JPS59124910A - 鼓形流動層反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は気相重合装置、とりわけオレフィン類の気相重
合に好適な気相重合装置である鼓形流動層反応装置に関
するものである。

なお、下記の説明において使用される重合及び重合体な
る用語は、それぞれ単独重合ならびに共重合及び単独重
合体ならびに共重合体を含む意味で用いられるものであ
る。

近年、オレフィン重合用の遷移金属触媒の改良により、
単位遷移金属当りのオレフィン重合体生産能力が飛躍的
に向上し、その結果、重合後における触媒除去の操作か
省略されるようになった。

このような高活性触媒を用いるときは、重合後の操作が
最も簡単なところから、オレフィン類の重合を気相で行
なう方法が注目されている。

一方、このような気相重合においては、通常、重合を円
滑に進めるために流動層反応装置が多用され、第１図の
従来の流動層反応装置の概略図に示す反応ガス人口１０
を経て、流動層反応装置１２の下部に導入されたオレフ
ィン、もしくはオレフィン含有ガスが、ガス分散板５で
均一に分散されて流動層部６内に流入され、流動層流内
でオレフィン重合体と触媒粒子とからなる固体粒子と共
に流動しつつ重合を行ない、反応ガス出Ｄ９を経て流出
した未反応のオレフィン、もしくはオレフィン含有ガス
は、冷却器１１で冷却され、循環ガス圧縮機１４を経て
反応ガスとして循環使用されている。

一方、取出口８を介して、製品である反応粒子は装置外
に抜き出されるようになっている。

Ｉ！（１も、気相重合で多用される上記従来例の流動層
反応装置１２は、第２図に示したごとく、装置本体の内
部にガス分散板５を設け、このガス分散板５の」−に流
動層部６を形成する構造のものであり、このガス分散板
５の設置部の径Ｄ１が流動層部６内の径Ｄ２　と等しい
場合と、径Ｄ１“が径１）２　　よりも小さい場合とが
一般的である。

また、反応ガスはガス分散板５を介して、均一なガス流
速で流動層部６内に流入されるのが一般的である。−。

しかしながら、このような流動層反応装置１２で、オレ
フィン類の気相重合を実施しだ場合には下記の欠点があ
げられる。

即ち、円滑な連続運転を実施するには、流動化用ガスと
して多大な反応ガスを必要とし、このため循環ガス圧縮
機１４の所要動力が増太し、気相重合の経済性をそこね
るという欠点力；ある。

そこで、気相重合の経済性を向上するために流動化用ガ
スとしての反応ガスを減少させると、第２図において、
ガス分散板５より上の流動層部乙の壁面全周に矢印にで
示すように反応粒子が付着成長し、固化する傾向が認め
られ、この成長固化した付着物は、運転中に板状及び塊
状に壁面から剥離し、抜き出しだ製品に混入して製品の
品質を著しく低下させることになる。２まだ、大形に剥
離した伺着物は、製品の取出口８及びトランスファーラ
インならびにノくルブの閉塞を１ねき、しばしば運転が
中断され、円滑な運転が阻害され、更に、剥離した付着
物が、ガス分散板５の上に沈積し、ガス分散板５を介し
て流入する反応ガスの均一な分散が阻害され、ガス分散
板５の上でさらに成長し、ついにはガス分散板５の目詰
りを引き起こす。

更に、ノｊス分散板５の直上の壁面での付着物は、力′
ス分散板５での均一なガス分散を阻害し、ガス分散板５
の外周部の目詰りを引き起こし、円滑な運転ができなく
なる。

！、た、上記の反応粒子が付着成長し、固化する傾向は
、反応ガスを減少することにより著しく増大する欠点を
有し、このことは装置の操作性を悪化し、多種類の銘柄
を同一の装置で製造することを常としている気相重合装
置としては、銘柄が限定されてし寸うという欠点となる
。、一般に、ガス分散板５を介して、均一に流動層部６
内に流入した反応ガスは気泡となり、合体をくり返し、
成長しながら流動層部乙の中央部に集りながら上昇する
傾向にある。

