JP4307705B2 - 重合装置および重合装置における原料ガスの供給方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気液共存状態でエチレンなどを重合する重合装置および重合装置における原料ガスの供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばポリエチレンなどのポリオレフィンを得る場合に、エチレンなどのオレフィン単量体をチタン系固体状触媒等の存在下で液相重合させる液相重合法が知られている。このような液相重合法が適用される液相重合装置１では、例えば、図４に示したように、略円筒状の反応槽２が備えられている。反応槽２内には、ガス導入管３を介して、原料ガスＡが導入されるとともに、溶媒Ｂが溶媒供給管４を介して供給され、さらに触媒供給管５を介して触媒Ｃが導入されるようになっている。
【０００３】
一方、反応槽２には、撹拌装置６が備えられており、上方から降ろされた回転軸７の先端に設けられた回転翼（インペラー）８は、液相内に没入する位置に配置されている。
このように形成された液相重合装置１では、ガス導入管３から反応槽２内に供給された原料ガスＡは、撹拌装置６の回転翼８による攪拌作用によって、触媒Ｃの作用で重合され、これにより反応槽２内に重合体が生成されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の液相重合装置１では、ガス導入管３の先端部３ａは、回転翼８の比較的近傍に配置されている。したがって、撹拌装置６により液相内が撹拌されると、重合体を含む液体は、図５に示したように、回転翼８の回転に促されて、特に接線方向に勢い良く流れるので、液体は、ガス導入管３の開口端面３ｂに衝突することになる。すると、液体の中に含有される触媒成分や生成された重合体の一部は、ガス導入管３の開口端面３ｂ内に入り込んで、内壁等に付着してしまい、その結果、開口端面３ｂからの原料ガスＡの供給が妨げられるという問題があった。また、液体中に含有される触媒成分の一部がガス導入管３の内部に入り込んで、管内で原料ガスＡの重合が進み、その結果、管内で重合された重合体によってガス導入管３が閉塞してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑み、回転翼で撹拌しながら液相重合を行うに際して、反応槽内で生成された重合体がガス導入管のガス吹き出し口に付着してしまったり、あるいは液体中の触媒が管内に入り込んで、その管内で原料ガスの重合が進んでガス導入管が閉塞してしまうことを防止する重合装置における原料ガスの供給方法を提供することを目的としている。
【０００６】
また、本発明は、ガス導入管が閉塞されずに効率良く重合を行うことができる重合装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る重合装置における原料ガスの供給方法は、
撹拌装置の回転軸を反応槽の上部から下方に向かって配置するとともにこの回転軸に回転翼を取り付け、さらに液相重合用の原料ガスを供給するガス導入管を前記反応槽内に配設し、当該ガス導入管の先端部から吹き出された原料ガスを前記回転翼で撹拌しながら液相中で重合する重合装置における原料ガスの供給方法であって、
前記原料ガス導入管の先端部を尖塔状に切断角（θ''）、
（但し、（θ''）は１°以上９０°未満の任意の角度である。）で切断し、かつ該尖塔状の開口端面を、前記回転翼による液体送り方向の下流側に対向させることを特徴としている。
本発明において、「先端部」とは、導入管の先端付近で曲率がついている部分よりも開口部寄りであって、実質的に鉛直でない部分を言う。
【０００９】
また、本発明は、撹拌装置の回転軸を反応槽の上部から下方に向かって配置するとともにこの回転軸に回転翼を取り付け、さらに液相重合用の原料ガスを供給するガス導入管を前記反応槽内に配設し、当該ガス導入管の先端部から吹き出された原料ガスを前記回転翼で撹拌しながら液相中で重合させる重合装置における原料ガスの供給方法であって、
前記原料ガス導入管の先端部を尖塔状に切断角（θ''）、
（但し、（θ''）は１°以上９０°未満の任意の角度である。）
で切断し、かつ該尖塔状の開口端面を、前記回転翼による液体送り方向の下流側に対向させるとともに、このガス導入管の先端部を、前記回転軸と前記ガス導入管とを結ぶ線から前記回転翼による液体送り方向の下流側に向けて傾斜角（θ）、
（但し、（θ）は１°以上９０°以下の任意の角度である。）
傾けることを特徴としている。
【００１０】
なお、本発明において、液相重合とは、溶液重合、スラリー重合、懸濁重合等、重合工程に液相が介在する全ての重合方法を包含する概念である。
