KR101210699B1

KR101210699B1 - 연속 반응 영역으로부터 고형분 폴리올레핀의 회수를제어하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101210699B1
Application number: KR1020067018042A
Authority: KR
Inventors: 마르크 베르레이센
Original assignee: 토탈 리서치 앤드 테크놀로지 펠루이
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2012-12-10
Also published as: ATE329686T1; EA200601483A1; PT1596981E; DE602005000020T2; ES2265640T3; DE602005000020D1; US20070282082A1; EP1596981A1; EP1563904A1; JP2007522316A; CN1917951A; JP5049015B2; EP1596981B1; KR20060126592A; EA010471B1; US8026322B2; CN100421779C; DK1596981T3; WO2005079972A1

Abstract

본 발명은, 루프 반응기 내에서 액체 희석제 중의 올레핀을 중합하여 정규의 고형분 중합체 입자를 함유하는 액체 슬러리를 생성시키는 단계, 중합체를 침강 레그에서 침강시키는 단계, 침강 레그 말단에 위치한 180°회전 생성물 방출(take-off) 밸브를 주기적으로 개방하여 침강 레그로부터 입자 충전물을 배출시키는 단계로서, 생성물 방출 밸브는 공기압 구동되는 복동식 작동기로 작동시키고, 공기압 시스템은 자동 V-볼 밸브인 자동 제어 밸브를 사용하는 것에 특징이 있는 공기압 제어 밸브를 포함하는 시스템으로 조정하는 것인 단계를 포함하는 중합 공정 및 루프 반응기에 관한 것이다.

Description

연속 반응 영역으로부터 고형분 폴리올레핀의 회수를 제어하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLING THE RECOVERY OF SOLID POLYOLEFIN FROM A CONTINUOUS REACTION ZONE}

본 발명은 고형분 폴리올레핀을 그러한 고형분 폴리올레핀의 슬러리로부터 회수하는 것에 관한 것이다. 특별한 양태에서, 본 발명은 미립자 폴리올레핀의 슬러리로부터, 예를 들면 루프 반응기 내에서 연속으로 흐르는 중합 혼합물의 스트림으로부터 미립자 폴리올레핀의 회수를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

US-A-3,242,150에는, 고형분이 중력에 의해 침강하는 침강 레그로서 공지되어 있는 수용 영역을 루프 반응기의 바닥부에 부가하는 것과 상기 수용 영역으로부터 고형분으로 농축된 분획을 회수하는 것에 특징이 있는 루프 반응기의 개량 발명이 개시되어 있다.

US-A-3,293,000에는 몇개의 침강 레그를 구비한 루프 반응기가 개시되어 있다. 밸브의 제어는 칼럼 3, 라인 2 내지 22에 기술되어 있다.

US-A-3,374,211에는 중합체를 제거하기 위한 변형된 공정이 개시되고 있다.

더욱 최근에, US-A-5,183,866은 루프 반응기의 침강 레그의 주기적 작동과 함께 플래쉬 라인 가열기의 사용에 관한 것이다. 이 공정은, 신장된 영역은, 플래 쉬 라인 가열기를 포함하는 신장된 한정 영역에서 슬러리 충전물의 흐름 시간이 침강 레그 밸브의 폐쇄와 침강 레그 밸브의 다음 개방 사이의 시간의 약 25% 이상과 같도록 구성되어 있다는 사실을 특징으로 한다.

US-A-5,455,314에는 주요 유출 라인에서 V-노치 볼 밸브(V-notch ball valve)를 연속적으로 조작하고, 주요 라인이 막혔을 경우에 주요 제어 밸브의 대체물로서 여분의 라인에서 자동적으로 제어 밸브를 개방함으로써 중합 반응기로부터 유래한 중합체 생성물을 함유하는 반응 슬러리의 회수를 연속 방식으로 제어하는 방법이 개시되어 있다.

본 발명은, 루프 반응기 내에서 액체 희석제 중의 올레핀을 중합하여 정규의 고형분 중합체 입자를 함유하는 액체 슬러리를 생성시키는 단계, 중합체를 침강 레그에서 침강시키는 단계, 침강 레그 말단에 위치한 180°회전 생성물 방출(take-off) 밸브를 주기적으로 개방하여 침강 레그로부터 입자 충전물을 배출시키는 단계로서, 생성물 방출 밸브는 공기압으로 구동되는 복동식 작동기(double-acting actuator)로 작동시키고, 공기압 시스템은 제어 밸브가 V-볼 밸브인 것을 특징으로 하는 공기압 제어 밸브를 포함하는 시스템으로 조정하는 것인 단계를 포함하는 중합 공정에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 루프 반응기의 침강 레그의 180°회전 생성물 방출 밸브를 작동시키는 공기압으로 구동되는 복동식 작동기를 조정하는 V-볼 제어 밸브의 용도에 관한 것이다.

