JPH1149804A - 重合設備および重合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】重合に際してエチレン組成の高い不溶解ポリマ
ーの発生を防ぎ、重合器内の重合反応を均一にし重合反
応を効率よく行う重合設備を提供する。 【解決手段】エチレン、αオレフィン及び重合触媒共存
下、気液共存状態でエチレン、αオレフィン共重合体を
重合する重合器１と、この重合器１の気相を重合器１外
部に抜き出す抜き出し配管４と、この抜き出した気相を
冷却して重合熱を除去する熱交換器５と、前記抜き出し
た気相を熱交換器５によって凝縮する凝縮液と凝縮しな
い気相とを分離する気液分離装置６と、この気液分離装
置６から前記凝縮液と凝縮しなかった気相を重合器１に
再供給する供給装置９ａ，７を有する重合設備におい
て、重合器１に新たに供給するエチレンＡの供給口１０
の１つを抜き出し配管４から気液分離装置６までの間に
設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エチレン、αオレ
フィン及び重合触媒共存下、気液共存状態でエチレン、
αオレフィン共重合体を重合する重合器を有する重合設
備および重合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エチレン、αオレフィン及び重合触媒共
存下、気液共存状態でエチレン、αオレフィン共重合体
を重合する重合器と、この重合器の気相を重合器外部に
抜き出す抜き出し配管と、この抜き出した気相を冷却し
て重合熱を除去する熱交換器と、この熱交換器によって
凝縮する凝縮液と凝縮しなかった気相とを分離する気液
分離装置と、この気液分離装置から前記凝縮液と前記凝
縮しなかった気相を前記重合器に再供給する供給装置を
有する重合設備がある。

【０００３】例えば、図２に示す重合設備は、重合器３
を有しエチレン−αオレフィン共重合体を溶液状態で重
合する重合器１と、原料のエチレンＡとプロピレンＢ等
の気体を重合器１へ供給するガス吹き込みノズル２と、
重合器１の気相を重合器１から外部へ導く配管装置４
と、この抜き出した気相（混合ガス）を冷却して重合反
応熱を除去する熱交換器５と、冷却によって生じた凝縮
液と凝縮しなかった混合ガス（非凝縮ガス）とに前記混
合ガスを分配する分離設備（例えば、ドラム）６と、非
凝縮ガスを重合器１に戻す供給配管９ａ及び送風機７
と、凝縮液を重合器１に戻す供給配管９ｂ及びポンプ８
とを備えている。

【０００４】また、供給配管９ａは原料のエチレン（気
体）Ａを供給する供給管１０ａと接続している。更に、
配管装置４は原料のプロピレン（液体）Ｂを供給する供
給管１２ａと接続している。なお、ポンプ１３は、プロ
ピレンＢを配管装置４に圧送している。また更に、供給
配管９ｂは触媒（例えば、チーグラー触媒）Ｃを供給す
る供給管１１ａと接続している。また更に、重合器１は
溶媒（例えば、ヘキサン溶媒）Ｄを供給する供給管１４
ａと接続している。

【０００５】次に、図２に示す重合設備を用いて、原料
としてエチレンＡとプロピレンＢを使用し、重合器１の
液相にてチーグラー触媒Ｃおよびヘキサン溶媒Ｄにより
均一重合を実施する場合を説明する。

【０００６】重合器１は、原料のエチレンＡとプロピレ
ンＢとを供給されると、撹拌機３を用いてエチレンＡと
プロピレンＢを撹拌して重合し、気液共存下、エチレン
−αオレフィン共重合体（ポリマー溶液）Ｅを生成す
る。なお、重合に際して、ヘキサン溶媒Ｄが供給管１４
ａから、また、重合触媒Ｃが供給管１１ａから、重合器
１へ連続して供給される。

【０００７】重合反応では、通常重合熱が発生するた
め、これを除去する冷却手段としての熱交換器５が必要
となる。この重合熱の除去は重合器１の気相（混合ガ
ス）を抜き出し、これを熱交換器５によって冷却し、冷
却された混合ガス（一部が凝縮した場合は、凝縮液も）
を重合器１に循環させることにより実施している場合が
多い。

