KR100981612B1 - 내부순환 유동층 중합반응기 및 이를 이용한 폴리올레핀의 중합 방법 - Google Patents

내부순환 유동층 중합반응기 및 이를 이용한 폴리올레핀의 중합 방법 Download PDF

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    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/01Processes of polymerisation characterised by special features of the polymerisation apparatus used

Abstract

본 발명은 내부순환 유동층 중합반응기 및 이를 이용한 폴리올레핀의 중합 방법에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명의 내부순환 유동층 중합반응기는 반응기의 내부에 삽입되고 관의 외측과 내측을 관통하는 관통홀이 형성된 드래프트관; 및 상기 드래프트관의 외측면으로부터 상기 반응기 측벽까지 경사지도록 형성되는 기체 분산판을 포함한다.
상기 내부순환 유동층 중합반응기는 폴레올레핀 입자의 내부 순환을 유도하여 순환 기체와의 접촉시간이 극대화되며 폴리올레핀의 생산량을 향상시킨다.

Description

내부순환 유동층 중합반응기 및 이를 이용한 폴리올레핀의 중합 방법 {Internal circulation type fludized bed polymerization reactor and polymerization method of polyolefin using thereof}

본 발명은 내부순환 유동층 중합반응기 및 이를 이용한 폴리올레핀의 중합 방법에 관한 것으로, 구체적으로 폴리올레핀 입자의 내부순환을 유발하여 폴리올레핀 입자와 반응 기체와의 접촉시간을 극대화시켜 생산량을 증대시키는 내부순환 유동층 중합반응기 및 이를 이용한 폴리올레핀의 중합 방법에 관한 것이다.

공업적으로 올레핀으로부터 폴리올레핀을 제조하는 방법으로는 용액 중합 공정, 슬러리 중합 공정 및 기상 중합 공정이 알려져 있다. 용액 중합 공정은 액상에 고분자가 용융되어 있는 상태에서 중합이 이루어지는 것이고, 슬러리 중합 공정은 액체상의 중합 매질에 생성된 고분자가 고체 상태로 분산되어 있는 것이며, 기상 중합 공정은 기체상의 중합 매질에 생성된 고분자가 유동화 상태로 분산되어 있는 것이다. 일반적으로 기상 중합 공정은 기포 유동층 중합반응기를 이용하여 중합반응을 수행한다.

도 1 은 종래의 기포 유동층 반응기(10)를 나타낸 것이다. 도 1 을 참조하면, 종래의 기포 유동층 중합반응기(10)에서 순환기체는 순환기체 투입구(11)와 기체 분산판(12)을 통해 반응기 내부로 유입되고 반응기 내에서 폴리올레핀 입자와 접촉하여 중합반응을 하고, 배출구(13)로 배출된다. 촉매 또는 예비 중합체 등은 촉매 또는 예비 중합체 투입구(14)를 통하여 반응기로 유입된다. 기포 유동층 중합반응기는 다른 여러 종류의 중합반응기에 비하여 우수한 열 전달 특성 및 반응기내의 균일한 온도 분포로 인하여 조성이 일정하며, 고체 반응물의 반응기내 체류시간이 길뿐만 아니라, 고체가 유체와 같은 흐름을 갖고 있어 고체 처리가 용이하다는 등 여러 가지 장점을 지닌다. 이런 장점 외에 구조의 단순화로 인해서 반응기 운전과 반응기 설계가 용이하다는 장점도 있다.

그러나, 기포 유동층의 특성상 촉매와 반응물의 접촉빈도와 시간을 증가시키기가 어렵고 이로 인해 반응기 단위부피당 생산량은 한정된다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 미국특허 5,834,571호와 미국특허 5,436,304호는 순환기체에 응축유발 물질을 투입하여 생산량을 증가시키는 방법 및 액체를 직접 기포 유동층 내부로 투입하는 방법등을 게시하고 있다. 그러나, 이러한 순환기체의 조성을 변화시켜 생산량을 증가시키는 방법은 반응조건의 급격한 변화를 유발하며 응축유발 물질의 투입에 따른 펌프의 설치, 응축물의 저장소설치 등의 추가적인 투자비용이 발생한다.