최종적으로, 본 발명은 침강 레그, 이 침강 레그 말단에 위치한 180°회전 생성물 방출 밸브를 포함하고, 상기 180°회전 생성물 방출 밸브는 공기압 구동되는 복동식 작동기에 의해 작동되며, 공기압 시스템은 제어 밸브가 V-볼 밸브인 것을 특징으로 하는 공기압 제어 밸브를 포함하는 시스템에 의해 조정되는 것인 루프 반응기에 관한 것이다.

바람직하게는, 제어 밸브가 자동 제어 밸브이다.

본 발명은 도면을 참조로 기술되어 있다.

도 1은 2개의 침강 레그 및 이들의 제어 시스템을 구비한 루프 반응기의 개요도이다.

도 2는 제어 시스템의 개요도이다.

도 3은 침강 레그 바닥부의 개요도로서, 생성물 방출 밸브 및 이것의 작동 메카니즘을 도시한 것이다.

도 4는 공기압 시스템의 개요도이다.

도 5는 전자 제어 시스템의 개요도이다.

도 1에 예시된 실시양태에서, 중합은 루프 반응기(10)에서 실행한다. 단량체 및 희석액은 라인(13)으로 통합되는 각각 라인(14 및 16)을 통해 도입하고, 촉매는 라인(17)을 통해 도입한다. 모터(M)과 연결된 프로펠러(propeller)(11)는 혼합물을 순환시킨다. 중합체 입자가 생성됨에 따라, 입자는 침강 레그(22)에 축적한다. 이 침강 레그에 도관(20)에 연결된 생성물 방출 밸브(PTO 밸브 또는 PTO)(23)를 각각 구비하고 있다.

도 2를 참조하면, 제어 유닛(28)에 의해 제어되는 PTO 밸브(각각 23a 및 23b)가 각각 구비된 2개의 침강 레그(22a 및 22b)를 구비한 루프 반응기(10)가 도시되어 있다.

도 3은 침강 레그(22)를 도관(20)에 연결시키는 PTO 밸브(23)를 구비한, 침강 레그(22)의 바닥부를 도시한다. PTO 밸브는 회전 밸브이고, 회전은 메카니즘(M)에 의해 제어한다.

침강 레그(22)의 PTO 밸브(23)는 주기적으로만 개방하고, 이로써 침강 레그(22)에 존재하는 중합체 입자는 도관(20)으로 이동할 수 있다. PTO 밸브(23)의 개방 시간은, 침강 레그(22)에 존재하는 실질적으로 모든 입자가 도관(20)으로 이동하고, 반면에 실질적으로 단량체 및 희석액이 반응기(10)를 떠나지 않도록 세밀하게 제어되어야 한다.

2가지 타입의 PTO 밸브가 사용되고 있다. 가장 일반적인 것은 밸브 이동부의 180°회전에 의존하고, 이로써 밸브는 폐쇄(0°)에서 개방(90°), 이어서 폐쇄(180°)로 회전한다. 다음 사이클 동안 밸브는 반대 방향으로 회전한다. 또한 90°회전을 갖는 밸브도 사용되고 있는데, 이로써 이동부는 폐쇄(0°)에서 개방(90°), 이어서 반대 방향으로 폐쇄(0°)로 회전한다. 본 발명은 PTO 밸브의 제1 타입에 대한 개량된 제어 시스템을 제공한다.

PTO 밸브는 일반적으로 공기압으로(pneumatically) 작동한다. 도 4a는 각 PTO 밸브(23)에 회전 속도를 제어하는 공기압 복동식 작동기(40)를 구비한 것을 도시한다. 180°회전의 경우, PTO가 회전하는 속도는, 개방되어 있는 시간을 직접 제어한다는 관점에서 특히 중요하다.