【０００８】この様な方法を用いる場合には、重合器１
から混合ガスを配管装置４によって抜き出し、熱交換器
５によって冷却し、冷却によって生じた凝縮液と残りの
非凝縮ガスをドラム６を用いて分離する。

【０００９】そこで、供給配管９ａは、送風機７の負圧
により非凝縮ガスをドラム６の上部から抜き取るととも
に、送風機７の圧風で非凝縮ガスをガス吹き込みノズル
２を介して重合器１へ圧送する。

【００１０】一方、供給配管９ｂは、ポンプ８の負圧に
より凝縮液（重合溶液、ヘキサン溶媒Ｄの他、原料のプ
ロピレンＢを含む）をドラム６の底部から抜き取るとと
もに、ポンプ８の吐出圧で凝縮液を重合器１へ圧送す
る。

【００１１】この様に混合ガスを重合器１外部に抜き出
し冷却して循環することによって、重合器１で発生した
重合熱を除去しつつ連続的に重合を実施する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、重合器１の
ガス吹き込みノズル２から供給されるエチレンＡ（気
体）は、撹拌等により気泡として分散しつつ液相に吸収
溶解され、液相中に拡散されつつ活性種である触媒に接
触することにより重合に供され消費されていく。

【００１３】このとき、重合器１のいずれの位置でもそ
の液中のエチレン濃度は一定であることが望ましい。し
かし、気泡として存在するエチレンの拡散速度は、液中
に溶解したエチレンの拡散速度と比較して遅く、ガス吹
き込みノズル２近傍においては、液相中にエチレンが高
濃度に存在する状況が発生しがちであった。

【００１４】この様なエチレンの高濃度部分において
は、エチレン組成の高いポリマー（例えば、ホモポリマ
ー）が発生し、このエチレン組成の高いポリマーは目的
製品であるエチレン−αオレフィンの共重合体との相溶
性が悪く、このためゲル分と呼称される製品中の異物に
なりがちであった。

【００１５】特に触媒として高活性のメタロセン触媒を
用いた場合には、ガス吹き込みノズル２から圧送される
エチレンガスの泡の界面において、エチレンのホモポリ
マーが急激に発生して不溶解ポリマーが大量に生成さ
れ、フィッシュアイの原因となっていた。

【００１６】そして、不溶解ポリマーの生成を抑制する
ためには、重合器１の生産量を下げてエチレンの拡散を
向上させる方法が知られている。しかし、これでは生産
量が減少するといった問題が生じた。

【００１７】本発明は、上記の事項に鑑みて創案された
ものであり、重合に際してエチレン組成の高い不溶解ポ
リマーの発生を防ぎ、重合器内の重合反応を均一にし重
合反応を効率よく行う重合設備および重合方法を提供す
ることを課題とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の重合設備は、エチレン、αオレフィン及び
重合触媒共存下、気液共存状態でエチレン、αオレフィ
ン共重合体を重合する重合器と、この重合器の気相を重
合器外部に抜き出す抜き出し配管と、この抜き出した気
相を冷却して重合熱を除去する熱交換器と、前記抜き出
した気相を前記熱交換器によって凝縮する凝縮液と凝縮
しない気相とを分離する気液分離装置と、この気液分離
装置から前記凝縮液と前記凝縮しなかった気相を前記重
合器に再供給する供給装置を有する重合設備において、
前記重合器に新たに供給するエチレンの供給口の１つを
前記抜き出し配管から前記気液分離装置までの間に設け
たことを特徴とする。

【００１９】また、本発明の重合方法は、エチレン、α
オレフィン及び重合触媒共存下、気液共存状態でエチレ
ン、αオレフィン共重合体を重合器内で重合し、前記重
合器内の未重合の気相を前記重合器内より抜き出すとと
もにこの抜き出した気相を冷却し、この冷却により前記
抜き出した気相を凝縮する凝縮液と凝縮しない気相とに
分離し、前記凝縮する凝縮液と前記凝縮しない気相とを
それぞれ前記重合器に再供給する重合方法において、前
記抜き出した気相が前記凝縮液と前記凝縮しない気相と
に分離されるまでの間に、前記重合器に新たに供給され
るエチレンの少なくとも一部を、前記抜き出した気相と
混合する混合工程を備えたことを特徴とする。