상기의 문제점을 해결하고자 본 발명의 목적은 폴리올레핀 입자의 내부순환을 유발하여 폴리올레핀 입자와 반응 기체와의 접촉시간을 극대화시켜 생산량을 증대시키는 내부순환 유동층 중합반응기 및 이를 이용한 폴리올레핀의 중합 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하고자 본 발명은,

반응기의 내부에 삽입되고 관의 외측과 내측을 관통하는 관통홀이 형성된 드래프트관; 및

상기 드래프트관의 외측면으로부터 상기 반응기 측벽까지 경사지도록 형성되는 기체 분산판을 포함하는 내부순환 유동층 중합반응기를 제공한다.

상기 드래프트관의 관통홀은 상기 드래프트관의 반응기 밑면에 대한 수평 단면적의 15 내지 150 %의 면적을 갖는 크기로 형성될 수 있다.

상기 드래프트관의 관통홀은 상기 기체 분산판이 상기 드래프트관과 접하는 위치보다 높은 위치에 형성될 수 있다.

상기 기체 분산판은 반응기 밑면에 대하여 15 내지 70°경사지며, 반응기 밑면을 기준으로 상기 드래프트관의 외측면쪽보다 상기 반응기의 측벽쪽의 높이가 높도록 경사질 수 있다.

상기 관통홀은 상기 드래프트관의 수직 방향으로 상기 반응기 밑면으로부터 동일 높이에 복수개 형성될 수 있다.

상기 드래프트관의 하단에 제1 순환 기체 투입구로부터 유입되는 기체가 통과되는 내부 분산판이 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

반응기의 내부에 삽입되고 관의 외측과 내측을 관통하는 관통홀이 형성된 드래프트관;

상기 드래프트관과 상기 반응기 측벽 사이에 위치하며 반응기 내부 영역을 애뉼러스 영역과 외부 영역으로 구획하는 격벽관;

상기 격벽관으로부터 반응기 측벽까지 경사지도록 형성된 기체 분산판; 및

상기 드래프트관의 외측면으로부터 상기 격벽관까지 경사지도록 형성된 애뉼러스 분산판을 포함하는 내부순환 유동층 중합반응기를 제공한다.

상기 관통홀은 상기 애뉼러스 분산판이 상기 드래프트관의 외측면과 접하는 위치보다 높은 위치에 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

상기 본 발명의 내부순환 유동층 중합반응기를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀의 중합 방법을 제공한다.

본 발명의 유동층 반응기는 폴리올레핀 입자와 반응기체와의 접촉 시간이 길고 접촉 빈도가 높아 생산성이 향상된다.

본 발명의 유동층 반응기는 구조가 비교적 단순하여 반응기 운전과 설계가 용이하다.

도 1 은 종래 유동층 중합반응기를 나타낸 모식도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 의한 내부순환 유동층 중합반응기를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 내부순환 유동층 중합반응기를 개략적으로 나타낸 모식도이다.

이하, 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 의한 내부순환 유동층 중합반응기를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 2 를 참조하면, 본 발명의 내부순환 유동층 중합반응기(100)는 드래프트관(120); 및 기체 분산판(130)을 포함한다. 또한, 제1순환 기체 투입구(110), 제2순환 기체 투입구(140); 촉매 및 예비 중합체 투입구(150), 기체 배출구(160) 및 폴리올레핀 배출구(미도시)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 내부순환 유동층 중합반응기는 폴리올레핀 입자의 내부 순환을 유도하여 폴리올레핀 입자와 순환 기체의 접촉 시간을 길게 하고 접촉 빈도를 높임으로 폴리올레핀의 생산성을 향상시킬 수 있다.

상기 드래프트관(120)은 상기 유동층 중합반응기의 내부에, 바람직하게는 중앙부에 삽입되어 유동층을 두 영역으로 구획한다. 이에 의해 상기 드래프트관(120) 내부에서는 상승하는 폴리올레핀 입자의 흐름을 유도하고 상기 드래프트관(120) 외부에서는 하강하는 폴리올레핀 입자의 흐름을 유도하여 유동층 내에서의 폴리올레핀 입자의 내부 순환을 형성한다.

