JPS6010043B2 - スラリ−から固体粒子を抽出する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭化水素懸濁剤中の固体ポリマー粒子のスラリ
ーからの固体ポリマー粒子の分離、特に従来よりも短時
間でスラＩＪ‐から固体ポリマー粒子を分離する方法及
び装置に関する。

固体ポリマーの製造においては一定かつ所望特性のポリ
マーを提供するため、重合反応を制御することが望まし
い。

重合を制御するのに好適な一つの特性はＡＳＴＭＴｅｓ
ｔＤ−１２３８一７０によるようなメルトインデツクス
である。メルトインデツクスの特性は大部分の固体ポリ
マーにとって満足すべき制御特性のものであるが、反応
装置又は製造ラインからとられたスラリーの試料から固
体ポリマー粒子を分離する時間は、メルトィンデツクス
の決定が完了した時点での反応装置の状態が必らずしも
試料が採取された時点での一般的な状態と同じでないよ
うになっており、従って重合工程の正確な制御が、反応
装置又は製造ラインからのスラリーの試料に含有されて
いるポリマーのメルトインデックスの決定に当っての遅
れにより妨害されてしまう。従来は反応器中における８
〜１加持間前に生じたことに関する知識に基づいた経験
により重合反応装置を動作させることが必要であった。
所望の結果を生じるために知られた一連の条件から少し
でも逸脱すると仕様からはずれた生産物を数時間にわた
り生産することになった。反応装置内の種々の動作状態
の試験は実際問題としてできなった。米国特許第３５０
６６４び号及び第３５７９７２８号は溶媒中のポリマー
の溶液から固体ポリマーを分離する方法及び装置を開示
しており、そこでは試料溶液は試料導管及びそれから温
度制御装置を介して重合反応装置又は製造ラインから瞬
間動作膨張弁に抽出され、直接排気押出器にとり出され
る。

溶液は押出器にとり出されるので溶媒は蒸発しそこから
除去されるので、実質的に溶媒のないポリマ−押出物が
得られる。この従来技術はフィリップス型触媒プロセス
を使用する低圧エチレン重合反応装置に好適であり、こ
のプロセスにおいて重合は約１００００又はそれ以上の
温度で約５００ＰＳｉの反応装置圧力で炭化水素溶液中
において遂行される。フィリップスプロセスにおいて、
ポリマーはそれが形成される時分解し「通常のポリマー
濃度でその反応装置から得られる溶液は非常に粘性があ
り、熱い状態に保たねばならない。上記従来の方法はフ
ィリップス型プロセスには好適であるが、約７０つ０の
反応装置温度及び約７坪Ｓｉの圧力の縄梓反応装置にお
いて重合を遂行するジーグラー型プロセス（ジーグラー
等のＡｍ鞍ｗＣｈｅｍ、６７５４１〔１９５５〕参照）
を使用する反応装置から生成物を抽出するためには使用
できない。

フィリップス法とジーグラー法との顕著な差は抽出技術
に関する限りフィリップスプロセス反応装置からの生成
物が比較的高温及び高圧力で溶媒中に溶解したポリマー
溶液であるのに対し、ジーグラープロセス反応装置から
の生成物が比較的低温度及び低圧力で、炭化水素懸濁液
中の種々な大きさの固体ポリマー粒子のスラリ−である
点にある。ジーグラープロセスから得られるポリマー・
スラリーの特性は、固体ポリマー粒子が乱流が維持され
なければ炭化水素懸濁から沈殿する傾向があることであ
る。フィリップスプロセスのポリマー溶液は固体懸濁粒
子を有していないので「その溶液の試料は小型抽出導管
を介して反応装置又は製造ラインからとり出すことがで
き「温度制御素子を通して伝送され、直接計測されて噴
出ノズルを介して排出押出器中に入れられる。前述の特
許に開示された従来法がジーグラープロセス反応装置又
は製造ラインに適用されると、抽出導管内及び熱交換器
内での固体ポリマー粒子の沈殿により満足な動作は得ら
れず「導管や弁をふさいだり、他の動作上の障害を生じ
る。本発明者により発見された方法及び装置によると炭
化水素懸濁剤中の固体ポリマー粒子のスラリーはほ）、
蒸発される。

ポリマー粒子及び蒸発された炭化水素懸濁剤はキャリア
ガスによって熱交換器を介して排出ネジ押出器に送り込
まれ、ポリマー試料は固化され圧縮されて、キャリアガ
スは炭化水素のない押出物を形成するために除去される
。この押出物は、スラリ−が反応装置又は製造ラインを
出てから５〜１０分で得られが、従来は炭化水素のない
試料は８〜１幼時間遅れてようやく得られた。本発明の
目的は炭化水素懸濁剤中の固体ポリマー粒子のスラリ−
から固体ポリマーを分離する改良された方法及び装置を
提供するにある。本発明の他の目的は従来よりも実質的
に少ない時間で、炭化水素懸濁剤中の固体ポリマー粒子
のスラリ−から固体ポリマーを回収する方法及び装置を
提供するにある。