このような構成による本発明によれば、液相内で重合された重合体が回転翼で勢い良く撹拌されても、重合体が直接ガス導入管の開口端面に吹きつけられることはない。したがって、原料ガス導入管の吹き出し部分が重合体で閉塞してしまうことはない。また、液体中に含有される触媒成分の一部がガス導入管の内部に入り込んで、管内で原料ガスの重合が進むこともない。したがって、原料ガス導入管の吹き出し部分が管内で生じ得る重合体で閉塞してしまうこともない。
【００１２】
また、本発明に係る重合装置は、
撹拌装置の回転軸を反応槽の上部から下方に向かって配置するとともにこの回転軸に回転翼を取り付け、さらに液相重合用の原料ガスを供給するガス導入管を前記反応槽内に配設し、当該ガス導入管の先端部から吹き出された原料ガスを前記回転翼で撹拌しながら液相中で重合する重合装置であって、
前記原料ガス導入管の先端部を尖塔状に切断角（θ''）、
（但し、（θ''）は１°以上９０°未満の任意の角度である。）
で切断し、かつ該尖塔状の開口端面を、前記回転翼による液体送り方向の下流側に対向させてなることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係る重合装置は、
撹拌装置の回転軸を反応槽の上部から下方に向かって配置するとともにこの回転軸に回転翼を取り付け、さらに液相重合用の原料ガスを供給するガス導入管を前記反応槽内に配設し、当該ガス導入管の先端部から吹き出された原料ガスを前記回転翼で撹拌しながら液相中で重合させる重合装置であって、
前記原料ガス導入管の先端部を尖塔状に切断角（θ''）、
（但し、（θ''）は１°以上９０°未満の任意の角度である。）
で切断し、かつ該尖塔状の開口端面を、前記回転翼による液体送り方向の下流側に対向させるとともに、このガス導入管の先端部を、前記回転軸と前記ガス導入管とを結ぶ線から前記回転翼による液体送り方向の下流側に向けて傾斜角（θ）、
（但し、（θ）は１°以上９０°以下の任意の角度である。）
傾けてなることを特徴としている。
【００１４】
このような構成による本発明に係る重合装置によれば、攪拌翼で攪拌しながら液相重合を行う場合に、重合体がガス導入管の吹き出し口に吹き付けられて付着してしまうことがない。また、液体中に含有される触媒成分の一部がガス導入管の内部に入り込んで、管内で原料ガスの重合が進むこともない。したがって、本発明に係る重合装置によれば、ガス導入管から滞りなく供給される原料ガスにより効率的に重合を行なわすことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る重合装置における原料ガスの供給方法を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のガス供給方法を実施する液相重合装置を示した概略図である。
【００１６】
液相重合装置１０は、例えば、エチレンと、α−オレフィンと、重合触媒の共存下、気液共存状態でエチレンとα−オレフィンとを共重合するように構成した反応槽１２を備えている。# すなわち、反応槽１２には、原料供給ライン１４から、原料導入ライン１６のガス導入管１８を介して、原料ガスであるエチレンとα−オレフィンとの混合ガスＡが、反応槽１２内に導入されるようになっている。また、反応槽１２には、別途図示しない溶媒供給源から、例えば、ヘキサン溶媒などのエチレンとα−オレフィンと不活性な溶媒Ｂが、溶媒供給ライン２０を介して連続的に供給されるようになっている。
【００１７】
また、反応槽１２の内部には、反応槽１２の上部から下方に向かって配置された回転軸２３と、この回転軸２３の下端に支持された回転翼２１とからなる撹拌装置２２が備えられている。
一方、原料ガスを導入するためのガス導入管１８は、重合を促すため回転翼２１の比較的近傍に設置されているが、本実施例では、先端部１８ａが図２に示したように傾斜して設置されている。
【００１８】
すなわち、ガス導入管１８の先端部１８ａは、図２において矢印Ａで示した回転翼２１の液体送り方向の下流側に向けて傾斜角θをもって傾斜している。
回転軸２３とガス導入管１８とを結ぶ線からの傾斜角θは１°〜９０°の範囲である。ガス導入管１８への流れ込み防止の観点からは、傾斜角θは９０°に近い程好ましい。一方、原料ガスを反応層１２内に均一に分散させる観点からは、傾斜角θは小であることが好ましい。両者のバランスを考慮して適切な数値が選択されるが、実用上は、１°〜４５°の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは１°〜３０°の範囲である。
【００１９】
このように下流側に向けて傾斜していれば、撹拌装置２２の回転翼２１によって撹拌された場合であっても、ガス導入管１８の開口端面１８ｂ内に液体等が直接流れ込むことはない。
このような重合装置では、反応槽１２内にエチレンとα−オレフィンとが供給されると、攪拌作用によって、エチレンとα−オレフィンとが気液共存下で、触媒導入ライン２５から反応槽１２内に導入された触媒Ｃ（例えば、チーグラー触媒、メタロセン触媒）の作用で重合して、反応槽１２の液相内に溶液状態のポリマーであるエチレン・α−オレフィン共重合体Ｄが生成される。