복동식 공기압 작동기(40)로 이송되는 기류는 솔레노이드에 의해 구동되는 쌍방향(two-way) 시스템(45)에 의해 유도된다. 도 4b는 시스템(45)의 한 부위를 도시하는데, 여기서 도관(50)으로부터 나오는 공기는 도관(42)을 통해 작동기(40)로 이송되고, 도관(41)을 통해 복귀하며, 도관(51)을 통해 배출된다. 도 4c는 시스템(45)의 또다른 부위를 도시하는데, 여기서 도관(50)으로부터 나오는 공기는 도관(41)을 통해 작동기(40)으로 이송되고, 도관(42)을 통해 복귀하며, 도관(52)을 통해 배출된다.

공기압으로 작동된 PTO 밸브는 제어 밸브(61 및 62)를 사용하여 공기의 배출 흐름을 수동으로 조정함으로써 보통 제어된다. PTO 밸브(23)의 볼이 각 방향에서 다른 속도로 회전하는 경우에는, 각각의 밸브(61 및 62)에 대한 별도의 제어가 제공된다.

놀랍게도, 본 발명자들은 PTO 밸브(23)의 제어가 자동 제어 밸브(61 및 62)를 사용할 경우 개선될 수 있다는 것을 발견하였다. 바람직한 실시양태에서, V-볼 제어 밸브를 사용한다. 이러한 밸브는 필요한 경우 완전 구멍 개방부를 보유하면서, 동시에 작은 개방부에 대한 매우 정밀한 기류 제어를 갖도록 하는 형상을 보유한 노치형(notched) 볼 세그먼트의 회전을 이용하여 흐름을 조절한다. V-볼 밸브의 예로서, 워세스터(Worcester) V-흐름 제어 밸브 타입 V44-66UMPTN90을 예로 들 수 있다.

지금까지 시험된 모든 제어 밸브들이 기류의 정밀한 제어를 제공하지 않았기 때문에, 작동기(40) 내 공기의 양이 상대적으로 작다는 것을 고려하면 적절한 제어 밸브(61 및 62)를 찾는 것은 불명확하였다. 더욱 중요하게도, 반응기(10)의 작동이 더욱 안정적이라는 것이 불명확하였다.

자동 제어 밸브의 사용은 PTO 밸브의 보다 좋은 신뢰성과 관련하여 다수의 장점을 제공한다. 실제로, PTO 밸브의 빈번한 작동, 예컨대 매 15 초 내지 90 초 마다의 작동은, 보다 느리게 작동하게 하는 상기 밸브의 마모를 야기시킨다. 이러한 영향은 작동기에 의해 필요한 공기량을 자동적으로 증가시킴으로써 즉시 보충된다. 작동기에 의한 필요한 공기량의 자동 제어는, PTO 밸브가 개방 위치에서 고정되는 것을 피하게 해준다. 또한, 자동 제어 밸브의 사용은 수동 제어 밸브가 하는 것보다 작동기 내로 진입하는 공기의 양을 더욱 정밀하게 제어하게 한다. 수동 제어 밸브를 사용하는 경우, 작동기 내로 진입하는 공기량을 감소시킬 때, PTO 밸브는 결국 개방 위치에서 정지되어 반응기의 압력 강하를 야기시키는 위험이 항상 있다. 이는, 상기 반응기의 PTO 밸브의 긴 개방 시간이 필요한 경우에 이중 루프 시스템의 제1 반응기에서 발생할 수 있다.

자동 제어 밸브 및 180°회전 PTO 밸브의 사용은 상기 PTO 밸브의 우수한 제어 개방 시간을 허용한다. 이는 90°회전 PTO 밸브를 사용하여 동일한 방법으로 달성할 수 없다.

또한, 본 발명자들은 도관(51 및 52)의 내부 체적은 기류에 대한 제한점을 생성하는 일 없이 가능한 최대로 감소시켜야 한다는 것을 발견하였다. 도관(51 및 52)은 1.27 cm(1/2 inch) 내지 2.54 cm(1 inch) 범위의 직경을 갖고, 바람직하게는, 상기 도관은 약 1.9 cm(3/4 inch)의 직경을 갖는다. 도관(51 및 52)은 길이 150 cm 미만, 바람직하게는 100 cm 미만을 갖는다. 가장 바람직한 실시양태에서, 도관(51 및 52)은, 시스템(45)과 자동 제어 밸브(61 및 62) 사이에서 길이 약 20 cm 및 직경 약 1.9 cm(3/4 inch)를 갖는다.

