KR101168444B1 - 올레핀 중합을 위한 복수개의 루프 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개 이상의 상호연결되어 있는 루프 반응기를 포함하는, 올레핀을 중합하기에 적합한 복수개의 루프 반응기를 제공하고, 상기 연결부는 한 반응기로부터 또다른 반응기로 중합체 슬러리를 이송시키기에 적합한 1개 이상의 이송 라인으로 주구성되며, 상기 이송 라인은 실질적으로 평행하게 연장되어 있다. 추가로, 본 발명은 본 발명에 따른 복수개의 루프 반응기 중에서 올레핀 중합체를 생성하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 2개 이상의 상호연결되어 있는 루프 반응기를 포함하는 복수개의 루프 반응기 중에서 한 반응기에서 또다른 반응기로 중합체 슬러리를 이송시키기 위한, 실질적으로 평행하게 연장되어 있는 이송 라인의 용도에 관한 것이다.

Description

올레핀 중합을 위한 복수개의 루프 반응기{MULTIPLE LOOP REACTOR FOR OLEFIN POLYMERIZATION}

본 발명은 복수개의 루프 반응기에서 하나의 올레핀 중합 루프 반응기로부터 또다른 올레핀 중합 루프 반응기로의 중합체 슬러리 이송을 개선시키는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 2개 이상의 상호연결되어 있는 루프 반응기를 포함하는, 폴리올레핀 중합에 적합한 복수개의 루프 반응기, 및 중합체 슬러리가 이송 라인을 통해 하나의 루프 반응기에서 또다른 루프 반응기로 실질적으로 평행하게 이송하는 올레핀 중합 공정에 관한 것이다.

올레핀 중합, 예컨대 에틸렌 중합은 반응기 내에서 단량체, 희석제 및 촉매, 그리고 임의적으로 공단량체 및 수소를 사용하여 빈번히 수행한다. 중합은 보통 슬러리 조건 하에서 수행하고, 여기서 생성물은 보통 고형분 입자로 이루어지고 희석제 중에 현탁 상태로 존재한다. 반응기의 슬러리 함유물은 펌프에 의해 연속적으로 순환시켜 액체 희석제 중에 중합체 고형분 입자의 효율적인 현탁 상태를 유지시킨다. 생성물은 침강 레그(settling leg)에 의해 배출하고, 침강 레그는 배치(batch) 원리로 작동하여 생성물을 회수한다. 레그 중의 침강 공정은 최종적으로 생성물 슬러리로서 회수된 슬러리의 고형분 농도를 증가시키기 위해서 사용한다. 추가로, 생 성물은 플래쉬 라인을 통하여 플래쉬 탱크로 배출하고, 이 탱크에서는 대부분의 희석제 및 미반응한 단량체를 플래쉬 처리하고 재순환시킨다. 중합체 입자를 건조시키고, 첨가제를 첨가할 수 있으며, 최종적으로는 중합체를 압출하고 펠릿화한다.

종래 기술에서 알려진 바와 같이, 올레핀 중합에는 직렬로 작동하는 복수개의 폴리올레핀 반응기를 이용할 수 있다. 특정 중합 공정은 상호연결되어 있는 2개 또는 몇개의 중합 반응기의 사용을 포함한다. "이중모드(bimodal) 올레핀 중합체"란 직렬로 서로 연결되어 있는 2개의 반응기를 사용하여 제조하는 올레핀 중합체를 의미한다. 그러나, 직렬로 배치된 2개 이상의 중합 반응 용기를 구비한 중합 시스템을 이용하는 공지된 중합 공정 및 장치와 연관된 문제점은 독립적으로 선택된 작동 조건에서 각각의 반응기를 유지하지만, 직렬로 배치된 반응기들 사이에서 중합체 슬러리의 부정확한 반응기 간의 이송을 포함한다. 특정한 경우에는 소수의 미세한 입자(미분)가 이송 중에 생성되는데, 이는 이송 장비 중에 포획되거나 걸리게 되는 경향이 있으며, 심지어는 라인 및 밸브를 막히게 할 수도 있다. 빈번한 막힘 현상은 시스템 정지 시간, 최종 생성물 및 원료의 손실, 및 상승된 작동 비용을 유발시킨다.

종래 기술의 시스템에서는, 실질적으로 수직 배열로 배치되어 있는 상호연결된 반응기들, 즉 제1 반응기 배출구로부터 연장되어 있는 수평 축에 대한 경사 각도 45°이상 하에서 탠덤(tandem) 수직 배열로 배치되어 있는 반응기들이 기술되어 오고 있다. 이러한 배열은 제1 반응기의 중합 영역에서 제2 반응기의 중합 영역으로 중합 생성물을 이송하기 위한 수직 생성물 이송 라인 또는 다른 수직 수단을 요 구한다. 그러나, 이러한 유형의 배치와 연관된 문제점은 그 유형이 반응기들을 수직 배열로 위치시키는 것을 필요로 한다는 점인데, 이는 보통 기술적으로 한정되며 결과적으로 제작 비용을 증가시킨다. 또한, 이러한 배치에서 반응기들은 서로 근접하여 위치하는데, 이는 반응기들의 접근성을 한정한다.

미국 특허 3,3445,431에는 모노-1-올레핀의 공중합을 위한 장치가 기술되어 있다. 그 장치는 2개의 상호연결된 반응기를 포함한다. 제1 반응기에서 제2 반응기로의 중합체 생성물의 이송은, 제1 반응기에서 제2 반응기의 세척 칼럼으로 중합체 생성물을 운반하는 오거 컨베이어(auger conveyor)로 중합체 생성물을 이송함으로서 이루어진다. 오거 컨베이어는 무한 스크류 또는 날개의 작용 하에 생성물이 이동하는 트러프(trough) 또는 튜브를 보유하는 컨베이어이다. 그러므로, 하나의 반응기에서 또다른 반응기로 중량체 생성물을 이송하기 위해서, 기계적인 모터 구동 장비를 미국 특허 3,3445,431에 기술된 장치에 사용한다.