【００２０】
なお、ここで、溶液重合に用いられる重合溶媒としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、灯油などの脂肪族炭化水素；シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、などの脂環族炭化水素；ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素などが上げられ、α−オレフィンとしてはプロピレン、1 ブテン、1ペンテン、1 ヘキセン、4 メチル 1 ペンテン、1 ヘプテン、1 オクテン、1 デセンなど の炭素原子数が３〜２０のα−オレフィンが挙げられる。
【００２１】
そして、反応槽１２で生成したポリマー溶液Ｄ’（エチレン・α−オレフィン共重合体）は、溶媒、未反応のエチレンおよびα−オレフィンとともに、連続的に排出ライン２４を介して反応槽１２から排出され、ポンプ２６を介して熱交換器２８に導入され昇温された後、ホッパー２９内に導かれて、溶媒および未反応のモノマー（エチレンとα−オレフィン）が蒸発分離されてポリマーＤが得られるようになっている。
【００２２】
一方、反応槽１２内の上部には、重合による発熱により溶液状態とならずに蒸発する気体（蒸気相）が発生する。この蒸気相は、未反応のエチレンと、気化したα−オレフィンと、気化した溶媒Ｂとが含まれた混合ガスＥである。この混合ガスＥは、混合ガス排出ライン３０を介して、熱交換器３２へ移送され、熱交換器３２の熱交換作用で冷却され重合反応熱が除去される。そして、この熱交換器３２で冷却された混合ガスＦ（一部が凝縮した場合、凝縮液と非凝縮ガスとの気液混合物）は、気液分離ドラム３４内に一時貯溜され、一時貯溜されている間に、冷却により凝縮した凝縮液Ｇ（重合触媒を含む混合液）と凝縮しなかった非凝縮ガスＨ（エチレン、α−オレフィンを主に含む混合ガス）とに分離される。
【００２３】
そして、この気液分離ドラム３４で分離された凝縮液溶媒Ｇは、気液分離ドラム３４の底部から、溶媒還流ライン３６を介して、ポンプ３８により凝縮液Ｇを反応槽１２内へ再び還流圧送されるようになっている。
一方、気液分離ドラム３４で分離された非凝縮ガスＨ（原料ガスであるエチレン、α−オレフィンを主に含む混合ガス）は、被凝縮ガス抜き取りライン４２を介して、ブロワー４４により気液分離ドラム３４の上部から抜き取られるようになっている。このように気液分離ドラム３４の上部から抜き取られた非凝縮ガスＨは、ブロワー４４により、原料ガス還流ライン４６を介して、原料導入ライン１６と合流され、再び反応槽１２内に導入されるようになっている。
【００２４】
また、気液分離ドラム３４で分離された非凝縮ガスＨの一部Ｈ’は、バイパスライン４８を介して分岐され、被凝縮ガス抜き取りライン４２と合流して、ブロワー４４に還流されるようになっている。
上記のような構成からなる液相重合装置１０によれば、ガス供給管１８から原料ガスＡが反応槽１２内に供給されてきた場合に、その原料ガスＡは撹拌装置２２により気泡として分散され、触媒Ｃと接触することにより重合に供されていく。なお、本実施例では、ガス導入管１８の先端部１８ａは、上記したように、矢印Ａで示した回転翼２１による液体送り方向の下流側に傾斜しているため、回転翼２１により送られてくる液体が、直接ガス導入管１８の開口端面１８ｂ内に入り込むことはない。よって、生成された重合体が液体の移動に伴って開口端面１８ｂ内に付着してしまうことはなく、安定した状態で原料ガスを供給することができる。
【００２５】
また、本実施例によれば、液体中に含有される触媒成分の一部がガス導入管１８内に入り込んでこの管内で原料ガスの重合が進んでしまうこともない。したがって、この管１８内で生じ得る重合体によりガス導入管が閉塞してしまうこともない。よって、常に安定した状態で原料ガスを供給することができる。
【００２６】
また、本実施例では、図２に示したように、ガス導入管１８の先端部を斜めに切断することにより、この先端部１８ａを尖塔状に形成されている。切断角θ''は、１°以上９０°未満である。ガス導入管への流れ込み防止の観点からは、切断角θ''は９０°に近い程好ましい。一方、原料ガスを反応層内に均一に分散させる観点からは、切断角θ''は小さい方が好ましい。両者のバランスを考慮して適切な数値が選択されるが、実用上は１５〜７５°の範囲の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは３０〜７５°の範囲である。このように形成すれば、より一層、流体の流れを開口端面１８ｂから遠ざけることができる。このような場合、先端部１８ａから吹き出される原料ガスＡは直ちに拡散されるので、重合反応の速度を損なうことはない。また、先端部１８ａの形状を尖塔状に形成し、図３に示したように、回転軸２３の軸芯に向けて配置しても良い。このような態様であっても、ガス導入管１８の外面が壁となるので、流体の侵入を効果的に阻止することができる。また、開口面１８ｂをやや下方に向けて配置することもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る重合装置における原料ガスの供給方法によれば、ガス導入管の開口端面内に生成された重合体が直接ガス導入管の内部に流れ込むことはないので、ガス導入管の開口端に重合体が付着することはない。また、液体中に含有される触媒成分の一部がガス導入管の内部に入り込んで、その管内で原料ガスの重合が進んでしまうこともない。
