KR20060015309A - 중합체 펠렛의 후처리 - Google Patents

Abstract

하기의 단계들을 포함하는 신선하게 제조된 폴리올레핀 펠렛의 응집을 최소화시키는 연속적 방법:

(a) 폴리올레핀 펠렛을 함유하는 수성 스트림을 탑에 공급하는 단계,

(b) 상기 폴리올레핀보다 높은 밀도를 갖는 냉각제의 하향 흐름으로, 상기 탑을 따른 위쪽 흐름 동안에 상기 폴리올레핀 펠렛을 냉각시키는 단계,

(c) 2 내지 20 분의 상기 탑 내 체류 시간 후, 탑의 상단으로부터 냉각된 펠렛을 수집하는 단계.

Description

중합체 펠렛의 후처리 {POST-TREATMENT FOR POLYMER PELLETS}

본 발명은 중합체 펠렛의 응집 경향을 감소시키기 위해 그를 처리하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 올레핀의 중합 및 수득된 중합체의 연속적인 펠렛화로부터의 중합체 펠렛의 점착성을 최소화시키기 위한 방법에 관한 것이다.

오늘날 시장에 판매되는 대부분의 플라스틱 레진은 펠렛의 형태인 것으로 알려져 있다. 플라스틱 레진은 운반, 취급, 안전 및 최종수요자 가공성 특성을 개선하기 위해 펠렛의 형태로 시판된다. 중합 반응기로부터 방출되는 과립자의 중합체는 펠렛으로 절단되기 전, 용융되고 압출되고 다이 (die) 를 통과하게 된다. 압출 단계는 또한 요구되는 안정성 및 물질 특성을 위한 성능 첨가제의 첨가 단계로서 사용된다. 펠렛의 크기, 모양 및 균일성은 중합체 제조 동안 충족되어야할 중요한 특성이다. 펠렛화 단계 또한 작업의 관점에서 중요하다. 펠렛화기 (pelletizer) 의 고장은 특히 큰 압출 라인에서 공정 중단 및 심각한 경제적 결과의 제조 정지를 초래할 수 있다. 결과적으로, 펠렛화 단계는 임의의 폴리올레핀 제조 설비의 제조 라인에서 중요한 단계로 인식된다.

폴리올레핀 중에는 효과적이며 만족스러운 펠렛화가 달성되기 어려운 것들도 있다. 상기 난점은 높은 용융 흐름 폴리올레핀에서 두드러지게 관찰되었으며, 이는 중합체 생성물이 응집되는 경향에 의해 두드러진다. 이러한 응집은 일반적으로 폴리올레핀성 동종중합체 및/또는 공중합체의 펠렛화 후에 일어나며, 공중합체의 경우 더욱 심한 것으로 보인다. 이는 공중합체가 일반적으로 동종중합체 보다 더 느린 결정화 속도 및 더 낮은 결정성을 갖기 때문이다. 예를 들어, 부텐-1 의 공중합체, 특히 부텐-1/에틸렌 공중합체가 이러한 공중합체의 느린 결정화 속도 또는 고체화 속도에 의해 기인하여, 펠렛화 동안 매우 점착성의 경향을 나타낸다. 실제로, 펠렛이 절단 날로부터 나올 때 매우 투명하고 점착성이며, 서로 충돌할 경우 응집체를 형성하는 경향이 있다. 중합체 펠렛이 수중 페이스 절단기 (face cutter) 또는 스트랜드 절단 펠렛화기 (strand cutting pelletizer) 에 의해 형성된 후, 펠렛은 비말동반된 물의 양을 최소화시키기 위해 스핀 건조기 (spin drier) 로 전달된다. 펠렛의 점착 및 응집 현상은 펠렛화기 용기를 스핀 건조기에 연결하는 라인을 따라 쉽게 일어날 수 있다. 추가적으로, 펠렛의 응집체는 펠렛화기 용기 및 스핀 건조기를 막을 수 있어, 막힌 부분을 청소하기 위해 압출 라인이 정지되어야 하고, 따라서 바람직하지 않은 제조 중단을 초래한다. 또한, 최종 생성물에 나타나는 높은 수의 펠렛 융합은 소비자의 제조 공정에 용인되지 않는다: 응집의 불리한 결과는 소비자의 그러한 제품 구매 기피를 포함한다.