상기 드래프트관(120)은 원통형, 사각기둥형 등 그 형태에 제한이 없으나, 바람직하게는 원통형일 수 있다.

상기 드래프트관(120)은 관통홀(120a); 내부 분산판(121); 및 내부 배출구(122)를 포함하며, 상기 제1 순환 기체 투입구(110)가 연결되어 있을 수 있다.

상기 관통홀(120a)은 상기 드래프트관(120)의 내측과 외측을 관통하는 구멍으로 상기 관통홀(120a)을 통해 상기 드래프트관(120)의 외부에 존재하는 폴리올레핀 입자가 상기 드래프트관(120)의 내부로 유입될 수 있으며, 유입된 폴리올레핀 입자는 상기 드래프트관(120)내에서 상승 흐름을 갖게 된다. 상기 관통홀(120a)은 원형, 타원형 또는 사각형등 그 형태에 제한이 없으나, 바람직하게는 사각형일 수 있다. 상기 관통홀(120a)은 상기 드래프트관(120)의 반응기 밑면에 대한 수평 단면적의 15 내지 150 %의 면적을 갖는 크기로 형성될 수 있다. 상기 범위의 면적을 갖는 크기로 상기 관통홀(120a)이 형성되는 경우 폴리올레핀 입자의 유입이 원활히 이루어질 수 있으며, 상기보다 관통홀의 크기가 크면 드래프트관 내부의 폴리올레핀 입자의 유출이 증가하여 바람직하지 않다. 상기 관통홀(120a)은 복수개 형성될 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 8 개 형성될 수 있으며, 상기 반응기 밑면으로부터 상기 반응기의 수직축 방향으로 동일 높이에 형성될 수 있으나, 서로 상이한 높이에 복수개 형성되어도 무방하다. 또한, 상기 관통홀(120a)은 상기 기체 분산판(130)이 상기 드래프트관(120)과 접하는 위치보다 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 관통홀(120a)이 상기 기체 분산판(130)보다 높은 위치에 형성되는 경우 폴리올레핀 입자가 상기 관통홀(120a)로 유입되는 것이 용이하기 때문이다.

상기 내부 분산판(121)은 상기 제1 순환 기체 투입구(110)와 상기 관통홀(120a) 사이의 위치에 상기 드래프트관(120)의 내부에 형성된다. 상기 내부 분산판(121)을 통하여 순환 기체는 기포 형태로 상기 드래프트관(120)으로 유입되게 된다. 상기 내부 분산판(121)을 통해 유입되는 순환 기체는 최소유동화속도의 2배 내지 30배의 유속으로 운전되며, 바람직하게는2배 내지 15배의 유속으로 운전된다. 이 때, 최소유동화속도란 상승기체에 의해 고체에 가해지는 항력과 입자의 무게가 같아질 때의 기체속도를 말한다. 상기 내부 분산판(121)의 형태는 투입되는 기체가 골고루 분산될 수 있는 형태라면 당업계에 공지된 형태를 제한 없이 사용할 수 있으며, 구체적으로 Perforated plates, bubble caps and nozzles, sparger, conical grids, pierced sheet grids 등을 사용할 수 있다

상기 내부 배출구(122)는 상기 드래프트관(120)의 상부에 위치하며 드래프트관 내부의 순환 기체가 반응기 내부로 배출되도록 하는 역할을 한다. 상기 내부 배출구(122)는 관의 형태로 한정되는 것은 아니며, 순환 기체가 배출될 수 있는 형태라면 Perforated plates, bubble caps and nozzles, sparger, conical grids, pierced sheet grids 등의 형태 등 당업자가 임의로 배출구의 형태를 선택할 수 있다.