オレフィン類の気相重合を第１図の従来例の流動層反応
装置１２で実施する場合には、流動層部６の中央部の気
泡が集中して上昇するフローパターンが流動層部６内に
形成されると、ガス分散板５より上部の流動層部乙の壁
面の全周に、気泡が通過し難い安定した粒子層が形成さ
れ、気泡による撹乱を受けずに、反応粒子は壁面に接触
し、長時間滞留する。

このため、滞留する反応粒子の重合が過剰に進行し、反
応粒子の粘着性が増大した場合、反応粒子が壁面に付着
し、更に粒子同志が相互に結合することにより成長し、
壁面上で固化することが実験的検討の結果見出された。

一般に、流動層部６内に、固体粒子が長時間滞留する個
所が存在する場合、その個所にガスを外部より流入し、
対処する方法が良く知られている。

この方法に従って、ガス分散板５の最外周部のガス流入
量を増加して流入させることにより、反応粒子の付着固
化を解消することを試みたが、その効果はガス分散板５
のオリフィスからのジェットの到達する個所では認めら
れたが、流動層部乙の壁全周に対しては、その効果を認
めることができず、付着同化による欠点を解消すること
ができず、気相重合に゛おいては好ましい方法ではなか
った。

このことは、ガス分散板５の最外周部より流入された反
応ガスはジェットの上部より直ちに気泡となり、壁面に
沿って上昇することなく、流動層部乙の中央部にもぐり
込み、ガス分散板５の中火部のガスと合体し、中央部を
上昇する気泡フローパターンが形成されることに起因し
ている。

また、壁面全てにガス吹き込みノズル等の流入口を配置
して、ガス流入させる方法は、多大なガスを必要とし、
実用上好ましい方法ではない。

そこで本発明は、前記従来の欠点を解消するためになさ
れたものであり、従来の流動層反応装置特有の気泡のフ
ローパターンをくずし、壁面に沿って多量の気泡が上昇
する気泡フローパターンを生成しうる層構造を有する鼓
形流動層反応装置を提供することを目的とし、更に、そ
の装置において、少ない反応ガス量で壁面に沿ｑて多量
の気泡が上昇する気泡フローパターンを強化することを
目的としたものである。

即ち、本発明の鼓形流動層反応装置は、下部に設けられ
たガス分散板から流動層部内に流入させる反応ガスによ
り気相重合を行なう流動層反応装置において、その流動
層部の流動層上面の径がそのガス分散板の設置部の径よ
り小さな鼓形に形成させることにより構成され、甘た、
上記ガス分散板を、そのガス分散板外周部直上の単位面
積当りの反応ガス流速が、ガス分散板内部直上の単位面
積当りの反応ガス流速よりも大きくなるように形成する
ことがより奸才しい構成である、。

以下、図面を参照して本発明の各実施例を説明するが、
第１図の従来例及び各実施例において同じ部品は同じ部
品番号で示している３゜まず、第３図は本発明の実施例
１における鼓形流動層反応装置の概略側断面図であり、
この鼓形流動層反応装置１は、ガス分散室２、流動層部
６、フリーボード部４により構成され、ガス分散室２と
流動層部３とは径Ｄ１のガス分散板５で仕切られている
。

一方、流動層部６は、流動層上面６の径Ｄ２が」二記ガ
ス分散板５の設置部の径Ｄ１よりも小さい鼓形に形成さ
れており、その上部に触媒人ロア、その下部に製品であ
る反応粒子の取出口８を設けると共に、フーリーボード
部４の頂部に、反応ガス出口９、ガス分散室２の低部に
反応ガス入゛口１０を設けている。

反応ガスＧとしては、オレフィン及びオレフィンを含む
ガスを適用し、反応粒子としては、オレフィン重合体を
適用して、気相重合を実施した結果を以下に説明する。

上記の気相重合実施にあたり、流動層部乙の」二面に気
泡挙動を測定するプ町−ブを挿入し、グローブ測定位置
におけるガス流速Ｕを求めた結果を下記の表及び第５図
の線図に示している。

なお、第５〜８図中のＲは鼓形流動層反応装置１の中央
線からのグローブの距離であり、Ｕ　ｍ　ｆは反応粒子
の最小流動化速度である。

そこで、第１図及び第２図の従来例の流動層反応装置１
２の流動層部乙において、流動層上面６の径Ｄ２がガス
分散板５の設置部の径Ｄ１と等しい□こと以外は本発明
の実施例１と同様であり、この従来例の場合におけるガ
ス流速Ｕを求めた結果を下記の表及び第６図に示してい
る。