第１図に、炭化水素懸濁剤がＮ−へキサンであり、例え
ば、アルミニウムトリェチルにテトロクロラィドのよう
なチタニウム誘導体を附加した触媒の存在下でエチレン
の重合のためにジーグラープロセスに本発明を適用した
場合を示す。ジーグラープロセスにおいて重合反応はい
まいま約７０００の温度及び７坪Ｓｉ圧力で遂行される
。重合反応装置１川こ供給されるエチレンは導管１１を
通り、Ｎ−へキサン炭化水素懸濁剤供給は導管１２及び
予め混合された触媒の供給は導管１３を通る。反応装置
１０の温度制御は図示していない懸濁剤−エチレン再循
環を以て反応装置の逆流操作により行われうる。ポリマ
ー・スラリーの流出は流出路１４により除去される。ス
ラリー流出試料はスラリ−抽出器１５によって流出路１
４からとられ窒素キャリアガスによって熱交換器１６の
入口に送られる。

このガスは窒素供給導管１７及びフロー調節弁１８を介
して抽出器１５に導入される。熱交換器１６内に存在す
る高温、低圧状態は熱交換器にポリマー・スラリーを導
入するとすぐにこれを揮発せしめる。窒素キャリアガス
の流れはそれがネジ押出器２４に向って進むに従い、流
体路中にポリマー粒子を保持する。キャリアガスの作用
は固体粒子を流動化させて輸送するにある。窒素はその
不活性及び入手し易いためキャリアガスとして好適であ
るが、これ以外でも揮発性懸濁剤と混合されると可燃性
混合物を形成するガスは好適である。サイクルタイマー
１９はその制御設定（図示せず）によって決まる一定の
割合で間欠的に流出路１４中のスラリーを抽出するため
に制御空気路２０及び２１によって抽出器１５に作動的
に接続されている。熱は循環する蒸気又は油のような加
熱された流体を有するコイルアッセンブリー２２によっ
て熱交換器１６に移送される。スラリー試料が圧力流出
路１４からとり出されて熱移送ユニット１６内に存在す
る低圧力状態にさらされる時の膨張による温度降下を克
服するため、それが熱交換器１６中を進む間に充分な熱
がスラリー試料に加えられる。充分すぎる熱がスラリー
試料に加えられて、熱交換器１６内の炭化水素懸濁剤を
ほゞ完全に揮発せしめうる。熱交換器内の温度が炭化水
素懸濁Ｚ剤の沸騰点近傍好適にはその沸騰点以下の約１
００Ｆ（約一１〆○）に保持されると、満足な動作を得
ることができる。一層良好な緊密性がわずかに湿った粒
子によって得られることが判明し、従って熱移送ユニッ
トにおける炭化水素懸濁剤を完全に揮Ｚ発させるよりも
、ポリマー粒子が押出器に入るとわずかに湿らせること
が好ましい。窒素フラツシングガスの流れは湿ったポリ
マー粒子及び揮発された炭化水素懸濁剤を、熱交換器１
６の出口端から移送管２３を介して排出ネジ押出器２４
に運２ぶ。押出器２４はそのまわりの通常の電気加熱素
子（図示せず）によって処理されるポリマーの特性に応
じて約４０００Ｆ〜５０００Ｆ（約２０４ｑｏ〜２６０
００）の範囲内の温度に保持される。

揮発された炭化水素懸２濁剤及び窒素キャリアガスはフ
ィル夕２６及び真空ポンプ２７により排出管２５によっ
て押出器２４から除去される。固体ポリマー粒子は外部
可変速度モータ２９によって駆動される押出器ネジ２８
を回すことによってその放出端に向って移動せ３しめら
れる。押出器ネジの回転によって固体ポリマー粒子と共
に移動せしめられる窒素キャリアガス又は炭化水素懸濁
剤の残部は排出管３０を介して大気に排出される。非揮
発ポリマー粒子は押出器２４の放出端に向３つて押出器
ネジ２８の回転によって移動せしめられ、圧縮されて固
体ポリマーとして押し出される。

押出器２４の放出端からの固体ポリマー押出物は放出ノ
ズル３１を通って分析計３２に至る。圧力計３３は抽出
器１５の抽出率が分析計３２に４押出物を連続的に流す
に充分であることを操作員に表示する。抽出率はサイク
ルタイマー１９の手動設定によって制御される。分析計
３２はポリマーの可変特性を決定できる計器でありうる
。メルトィンデックスは重合プロセスに有用な正常な固
体ポリマーの可変特性である。本発明の使用に好適なメ
ルトインデツクスレオメータは米国特許第３０４８０３
び号‘こ記載されている。第２図にスラリー抽出装置１
５の詳細を示す。