상기의 관점에서, 종래 기술의 복수개의 반응기 시스템에 의해 경험되는 작동 문제점을 감소시키고 장치를 종래 기술 시스템보다 더욱 경제적으로 설치 및 작동시킬 수 있는 방법 및 중합 반응 시스템을 제공할 필요성이 당업계에 여전히 남아 있다.

그러므로, 본 발명의 일반적 목적은 공지된 종래 기술의 복수개의 반응기보다 더욱 경제적으로 설치 및 작동되는, 복수개의 상호연결된 반응기를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 보통 복수개의 상호연결된 반응기에서 일반적으로 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌을 생성시키는 개량된 방법을 제공하는 것이다. 본 발 명의 추가 목적은, 구성 및 작동 비용을 감소시키고, 반응기 시스템의 작동 성능 및 작동 가변성을 개선시키는 복수개의 상호연결된 반응기를 사용하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.

발명의 개요

본 발명은 제1 양태에서 2개 이상의 상호연결된 반응기를 포함하는, 올레핀 중합에 적합한 반응기에 관한 것으로, 상기 연결부는 한 반응기에서 또다른 반응기로 중합체 슬러리를 이송시키기에 적합한 1개 이상의 이송 라인으로 주구성되어 있고, 상기 이송 라인은 실질적으로 수평하게 연장되어 있다.

본 발명에 따르면, 2개 이상의 반응기는 상호연결되어, 바람직하게는 직렬로 연결되어 1개의 반응기에서 생성된 중합체 생성물이 추가 중합을 위한 또다른 중합 반응기로 이송될 수 있다. 본 발명에 따라, 2개의 반응기는 실질적으로 동일한 수평면 상에 배치하여 하나의 중합 반응기에서 다른 중합 반응기로 중합체 생성물을 실질적으로 수평하게 직접 이송시킬 수 있다. 이러한 목적을 위해서는, 하나의 반응기에서 또다른 반응기로 중합체 생성물을 이송시키기 위한, 실질적으로 수평하게 연장되어 있는 생성물 이송 라인이 구비되어 있다.

바람직한 실시양태에서, 이송 라인은 반응기 침강 레그의 배출구에서 또다른 반응기의 유입구로 실질적으로 수평하게 연장되어 있다. 그러므로, 이송 라인은 반응기의 침강 레그의 배출구와 또다른 반응기의 유입구를 연결한다.

또다른 바람직한 실시양태에서, 이송 라인은 45°이하, 바람직하게는 40°이하, 35°이하, 30°이하, 25°이하, 20°이하, 더욱 바람직하게는 15°이하인 수평축 X-X'에 대한 경사 각도 α 하에서 실질적으로 수평하게 연장되어 있다. 더욱 바람직한 실시양태에서, 이송 라인은 0°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9° 또는 10°를 포함하는 수평축 X-X'에 대한 경사 각도 α 하에서 실질적으로 수평하게 연장되어 있다.

본 명세서에서 사용한 바와 같이, 용어 "실질적으로 수평하게" 연장되어 있는 이송 라인이란 수평축 X-X'에 대해 이송 라인을, 그 축 X-X'로부터 45°이하, 바람직하게는 40°이하, 바람직하게는 35°이하, 바람직하게는 30°이하, 바람직하게는 25°이하, 바람직하게는 20°이하, 더욱 바람직하게는 15°이하로 상이하게 위치시키고, 가장 바람직하게는 그 축 X-X'로부터 0°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°또는 10°로 상이하게 위치시키는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 바와 같이, 용어 "실질적으로 수평면"이란 수평면에 대해, 45°이하, 바람직하게는 40°이하, 바람직하게는 35°이하, 바람직하게는 30°이하, 바람직하게는 25°이하, 바람직하게는 20°이하, 더욱 바람직하게는 15°이하로 경사질 수 있고, 가장 바람직하게는 0°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°또는 10°를 포함하는 각도로 경사질 수 있는 면을 의미한다.

용어 "실질적으로 수평한 이송"이란, 45°이하, 바람직하게는 40°이하, 바람직하게는 35°이하, 바람직하게는 30°이하, 바람직하게는 25°이하, 바람직하게는 20°이하, 더욱 바람직하게는 15°이하인 수평축 X-X'에 대한 경사 각도, 가장 바람직하게는 0°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°또는 10°를 포함하는 수평축 X-X'에 대한 경사 각도를 갖는 라인에 의해 이송을 실행하는 하나의 반응기에서 또다른 반응기로의 중합체 슬러리의 이송을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 바와 같이, "경사 각도"는 이송 라인에 의해 형성된 수평축 X-X'에 대한 각도로서 정의된다. 본 발명에 따라서, 경사 각도는 45°이하, 바람직하게는 40°이하, 바람직하게는 35°이하, 바람직하게는 30°이하, 바람직하게는 25°이하, 바람직하게는 20°이하, 더욱 바람직하게는 15°이하이고, 가장 바람직하게는 0°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°또는 10°를 포함한다.