이러한 바람직하지 않은 펠렛 응집의 문제점을 해결하거나 최소화시키기 위한 다양한 시도가 있었다. 종래기술에 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 분말과 같은 폴리올레핀성 뉴클리언트 (nucleant) 를 포함하는, 결정화를 촉진하기 위한 중합체성 뉴클리언트의 사용이 공지되어 있다. 이들은 펠렛의 응집의 발생을 감소기 키기 위한 외부 펠렛화 에이드 (aid) 로서 작용한다. 폴리올레핀성 분말은 보통 물보다 낮은 밀도를 가지며, 따라서 중합체 펠렛이 처리되는 물-욕조 또는 탱크의 표면상에 부유한다. 상기 부유는 물-욕조 또는 탱크로부터 폴리올레핀성 분말의 범람을 초래하며, 이는 가끔 장비 및 작업 환경의 청소를 필요로하는 공정 중단을 초래한다. 이러한 방법의 성공은 중합체 펠렛을 함유하는 물 탱크 내의 폴리올레핀성 분말의 우수한 분산에 크게 좌우된다. 따라서, 펠렛화 에이드로서의 폴리올레핀성 분말의 효과적인 이득을 수득하기 위해, 일반적으로 강한 교반이 필요하다. 이러한 응집 감소의 방법은 매우 지저분하고 노동 집약적이다. 가장 우수한 환경에서도, 중합체 제조량의 상당한 부분 (약 20%) 이 나쁜 펠렛 품질 및 펠렛 응집 때문에 제거되어야 한다.

펠렛 응집 문제를 최소화시키기 위한 유기 금속 계면활성제의 사용이 또한 당업계에 공지되어 있다. 그러나, 이러한 계면활성제가 효과적인 수준에서 사용될 경우, 흔히 심한 기포 문제를 초래하며, 기포가 물 탱크로부터 바닥으로 범람하여 지저분하고 안전하지 않은 작업 상태를 초래할 수 있다. FOAMTROL^® 과 같은 소포제 및 징크 스테아레이트와 같은 유기금속 계면활성제의 조합이 다소 성공적으로 사용되어 왔다. 이러한 조합은 FOAMTROL^® 의 잠재적인 발암성 특질의 결점을 가진다. USP 4,359,544 는 펠렛화 에이드로서의 뉴클리에이팅 제제 패키지의 사용을 제안하며, 패키지는 HDPE 및 스테아라미드의 혼합물이다. 그러나, HDPE 및 스테아라미드 모두는 물에 잘 분산되지 않으며, 따라서 물 욕조에서 펠렛 화 에이드로서 잘 작용하지 않는다.

USP 5,206,292 는 신선하게 제조된 폴리올레핀 펠렛의 응집을 최소하하기 위한 산화된 고밀도 폴리에틸렌 분말의 사용을 제안한다. 본원의 실용적인 예에 따르면, 펠렛이 물 및 적은 양의 산화된 HDPE 를 포함하는 반투명의 혼합 탱크에 공급된다. 슬러리는 활성화된 교반기를 사용하여 휘저음 상태로 유지된다. 이러한 기법은 많은 결점을 가진다. 첫째로, 산화된 HDPE 는 직접적인 식품 접촉과 관련된 적용에 대해 FDA 에 의해 승인되지 않았다. 더욱이, 약 30 분의 긴 교반 시간이 중합체 펠렛을 함유하는 냉각제에서의, 산화된 HDPE 의 우수한 분산을 달성하기에 필요하다. 또한, 교반기에서 먼 부분에서는 결정화가 완결되기 전에 펠렛들이 서로에 쉽게 점착할 수 있다.