도 5를 참조하면, 도 5에는 제어 메카니즘의 바람직한 실시양태가 도시되어 있다. PTO 밸브(23)에는 복동식 작동기에 위치하는 센서(71 및 72)가 구비되어 있는데, 이 센서는 밸브(23)의 위치를 나타낸다. 센서(71 및 72)로부터 유래한 정보는 각각 전송기(73) 및 케이블(74 및 75)를 통하여 컴퓨터(76)로 이송되어 PTO 밸브의 회전 시간을 결정한다. PTO 밸브의 회전 시간은 회전 제어기(79)로 이송되고, 또한 회전 제어기(79)는 오퍼레이터로부터 PTO 밸브 회전 시간을 위한 설정 포인트(81)를 수신한다. 작동하는 PTO 밸브의 회전 시간과 오퍼레이터에 의해 유도된 소정의 회전 시간의 차이에 따라, 신호(82)는 V-볼 밸브로 이송되고, V-볼 밸브는 회전 시간이 오퍼레이터 설정 포인트보다 느린 경우 사이클마다 1% 증가하거나, 또는 회전 시간이 오퍼레이터 설정 시간보다 빠른 경우 사이클마다 1% 감소한다.

PTO 밸브 회전 시간의 설정 포인트는 오퍼레이트에 의해 수동으로 조절되거나 반응기의 각 개방에서 반응기 압력 강하 작용으로서, 시스템에 의해 제어될 수 있다.

루프 반응기는 본 발명에 따른 시스템과 일치시켰다. 루프 반응기는 다음의 특징을 갖도록 하였다.

- 공칭 용량: 5.5 tons/hr

- 체적: 19 m³

- 침강 레그의 수: 4

- 침강 레그의 크기: 20.3 cm

- 플래쉬 라인의 크기: 7.6 cm

- PTO 밸브의 크기: 5 cm

PTO 밸브(23)의 복동식 작동기(40)에 도 4에 따른 제어 시스템을 각각 구비하였다. 도관(41 및 42)은 직경 1.27 cm(1/2 inch) 및 길이 3 m를 보유하였다. 자동 제어 밸브(61 및 62)는 직경 1.9 cm(3/4 inch) 및 길이 20 cm의 도관에 의해 시스템(45)에 연결되고 Cv 8을 보유하는 워세스터 V-흐름 제어 밸브 타입 V44-66UMPTN90이였다.

반응기 작동의 안정성은 반응기 내에서 측정된 압력 변동을 고려하여 측정하였다. 반응기 작동은 매우 안정하였다. 실제로, 상기 변동은 수동 제어 타입의 제어 밸브(61 및 62)가 구비된 비교 반응기의 변동과 비교한 경우 25% 보다 낮아졌고, 비교 반응기의 다른 특징은 실시예의 것과 동일하였다. 추가로, 비교 반응기에서, 각 침강 레그의 용량은 10% 보다 낮았다.

Claims

루프 반응기 내에서 액체 희석제 중의 올레핀을 중합하여 정규의 고형분 중합체 입자를 함유하는 액체 슬러리를 생성시키는 단계,

중합체를 침강 레그에서 침강시키는 단계,

침강 레그 말단에 위치한 180°회전 생성물 방출(take-off) 밸브를 주기적으로 개방하여 침강 레그로부터 입자 충전물을 배출시키는 단계로서, 상기 생성물 방출 밸브는 공기압 구동되는 복동식 작동기(double-acting actuator)로 작동시키고, 상기 공기압 구동되는 복동식 작동기는 공기압 제어 밸브를 포함하는 시스템에 의하여 조정하는 것이되, 이 때, 그 제어 밸브는 자동 V-볼 밸브인 것을 특징으로 하는 단계를 포함하는 중합 방법.
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루프 반응기의 침강 레그의 180°회전 생성물 방출 밸브를 작동시키는 공기압 구동되는 복동식 작동기를 자동 V-볼 제어 밸브를 사용하여 조정하는 방법.
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침강 레그, 이 침강 레그 말단에 위치한 180°회전 생성물 방출 밸브를 포함하고, 상기 180°회전 생성물 방출 밸브는 공기압 구동되는 복동식 작동기에 의해 작동되며, 상기 공기압 구동되는 복동식 작동기는 공기압 제어 밸브를 포함하는 시스템에 의하여 조정되는 것이되, 이 때, 그 제어 밸브는 자동 V-볼 밸브인 것을 특징으로 하는, 루프 반응기.
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