또다른 양태에서, 본 발명은 반응기에서 올레핀 중합체를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 반응기는 2개 이상의 상호연결된 반응기로 구성되고, 상기 연결부는 하나의 반응기에서 또다른 반응기로 중합체 슬러리를 이송시키기에 적합한 1개 이상의 이송 라인으로 주구성되어 있으며, 상기 방법은

- 1종 이상의 올레핀 반응물, 중합 촉매 및 희석제를 반응기 내로 도입시키는 단계,

- 상기 하나 이상의 올레핀 반응물을 중합하여 중합체 슬러리를 생성시키는 단계,

- 상기 중합체 슬러리를 상기 반응기내 순환을 유지하기 위해 펌핑하는 단계

를 포함하고,

- 상기 중합체 슬러리를 상기 반응기에 연결된 1개 이상의 침강 레그 중에서 침강시키는 단계와

- 상기 중합체 슬러리를 상기 1개 이상의 이송 라인을 통해 상기 침강 레그에서 또다른 반응기로 실질적으로 수평하게 이송시키는 단계

의 1회 이상 주기를 추가로 포함하는, 반응기에서 올레핀 중합체를 제조하는 방법이다.

바람직한 실시양태에서, 중합체 슬러리는, 45°이하이고 가장 바람직하게는 0°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°또는 10°를 포함하는 수평축 X-X'에 대한 경사 각도 α 하에서 이송 라인을 통한 반응기의 침강 레그의 배출구에서 다른 반응기의 유입구로 상기 이송라인을 통해 실질적으로 수평하게 이송된다.

추가로, 본 발명은 2개 이상의 상호연결된 반응기를 포함하는 반응기내에서 한 반응기에서 또다른 반응기로 중합체 슬러리를 이송하기 위한 실질적으로 수평하게 연장된 이송 라인의 용도에 관한 것이다.

바람직한 실시양태에서, 본 발명은, 45°이하이고 바람직하게는 0°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°또는 10°를 포함하는 수평축 X-X'에 대한 경사 각도 α 하에서 한 반응기 침강 레그의 배출구에서 다른 반응기의 유입구로 실질적으로 수평하게 연장되어 있는 이송 라인의 용도에 관한 것이다.

본 발명에 따른 반응기 및 공정은 종래 기술에 비하여 몇가지 장점, 예컨대 비용-효과적인 방식으로 한 반응기에서 또다른 반응기로 침강 레그로부터 침강된 슬러리의 최적 이송을 허용하는 장점을 제공한다.

상호연결된 반응기 사이에 실질적으로 수평하게 연장된 이송 라인을 제공함으로써, 2개의 반응기를 실질적으로 동일한 수평면에 위치시킬 수 있는데, 이는 반응기의 설치를 보다 용이하게 하는 장점: 즉, 반응기들이 수직으로 정렬된 반응기들의 경우보다 서로 더 먼 거리에서 위치할 수 있다는 장점을 갖는다. 추가로 반응기들의 수평 정렬은 구성 및 작동 비용을 감소시키고 기술 및 안전의 관점에서 중요한, 각 개별 반응기의 접근성을 개선시킨다.

놀랍게도, 이송 라인에 의해 한 반응기에서 또다른 반응기로 중합체를 실질적으로 수평하게 이송시키는 것은 중합체 이송 라인 중 막힘 현상의 빈도를 증가시키지 않는 반면, 비용-효과적인 방식으로 최적의 생성물 이송을 제공한다.

추가로, 본 발명은 하기에서 상세히 개시하고 있다. 이 설명은 단지 예시로만 주어지고 본 발명을 한정하지 않는다. 참조 번호는 본 명세서에 첨부된 도면에 관한 것이다.

도면의 상세한 설명

도 1은 본 발명에 따라 직렬로 연결된 2개의 중합 반응기(2, 3)를 예시하는 개략도이다.

도2는 이송 라인(16)에 의한 하나의 루프 반응기(2)에서 또다른 루프 반응기(3)로 연결하는 것을 상세히 나타내는 개략도이다.

도 3는 이중 루프 중합 반응기를 나타내는 개략도이다.

본 발명의 상세한 설명

본 발명은 복수개의 반응기 시스템에서 하나의 반응기로부터 다른 반응기로 중합체 슬러리를 실질적으로 수평하게 이송하는 것을 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

하기 상세한 설명은 직렬로 상호연결되어 있는 2개 이상의 반응기로 구성된 복수개의 루프 반응기를 중점으로 하여 설명하고 있다. 그러나, 본 발명은 루프 반응기에 제한하지 않지만, 또한 직렬로 연결된 2개 이상의 반응기로 구성된 임의의 다른 유형의 복수개의 반응기에도 적합하다.

본 발명은, 중합하고자 하는 단량체를 함유하는 희석제 중에서 올레핀, 예컨대 C₂ 내지 C₈ 올레핀의 촉매 중합으로 구성되는, 올레핀 중합체 생성을 위한 루프 반응기 내에서 일어나는 중합 공정에 적합하다. 적합한 단량체의 예로는 분자 당 2 내지 8 탄소 원자를 보유하는 단량체, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜텐, 부타디엔, 이소프렌, 1-헥센 등을 들 수 있지만 이에 한정하지 않는다.

중합 반응은 온도 50℃ 내지 120℃, 바람직하게는 온도 70℃ 내지 115℃, 더욱 바람직하게는 온도 80℃ 내지 110℃에서 압력 20 bar 내지 100 bar, 바람직하게는 압력 30 bar 내지 50 bar, 더욱 바람직하게는 압력 37 bar 내지 45 bar로 수행할 수 있다.

특히, 본 발명은 에틸렌 중합의 측면에서 기술하고 있다. 적합한 "에틸렌 중합"은 에틸렌의 동종중합(homopolymerization), 에틸렌과 고급 1-올레핀 공단량체, 예컨대 부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 또는 1-데센과의 공중합을 포함하지만 이에 한정하지 않는다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이중모드 폴리에틸렌(PE)을 제조하기 위한 에틸렌 중합의 측면에서 기술한다. "이중모드 PE"이란 직렬로 서로 연결되어 있는 2개의 반응기를 사용하여 제조한 PE를 의미한다.