USP 5,623,012 는 신선하게 제조된 폴리올레핀 펠렛의 점착성을 감소하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 중합체성 뉴클리언트 및 금속 지방산 계면활성제를 함유하는 혼합물을 냉각제에 첨가하는 것을 포함한다. 유기 금속성 계면활성제로서 징크 스테아레이트 및 중합체계 뉴클리언트로서의 HDPE 분말을 냉각제에 첨가하였다. 바람직하게 물이 냉각제로 사용된다. 수득된 슬러리는 중합체 펠렛과 함께 금속 결정화 탱크로 펌프된다. 교반기가 HDPE 분말 및 금속성 계면활성제를 더욱 균일하게 분산시키기 위해 탱크 내의 물을 교반하기 위해 사용된다. 상기 특허의 개시에 따르면, HDPE 분말 및 금속성 계면활성제를 사용하여 상승 효과가 달성되어 펠렛 응집 및 기포 모두가 감소된다. 그러나, 이 특허에 기술된 중합체 펠렛 처리 기법은 매우 혼란하고 지저분하다. 물보다 낮 은 밀도를 갖는 HDPE 분말은 물에 부유하는 경향이 있다: 결정화 탱크의 전체 용적으로의, 상기 분말의 만족스러운 분산을 확실하게 하기 위해, 연속적이고 철저한 교반이 제공되어야 한다. 이러한 교반때문에 결정화 탱크 내부의 펠렛의 움직임이 매우 무질서하며 일부는 잔여 펠렛 보다 훨씬 전에 탱크의 방출구에 도달한다: 결정화 탱크을 가동하는데 상이한 체류시간이 수반된다. HDPE 분말의 우수한 분산이 달성되지 않은 부분에서는, 다소의 펠렛은 결정화의 완결 전에 서로에게 쉽게 점착될 수 있는 한편, 그밖의 펠렛은 충분히 식혀지고 굳기 전에 결정화 탱크를 나감으로써, 공정의 다음 단계들에서 점착의 문제를 야기시킨다.

상기 결점의 관점에서, 중합체 펠렛을 효과적으로 냉각시키는 방법을 제공하는 것이 펠렛화 단계의 하류 부분의 장비에서 그의 응집을 방지하거나 최소화시키기 위해 바람직하다.

놀랍게도, 많은 양의 중합체 펠렛의 효과적이고 균질적인 냉각을 제공할 수 있으며, 따라서 중합체 펠렛의 응집 경향을 현저히 감소시키는, 중합체 펠렛을 연속적인 방식으로 처리하는 방법을 발견하였다.

따라서, 하기의 단계를 포함하는 신선하게 제조된 폴리올레핀 펠렛의 응집을 최소하는 연속적인 방법이 본 발명의 목적이다:

(a) 폴레올레핀 펠렛을 함유하는 수성 스트림을 탑에 공급하는 단계,

(b) 상기 폴리올레핀보다 높은 밀도를 갖는 냉각제의 하향 흐름으로, 상기 탑을 따른 위쪽 흐름 동안에 상기 폴리올레핀 펠렛을 냉각시키는 단계,

(c) 2 내지 20 분의 상기 탑 내의 체류 시간 후, 상기 탑의 상단으로부터 냉각된 펠렛을 수집하는 단계.

본원의 전반에 걸쳐, 탑 내의 펠렛의 체류 시간은 탑 내의 중합체 펠렛의 "보유량" 및 탑으로부터 방출된 중합체의 질량 유량 간의 비로 정의된다.

본 발명의 방법은 수중 펠렛화 단계로부터 수득되는 중합체 펠렛의 점착성의 현저한 감소를 야기시키는 것에 특히 효과적이다. 본 발명에 따른 연속적인 처리 동안, 각 펠렛의 표면은 그들 간의 표면 접촉을 최소화함과 동시에, 효과적으로 냉각되고 경화된다. 결과적으로, 펠렛화기를 중합체로부터의 물의 제거가 수행되는 건조 단계에 연결하는 라인을 따른 점착 문제점이 방지된다.

중합 반응기로부터 방출된 중합체가 첫째로 압출되어 중합체 가닥이 수득되고, 이는 그들이 펠렛으로 절단되는 절단 기계 장치로 전달된다. 상기 수중 펠렛화를 임의의 통상적인 기법에 따라 수행하여, 폴리올레핀 펠렛을 함유하는 수성 스트림을 수득할 수 있다. 수중 페이스 절단기 또는 가닥 절단 펠렛화기는 이러한 목적으로 사용될 수 있다.

본 발명에 따라, 40 내지 70 의 범위의 H₂O/펠렛 중량비의 폴리올레핀 펠렛을 함유하는 수성 스트림이 펠렛화 단계로부터 수득되고 탑의 하단부로 공급된다 (단계 a). 탑으로 들어가는 수성 스트림의 온도는 일반적으로 30 내지 60 ℃ 의 범위에 있다.