【００２８】
したがって、これらの重合体によりガス導入管が閉塞してしまうおそれがないので、原料ガスの供給が妨げられることはない。よって、液相重合を連続的に安定した状態で行うことができる。
また、本発明に係る重合装置によれば、ガス導入管の閉塞端に重合体が付着したり、ガス導入管の管内に進入した触媒成分により重合が進むといったことはないので、反応層内で効率良く液相重合を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る原料ガスの供給方法が採用された重合装置の概略図である。
【図２】図２は、同重合装置による原料ガス導入管と回転翼との位置関係を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施例に係る原料ガスの供給方法を示す概略図である。
【図４】図４は、従来の液相重合装置の概略図である。
【図５】図５は図４の液相重合装置に適用された従来の原料ガスの供給方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 重合装置
１２ 反応槽
１８ ガス導入管
１８ａ 先端部
１８ｂ 開口端面
２１ 回転翼
２２ 撹拌装置
２３ 回転軸
θ 傾斜角
θ'' 切断角

Claims (4)

1. 撹拌装置の回転軸を反応槽の上部から下方に向かって配置するとともにこの回転軸に回転翼を取り付け、さらに液相重合用の原料ガスを供給するガス導入管を前記反応槽内に配設し、当該ガス導入管の先端部から吹き出された原料ガスを前記回転翼で撹拌しながら液相中で重合する重合装置における原料ガスの供給方法であって、
   前記原料ガス導入管の先端部を尖塔状に切断角（θ''）、
   （但し、（θ''）は１°以上９０°未満の任意の角度である。）で切断し、かつ該尖塔状の開口端面を、前記回転翼による液体送り方向の下流側に対向させることを特徴とする重合装置における原料ガスの供給方法。
2. 撹拌装置の回転軸を反応槽の上部から下方に向かって配置するとともにこの回転軸に回転翼を取り付け、さらに液相重合用の原料ガスを供給するガス導入管を前記反応槽内に配設し、当該ガス導入管の先端部から吹き出された原料ガスを前記回転翼で撹拌しながら液相中で重合させる重合装置における原料ガスの供給方法であって、
   前記原料ガス導入管の先端部を尖塔状に切断角（θ''）、
   （但し、（θ''）は１°以上９０°未満の任意の角度である。）で切断し、かつ該尖塔状の開口端面を、前記回転翼による液体送り方向の下流側に対向させるとともに、このガス導入管の先端部を、前記回転軸と前記ガス導入管とを結ぶ線から前記回転翼による液体送り方向の下流側に向けて傾斜角（θ）、（但し、（θ）は１°以上９０°以下の任意の角度である。）傾けることを特徴とする重合装置における原料ガスの供給方法。
3. 撹拌装置の回転軸を反応槽の上部から下方に向かって配置するとともにこの回転軸に回転翼を取り付け、さらに液相重合用の原料ガスを供給するガス導入管を前記反応槽内に配設し、当該ガス導入管の先端部から吹き出された原料ガスを前記回転翼で撹拌しながら液相中で重合する重合装置であって、
   前記原料ガス導入管の先端部を尖塔状に切断角（θ''）、
   （但し、（θ''）は１°以上９０°未満の任意の角度である。）で切断し、かつ該尖塔状の開口端面を、前記回転翼による液体送り方向の下流側に対向させてなることを特徴とする重合装置。
4. 撹拌装置の回転軸を反応槽の上部から下方に向かって配置するとともにこの回転軸に回転翼を取り付け、さらに液相重合用の原料ガスを供給するガス導入管を前記反応槽内に配設し、当該ガス導入管の先端部から吹き出された原料ガスを前記回転翼で撹拌しながら液相中で重合させる重合装置であって、
   前記原料ガス導入管の先端部を尖塔状に切断角（θ''）、
   （但し、（θ''）は１°以上９０°未満の任意の角度である。）で切断し、かつ該尖塔状の開口端面を、前記回転翼による液体送り方向の下流側に対向させるとともに、このガス導入管の先端部を、前記回転軸と前記ガス導入管とを結ぶ線から前記回転翼による液体送り方向の下流側に向けて傾斜角（θ）、
   （但し、（θ）は１°以上９０°以下の任意の角度である。）傾けてなることを特徴とする重合装置。

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