에틸렌은 액체 희석제 중에서 촉매, 임의적으로 조촉매, 임의적으로 공단량체, 임의적으로 수소 및 임의적으로 기타 첨가제의 존재 하에 중합시키고, 이로써 중합 슬러리를 생성한다.

본 명세서에서 사용한 바와 같이, 용어 "중합 슬러리" 또는 "중합체 슬러리" 또는 "슬러리"란 실질적으로 적어도 중합체 고형분 및 액상을 포함하는 다중상 조성물을 의미하고 제3의 상(기체)이 공정 중에 적어도 국소적으로 존재하도록 하며, 액상은 연속상이다. 고형분은 촉매 및 중합된 올레핀, 예컨대 폴리에틸렌을 포함한다. 액체는 불활성 희석제, 예컨대 이소부탄, 용해된 단량체, 예컨대 에틸렌, 공단량체, 분자량 조절제, 예컨대 수소, 정전기 방지제, 소포제, 스캐빈저(scavenger) 및 기타 공정 첨가제를 포함한다.

적합한 희석제는 당업계에 잘 알려져 있고, 불활성이거나 또는 적어도 반응 조건 하에서 기본적으로 불활성 및 액체인 탄화수소를 포함한다. 적합한 탄화수소는 이소부탄, n-부탄, 프로판, n-펜탄, i-펜탄, 네오펜탄, 이소헥산 및 n-헥산을 포함하고, 이소부탄이 바람직하다.

적합한 촉매는 당업계에 잘 알려져 있다. 적합한 촉매의 예로는 산화크롬, 예컨대 실리카 또는 알루미늄 상에 지지되는 촉매, "지글러(Ziegler)" 또는 "지글러-나타(Ziegler-Natta)" 촉매로 당업계에 알려져 있는 촉매를 포함하는 유기금속 촉매, 메탈로센 촉매 등을 들 수 있지만 이에 한정하지 않는다. 본 명세서에서 사용한 바와 같이, 용어 "조촉매"란 중합 반응 중에 촉매의 활성을 향상시키기 위해 촉매와 함께 사용할 수 있는 물질을 의미한다.

제1 실시양태에서, 본 발명은 2개 이상의 상호연결되어 있는 루프 반응기를 포함하는 올레핀 중합에 적합한 복수개의 루프 반응기에 관한 것으로, 상기 연결부는 하나의 반응기에서 또다른 반응기로 중합체 슬러리를 이송하기에 적합한 1개 이상의 이송 라인으로 주구성되어 있고, 상기 이송 라인은 실질적으로 수평하게 연장되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 직렬로 상호연결된 2개 이상의 중합 반응기(2, 3)을 포함하는 복수개의 루프 반응기(1)가 예시되어 있다. 바람직한 실시양태에서 본 발명은 2개의 개별 루프 반응기의 사용을 포함하지만, 또한 본 발명은 2개보다 많은 개별 반응기를 사용하여 실시할 수 있다는 것을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

2개의 반응기(2, 3)는 직렬로 작동하여, 제공되는 폴리올레핀 공급원료 및 촉매, 및 반응기 내에서 유지되는 온도, 압력 및 기타 조건에 따라, 동시에 동일하거나 2개의 상이한 폴리올레핀 생성물을 생성할 수 있다. 본 발명의 장치 및 방법의 바람직한 실시양태에서, 반응기는 직렬로 작동하여 하나의 반응기에서 생성되는 중합체 생성물을 추가 중합을 위해 또다른 반응기로 이송시킨다.

복수개의 루프 반응기에 의해 생성되는 최종 폴리올레핀 생성물은, 각 루프 반응기 내의 유동화 매체의 조성물, 중합 촉매 및 다른 반응기 내에서 유지되는 온도, 압력, 유속 및 기타 인자들을 비롯한, 2개 이상의 루프 반응기 시스템에 개별적으로 조성될 수 있는 광범위한 변수에 따라 좌우된다. 그러므로, 상기 복수개의 루프 반응기(1)을 사용하는 본 발명의 중합 시스템은 다양한 물리적 특성을 보유하는 광범위한 폴리올레핀 중합체를 생성하는 작동 융통성을 갖는다. 바람직한 실시양태에서, 복수개의 루프 반응기 시스템의 루프 반응기는 직렬로 사용하여 특수한 특성을 함유하는 순차적으로 중합된 생성물을 생성한다.

도 1에 예시된 바와 같이, 복수개의 루프 반응기는 중합체 슬러리에 대한 흐름 경로(8)를 한정하는 복수의 상호연결된 파이프(4)로 각자 구성되는 2개 이상의 상호연결되어 있는 루프 반응기(2, 3)를 포함한다. 추가로, 하나의 반응기(2)의 파이프(4)에 연결된 1개 이상의 침강 레그(12)가 제공된다. 이러한 침강 레그(12) 각각은 또다른 반응기(3)으로 중합체 슬러리를 이송하는 이송 라인(16)과 함께 제공된다. 또한, 1개 이상의 침강 레그(12)는 반응기(3)로부터 중합체 슬러리를 생성물 회수 영역으로 배출시키기 위해서 다른 반응기(3)의 파이프(4)에도 연결된다. 더욱이, 상기 복수개의 루프 반응기 중에서 순환 상태로 중합체 슬러리를 유지시키기에 적합한 1개 이상의 펌프(6)도 제공된다. 루프 반응기(2, 3)의 연결부는 1개 이상의 이송 라인(16)으로 주구성되고, 상기 이송 라인은 하나의 반응기(2)에서 다른 반응기(3)로 실질적으로 수평하게 연장되어 있다. 특히, 이송 라인은 45°이하의 수평축 X-X'에 대한 경사 각도 α 하에서 실질적으로 수평하게 연장되어 있다.