본 발명의 방법에 사용되는 냉각제는 물 또는 처리된 펠렛의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 임의의 대안적인 냉각제일 수 있다. 바람직하게는, 상기 냉각제의 밀도는 950 kg/m³ 보다 높아야 한다.

물은 본 발명의 방법에서 바람직하게 냉각제로 사용되며, 이하, 물은 냉각제로 칭한다. 따라서, 냉각된 펠렛을 함유하는 수성 스트림이 단계 (c) 에서 탑의 상단으로부터 수집된다. 상기 수성 스트림의 방출은 어떠한 펌핑 장치의 사용도 필요로하지 않고, 펠렛을 탑의 상단으로부터 범람시킴으로써 유리하게 수행된다.

본 발명에 사용된 탑은 그의 축을 따라 교반기가 장착된 수직의 탑이다. 바람직하게는, 단계 (a) 의 폴리올레핀 펠렛을 함유하는 수성 스트림이 탑 벽에 정접하는 방향 (tangential direction) 을 따라 탑에 도입된다. 이러한 정접 입구는 수반되는 "원심 효과" 때문에 중합체 펠렛과 물의 분리를 촉진시키는 데에 기여한다. 그러나, 상기 분리는 주로 중합체가 물에 부유하는 경향에 의해 초래된다. 실제로, 탑에 도입된 후, 도입되는 스트림의 성분은 상이한 움직임을 나타낸다: 물에 대한 중합체의 낮은 밀도때문에 펠렛은 탑의 축을 따라 위쪽으로 흐른다. 반면에, 단계 (a) 를 통해 탑에 도입되는 물의 대부분은 아래쪽으로 흐르며, 탑의 하단에 위치한 방출구로부터 방출된다. 결과적으로, 상기 대부분의 물은 탑을 따라 위로 흐르지 않고 탑으로 도입된다.

펠렛은 탑을 따라 위쪽으로 흐르며 냉각수 (단계 b) 의 햐향 흐름을 역류로 만나며, 이는 그들의 표면의 결정화를 돕는다. 결정화 동안 중합체 펠렛은 단단해지며 그의 점착성을 잃는다. 탑의 내부의 펠렛의 체류 시간이 높을수록, 결정화의 수준이 높고, 따라서 펠렛의 응집을 방지한다. 만족스러운 결정화를 위해 필요한 체류 시간은 본 발명에 따라 처리된 폴리올레핀의 특정 유형에 좌우된다. 폴리올레핀 공중합체는 전형적으로 동종중합체보다 느린 결정화 속도를 나타내며; 따라서 공중합체에 대한 체류 시간이 일반적으로 5 분 초과이어야 한다. 동종중합체 펠렛은, 체류 시간이 5 분 미만일 수 있다. 결과적으로, 요구되는 체류 시간은 순전히 중합체의 유형에 좌우되나, 다수의 경우에 적합한 바람직한 범위는 5 내지 12 분이다.

냉각수는 10 내지 40℃ 의 온도에서 탑의 상단으로 공급되고, 탑을 따라 아래쪽으로 흐르며, 단계 a) 로부터의 절단용 물 (cutting water) 의 대부분과 함께 탑의 하단에 위치한 방출구로부터 방출된다. 중합체 펠렛을 냉각시키는 것 이외에, 물의 하향 흐름이 탑의 내부에서 펠렛/물 슬러리의 "팽창"을 초래한다: 상기 팽창은 또한 펠렛 응집의 방지에 기여한다. 펠렛/물 슬러리는, 유동화가 냉각수의 역류 흐름에 의해 초래된 것을 제외하고, 중합체 입자의 유동화 층 (bed)과 유사한 움직임을 갖는 것이 관찰되었다. 냉각수의 하향 속도가 높을수록, 층 팽창의 정도가 높다: 결과적으로, 냉각수의 하향 속도는 공정의 정확한 작업에 영향을 미치는 매개 변수이다. 상기 매개 변수를 탑의 작업 동안 일정하게 유지시키는 것이 중요하다. 일반적으로, 냉각수의 하향 속도가 너무 낮은 경우, 펠렛/슬러리의 충분한 팽창이 달성되지 않으며, 펠렛 응집이 성공적으로 방해되지 못한다. 반면, 상기 하양 속도가 너무 높은 경우, 펠렛/물 슬러리가 아래쪽으로 과도하게 팽창되며, 따라서 탑의 하단에 위치한 방출구로부터의 펠렛의 일부를 방출한다. 상기의 결점을 막기 위한, 냉각수의 하향 속도의 적당한 범위는 0.5 내지 4 cm/s, 바람직하게는 1.5 내지 3.0 cm/s 으로 밝혀졌다. 0.5 cm/sec 값의 미만에서는 펠렛의 충분한 팽창은 부분적으로만 달성되며, 따라서 펠렛 응집이 성공적으로 방지되지 않는다. 반면, 4 cm/s 초과에서 펠렛의 팽창은, 다소의 펠렛이 탑의 하단에 위치한 방출구로부터 방출될 수 있게 한다.