【００２０】以上のように構成したことにより、本発明
は、原料のエチレンを前記気相と混入して前記熱交換器
の冷却作用により冷却した後に前記凝縮液と接触させ、
あるいは原料のエチレンを前記凝縮液に混入して前記凝
縮液と部分溶解させることによって、前記重合器内で
は、エチレン濃度の高い状態の発生を抑制する。従っ
て、本発明は、前記重合器内でのエチレン濃度の不均一
性を低減し、前記重合器内の重合反応の不均一性を減少
させ、エチレン組成の高い不溶解ポリマーの生成を防止
する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
重合設備を図１を参照して説明する。まず、本発明の重
合設備の構成を説明する。

【００２２】本発明の重合設備は、図１に示すように、
エチレン、αオレフィン及び重合触媒共存下、気液共存
状態でエチレン、αオレフィン共重合体を重合する重合
器１と、重合器１の気相を重合器１外部に抜き出す配管
装置４と、この抜き出した気相（混合ガス）を冷却して
重合熱を除去する熱交換器５と、熱交換器５の重合熱除
去により凝縮する凝縮液と凝縮しなかった混合ガス（非
凝縮ガス）とに前記混合ガスを分配する分離設備（例え
ば、ドラム）６と、前記凝縮液と前記非凝縮ガスを重合
器１に再供給する供給装置とを備えている。

【００２３】そして、重合器１は原料のエチレンＡ（気
体）を含む非凝縮ガスを槽内に供給するガス吹き込みノ
ズル２と、槽内の液相を撹拌する撹拌機３とを有してい
る。なお、ガス吹き込みノズル２の供給先端は、重合器
１内の底近くの液相に設けられている。

【００２４】また、重合器１は、底部に供給口１１およ
び供給口１４を設け、中部側壁に排出口１５を設け、上
部に排出口１６を設けている。なお、供給口１１は、触
媒（例えば、メタロセン触媒）Ｃを供給する供給管１１
ａと接続している。また、供給口１４は、溶媒（例え
ば、ヘキサン溶媒）Ｄを供給する供給管１４ａと接続し
ている。更に、排出口１５は、溶液状の重合液（エチレ
ン−αオレフィン共重合体）Ｅを排出する排出管１５ａ
と接続している。また更に、排出口１６は、混合ガスを
排出する配管装置４の配管と接続している。

【００２５】そして、撹拌機３は、モーター３ａとこの
モーター３ａの回転軸に連結する撹拌羽根（インペラ
ー）３ｂを有している。そして、配管装置４は重合器１
の排出口１６から熱交換器５を経由してドラム６に接続
する配管を有している。

【００２６】また、前記排出口１６から熱交換器５を経
由してドラム６に接続する配管には供給口１０と供給口
１２が設けられている。この供給口１０は、原料のエチ
レンＡを供給する供給管１０ａと接続している。そし
て、この供給口１０から供給管１０ａを介して、重合器
１に新たに供給されるエチレンＡの少なくとも一部が供
給される。なお、この供給口１０から供給されるエチレ
ンＡの供給量は、重合器１に新たに供給されるエチレン
Ａの全供給量の内５０％以上であることが望ましい。

【００２７】また、この供給口１２は、原料のプロピレ
ンＢ（液体）を供給する供給管１２ａと接続している。
そして、熱交換器５は通過する気体から重合熱を除去す
る装置であり、例えば冷却器である。この熱交換器５は
必要熱量を除去でき、長期間の使用に耐えればいずれで
もよいが、多管型熱交換器を用いて説明する。

【００２８】この熱交換器５は冷媒（例えば、冷却水）
ＣＣＷを通じさせた槽５ａとこの槽５ａ内を通過する多
数の細管５ｂとを備えている。そして、熱交換器５の細
管５ｂは配管装置４の配管と接続している。