각각의 루프 반응기(2, 3)는 다수의 상호연결된 파이프(4), 예컨대 다수의 수직 파이프 세그먼트, 다수의 상부 측면 파이프 세그먼트, 다수의 하부 측면 파이프 세그먼트로 구성되어 있고, 여기서 상기 수직 파이프 세그먼트 각각은 엘보우(elbow) 형상의 연결 세그먼트를 통해 그 상부 말단에서 상기 상부 측면 파이프 세그먼트 중 하나에 연결되고, 그 하부 말단에서 상기 하부 측면 파이프 세그먼트에 연결됨으로써, 중합체 슬러리의 연속 흐름 경로(8)를 한정한다. 루프 반응기(2, 3)가 4개의 수직 파이프로 예시되어 있긴 하지만, 상기 루프 반응기(2, 3)는 어느 정도의 파이프, 예컨대 4개 이상의 파이프, 예를 들면 4개 내지 20개의 수직 파이프를 구비할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 파이프 세그먼트의 수직 구간은 열 재킷(heat jacket)(10)을 구비하는 것이 바람직하다. 중합 열은 반응기의 이러한 재킷에서 순환하는 냉각수에 의해 방출할 수 있다. 상기 반응기는 액체 완전 방식으로 작동하는 것이 바람직하다.

단량체 에틸렌, 경질 탄화수소 희석제, 및 임의적으로 공단량체 및 수소를 포함하는 반응물을 라인(5)에 의해 반응기(2)로 도입시킨다. 또한, 적어도 하나의 반응기(2)에는 촉매, 임의적으로 조촉매 또는 활성화제와 함께 도관(11)에 의해 공급한다.

중합 슬러리는 루프 반응기 중에서 순환 상태로 유지한다. 중합 슬러리는 화살표(8)에 의해 예시한 바와 같이 1개 이상의 펌프, 예컨대 축류 펌프(6)에 의해 루프 반응기(2, 3) 전체에 걸쳐 방향적으로 순환한다. 펌프는 전기 모터(7)에 의해 전원을 공급받는다. 본 명세서에서 사용한 바와 같이, 용어 "펌프"란 수단, 예를 들면 피스톤 또는 회전 임펠러 세트(set)(9)에 의해 유체의 압력을 상승시키는 압축 구동의 임의 장치를 포함한다. 본 발명에 따라, 펌프는 축 유형인 것이 바람직하다.

바람직한 실시양태에서, 촉매는 라인(5)을 통해 순환 펌프(6)로부터 상향스트림으로 도입하는 반면에, 희석제, 단량체, 잠재 공단량체 및 반응 첨가제는 바람직하게는 라인(11)을 통해 순환 펌프(6)의 하향스트림으로 도입한다.

각각의 루프 반응기(2, 3)는 반응기(2, 3)의 파이프(4)로 연결된 1개 이상의 침강 레그(12)를 추가로 구비한다. 중간 중합체 슬러리 또는 중합체 생성물은, 1개 이상의 세틀링 레크(10)를 통해서 임의의 희석제와 함께 연속적 또는 주기적 배출에 의해 루프 반응기로부터 제거할 수 있다. 침강 레그(12)에서, 고형분 함유량은 루프 반응기 본체 내에서 그 농도에 대하여 증가한다. 도 1에 예시되어 있는 바와 같이, 침강 레그(12)에서 침강된 중합체 슬러리는 3 방향 밸브(three-way valve)(15)에 의해, 슬러리가 이송 라인(16)으로써 이송되는 또다른 반응기(3)로, 또는 예를 들면 도관(20)으로써 생성물 회수 영역으로 제거할 수 있다.

침강 레그는 상기 루프 반응기의 임의의 세그먼트 또는 임의의 엘보우에 위치시킬 수 있다. 상기 침강 레그에서 중합 슬러리를 경사 분리하여 반응기에서 배출되는 슬러리가 순환 슬러리보다 고형분이 보다 많이 농축되어 있다. 이는 처리하여 반응기에 재공급해야 하는 희석제의 양을 한정한다. 상기 침강 레그의 배출은 연속 또는 불연속 모드로 작동시킬 수 있다는 점을 이해할 수 있다.

도 1에 예시되어 있는 바와 같이, 각각의 반응기(2, 3)의 수평 구간 중 하나에는 4개의 침강 레그가 구비되어 있다. 도 1에는 4개의 침강 레그만이 예시되어 있지만, 본 발명은 1개 이상의 침강 레그를 포함하는 루프 반응기를 포함한다. 본 발명의 실시양태에서, 상기 루프 반응기는 침강 레그 2개 내지 20개, 바람직하게는 침강 레그 4개 내지 12개, 더욱 바람직하게는 침강 레그 6 내지 10를 포함한다.

침강 레그(12)에는 차단 밸브(13)를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 밸브(13)은, 예를 들면 볼 밸브일 수 있다. 정상 조건 하에서 이러한 밸브는 개방되어 있다. 이러한 밸브는 폐쇄하여, 예를 들면 작동으로부터 침강 레그를 차단할 수 있다. 상기 밸브(13)은 반응기 압력이 선택된 값 이하로 떨어졌을 때 폐쇄할 수 있다.

