JPH0689049B2 - 気相重合方法におけるエントレインメント低減方法 - Google Patents

気相重合方法におけるエントレインメント低減方法

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JPH0689049B2
JPH0689049B2 JP3047087A JP3047087A JPH0689049B2 JP H0689049 B2 JPH0689049 B2 JP H0689049B2 JP 3047087 A JP3047087 A JP 3047087A JP 3047087 A JP3047087 A JP 3047087A JP H0689049 B2 JPH0689049 B2 JP H0689049B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気相重合方法におけるエントレインメント低減
方法に関し、特に反応器の型式が横型反応器であり、反
応熱の除去が主として液体冷却剤の気化熱を利用して行
われる気相重合方法におけるエントレインメント低減方
法に関するものである。
〔従来の技術〕
オレフィンの気相重合槽として、以前から水平軸回りに
回転する攪拌機を有する横型円筒状反応器が知られてい
る。
この種の反応器内で発生する反応熱は一般に液体冷却剤
の蒸発潜熱を利用して除去される。すなわち反応器の槽
壁上に間隔をおいて置かれた導入口より液体冷却剤が槽
内へ注入され、攪拌されながらポリマー粒子や原料ガス
と接触し、気化のための熱を吸収し重合反応熱お除去す
る。
この場合に用いられる液体冷却剤は生成ポリマーの量に
比べ数倍の量が必要であり、気化したガスの量は非常に
多量となる。
気化ガスは反応器の上部槽壁に設置したガス排出管を通
過し、コンデンサーにより凝縮され、再び除熱用の液体
冷却剤として利用される。上記プロセスは比較的容易に
有効に実施できるが、多量の気化ガス発生のため、ガス
排出管系統のガス流速が大きく、ポリマー粒子および触
媒粒子等の細粒が気化ガスに同伴(エントレインメント
現象)され易く、ガス排出管系統のパイプ内やフィルタ
ーに付着したりあるいはこれらを閉塞することがあっ
た。このために、気化ガスがコンデンサー内に搬送され
にくくなり、またコンデンサー内に細粒が同伴されるこ
ともあり、このようなエントレインメント現象は長期連
続安定運動を防げる原因の一つであった。これらの問題
を解決するために、ガス排出管途中にサイクロンあるい
はバグフィルターを設置し同伴される細粒を除去した
り、ガス排出管と反応器との接続口にガス排出管の直径
より大きい直径を有する分離室を設け、分離室内の低い
ガス流速によりエントレインメント現象を低減する方法
が試みられた。
しかしサイクロンを設置した場合は、気化ガスに同伴さ
れた粒子の粒子径が小さいため除塵効率が悪く、またバ
グフィルターの場合は有効寿命が極めて短かかった。一
方分離室を設置した場合はエントレインメント量低減の
効果を得るためには分離室の直径を大きくすることが必
要であり、例えば重合活性が大きい場合や生産ペースを
増す場合では気化ガス量が多くなり、はなはだしい場
合、分離室直径が反応器直径に等しい程度のものでない
限りエントレインメントを防止できなくなり、分離室設
置による固定費増加等の問題があった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は上記従来技術における問題点を解決するために
なされたもので、比較的小さい分離室を気相重合反応の
ための横型反応器上部に設け、細粒のエントレインメン
トを効率よく低減する方法を提供することを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
内部に水平軸回りに回転する攪拌機を有する横型反応器
内で、生成ポリマーおよび触媒粒子より成る粒子層を攪
拌し、該粒子層と原料ガスを接触させ重合反応を行い、
反応熱を液体冷却剤の気化熱により除去する気相重合方
法において、横型反応器の上部に該横型反応器から排出
される未反応ガスおよび冷却剤蒸気の通過する分離室を
設け、該分離室内に液体冷却剤を噴霧する。
〔作 用〕
連続重合中における反応器内の触媒供給口に近い所では
未成長の50μm以下のポリマー粒子が多数混在し、ポリ
マーの排出口に近い部分では約400μm乃至1000μmの
成長したポリマー粒子が多数混在する。
これらの粒子径の異なるポリマー粒子が攪拌翼の作用に
よる遠心力によってガス相部分に飛散され、気化ガスお
よび未反応ガスの排出に伴いエントレインメント現象を
生じる。ストークスの式より粒子の沈降速度を求める
と、直径50μmのポリプロピレン球形粒子の場合プロピ
レンガス(温度70℃、圧力22kg/cm2G)において約6cm/s