상기 드래프트관(120)의 하단은 드래프트관으로 순환 기체를 투입해주는 제1순환 기체 투입구(110)와 연결될 수 있다. 상기 제1순환 기체 투입구를 통하여 순환 기체는 반응기 하부에서 상부 방향으로 상승 흐름을 가지면서 드래프트관(120)으로 유입된다. 상기 드래프트관(120)으로 유입되는 순환 기체는 올레핀의 중합에 사용되는 반응 기체일 수 있다. 상기 순환 기체는 기포층이나 슬래깅층이 형성될 수 있는 유속으로 상기 드래프트관(120)으로 유입될 수 있으며, 상기 유속의 범위내에서 충분히 크기가 작은 기포층 등이 형성되고 폴리올레핀 입자의 내부 순환을 유도할 수 있다.

상기 기체 분산판(130)은 상기 드래프트관(120)의 외측면으로부터 반응기 측벽까지 형성된다. 상기 분산판을 통하여 반응기 내부로 투입되는 순환 기체는 기포 형태로 분산되면서 유입되게 된다.

상기 기체 분산판(130)은 반응기 하단 밑면에 대하여 경사진 형태이며, 바람직하게는, 반응기 밑면에 대하여 15 내지 70°의 경사각도로 상기 드래프트관으로부터 반응기 측벽쪽으로 갈수록 상승되도록 경사질 수 있다. 즉, 반응기 밑면을 기준으로 드래프트관쪽보다 반응기 측벽쪽의 높이가 높도록 경사질 수 있다. 상기 기체 분산판(130)이 반응기 밑면에 대하여 평행하게 형성되는 경우보다 상기와 같이 일정한 각도로 경사지어 형성되는 경우 폴리올레핀 입자가 드래프트관의 상기 관통홀(120a) 주위로 모이기 용이해지고 관통홀(120a)로의 유입도 용이하다. 상기 기체 분산판(130)의 경사각도가 15°미만인 경우 정체구간의 증가로 중합열 제거가 불충분해져 청크(chunk)가 형성될 수 있으며, 70°를 초과하는 경우 드래프트관쪽으로 폴리머 유입이 적어 에뉼러스부분에서의 정체가 원인이 되는 청크(chunk)형성을 야기시킨다.

상기 기체 분산판(130)의 형태는 유입되는 순환 기체의 분산이 균일하면서 충분히 작은 크기의 기포가 형성될 수 있다면 당업계에 공지된 형태를 다양하게 사용할 수 있으며, 구체적으로 Perforated plates, bubble caps 또는 nozzles, sparger, conical grids, pierced sheet grids 등을 사용할 수 있다.

상기 제 2 순환 기체 투입구(140)는 본 발명의 내부순환 유동층 중합반응기의 측벽에 형성되어 상기 기체 분산판(130)으로 순환 기체를 주입하는 역할을 수행한다.

상기 제 2 순환 기체 투입구(140)는 상기 기체 분산판(130)으로 순환 기체를 투입하여야 하므로 반응기의 측벽에 반응기 하단으로부터 상기 기체 분산판(130)보다 낮은 곳에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 순환 기체는 올레핀의 중합 반응에 필요한 반응 기체일 수 있다.

상기 촉매 및 예비 중합체 투입구(150)는 반응기의 측벽에 위치하며 이를 통해 반응기 내부로 중합 반응에 필요한 촉매 및 폴리올레핀 예비 중합체가 투입된다.

상기 촉매 및 예비 중합체 투입구(150)의 위치는 당업자가 임의로 조절할 수 있으나, 바람직하게는 반응기의 밑면과 폴리올레핀 입자의 유동층의 사이에 위치할 수 있다. 이 위치에서 촉매 및 예비 중합체가 유동층의 사이로 원활히 분산되어 투입될 수 있기 때문이다.

상기 기체 배출구(160)는 반응기의 최상부에 위치하여 반응기 내부의 순환 기체를 외부로 배출한다. 상기 제1 및 제2 순환 기체 투입구(110, 140)를 통해 반응기로 유입된 기체는 반응기 내부를 순환하면서 중합 반응을 수행하고 이로 인해 부산물로 발생한 기체 또는 잉여 기체는 상기 기체 배출구(160)를 통해 반응기 외부로 배출되게 된다. 상기 기체 배출구(160)는 순환 기체는 배출되나 폴리올레핀 입자는 배출되지 않도록 배출구의 홀 크기 등을 조절 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 내부순환 유동층 중합반응기(100)는 폴리올레핀 배출구(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀 배출구를 통해 중합으로 형성된 폴리올레핀 입자가 배출될 수 있으며, 이의 위치, 크기 등은 당업자가 임의로 조절할 수 있다. 구체적으로 상기 폴리올레핀 배출구는 반응기의 하단과 연결되어 있을 수 있다.