추가로 침강 레그는 생성물 방출(take off) 또는 배출 밸브(14)를 구비할 수 있다. 배출 공정은 침강 레그로부터 배출된 부피가 이것의 이전 배출 후에 상기 침강 레그에서 침강되는 중합체 슬러리 부피에 실질적으로 상응하는 방식으로 수행한다. 배출 밸브(14)는 이것이 완전 개방되었을 때 중합체 슬러리의 연속적 또는 주기적 배출을 허용할 수 있는 임의의 밸브 유형일 수 있다. 앵글 밸브, 또는 볼 밸브를 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들면, 밸브는 고형분 물질이 밸브의 주요 본체 부분에 축적되거나 침전되는 것을 방지하는 구조를 보유할 수 있다. 그러나, 배출 밸브의 유형 및 구조는 요건에 따라 당업자에 의해 선택할 수 있다. 본 발명의 실시양태에 따라, 침강된 슬러리의 총량은 배출 밸부의 각 개방시 배출된다. 복수개의 레그를 사용하는 경우, 침강된 중합체 슬러리의 배출물은, 후속 반응기 또는 생성물 회수 영역으로 더욱 균일하게 배출하기 위해서 회전 방식으로 연속 배출할 수 있다.

침강 레그(12)의 배출구에서 밸브(14) 하향스트림에는, 3 방향 밸브(15)가 구비되어 있는데, 이 3 방향 밸브는 침강 레그에서 침강된 중합체 슬러리를 이송 라인(16)에 의해 생성물 회수 영역 또는 또다른 반응기로 이송하도록 한다.

또다른 반응기(3)과 직렬로 연결 되어 있는 하나의 반응기(2) 상에 구비된 각각의 침강 레그(10)는 침강 레그(12)에서 침강된 (중간) 중합체 슬러리를 또다른 루프 반응기(3)로 이송하는 이송 라인(16)을 구비할 수 있다. 또한, 침강 레그(12)는, 침강된 중합체 슬러리를 예를 들면 도관(19)에 의해 생성물 회수 영역으로 배출시키는 또다른 루프 반응기(3)의 파이프와 연결할 수도 있다. 본 명세서에서 사용한 바와 같이, "생성물 회수 영역"은 후속 반응기 및 몇개의 반응기가 직렬로 연결되었을 경우의 상기 후속 반응기에 대한 가열되거나 미가열된 플래쉬 라인, 플래쉬 탱크, 사이클론(cyclone), 여과기, 및 연관된 증기 회수 및 고형분 회수 시스템 또는 이송 라인을 포함하지만, 이에 한정하지 않는다.

도 1에 도시한 2개의 루프 반응기는 이송 라인(16)에 의해 직렬로 연결되어 있다. 이러한 이송 라인은 일반적으로 원통형 중간 생성물 이송 라인을 포함하고, 반응기 침강 레그의 배출구에서 또다른 반응기의 유입구로 실질적으로 수평하게 연장되어 있다. 특히, 이송 라인은, 하나의 반응기(2)의 침강 레그(12)의 배출구에 구비되어 있는 3 방향 밸브(15)를 피스톤 밸브(18)가 구비되어 있는 또다른 반응기(3)의 유입구와 연결한다.

도 2는 이송 라인(16)에 의한 2개의 루프 반응기 연결부에 대한 상세한 예시이다. 도 2에 예시된 바와 같이, 이송 라인은 수평축 X-X'에 대한 경사각 α 하에서 실질적으로 수평하게 연장되어 있다. 바람직한 실시양태에서, 그 각 α는 45°이하, 바람직하게는 40°이하, 35°이하, 30°이하, 25°이하, 20°이하, 15°이하이고, 가장 바람직하게는 0°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°또는 10°에 상응한다.

또다른 실시양태에서, 또한 각 α의 탄젠트는 ΔH/ΔL로 정의할 수 있고, 여기서, ΔL는 한 반응기의 침강 레그 배출구와 또다른 반응기의 유입구 사이의 수평 거리이며, ΔH는 한 반응기의 침강 레그의 배출구, 특히 3 방향 밸브(15)와 또다른 반응기의 유입구, 특히 피스톤 밸브(18)와의 수직 거리이다. 바람직한 실시양태에서, 한 반응기의 침강 레그 배출구와 또다른 반응기의 유입구 사이의 수직 거리 ΔH는 한 반응기의 침강 레그 배출구와 또다른 반응기의 유입구 사이의 수평 거리 ΔL보다 작다.

또다른 바람직한 실시양태에서, 이송 라인(16)을 상기 라인 내의 중합체 슬러리의 온도, 흐름 또는 압력을 제어하기 위한 하나 이상의 수단을 추가로 구비할 수 있다. 온도를 제어하는 수단은, 예를 들면 재킷을 포함할 수 있다. 추가로, 희석제 플러싱(flushing) 수단(17)을 이송 라인(16)의 유입구에 제공할 수 있는 것이 바람직하다. 이소부탄 플러싱 수단(17)은 이송 라인(17)을 통해 이소부탄을 플러싱 처리하여 라인을 비막힘 상태로 유지할 수 있다. 이는 침강 레그가 가동되지 않는 경우에 중요하다. 이러한 플러싱 처리의 장점 중 하나는 침강 레그(12)를 가동하지 않은 경우 후에 재가동할 수 있다는 점이다.

또다른 실시양태에서, 하나의 루프 반응기에서 또다른 루프 반응기로 중합체 슬러리를 이송하는 이송 라인(16)은 이송 라인의 배출구에서 1개 이상의 밸브, 바람직하게는 피스톤 밸브(18)를 구비한다. 피스톤 밸브(18)는, 이송 라인(16)이 루프 반응기(3)와 연결되어 있는 오리피스(orifice)를 시일링 처리할 수 있다.

실질적으로 수평면에서 복수개의 루프 반응기 시스템 내에 루프 반응기의 위치시키는 공정 및 실질적으로 수평한 중간 생성물 이송 라인의 사용은, 반응기의 설치를 용이하게 함으로써, 그리고 수직으로 배열된 반응기를 사용하는 경우보다 더 먼 거리로 반응기를 설치하는 것을 가능하게 함으로써 시스템에 대한 작동 특성을 개선시킬 수 있다.