上記実施例１と従来例との結果から流動層反応装置１２
の構造を本発明の鼓形流動層反応装置１の構造にするこ
とで第６図の線図に示したごとく流動層部乙の中央部を
気泡が集中して上昇する従来例における気泡フローパタ
ーンをくずし、第５図の実施例１における線図のように
、壁面に沿って多量の気泡を上昇させうることが確認さ
れた。

そのだめ、上記各表に示したごとく、実施例１の場合は
、従来例に比して、気泡による壁面の撹乱が増大するた
め、反応粒子が壁面に接触して長時間ｆ１１１留するこ
とがなく、少ない反応ガス流量で、反応粒子が付着成長
し固化することを解消できることになる。

なお、第３図に示すごとき鼓形流動層反応装置１を採用
することにより、確かに気泡は・壁面く接触して流動層
上面６まで多量に上昇するが、一方、径Ｄ１とＤ２との
比、即ちＤ２／ＤＩの値が小さすぎると、壁面に接触し
上昇する気泡が反応粒子と周壁面との摩擦を大きくする
だめ、静電気が発生したり、あるいは反応粒子を壁面に
押しつけることにより反応粒子が付着し易くなるので、
鼓形流動層反応装置１の場合にはＤ２／ＤＩの値が重要
となり、流動層部乙の高さにより多少の差異はあるが、
実施例１における鼓形流動層反応装置１を用いた実験結
果によると、Ｄ２／ＤＩの値は００９８から００７５が
適切である。。

次に、第４図は一本発明の実施例２における鼓形流動層
反応装置１の概略側断面図であり、第３図の実施例１゛
とほぼ同様の構成及び機能を有するものである。

そこで、この鼓形流動層反応装置１は、ガス分散室２に
おいて、反応ガスＧを分割した状態でガス分散板５経由
流動層部６内に流入できるようにするため、ガス分散板
５に径Ｄ３の円筒状の仕切り一板１６を取り付けて仕切
っており、反応ガス人口１０Ａ及び１０Ｂのそれぞれの
バルブ１５゜１６を操作することにより、反応ガスＧを
、ガス分散板５の第４図のＡで示す外周部及びＢで示す
内部にそれぞれ分配して流入できるようにしている。

このような仕切板１６を有するガス分散板５Ｌ７）外周
部Ａの直上のガス流速Ｕ１を、ガス分散板５の内部Ｂの
直上のガス流速Ｕ２より大きくなるように反応ガスＧを
分配して流入させた本実施例２の結果を第７図の線図に
示している。。

なお、第７図においては、同じ反応ガス流量をガス流速
Ｕ１＝Ｕ２　　で流入した結果を破線で示しているか、
ガス流速Ｕｌ　＞　Ｕ２　で反応ガスＧをガス分散板５
から分配して流入するととで、第７図の実線で示すごと
く、気泡として壁面に接触して流れる気泡フローパター
ンが強化され、ガス分散板５の外周部Ａのガス出口から
生成される気泡は、確実に周壁に接触して流動層上面６
１で上昇するため、ガス流速Ｕ１＝０２の場合は反応粒
子の付着固化が認められだが、同じく少ない反応ガス流
量でも、ガス流速Ｕｉ　＞　Ｕ２の場合にはその付着固
化が認めｂれず、反応粒子の伺着固化を防止できること
が確認された。

そこで、本実施例２で使用した鼓形流動層反応装置１の
ガス分散板５より上部の流動層部３及びフリーボード部
４を取り外し、第１図及び第２図の従来例における流動
層部６及びフリーボード部４を接続して実施例２と同様
に反応ガスＧがガス流速Ｕｘ＝Ｕｚになるように分配し
て反応ガスＧを流入させた結果を第８図の実線で示して
おり、また、第８図中に同じ反応ガス流量をガス流速Ｕ
１＝０２　　で流入させた結果を破線で示している。

従来型の流動層部乙の場合は、ガス流速Ｕｌ＞Ｕ２　に
なるように反応ガスＧを分割流入させても第８図に示す
ごとく気泡が流動層部乙の中央部を集中して流れる気泡
フローパターンは解消されておらず、このため付着固化
に対する有効な対処法にはなっていない。

