１２０°〜１６０°
（２）前記傾斜体の最大径寸法Ｄ２が、Ｄ２＝１.１・Ｄ１〜１.５・Ｄ１
但し、Ｄ１は、前記気相循環系の重合器への導入管の内径
（３）前記傾斜体と前記気相重合器底部との距離Ｈが、Ｈ＝（０.８〜１.２）・（Ｄ１²・π／４）／（Ｄ２・π）
さらに、前記傾斜体は、その垂直断面における側辺が凹弧状曲線，凸弧状曲線または直線としてもよい。具体的には、傾斜体の全体形状が、多角錐形，ドーム形，ラッパ形となるように前記側辺が設定されることが望ましい。ここでラッパ形状とは、管楽器のベル（通称「朝顔」）部分に相当するごとき形状をいう。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の気相重合装置を図示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。 図１は、本発明に係る気相重合用重合器を説明するための概略図である。本発明に係る気相重合器が従来技術の項で述べた気相重合器と異なる点は、
従来の気相重合器のじゃま板２に相当する傾斜体およびそれに関連する箇所だけであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００３５】
気相重合器１の傾斜体２Ａは、ガス分散板９よりも下方に位置する。
傾斜体２Ａは、気相重合器１の導入口３ｂに気相循環系の一部であるガス導入管３から送られて来る気相（前述したように、気相重合器１内で重合反応に供されなかった未反応モノマーその他の気相のこと。）のガス分散板９への流れを気相重合器１の半球状底部１ｂの内壁面に沿って分配するための装置であって、中空で閉じられた錐体形状をしている。
【００３６】
この実施の形態では、傾斜体２Ａは、上部円錐形部１１と、この上部円錐形部１１の底面に相当する部分が、下方に突出するごとき形状をした下部偏平状円錐形部１３とからなるとともに、次のディメンションで設定された円錐体（錐体）である。
（１）上部錐形部１１の垂直断面の形状は二等辺三角形であって、その頂角θ１の角度は９０゜である。下部偏平状錐形部１３の垂直断面の形状も同じく二等辺三角形であって、その頂角θ２の角度は１５０゜である。ただし、これらの角度に限定されることはなく、θ１は、８０°〜１２０°の範囲で、θ２は、１２０°〜１６０°の範囲で設定されればよい。
（２）前記傾斜体の最大径寸法Ｄ２（図１参照）は１.３・Ｄ１である。
【００３７】
ただし、Ｄ１は、前記気相循環系を構成する管の内径を示し、Ｄ２は、上記の値に限定されず、１.１・Ｄ１〜１.５・Ｄ１の範囲であればよい。
（３）前記傾斜体と前記気相重合器底部との距離Ｈ１は、次の（１）式で求められ、係数ｋを１.０として求めた場合の値である。
【００３８】
Ｈ１＝ｋ・（Ｄ１²・π／４）／（Ｄ２・π）…………（１）
ただし、係数ｋは０.８以上１.２以下にする。
なお、図１において、符号１４が示すものは、傾斜体２Ａの上面（上部円錐形部１１の実質上の円錐面のこと）を意味する。この上面１４に、気相重合器１の導入口３ｂから導入され、周囲環状流れ７によって舞上げられる粉状ポリマーが沈降するようになる。また、上面１４は、バグ仕上げ（鏡面仕上げ）が施されていると、上面１４に積もった粉状ポリマーはより滑り易くなり好ましい。
【００３９】
また、上面１４には均厚な図示しない複数または少なくとも双数の穴があけられている。そして、傾斜体２Ａには、モノマー、例えばエチレンでパージラインを配し（図示しない）、すなわち微圧を立てることによって、前記複数の穴から傾斜体２Ａ内に粉状ポリマーが入らないようにしている。
【００４０】
このような傾斜体２は、前記した形状のもの限られず、次のような形態をしたものでもよい。
〈変形例１〉
図２に示すように、傾斜体２Ｂは、その垂直断面で見た場合における側辺１５が凹弧状曲線となるようにしたものでもよい。この場合の傾斜体２Ｂの全体形状は、例えば管楽器のベル（通称「朝顔」）部分に相当するラッパ形状といえる。
〈変形例２〉
図３に示すように、傾斜体２Ｃの垂直断面で見た場合における側辺１５が凸弧状曲線となるようにしたものでもよい。この場合の傾斜体２Ｃの全体形状は、ドーム形状といえる。
〈変形例３〉
図４に示すように、傾斜体２Ｄの垂直断面で見た場合における側辺１５を直線となるようにしたものでもよい。この場合の傾斜体２Ｄの全体形状は、円錐形状といえる。
【００４１】
この他に、傾斜体は、その全体形状が円錐形に近い多角錐形であってもよい。
〈実施形態の作用効果〉
このように構成された傾斜体２Ａ〜２Ｄを備えた気相重合器１では、たとえ傾斜体２Ａ〜２Ｄの上に粉状ポリマーが沈降して来ても、傾斜体２Ａ〜２Ｄの上面１４は傾斜形状をしているので、前記粉状ポリマーは傾斜体２Ａ〜２Ｄの上面１４から滑り落ちるようになるため、そこには滞留しなくなる。したがって、傾斜体２Ａ〜２Ｄの上面１４で粉状ポリマーが塊になることはない。
【００４２】
しかも、気相重合器１の導入口３ｂに気相循環系から送られて来た気相は、傾斜体２Ａ〜２Ｄによって、気相重合器１の内壁面に沿って分配されながらガス分散板９へ向かい、そのときの流れの一部が傾斜体２Ａ〜２Ｄの上面１４の傾斜具合いによっては渦となる。そして、この渦のうち、傾斜体２Ａ〜２Ｄの上面１４に沿った渦流が、傾斜体２Ａ〜２Ｄの上面１４に沈降した粉状ポリマーを傾斜体２Ａ〜２Ｄの上面１４の傾斜の程度と挨待って、粉状ポリマーの傾斜体上面１４からの滞留を阻止するようになる。このため、粉状ポリマーが上面１４で滞留、付着して、成長してしまうことを効果的に防止できる。その結果、ガス室１ａ内における粉状ポリマーが大きくならないため、気相重合器１のガス分散板９の微細穴が粉状ポリマーによって閉塞されないようにすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の気相重合用重合器によれば、ガス分散板よりも下方に位置するとともに前記気相重合器の導入口に前記気相循環系から送られて来る前記気相の前記ガス分散板への流れを前記気相重合器の内壁面に沿って分配するためのものであって、上面が傾斜形状にされた傾斜体を備えているので、この傾斜体に粉状ポリマーが滞留、付着して、成長してしまうことがない。このため、粉状ポリマーが大きくならないので、気相重合器のガス分散板の微細穴を粉状
ポリマーによって閉塞されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】・・・本発明に係る気相重合用重合器の概略図
【図２】・・・本発明に係る気相重合器の傾斜体の変形例を示す垂直断面図
【図３】・・・本発明に係る気相重合器の傾斜体の別の変形例を示す垂直断面図
【図４】・・・本発明に係る気相重合器の傾斜体のさらに別の変形例を示す垂直断面図
【図５】・・・従来技術を説明するための概略図
【図６】・・・図５の要部拡大図
【符号の説明】
１…気相重合器
１ａ…ガス室
１ｂ…半球状底部（気相重合器の）
１ｃ…反応室
２Ａ〜２Ｄ…傾斜体
３…ガス導入管（気相循環系）
３ａ…スリット
３ｂ…気相重合器の導入口
７…周囲環状流れ
９…ガス分散板
９ａ…微細穴
１１…上部錐形部（傾斜体２Ａの）
１３…下部偏平状錐形部
１４…上面（傾斜体の）
１５…傾斜体の垂直断面における側辺
θ１…上部錐形部の垂直断面における頂角
θ２…下部偏平状錐形部の垂直断面における頂角
Ｄ１…気相循環系を構成する気相重合器の導入管の内径
Ｄ２…傾斜体の底面最大径寸法
Ｈ１…傾斜体と気相重合器底部との距離