추가로, 이러한 실질적으로 수평한 배치는 라인이 직선형이 되도록 라인 설치의 용이성을 허용한다. 커브 또는 실질적으로 수평 방향으로부터 임의의 다른 편향, 및 이송 라인의 불필요한 연장을 비롯한 이송 라인 내의 장애는 루프 반응기들 사이의 이송 속도를 감소시키고 이송 라인 중 막힘 현상의 빈도를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 중합 시스템은 폴리올레핀 중합체가 축적하기 시작할 수 있는 부분을 제거함으로써 이송 라인 중의 막힘 현상에 대한 가능성을 최소화시킨다. 그러므로, 바람직한 실시양태에서, 이송 라인은 실질적으로 수평인 방향이고 임의의 굴곡 또는 다른 장애가 없다. 필요한 경우에는, 추가 수단, 예컨대 진동 해머를, 루프 반응기들 사이의 중합체 생성물 흐름을 돕기 위한 생성물 이송 라인 중에 구비할 수 있다.

작동 중 이송 라인 내에서 중합체 막힘물 또는 장애물이 성장하는 경우의 추가 안정성 수단으로서, 1개 이상의 생성물 이송 라인을 중합 루프 반응기들 사이에 구비할 수 있다.

수평 이송 라인이 임의의 이유로 막히거나 방해되어 있는 경우 또는 이송 라인의 용량을 넘는 생성물 유속이 요구되는 경우, 이어서 중합체 슬러리는 또다른 이송 라인을 통해 하나의 반응기로부터 배출하여 또다른 중합체 반응기에 공급함으로써 시스템의 연속 작동을 허용할 수 있다. 반응기는 이송 라인이 작동하지 않는 경우에도 여전히 작동한다.

바람직한 실시양태에서, 1개 이상의 이송 라인은 안정성 관점에서 뿐만아니라 생산성 관점에서도 사용한다. 1개 이상의 생성물 이송 라인은 침강 레그의 사용을 최대화시키고 제1 반응기에서 제2 반응기로의 희석제 이송을 최소화시키도록 사용할 수 있다. 또다른 실시양태에서, 일부 이송 라인은 예를 들면 중합을 감소 속도에서 시동을 위해 작동하는 경우, 가동하지 않을 수 있다.

바람직하게는 하나의 반응기에서 또다른 반응기로 중합체 슬러리를 이송하는 이송 라인은, 예를 들면 이소부탄으로, 작동 또는 미작동 중에 연속 플러싱 처리한다.

또다른 실시양태에서, 본 발명에 따른 작동에 의해 모든 라인, 용기, 펌프, 밸브 등은 질소 또는 희석제, 예컨대 이소부탄으로 플러싱 처리 또는 퍼지 처리로써 막힘 현상(clogging)으로부터 자유로울 수 있다. 필요한 경우 플러시 처리 및 퍼지 처리 수단 및 라인은 막힘 현상 또는 블로킹을 피하기 위해 본 발명에 따른 장치 상에 이용가능하다는 것을 이해해야만 한다. 이는, 예를 들면 반응기의 조정을 위해 반응기를 완전히 비우는 경우에 유용하다.

반응기의 다른 부분의 숫자 및 치수는 중합 반응기의 크기에 관한 것이고 반응기 크기의 함수로 변할 수 있다는 것은 본 발명의 설명으로부터 명백하게 이해할 수 있다.

또다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따라 적용된 모든 라인 및 도관은 필요한 경우 흐름 측정 수단을 구비할 수 있다는 것을 이해해야만 한다.

바람직한 실시양태에서, 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명은 이중 루프 반응기 상에 적용할 수 있다. 도 3은 직렬로 상호연결되어 있는 2개의 단일 루프 반응기(100, 116)를 나타낸다. 반응기(100, 116) 모두는 다수의 상호연결된 파이프(104)로 구성된다. 파이프 세그먼트(104)의 수직 구간은 열 재킷(105)을 구비하는 것이 바람직하다. 반응물은 라인(107)에 의해 반응기(100)로 도입한다. 임의적으로 조촉매 또는 활성화제와 함께 촉매는 도관(106)에 의해 반응기(100) 또는 반응기(116)로 주입한다. 중합 슬러리는 화살표(108)에 의해 예시된 바와 같이, 1개 이상의 펌프, 예컨대 축류 펌프(101)에 의해 루프 반응기(100, 116) 전체에 걸쳐 지향적으로 순환된다. 펌프는 전기 모터(102)에 의해 출력될 수 있다. 펌프는 회전 임펠러(103) 세트를 구비할 수 있다. 반응기(100, 116)에 반응기(100, 116)의 파이프(104)로 연결된 1개 이상의 침강 레그(109)를 추가로 구비한다. 침강 레그(109)는 바람직하게는 차단 밸브(110)를 구비한다. 추가로 침강 레그는 생성물 방출 또는 배출 밸브(111)를 구비할 수 있거나, 하향스트림 구간과 직접 소통 상태로 존재할 수 있다. 반응기(100)의 침강 레그(109) 배출구에서 밸브(111)의 하향스트림에는, 침강 레그(109)에서 침강된 중합체 슬러리를 바람직하게는 피스톤 밸브(115)를 통해 또다른 반응기(116)로 이송하도록 하는 이송 라인(112)이 구비되어 있다. 반응기(116)의 침강 레그(109) 중에서 침강된 중합체 슬러리는 1개 이상의 생성물 회수 라인(113)에 의해, 예를 들면 생성물 회수 영역으로 제거할 수 있다.

본 발명은 현재 바람직한 실시양태의 관점에서 설명하였지만, 적합한 변형예 및 변경예는 당업자에 의해 가능하고, 이러한 변형예는 설명된 발명 및 첨부된 청구의 범위 내의 영역에 속한다.