본 발명에 사용된 탑의 추가적인 특징은 상단 좁은 부분에 위치한 교반기이다: 상기 교반기는 펠렛의 슬러리에 응집의 방지에 기여하는 부드러운 혼합 작용을 제공하여, 서로로부터 분리된 상태의 펠렛을 유지시킨다. 교반 속도는 일반적으로 100 rpm 을 초과하지 않아야 하며, 바람직하게는 15 내지 40 rpm 의 범위이어야 한다. 강하고 격렬한 교반은 탑을 따른 펠렛의 "평류" (plug flow) 특성을 방해하고 펠렛의 불균일한 체류 시간 분포를 초래하므로, 피해야한다. 실제로, 본 발명의 방법의 주목할 만한 잇점은 탑을 따른 중합체 펠렛의 위로 향한 흐름이 본질적으로 "평류" 방식인 사실에 관계된다: 이는 탑에 도입된 모든 펠렛의 균질적 냉각을 암시한다. 중합체 펠렛이 본 발명의 배경에 설명된 바와 같이 혼란하고 지저분한 시스템에 의해 냉각되는, 종래기술에 공지된 통상적인 기법에 대해 중요한 의미의 차이점이다.

중합체 펠렛이 탑의 상단을 도달할 때, 탑으로부터 범람한다. 그러나, 탑에 들어가는 대부분의 물이 탑의 하단 가까이 위치한 방출구로부터 방출되므로, 소량의 물만이 펠렛과 함께 탑의 상단에 도달할 것이다. 결과적으로, 단계 (a) 의 수성 스트림이 40 내지 70 의 H₂O/펠렛 중량비를 갖는 한편, 3 내지 10 의 H₂O/펠렛 중량비의 폴리올레핀 펠렛을 함유하는 수성 스트림이 탑의 상단으로부터 범람한다 (단계 c). 이는 건조 단계로 흐르게되는 물의 감소된 양을 의미한다. 이는 본 말명의 방법의 또 다른 주목할 만한 잇점이다: 펠렛이 다량의 물과 함께 건조 장치로 흐르는 종래기술의 방법과 달리, 본 발명의 방법은 잇따른 건조 단계의 비용을 현저히 감소시킨다. 실제로 건조 장치의 크기 및 작동 비용이 최소화 될 수 있다. 건조 단계는 바람직하게 원심 건조기에서 수행된다.

탑의 하단으로부터 방출된 물은 건조 단계를 편리하게 뛰어 넘고 연속적으로 냉각되고, 원심 건조기에서 펠렛으로부터 분리된 물과 함께 수중 펠렛화로 재순환된다. 본 발명의 방법이 첨부된 도면과 관련하여 상게하게 기술될 것이며, 이는 예시적이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

도 1 에 대해, 중합체 반응기 및 압출 라인 (제시되지 않음) 으로부터의 중합체 입자가 라인 1 을 통해 절단 시스템 2 로 공급되며, 여기서 수중 펠렛화가 수행된다. 폴리올레핀 펠렛을 함유하는 수성 스트림이 절단 시스템 2 로부터 방출되고 라인 3 을 통해 그의 축을 따라 교반기 5 가 장착된 수직 탑인 탑 4 로 공급된다. 교반기 5 가 탑 4 의 상단부에 위치되고, 핀 패들 (pin paddle) 이 바람직하게 탑의 상단부의 내부에서 부드러운 혼합을 초래하기 위해 사용된다.