なお、第４図に示すごとき鼓形流動層反応装置１におい
′ては、ガス分散板５上で、カス流速Ｕｌ）Ｕ２になる
ように反応ガスＧを分配流入することにより、気泡が壁
面に接触して流動面より上昇する気泡フローパターンを
確実に強化し、気相重合においてより少ない反応ガス量
で壁面での付着固化を防止しうるが、ガス分散板５の径
Ｄ１と仕切板１６の径Ｄ３で決定されるガス分散板５の
外周部Ａの範囲は、流動層部乙の高さによる多少の差異
はあるが、ガス流速の比Ｕｌ／Ｕ２の値と共に、実施上
重要である。

」二記実施例２で用いた鼓形流動層反応装置１によると
、径Ｄ３／ＤＩの値及びガス速度Ｕｌ／Ｕ２の値はそれ
ぞれ下記の範囲が適切であった。

０゜７≦Ｄ３／ＤＩ≦００９５ １．５　≦　Ｕｌ／Ｕ２≦６゜Ｏ 寸だ、上記実施例２のごとくガス分散板５の外周部Ａの
直−ヒの単位面積当りのガス流速Ｉハをガス分散板５の
内部の直上の単位面積当りのガス流速Ｕ２より大きくな
るように反応ガスＧを分配して分散させながら流入させ
るためには、ガス分散板５を仕切板１３で仕切って反応
ガスＧを流入させる以外に、たとえば仕切板１６を取り
外し、ガス分散板５の外周部Ａのオリフィスの数を増加
することによっても達成でき、まだ、場合によっては、
ガス分散板５の外周部Ａのオリフィスの径を大きくする
ことによっても達成することができる。

従って、本発明の鼓形流動層反応装置では、少ない反応
ガス量で流動層部を円滑に運転することが可能となり、
特に反応粒子が付着性の強い粒子の場合に対して、強い
層構造を提供できるという利点がある。

更に、本発明の装置では、ガス分散板の外周部直上の単
位面積当りのガス流速をガス分散板の内部直上の単位面
積当りのガス流速より大きくするようにガス分散板で反
応ガスを分配できるので、より少ない反応ガス量で反応
粒子の付着固化の発生なしに円滑な運転が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の流動層反応装置の概略側断面
図、第３図及び第４図は本発明のそれぞれ異なる実施例
における鼓形流動層反応装置の概略側断面図であり、第
３図がその実施例１を、そして第４図がその実施例２を
示しており、第５図は第３図の実施例１における反応ガ
スの気泡フローパターンを示す線図、第６図は上記実施
例１との比較における従来例の気泡フローパターンを示
す線図、第７図は第４図の実施例２における反応ガスの
気泡フローパターンを示す線図、第８図は上記実施例２
との比較における従来例の気泡フローパターンを示す線
図である。 １・・・鼓形流動層反応装置、３・・・流動層部、５・
・・ガス分散板、６・・・流動層上面、１３・・・仕切
板、ＤＩ、、Ｄ２・・・径、Ｇ・・・反応ガス、Ｕ　ｐ
　Ｕｌ　、Ｕ２・・・ガス流速、Ｕｍｆ　２・・最小流
動化速度、Ｒ・・・流動層反応装置の中央線からの距離
。 代理人　弁理士　小　川　信　− １弁理士　野　口　賢　照 弁理士　　斎　　下　　和　　彦 １　　　　０　　　１ ２Ｒ／Ｄ２ Ｒ１０２ 第６図 ２Ｒ／Ｄ２ ２Ｒ／Ｄ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　下部に設けられたガス分散板から流動層部内に流入
   させる反応ガスにより気相重合を行なう流動層反応装置
   において、その流動層部の流動層上面の径が該ガス分散
   板の設置部の径より小さな鼓形に形成されたことを特徴
   とする鼓形流動層反応装置、。 ２　反応ガスを流動層部内に流入させるガス分散板が、
   そのガス分散板外周部直上の単位面積当りの反応ガス流
   速をガス分散板内部直上の単位面積当りの反応ガス流速
   よりも大きくするように形成されている特許請求の範囲
   第１項記載の鼓形流動層反応装置。