Claims (1)

1. 固体状重合触媒を用いて気相で重合反応させることによって粉状のポリマーを生成する気相重合用重合器内で重合反応に供されなかった未反応モノマーその他の気相を前記重合器から抜き出し前記重合器に再度供給する気相循環系を備えた気相重合装置において、
   前記重合器は、その内部に前記循環系から送られて来る気相を前記重合器内に拡散分配するためのガス分散板と、このガス分散板よりも下方に位置するとともに前記重合器への導入口に前記循環系から送られて来る気相の前記分散板への流れを前記気相重合器の内壁面に沿って分配するためのものであって上面が傾斜形状をしている錐体形状からなる傾斜体と、を備え、
   前記傾斜体は、上部錐形部と、この上部錐形部の底面に相当する部分が、下方に突出する下部偏平状錐形部とからなるとともに、次のディメンションで設定されていることを特徴とする気相重合装置。
   （１）前記上部錐形部の垂直断面における頂角θ１および前記下部偏平状錐形部の垂直断面における頂角θ２が、それぞれθ１＝８０°〜１２０°およびθ２＝１２０°〜１６０°
   （２）前記傾斜体の底面最大径寸法Ｄ２＝１ . １・Ｄ１〜１ . ５・Ｄ１但し、Ｄ１は、前記気相循環系の重合器への導入管の内径
   （３）前記傾斜体と前記気相重合器底部との距離Ｈ＝（０ . ８〜１ . ２）・（Ｄ１ ² ・π／
   ４）／（Ｄ２・π）

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