【００２９】そして、ドラム６は原料及び混合ガスを一
時貯溜する槽からなる。この槽内はフィルター６ａを有
していてもよい。そして、フィルター６ａは通過する原
料及び混合ガスから不純物を除去する繊維層を有してい
る。

【００３０】また、ドラム６は、槽の側壁に供給口６ｂ
を設け、底部に排出口６ｃを設け、上部に排出口６ｄを
設けている。そして、この供給口６ｂは、ドラム６の液
レベルよりも下位に位置している。また、供給口６ｂは
配管装置４の配管と接続している。

【００３１】また、この排出口６ｃは、凝縮液を移送す
る供給装置の配管９ｂと接続している。更に、この排出
口６ｄは、非凝縮ガスを移送する供給装置の配管９ａと
接続している。

【００３２】そして、供給装置は、ドラム６の排出口６
ｄから送風機７を経由してガス吹き込みノズル２に接続
する供給配管９ａと、ドラム６の排出口６ｃからポンプ
８を経由して重合器１の供給口１１に接続する供給配管
９ｂとを備える。また、供給配管９ｂは、メタロセン触
媒Ｃの供給管１１ａとも接続している。

【００３３】そして、送風機７は、気体（非凝縮ガス）
にファンで圧力を与えて送り出す機械である。この送風
機７の吸気側及び排気側は、供給配管９ａと接続してい
る。そして、ポンプ８は、液体（凝縮液）をインペラー
により外周部の渦形室へ急速に送り出す機械であり、例
えば遠心ポンプである。このポンプ８の吸入側及び吐出
側は供給配管９ｂと接続している。

【００３４】次に、本発明の重合設備を用いた重合方法
を説明する。なお、この重合設備において、原料はエチ
レンＡとプロピレンＢを使用し、重合器１の液相にてメ
タロセン型触媒Ｃとヘキサン溶媒Ｄを供給して均一重合
を実施する場合を説明する。

【００３５】まず、原料のエチレンＡを供給管１０ａか
ら配管装置４の供給口１０に供給するとともに、原料の
プロピレンＢをポンプ１３で圧送し供給管１２ａから配
管装置４の供給口１２に供給する。

【００３６】すると、エチレンＡとプロピレンＢは、供
給口６ｂからドラム６内に移送され、ドラム６で一部溶
解しながら一時貯溜される。そして、エチレンＡとプロ
ピレンＢは、ドラム６において液相（プロピレンＢと重
合液）と気体相（エチレンＡ）に分配される。

【００３７】エチレンＡを主成分とする非凝縮ガスは、
送風機７の負圧により排出口６ｄから供給配管９ａへ排
出され、供給配管９ａを経由し、更に、送風機７に圧送
されてガス吹き込みノズル２から重合器１に供給され
る。

【００３８】プロピレンＢを主成分とする凝縮液は、排
出口６ｃから供給配管９ｂへ排出される。供給配管９ｂ
内の凝縮液はポンプ８に圧送されて供給口１１から重合
器１の液相に供給される。なお、メタロセン触媒Ｃとヘ
キサン溶媒Ｄは、それぞれの供給管１１ａ，１４ａから
重合器１の供給口１１，１４へ連続して供給される。こ
こでヘキサン溶媒Ｄは、重合器１から抜き出された、未
反応のエチレンＡやプロピレンＢを含んでもよい。

【００３９】そこで、撹拌機３は、非凝縮ガス、凝縮液
をメタロセン触媒Ｃおよびヘキサン溶媒Ｄとともに撹拌
羽根３ｂで撹拌する。なお、メタロセン触媒Ｃは重合を
促進し、ヘキサン溶媒Ｄは溶液化を促進する。すると、
エチレンＡとプロピレンＢが重合し、重合器１の液相に
溶液状態のエチレン−αオレフィン共重合体Ｅが生成さ
れる。

【００４０】一方、重合器１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、エチレンＡと、気化したプ
ロピレンＢと、気化したヘキサン溶媒Ｄとが含まれた混
合ガスである。