スラリー抽出器１５は協働空気シリンダー及びピストン
装置によって間欠的に作動されるスプール型抽出弁を備
えている。第２図に示す如く、スラリー抽出器の素子は
流出路１４内のＴ字形取付け部品中にネジこまれてシー
ル３５及びロックナット３６によって取付けられている
抽出器シリンダー３４を備えており、プランジャー装置
３７は抽出器シリンダー３４に摺動可能に戦遣され、ス
ラリー試料を機集するための正確な寸法のスプール部３
８を有している。ピストンロッド４川まプランジャ装置
３７を、空気シリンダ装置４２内に摺動可能に載遣され
ている空気ピストン４１に結合する。スラリー抽出器１
５の動作はサイクルタイマー１９から空気路２０を介し
て空気シリダー４２内の第１入口ボート４３への空気圧
によって開始される。空気ピストン４１の面に作用する
空気圧はピストンロッド４０及びプランジャー装置３７
を点線４４によって示される如く拡大位置に至らしめる
。その拡大位置でプランジャー装置３７のスプール部３
８は流出路１４を介して流れるスラリー流出物に露出さ
れる。いまらくして、サイクルタイマー１９によって制
御されて、空気圧が空気路２０から解放され、空気ピス
トン４１の裏側に出口のある第２空気シリンダー入口ボ
ート４５に接続されている空気路２１に印加される。プ
ランジャー装置３７は従って図示の如く初期位置に戻さ
れる。プランジャー装置３７がその初期位置に向って移
動すると、スラリー材試料はスプール部３８内に瓶集さ
れる。

プランジャー装置３７がその初期位置に達すると、スプ
ール部３８は窒素入口ボート４６及び抽出器シリンダー
３４内のスラリー出口ボート４７と整合する。窒素供給
路１７は窒素入口ボート４６に連絡していて窒素キャリ
アガスの一定流を供給し、スラリー出口ボート４７を介
してスラリー試料を熱交換器１６中に押し出す。流出路
１４から熱交換器１６へのスラリーを送る割合はスプー
ル部３８内に捕集されたスラリーの量及びサイクルタイ
マー１９によって制御されるプランジャー装置３７の動
作の周期率によって制御される。従ってサイクルタイマ
ー１９により与えられるタイミング制御によって試料流
率の手動制御が行なわれる。スプール部３８の容量が約
８塊、周期率が約１４４の／分のスラリー流出率に対し
て１８サイクル／分、窒素キャリアガスの流れが約１甥
票準立方フィート／分であるとき、満足な動作を得るこ
とができた。スラリー流出率は種々の動作状態で３０〜
２４０流／分の範囲内にあればよく、キャリア一流率は
適当な粒子移動を得るために５〜３甥票準立方フィート
／分の範囲内に調節しうる。本発明に好適なスラリー抽
出弁は例えばイリノイ州、ヨークビルのブリストル・エ
ンジニアリング・カンパニーからモデル番号Ｍ−４ＫＴ
ＡＮとして市販されている。

そのスラリー抽出器に好適なサイクルタイマーはアイオ
ワ州のイーグル・シグナル・カンパニーからモデル番号
ＣＡＩＯＯＡ５０５０５０１として市販されている。第
３図に熱交換器１６の詳細を示す。第３図の部分断面図
に示す熱交換器は管状ハウジング４８及び加熱コイル２
２を備えている。管状ハウジング４８は一連の固定ヘリ
カル素子４９，５０，５１及び５２を包囲する。各ヘリ
カル素子は薄い板金から作られ、ハウジング４８に流れ
る材料に回転的循環を与えるように１８００のねじれを
有する。入力端から見て、第１へりカル素子４９、第３
素子５１及びこれに続く各交互の素子は、例えば時計方
向にねじられ、一方第２素子５０、第４素子５２及びこ
れに続く各交互の素子は反騰計方向にねじられている。
更に各素子は先の素子の後緑に対し直角な先縁を有する
ように設置され、従ってハウジング４８を流れる材料の
回転循環の方向は各セクションで反対である。このよう
にして、混合管を流れる材料は連続的に混合され、温度
、速度及び材料組成中の半径方向の傾斜はほゞ消去され
る。ら旋状に巻装された管状コイル２２から成る加熱ジ
ャケットは管状ハウジング４８の外径と密接に接触して
いる。

蒸気又は加熱油のような加熱流体がコイル２２を循環し
て管４８を流れる材料の温度を上げる熱源を提供しＮ−
へキサン懸濁剤をほ）、完全に揮発させる。前記熱交換
器中の混合装置としては例えば米国特許第３２８６９９
２号等に記載され、マサチュセッッ州、ダンバーのケニ
ツクス・コーポレーションが市販しているＳＴＡＴＩＣ
ＭＩＸＥＲ（同社の米国登録商標）が好適である。