이하, 도 3 을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 내부순환 유동층 중합반응기를 설명한다. 도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 내부순환 유동층 중합반응기(200)를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부순환 유동층 중합반응기(200)는 도 2 에 따른 내부순환 유동층 중합반응기와 기체 분산판(230)이 다르게 형성되고 격벽관(270), 애뉼러스 분산판(280) 및 제 3 순환 기체 투입구(290)가 형성되어 있다는 점이 상이하다. 따라서, 이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부순환 유동층 중합반응기는 격벽관(270) 및 애뉼러스 분산판(280)을 중심으로 설명한다. 또한, 상기 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부순환 유동층 중합반응기는 도 2 에 따른 내부순환 유동층 중합반응기와 동일 또는 유사한 부분은 동일한 도면부호를 사용하며, 여기서 상세한 설명을 생략한다.

도 3 을 참조하면, 본 발명의 내부순환 유동층 중합반응기(200)는 드래프트관(220); 기체 분산판(230); 격벽관(270); 및 애뉼러스 분산판(280)을 포함한다. 또한, 상기 다른 실시예에 의한 내부순환 유동층 중합반응기(200)는 제1순환 기체 투입구(110), 제2순환 기체 투입구(140), 제 3 순환 기체 투입구(290), 촉매 및 예비 중합체 투입구(150), 기체 배출구(160) 및 폴리올레핀 배출구(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 드래프트관(220)은 상기 유동층 중합반응기의 내부, 바람직하게는 중앙부에 삽입되어 유동층을 두 영역으로 구획하는 것으로 관통홀(220a); 내부 분산판(221); 및 내부 배출구(222)를 포함하며, 상기 제1 순환 기체 투입구(110)가 연결되어 있을 수 있다. 상기 드래프트관(200)은 상기 내부 분산판(221)이 상기 제1순환 기체 투입구(110)가 연결되는 반응기 바닥면에 구비된다는 점을 제외하고는 상기 도 2 에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 내부순환 유동층 중합반응기(100)와 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.

상기 격벽관(270)은 상기 드래프트관(220)과 반응기 측벽 사이에 위치하여 반응기 내부 영역을 애뉼러스 영역과 외부 영역으로 구획한다. 상기 애뉼러스 영역은 상기 드래프트관(220)과 상기 격벽(270)까지의 영역을 의미하며 상기 외부영역은 상기 격벽(270)과 상기 반응기 측벽까지의 영역을 의미한다. 상기 격벽관(270)으로 인해 반응기 내부가 여러 영역으로 구획됨으로 인해 반응기 내부에서의 폴리올레핀 입자의 순환이 더 활발해진다.

상기 격벽관(270)의 위치는 상기 드래프트관(220)과 반응기 측벽 사이라면 폴리올레핀 입자의 내부 순환이 가장 잘 형성되도록 당업자가 임의로 조절할 수 있으며, 바람직하게는 상기 드래프트관(220)으로부터 드래프트관 직경의 0.5배 내지 5배의 위치에 격벽관을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 직경은 상기 드래프트관(220)의 형태가 사각기둥이라면 수평 단면의 가로 또는 세로 길이가 될 수 있다. 상기 격벽관(270)이 상기 드래프트관(220) 직경의 0.5배 미만인 위치에 형성되는 경우 상기 드래프트관(220)내로 유입되는 폴리머보다 에뉼러스 영역에 존재하는 폴리머가 적어 비효율적인 폴리머 순환이 일어날 수 있으며, 상기 격벽관(270)이 상기 드래프트관 직경의 5배를 초과하는 위치에 형성되는 경우 상기 드래프트관(220)내로 유입되는 폴리머가 에뉼러스 영역으로 유입되는 폴리머보다 적어 에뉼러스 영역에서 정체의 원인이 되는 청크(chunk)형성을 야기시킨다.