【００４１】そして、この蒸気相（混合ガス）は排出口
１６から配管装置４の配管へ排出される。排出された混
合ガスは、配管装置４の配管内を熱交換器５へ移送さ
れ、熱交換器５の細管５ｂ内を通過する。すると、熱交
換器５は、細管５ｂ内を通過する混合ガスから冷媒ＣＣ
Ｗとの熱交換作用で重合反応熱を除去する。これによっ
て、混合ガスは一部凝縮され、凝縮液と非凝縮ガスとの
気液混合物となる。

【００４２】そして、冷却された混合ガス（気液混合
物）は、供給口１０から供給されるエチレンＡおよび供
給口１２から供給されるプロピレンＢと混合され供給口
６ｂよりドラム６内に一時貯溜される（混合工程）。な
お、この混合工程は、混合ガスが冷却により凝縮する凝
縮液と凝縮しないガスとに分離されるまでの間に行われ
る。そして、供給口１０から供給されるエチレンＡは、
冷却された混合ガスと混合され冷却されると共に、ドラ
ム６で凝縮液中に一部溶解（重合）する。

【００４３】従って、ドラム６は、混合ガスを一時貯溜
している間に、冷却により凝縮した凝縮液（プロピレン
Ｂを主成分とする液）と凝縮しなかった非凝縮ガス（エ
チレンＡを主に含む混合ガス）とに分配される。

【００４４】そして、非凝縮ガスは、送風機７の負圧に
より排出口６ｄから供給配管９ａへ排出される。そし
て、供給配管９ａ内の非凝縮ガスは、送風機７に圧送さ
れてガス吹き込みノズル２から重合器１に供給される。
なお、重合器１に新たに供給されるエチレンの全供給量
の内５０％以上が冷却された混合ガスと混合し、ドラム
６で凝縮液中に一部溶解した後、ガス吹き込みノズル２
から重合器１に供給される。

【００４５】一方、プロピレンＢを主成分とする凝縮液
は、排出口６ｃから供給配管９ｂへ排出される。供給配
管９ｂ内の凝縮液はポンプ８に圧送されて供給口１１か
ら重合器１の液相に供給される。

【００４６】従って、ガス吹き込みノズル２から重合器
１に供給される非凝縮ガスは、原料のエチレンＡと混合
ガスが混入したものであり、原料のエチレンＡに比して
エチレン濃度が低いものである。

【００４７】そこで、比較的濃度が低いエチレン（すな
わち混合ガス）をプロピレンＢに接触させて撹拌する
と、重合液中におけるエチレン濃度の高い領域を減少さ
せ、エチレン組成の高い不溶解ポリマーが発生する要因
を除去できるので、重合器内で均一な重合反応を得るこ
とができる。

【００４８】上述の実施の形態では、原料のエチレンＡ
の供給口１０を配管装置４と接続し、原料のエチレンＡ
を配管装置４の配管内の混合ガスと混合して供給した
が、別の実施の形態として、原料のエチレンＡの供給口
をドラム６の液レベルよりも下側に設けて、原料のエチ
レンＡをドラム６内の凝縮液と混合して供給してもよ
い。

【００４９】

【実施例】以下本発明の実施例を示して、本発明をより
具体的に説明するが、本発明はこれらに制限されるもの
ではない。なお、この重合設備の実施例では、原料はエ
チレンとプロピレンを使用し、メタロセン触媒とヘキサ
ン溶媒を供給する。

【００５０】（実施例１）図１の重合設備において、供
給モノマー量［kg/h］は、エチレンが3330［kg/h］、プ
ロピレンが1170［kg/h］とした。

【００５１】すると、3330［kg/h］のエチレン重合量を
得ることができた。この場合、エチレン組成の高い不溶
解ポリマーは発生しなかった。そして、重合器でのエチ
レン吸収量は、1360［kg/h］で全エチレン重合量の４
０．８４％であった。また、ドラムでのエチレン吸収量
は、1970［kg/h］で全エチレン重合量の５９．１６％で
あった。