Claims (18)

1. 2개 이상의 상호연결된 반응기(2, 3)를 포함하는 올레핀 중합에 적합한 반응기(1)로서, 상기 연결부는 한 반응기(2)에서 또다른 반응기(3)로 중합체 슬러리를 이송시키기에 적합한 1개 이상의 이송 라인(16)을 포함하고,

   이때,

   - 중합체 슬러리에 대한 흐름 경로(8)를 한정하는 다수의 상호연결된 파이프 (4)로 각각 구성되는 2개 이상의 상호연결된 반응기(2, 3),

   - 하나의 반응기(2)의 파이프(4)에 연결된 1개 이상의 침강 레그(settling leg)(12)로서, 각자가 중합체 슬러리를 또다른 반응기(3)로 이송시키기 위한 이송 라인(16)을 구비하고 있는 것인 침강 레그(12),

   - 반응기(3)로부터 중합체 슬러리를 생성물 회수 영역 내로 배출시키기 위한, 또다른 반응기(3)의 파이프(4)에 연결된 1개 이상의 침강 레그(12), 및

   - 상기 복수개의 반응기 중에서 순환 상태로 중합체 슬러리를 유지하기에 적합한 1개 이상의 펌프(6)

   를 포함하고, 상기 반응기(2, 3)의 상기 연결부는 1개 이상의 이송 라인(16)을 포함하고,

   이때, 이송 라인은 45°이하인 수평축 X-X'에 대한 경사 각도 α 하에서 수평하게 연장되어 있는 것인 반응기.
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4. 제1항에 있어서, 이송 라인(16)은 반응기 침강 레그의 배출구에서 또다른 반응기의 유입구로 수평하게 연장되어 있는 것인 반응기.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 반응기의 침강 레그 배출구와 또다른 반응기의 유입구 사이의 수직 거리 ΔH는 반응기의 침강 레그 배출구와 또다른 반응기의 유입구 사이의 수평 거리 ΔL보다 작은 것인 반응기.
6. 제1항 또는 제4항에 있어서, 이송 라인은 0°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9° 또는 10°를 포함하는 수평축 X-X'에 대한 경사 각도 α 하에서 수평하게 연장되어 있는 것인 반응기.
7. 제1항 또는 제4항에 있어서, 이송 라인은 상기 라인내 중합체 슬러리의 온도 흐름 또는 압력을 제어하기 위한 1개 이상의 수단을 추가로 구비하고 있는 것인 반응기.
8. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 반응기가 직렬로 상호연결되어 있는 2개의 루프 반응기를 포함하는 이중 루프 반응기인 반응기.
9. 반응기(1)에서 올레핀 중합체를 제조하는 방법으로서, 여기서 상기 반응기는 2개 이상의 상호연결된 반응기(2, 3)로 구성되고, 상기 연결부는 한 반응기(2)에서 또다른 반응기(3)로 중합체 슬러리를 이송시키기에 적합한 1개 이상의 이송 라인(16)을 포함하며, 상기 방법은

   - 1종 이상의 올레핀 반응물, 중합 촉매 및 희석제를 반응기(2) 내로 도입시키는 단계,

   - 상기 1종 이상의 올레핀 반응물을 중합하여 중합체 슬러리를 생성시키는 단계,

   - 상기 중합체 슬러리를 상기 반응기내 순환을 유지하기 위해 펌핑하는 단계

   를 포함하고,

   - 상기 중합체 슬러리를 상기 반응기(2)에 연결된 1개 이상의 침강 레그(12) 중에서 침강시키는 단계와

   - 상기 중합체 슬러리를 상기 1개 이상의 이송 라인(16)을 통해 상기 침강 레그(12)에서 또다른 반응기(3)로 수평하게 이송시키는 단계

   의 1회 이상의 주기를 추가로 포함하는 것인 반응기(1)에서 올레핀 중합체를 제조하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 중합체 슬러리는 45°이하인 수평축 X-X'에 대한 경사 각도 α 하에서 상기 이송 라인(16)을 통해 수평하게 이송시키는 것인 방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 중합체 슬러리는 반응기(2)의 침강 레그의 배출구에서 또다른 반응기(3)의 유입구로 상기 이송 라인(16)을 통해 수평하게 이송시키는 것인 방법.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 중합체 슬러리는 0°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9° 또는 10°를 포함하는 수평축 X-X'에 대한 경사 각도 α 하에서 상기 이송 라인(16)을 통해 수평하게 이송시키는 것인 방법.
13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 반응기는 직렬로 상호연결되어 있는 2개의 루프 반응기를 포함하는 이중 루프 반응기이고, 상기 연결부는 제1 루프 반응기(2)에서 제2 루프 반응기(3)로 중합체 슬러리를 이송시키기에 적합한 1개 이상의 이송 라인(16)을 포함하고, 상기 방법은

    - 1종 이상의 올레핀 반응물, 중합 촉매 및 희석제를 제1 루프 반응기(2) 내로 도입시키는 단계,

    - 상기 1종 이상의 올레핀 반응물을 중합하여 중합체 슬러리를 생성시키는 단계,

    - 상기 중합체 슬러리를 상기 제1 루프 반응기내 순환을 유지하기 위해 펌핑하는 단계

    를 포함하고,

    - 상기 중합체 슬러리를 상기 제1 루프 반응기(2)에 연결된 1개 이상의 침강 레그(12)에서 침강시키는 단계와

    - 상기 중합체 슬러리를 상기 1개 이상의 이송 라인(16)을 통해 상기 침강 레그(12)에서 제2 루프 반응기(3)로 수평하게 이송시키는 단계

    의 1회 이상의 주기를 추가로 포함하는 것인 방법.
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