상기 격벽관(270)은 반응기 밑면에 대하여 90 내지 135°로 경사지게 형성될 수 있다. 상기 격벽관(270)이 반응기 밑면에 대하여 90°미만으로 경사지어 형성되는 경우 드래프트 관내의 폴리머 흐름을 방해하여 폴리머가 드래프트관 내에 과도하게 정체되어 청크형성의 원인이 될 수 있으며, 135°보다 높은 경사도를 갖는다면 에뉼러스로 유입되는 폴리머의 흐름을 방해하여 에뉼러스부분에서 폴리머가 희박하게 되고 폴리머 순환이 이루어지지 않을 수 있다.

상기 격벽관(270)의 높이는 반응기의 크기에 따라 당업자가 임의로 조절할 수 있다.

상기 기체 분산판(230)은 상기 격벽관(270)으로부터 반응기 측벽까지 반응기 밑면에 대하여 반응기 측벽쪽으로 갈수록 높이가 높아지도록 경사진 형태로 형성될 수 있다. 상기 기체 분산판(230)은 상기 격벽관(270)으로부터 반응기 내측 측벽까지 형성되는 점을 제외하고는 상기 도 2 에 따른 내부순환 유동층 반응기의 기체 분산판(130)과 동일하다. 바람직하게는 상기 기체분산판(230)은 상기 격벽관(270)의 상단으로부터 형성될 수 있다.

상기 애뉼러스 분산판(280)은 상기 드래프트관(220)의 외측면으로부터 상기 격벽관(270)까지 경사지게 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 애뉼러스 분산판(280)은 반응기 밑면에 대하여 상기 드래프트관(220)으로부터 상기 격벽관(270)쪽으로 높이가 높아지도록 경사지게 형성될 수 있다. 상기 애뉼러스 분산판(280)의 경사 각도는 반응기 밑면에 대하여 15 내지 70°일 수 있다. 상기 애뉼러스 분산판(280)이 반응기 밑면에 대하여 평행하게 형성되는 경우보다 상기와 같이 일정한 각도로 경사지어 형성되는 경우 폴리올레핀 입자가 상기 드래프트관의 관통홀(220a) 주위로 모이기 용이해지고 관통홀(220a)로의 유입도 용이하다. 또한, 상기 폴리올레핀 입자가 상기 관통홀(220a)로 원활히 유입되어 폴리올레핀 입자의 순환을 유도코자 상기 관통홀(220a)은 상기 애뉼러스 분산판(280)이 상기 드래프트관(220)의 외측면과 접하는 위치보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 상기 애뉼러스 분산판(280)이 반응기 밑면에 대하여 15°미만의 경사각도를 갖는다면 정체구간의 증가로 중합열 제거가 불충분해져 청크(chunk)가 형성될 수 있으며, 70°를 초과하는 경사각도를 갖는다면 상기 드래프트관(220)쪽으로 폴리머 유입이 적어 에뉼러스 영역에서의 정체 원인이 되는 청크(chunk)형성을 야기시킬 수 있다.

상기 애뉼러스 분산판(280)을 통과하여 반응기 내부로 주입되는 순환 기체는 기포형태로 분산되어 유입되므로 폴리올레핀 입자의 순환에 도움을 줄 수 있다. 상기 애뉼러스 분산판(280)을 통과하여 흐르는 순환 기체는 최소유동화속도의 0.1배 내지 2배의 유속으로 운전될 수 있으며, 바람직하게는 최소유동화속도의 0.2배 내지 1.5배의 유속으로 운전될 수 있다. 상기 애뉼러스 분산판(280)을 통과하는 순환 기체의 유속이 최소유동화속도의 0.1 배 미만인 경우 폴리머 입자의 흐름이 없어져 상기 관통홀(220a)을 통한 폴리머 입자의 유입이 불가능하게 되고 최소유동화속도의 2배를 초과하는 경우 폴리머 입자의 애뉼러스 영역으로 유입이 느려지게 된다.

상기 본 발명의 다른 실시예에 의한 내부순환 유동층 중합반응기(200)는 제 1 순환 기체 투입구(110) 및 제 2 순환 기체 투입구(140)외에 제 3 순환 기체 투입구(290)를 더 포함할 수 있다.