【００５２】（比較例１）図２の従来の重合設備におい
て、供給モノマー量［kg/h］を実施例１と同一にして実
施した。

【００５３】すると、3330［kg/h］のエチレン重合量が
得られたが、この場合、エチレン組成の高い不溶解ポリ
マーが発生した。そして、重合器でのエチレン吸収量
は、1710［kg/h］で全エチレン重合量の５１．３５％で
あった。また、ドラムでのエチレン吸収量は、1620［kg
/h］で全エチレン重合量の４８．６５％であった。

【００５４】以上のように、実施例１は、原料のエチレ
ンを配管装置４の配管内の混合ガスと混入することによ
って、エチレンの濃度を低くおさえているので、エチレ
ン組成の高い不溶解ポリマーは発生しない。また、実施
例１はエチレンの濃度を低くおさえているので、実施例
１の重合器１での重合量は比較例１のものより少なくな
るが、実施例１は原料のエチレンの一部をドラム６の凝
縮液中に予め溶解させているので、実施例１のドラム６
での重合量は、比較例１のものより多くなり、総重合量
は実施例１も比較例１も同量となる。

【００５５】

【発明の効果】以上のように構成したことにより、本発
明は、原料のエチレンを前記混合ガスに混合して前記熱
交換器の熱交換作用により冷却した後に前記凝縮液と接
触させ、あるいは原料のエチレンを前記凝縮液に混合し
て前記凝縮液と部分溶解させることによって、前記重合
器では、原料のエチレンに比してエチレン濃度の低い混
合ガスと、前記αオレフィン組成物とを接触させて撹拌
することができる。

【００５６】従って、本発明は、前記重合器では原料の
エチレンに比してエチレン濃度を低く押さえ、重合器内
の重合反応の不均一性を減少させ、エチレン組成の高い
不溶解ポリマーの生成を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の重合設備の機器配置図

【図２】従来の重合設備の機器配置図

【符号の説明】

１…重合器 ２…ガス吹き込みノズル ３…撹拌機 ４…配管装置 ５…熱交換器 ６…分離設備（ドラム） ９ａ，９ｂ…供給装置（供給配管） １０…供給口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エチレン、αオレフィン及び重合触媒共存
   下、気液共存状態でエチレン、αオレフィン共重合体を
   重合する重合器と、この重合器の気相を重合器外部に抜
   き出す抜き出し配管と、この抜き出した気相を冷却して
   重合熱を除去する熱交換器と、前記抜き出した気相を前
   記熱交換器によって凝縮する凝縮液と凝縮しない気相と
   に分離する気液分離装置と、この気液分離装置から前記
   凝縮液と前記凝縮しない気相とを前記重合器に再供給す
   る供給装置と、を有する重合設備において、 前記重合器に新たに供給するエチレンの供給口の１つを
   前記抜き出し配管から前記気液分離装置までの間に設け
   たことを特徴とする重合設備。
2. 【請求項２】前記重合器に新たに供給するエチレンの供
   給口が前記気液分離装置の液レベルよりも下に位置する
   ことを特徴とする請求項１記載の重合設備。
3. 【請求項３】前記重合器に新たに供給されるエチレンの
   全供給量の内５０％以上が前記エチレン供給口から供給
   されることを特徴とする請求項２記載の重合設備。
4. 【請求項４】エチレン、αオレフィン及び重合触媒共存
   下、気液共存状態でエチレン、αオレフィン共重合体を
   重合器内で重合し、前記重合器内の未重合の気相を前記
   重合器内より抜き出すとともにこの抜き出した気相を冷
   却し、この冷却により前記抜き出した気相を凝縮する凝
   縮液と凝縮しない気相とに分離し、前記凝縮する凝縮液
   と前記凝縮しない気相とをそれぞれ前記重合器に再供給
   する重合方法において、 前記抜き出した気相が前記凝縮液と前記凝縮しない気相
   とに分離されるまでの間に、前記重合器に新たに供給さ
   れるエチレンの少なくとも一部を、前記抜き出した気相
   と混合する混合工程を備えたことを特徴とする重合方
   法。
5. 【請求項５】前記混合工程において、前記重合器に新た
   に供給されるエチレンの少なくとも一部は、前記重合器
   に新たに供給されるエチレンの全供給量の内５０％以上
   であることを特徴とする請求項４記載の重合方法。