第４図及び第５図において、ネジ押出器２４の詳細を示
す。

ネジ押出器２４は軸に沿ってあげられた２．５４肌の径
の穴及びこれに合致したら旋押出器ネジ２８を有する約
４３肌の長さの円筒状押出器箱５３を備えている。可変
送度モータ２９はネジを第４図に関して左から右に進め
るような方向に押出器ネジ２８を回転させる。供給口５
４には移送管２３が取付られている。供給口５４の中心
線は第５図に示すように押出器箱５３の内周に接するよ
うに配置されている。約１２．７肌の長さ、約０．３肌
の中、約０．１５伽の深さの一連の溝５５は箱５３の縦
軸と平行に配置されている。押出器箱５３の溝部は押出
器ネジ２８がポリマー粒子を圧縮して固形物にし、それ
を供給部から迅速に除去するのを助長する。真空出口５
６には真空導管２５が取付られ「出口５７には出口路３
０が取付られる。押出器箱５３の下流端にはポリマー押
出物と分析計３２に導通させる０．６３肌のノズル３１
が設けられている。ポリマ−押出物の圧力を監視するた
め圧力ゲージ３３がノズル３１に設けられている。入口
５４からの供給材は押出器ネジ２８の羽根には）、直接
かつネジの角運動にほ）、平行に供給される。押出器ネ
ジ２８は第５図に関して時計方向に回転し、第４図に関
しネジ羽根を左から右に進めるので、固体ポリマー粒子
は押出器ネジ２８の前進する羽根によって供給口５４か
らはこびさられる。蒸発された炭化水素懸濁剤及び窒素
フラッシングガスは固体ポリマー粒子の流れに反対方向
に循環し、真空出口５６及び真空導管２５によって押出
器から取り出される。第１図の真空ポンプ２７は動作状
態に於て、押出器箱５３内で水銀柱５０．８〜６３．５
肌の範囲の真空を保持するような大きさとなっている。
供給入口５４は押出器の駆動端から押出器を介してのポ
リマーの流れの方向（第４図で左から右）に関して、数
個の押出器ネジ羽根だけ下流にあり、真空出口５６は供
給入口５４から２又は３個の押出器羽根だけ上流の所に
設けられている。

出口５７は押出器箱５３内において、ポリマーの流れに
関し約７又は８個の押出器羽根だけ下流で押出器２４の
圧縮部に設けられている。真空出口５６及び真空導管２
５から取り出されず、押出器ネジ２８の前進する羽根に
よってポリマー粒子と共に下流にはこばれうる揮発性材
料又はキャリアガスは出口５７及び出口路３０を介して
大気にとり出される。押出器内の温度は好ましくはポリ
マーの粘度を実際と同じ程度の低い値に減少せしめてポ
リマーからの蒸気の除去を促進するように充分高く保持
する。

押出器２４の下流端は好ましくは放出ノズル３１内の所
望逆圧力を保持するに充分な温度に保持される。上述し
た目的のためには、処理される特定のポリマーの特性に
応じて押出器温度範囲は４０００Ｆ〜５０００Ｆ（約２
０４ｑｏ〜２６０ｑｏ）が好適である。押出器内の温度
は押出器箱５３の周囲の電気加熱素子（図示せず）によ
って維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略流れ図、第２図は製造ラインから
ポリマー・スラリーの試料をとり出すために使用される
スラリ−抽出器の詳細断面図、第３図は熱交換器の部分
詳細断面図、第４図は本発明のネジ押出器の詳細図、第
５図は第４図の線５一５１こ沿った断面図である。 １０・・・・・・重合反応器、１１，１２，１３・・…
・導管、１４……流出路、１５……スラリー抽出器、１
６…・・・熱交換器、２４・・・…ネジ押出器、１９・
・・…サイクルタイマー。 オｆ図 才２蟹 才３脇 づ）４図 才タ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スラリー流出物の試料を取り出すこと、 前記試料
   をキヤリアガスの流れと共に熱交換器を通って通流させ
   る間にスラリー懸濁剤を揮発させること、 ネジ押出器
   において固体スラリー粒子を圧縮してポリマー押出物を
   形成する間に、真空ポンプ装置によりガス状の揮発物を
   除去すること、から成る重合反応装置のスラリー流出物
   からポリマー試料を抽出する方法。 ２ スラリー懸濁剤を揮発させる熱交換器と、 そこか
   ら揮発物を除去するための排気室を有する固体粒子を圧
   縮する装置と、 揮発されたスラリーを前記熱交換器を
   介して前記圧縮装置に送る装置と、から成るスラリーか
   ら固体粒子を抽出する装置。