ecであり、分離室中のガスの上昇速度を粒子の沈降速度
以下にしようとすると、気化ガス量が多い場合、分離室
の直径を非常に大きくしなければならない。一方本発明
を応用し、分離室内の細粒が通過する流路を横断するよ
うに液体冷却剤を噴霧させると、液体冷却剤ミストによ
る細流の捕捉のための分離室の直径をあまり大きくして
なくてもエントレインメント量を低下させることができ
る。
すなわち、液体冷却剤の噴霧ノズルから連続的に噴霧さ
れた液体冷却剤ミストと細粒とが衝突し、衝突例細粒を
核とした液体冷却剤ミスト(以後細粒ミストと記す)が
生成される。細粒ミストの粒子径は細粒の粒子径より大
きく、分離室内の下方へついで反応器内の攪拌粒子層中
へ沈降する。粒子層中で細粒ミストの液体冷却剤は気化
ガスになり細粒は重合されエントレインメント現象の生
じない粒子径まで成長する。
ただし、液体冷却剤ミストが細粒と衝突する前に気化す
る状態であると、エントレインメント量を低減させるよ
りむしろエントレインメント量を増加させる。
また、細粒ミストが粒子層中に戻る前に完全に気化する
状態であるとエントレインメント量低減の効果は小さ
い。
しかし、分離室内の単位体積当りに存在する細粒の数の
多い領域に液体冷却剤ミストを噴霧させた場合、上記の
ごとく衝突前に気化する液体冷却剤ミストの量は全体の
噴霧量に比べ無視できる程度に少い。
また、細粒ミストが粒子層中に戻る前に液体冷却剤が気
化して現れる細粒は多数の粒子の凝集体となっており凝
集体の重量が大きいため粒子層中に戻される。粒子層中
に戻された凝集体は凝集力が小さいため攪拌と共に分散
され塊状物発生の原因とはならない。
一般に分離室内における細粒の濃度は中心からの距離お
よび高さ方向で変化し、特に分離室糟壁下端からの高さ
が分離室直径の3.5倍である点を頂点とし分離室糟壁下
端を含むドーム面で急に変化し前記ドーム面の下方で濃
度が高い。従って液体冷却剤の噴霧ノズルを上記ドーム
面の頂点より下方に配置し、噴流を上記ドーム内を横断
させるとエントレインメント低減の効果を高めることが
できる。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。従来知
られている横型は反応器は例えば第1図に示すように直
径D、長さLの円筒状容器1内に円筒状容器と同軸に攪
拌機4が配置されており、攪拌機4は回転駆動される回
転軸2と回転軸2に取付けられた多数の平パドル3より
構成されている。(平パドル3は一部のみ図示してい
る) 触媒は円筒状容器1の一端に設けられた触媒注入口5よ
り注入され、生成ポリマーは円筒状容器1の他端に設け
られた製品取出し口6より取出される。原料ガスは円筒
状容器の下部に複数個設けられている原料ガス注入口7
より導入され、液体冷却剤は円筒状容器の上部に複数個
設けられている噴霧ノズル8より糟内へ注入される。液
体冷却剤の気化ガスと未反応原料ガスは円筒状容器の上
部に設けられた分離室9を通り、分離室9の頂部からガ
ス排出管10へ放出される。
上記のような横型反応器に本発明方法を実施するプロセ
スを第4図に示す。
ここに示すプロセスにおいても液体冷却剤は未反応原料
ガスを冷却液化したものが用いられている。分離室9か
らガス排出管10へ導かれたガスはサイクロン11で細粒が
除かれ、次にコンデンサー12で冷却され一部液化ガスと
なる。コンデンサー12からセパレータ13に導かれたガス
はここで気液が分離される。液化ガスはセパレータ下部
より抜出されポンプ14で送られて、液体冷却剤として用
いられると共に一部は分離室9内で噴霧される。セパレ
ータ13の頂部より抜取られるガスは原料ガス補給口15よ
り補給されるガスと共にブロワー16で送られて円筒状容
器1内へ注入される。触媒の注入と生成ポリマーの抜出
しは既に説明した通りである。
本発明に用いられる横型反応器の円筒状容器は直径Dに
対する長さLの比L/Dが1.0以上のものが好ましく、フル
ード数(Fr)は0.05〜3.0の範囲、特に0.2〜2.0の範囲
となるように攪拌機を回転させることが好ましい。但し
Frは Fr=Rω2/g R:攪拌翼の半径 ω:角速度(ラジアン/秒) g:重力加速度 で定義される。
また、反応器内のポリマー保有量は10〜90容量%で重合
させるのが好ましい。
本発明が適用される気相重合反応は特に限定されないが
炭素数2〜6の末端に2重結合を有するα‐オレフィン
を遷移金属化合物を含む触媒を用いて気相重合させるプ
ロセスに有効に適用される。生成されるポリマーを例示
するとエチレンポリマー、プロピレンポリマー、エチレ
ンプロピレンポリマー等が挙げられる。
液体冷却剤を噴霧するノズルは第3図に示すように噴霧
角θで円錐形を形成するように噴霧する。噴霧角θは噴
霧円錐面が円筒状容器1と分離室9との壁面の接合する
部分に接するようにするのが好ましいが第3図に示す噴