상기 제 3 순환 기체 투입구(290)는 상기 격벽관(270)으로 인해 형성된 애뉼러스 영역에 순환 기체를 주입한다. 상기 제 3 순환 기체 투입구(290)에 의해 투입된 순환 기체는 상기 애뉼러스 분산판(280)을 통하여 애뉼러스 영역으로 유입되게 되며, 이 때 순환 기체는 최소 유동화 속도의 0.1배 내지 2배의 유속으로 유입된다. 즉, 상기 드래프트관(220) 내부로 유입되는 순환 기체보다 작은 속도로 유입되므로 상기 애뉼러스 영역에 존재는 폴리올레핀 입자는 상기 관통홀(220a)을 통하여 유속이 빠른 드래프트관 내부로 유입되게 되어 폴리올레핀 입자의 순환 흐름이 형성되게 된다.

이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 이는 본 발명의 설명을 위한 것일 뿐, 이로 인해 본 발명의 범위가 제한되지 않는다.

< 실험예 1> 기포 크기의 측정

상기 도 1 에 도시된 드래프트관을 포함하지 않는 종래 유동층 중합반응기와 본 발명의 도 2 및 도 3 에 따른 내부순환 유동층 반응기를 하기의 조건으로 800 μm크기의 폴리올레핀 입자를 층물질로 사용하여 유속에 따른 기포크기를 측정하였다.

실험결과, 본 발명의 내부순환 유동층 중합반응기는 종래의 기포 유동층 중합반응기에 비하여 기포의 크기가 작았으며, 이로 인해 폴레올레핀 입자와 반응 기체와의 접촉 면적 및 접촉 시간이 더 증가하였다.

< 실험예 2> 활성측정

상기 도 1 에 도시된 드래프트관을 포함하지 않은 종래 유동층 중합반응기와 본 발명의 도 2 및 도 3 에 따른 내부순환 유동층 반응기를 사용하여 상기 실험예 1 과 동일한 조건하에서 유속을 변화시켜가며 단위시간당 폴리머 생산량(활성)을 측정하였다.

실험결과, 본 발명의 내부순환 유동층 반응기는 종래 기포 유동층 중합반응기에 비해 활성이 우수하였다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 내부순환 유동층 중합반응기는 폴레올레핀 입자의 내부 순환을 유도하여 순환 기체와의 접촉시간이 극대화되며 폴리올레핀의 생산량을 향상시킨다.

10: 종래의 기포 유동층 중합반응기
11: 순환 기체 투입구
12: 기체 분산판
13: 기체 배출구
14; 촉매 및 예비 중합체 투입구
100: 내부순환 유동층 중합반응기
110: 제 1 순환 기체 투입구
120: 드래프트관
120a: 관통홀
121: 내부 분산판
122: 내부 배출구
130: 기체 분산판
140: 제 2 순환 기체 투입구
150: 촉매 및 예비 중합체 투입구
160: 기체 배출구
220: 드래프트관
220a: 관통홀
221: 내부 분산판
222: 내부 배출구
230: 기체 분산판
270: 격벽관
280: 애뉼러스 분산판
290: 제 3 순환 기체 투입구

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 반응기의 내부에 삽입되고 관의 외측과 내측을 관통하는 관통홀이 형성된 드래프트관;
    상기 드래프트관과 상기 반응기 측벽 사이에 위치하며 반응기 내부 영역을 애뉼러스 영역과 외부 영역으로 구획하는 격벽관;
    상기 격벽관으로부터 반응기 측벽까지 경사지도록 형성된 기체 분산판; 및
    상기 드래프트관의 외측면으로부터 상기 격벽관관까지 경사지도록 형성된 애뉼러스 분산판을 포함하는 것을 특징으로 하는 내부순환 유동층 중합반응기.
  8. 청구항 7 에 있어서,
    상기 관통홀이 상기 애뉼러스 분산판이 상기 드래프트관의 외측면과 접하는 위치보다 높은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 내부순환 유동층 중합반응기.
  9. 삭제
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