霧角θより大きくても良い。
分離室内で液体冷却剤を噴霧するノズル18の型式は特に
限定しないが、液体冷却剤ミストの粒径が均一であれば
よい。また円筒状容器内に設置された噴霧ノズル8と同
じ型式のものでも良い。
次に本発明の実施例により得られたデータを具体的に示
す。
円筒状容器の内径Dは340mm、長さLは1260mmであり、
回転軸の径は90mmのものを用いた。円筒状容器内へ液体
冷却剤を噴霧するノズルは触媒注入口の側板より長手方
向に210mm、630mm、1050mmの位置3ケ所に設置した。こ
のノズルの噴霧角は液化プロピレン流量10kg/hr以上で1
20゜乃至140゜であった。
上記側板より長手方向840mmの円筒状容器上部壁面に直
径100mm高さ600mmの円筒状の分離室を1ケ所設置し、そ
の頂部にガス排出管を接続した。ガス排出管の途中に同
伴粒子を完全に捕集することのできるフィルターをバイ
パスラインを設けて設置し、同伴粒子量の測定時に上記
バイパスラインを使用した。
上記分離室の中心軸上で分離室の糟壁の下端からの高さ
(l)が各々200mm、350mm、400mmである位置3ケ所に
上記ノズルと同じタイプのノズルを配置し、その中任意
のもの1個を使用できるようにした。
上記の円筒状容器にプロピレンモノマーを触媒と共に導
入し、攪拌機回転数を50rpm(Fr=0.48)とし、重合圧
力22kg/cm2、重合温度70℃で反応させた。液体冷却剤と
して液化プロピレンを平均74kg/hrの割合で上記ノズル
4個から等量に噴霧した(ノズル1個当り平均18.5kg/
h)。
プロピレンモノマーは15〜22Nm3/hrの割合で円筒状容器
底部より供給し、ポリプロピレンの生成量が10〜11kg/h
rとなるように触媒量を制御しながら連続運転した。重
合反応が安定した後、上記バイパスを使用しフィルター
に捕集された粒子量(同伴粒子量)を測定した。なお定
常運転時の気化ガス量は平均約40Nm3/hrであり、分離室
内の平均線速度は約8.8cm/secであった。この速度に等
しい沈降速度を有するプロピレン粒子の径は約80μであ
る。定常状態時の同伴粒子量の測定は5回行なった。
その結果を第1表に示す。
〔比較例〕 分離室内の噴霧ノズルを使用せず円筒状容器内のノズル
3個を使用して液化プロピレンを74kg/hrの割合で噴霧
した(ノズル1個当り24.7kg/hr)他は実施例と同一条
件で運転した。定常状態時の同伴粒子量を5回測定し
た。その結果を第2表に示す。
表に示すごとく比較例では実施例に比べ約7倍乃至140
倍反動粒子量が多かった。
〔発明の効果〕
重合反応熱を除去するための液体冷却剤を分離室内で噴
霧させガスに同伴される粒子に衝突させこれを捕捉する
ので、比較的小さい分離室を設けた場合でも気相重合反
応プロセスでのエントレインメントを効率よく低減する
ことができ、装置の長期連続運転を可能とする。
【図面の簡単な説明】
第1図は気相重合方法に用いられる従来公知の横型反応
器を示す縦断面図、第2図は第1図におけるA−A線断
面図、第3図は本発明の実施例を示す断面図、第4図は
本発明方法を実施したプロセスを示す系統図である。 1……円筒状容器、2……回転軸、3……平パドル、4
……攪拌機、5……触媒注入口、6……製品取出口、7
……原料ガス注入口、8……噴霧ノズル、9……分離
室、10……ガス排出管、11……サイクロン、12……コン
デンサー、13……セパレータ、14……ポンプ、15……原
料ガス補給口、16……ブロワー、18……ノズル。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に水平軸回りに回転する攪拌機を有す
    る横型反応器内で、生成ポリマーおよび触媒粒子より成
    る粒子層を攪拌し、該粒子層と原料ガスを接触させ重合
    反応を行い、反応熱を液体冷却剤の気化熱により除去す
    る気相重合方法において、横型反応器の上部に該横型反
    応器から排出される未反応ガスおよび冷却剤蒸気の通過
    する分離室を設け、該分離室内に液体冷却剤を噴霧させ
    ることを特徴とするエントレインメント低減方法。
  2. 【請求項2】分離室は横型反応器上に立てられた直径d
    の円筒形状を成し、前記分離室の中心軸上かつ分離室壁
    面下端からの高さが3.5d以下となる位置に液体冷却剤噴
    霧ノズルを配置した装置を用いる特許請求の範囲第1項
    記載のエントレインメント低減方法。
JP3047087A 1987-02-12 1987-02-12 気相重合方法におけるエントレインメント低減方法 Expired - Lifetime JPH0689049B2 (ja)

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