바람직하게는, 본 발명에 사용된 탑이 하단부 및 상단부 간에 상이한 직경으로 설계되어, 상단의, 보다 좁은 부분 및 하단의, 보다 넓은 부분을 포함한다. 상단부의 직경에 대한 적당한 범위는 0.1 내지 0.5 D_B, 바람직하게는 0.2 내지 0.4 D_B 이며, 여기서 D_B 는 하단부의 직경이다. 결과적으로, 탑의 본체에는 탑의 상단부를 하단부에 연결하는 트랜지션 (transition) 6 이 제공된다.

단계 a) 의 수성 스트림은 탑의 하단으로 공급될수 있거나, 대안적으로, 상기 트랜지션 6 에 상응하는 탑 4 로 공급될 수 있다. 폴리올레핀 펠렛을 함유하는 수성 스트림은 바람직하게 상기 트랜지션 6 의 벽에 정접하는 방향을 따라 라인 3 을 통해 탑 4 로 도입된다. 탑 4 에 도입된 후, 물에 대해 보다 낮은 중합체의 밀도에 기인하여, 펠렛이 탑 4 의 상단의 좁은 부분을 따라 위쪽으로 흐른다. 반면, 라인 3 을 통해 탑에 들어가는 대부분의 물은 탑의 하단부를 따라 아래쪽으로 흐르며 라인 7 을 통해 방출된다.

펠렛은 탑 4 를 따라 위쪽으로 흐르면서 냉각수의 하향 흐름을 역류로 만나고, 이는 그들의 표면의 결정화를 초래한다. 중합체 펠렛은 그의 결정화 동안 단단해지고 점착성을 잃는다. 냉각수는 라인 8 을 통해 탑 4 의 상단으로 공급되고, 탑을 따라 아래쪽으로 흐르며, 펌프 9 및 냉각 매체 10 을 통해 연속적으로 탑의 상단으로 재순환된다. 10 내지 40℃ 의 범위의 온도로 냉각되어서, 목적되는 냉각 수준이 일반적으로 어느 설비 현장에서나 이용가능한 대기 온도의 물로의 단순한 열교환에 의해 달성될 수 있기 때문에, 라인 8 은 냉각 시스템의 사용을 필요로하지 않는다. 상기 방법 특징은 전원 소모 및 투자 비용에 관해서 상당한 잇점을 의미한다: 반면, 중합체 펠렛이 큰 탱크 내부에서 물과 접촉하는 종래기술 방법은 물을 약 0 내지 10℃ 의 온도로 현격하게 냉각시키기 위해 냉각 시스템을 필요로한다.

탑 내부의 펠렛의 "팽창" 정도는 라인 8 에 위치한 유량 조절기 (FC) 에 의해 제어된다: 냉각수의 하향 속도는 탑의 상단, 좁은 부분 내의 중합체 층의 목적되는 "팽창" 정도를 수득하기 위해 이렇게 제어된다. 탑 내부의 중합체 펠렛의 상기 "팽창" 정도의 제어는 탑의 좁은 부분을 따라 서로 다른 높이에 설치된 관찰 유리창을 통해 시각적으로 행해질 수 있다.

탑 4 내부의 중합체 펠렛의 보유량이 차압 쎌 (differential pressure cell) 을 통해 레벨 조절기 (LC) 12 에 의해 측정되고 조절된다. 중합체 및 물의 밀도의 차이를 이용하고 펠렛 및 물을 함유하는 컬럼의 중량을 오로지 물만 함유하는 동일한 컬럼의 중량과 비교하여, LC 12 는 탑 내부의 중합체의 보유량을 측정한다. 라인 7 에 위치한 조절 밸브 13 의 개방을 작동하여, 상기 LC 12 는 탑 4 로부터 방출된 물의 흐름을 조절할 수 있으며, 따라서 탑 내부의 중합체 보유량을 필요한 값으로 유지시킨다. 결과적으로, 처리될 중합체의 유형에 따라, 탑은 적당한 체류 시간에서 작동될 수 있고, 이는 처리 동안 일정하게 유지된다.

중합체 펠렛이 탑 4 의 상단에 도달하는 경우, 라인 14 를 통해 탑으로부터 범람한다. 그러나, 라인 3 을 통해 탑으로 들어가는 물의 대부분이 라인 7 을 통해 방출되기 때문에, 펠렛과 함께 탑의 상단에 도달하는 물의 양은 현격하게 감소되고, 따라서 펠렛 건조을 위해 필요한 장비의 크기 및 비용이 최소화된다. 상기 물의 일부 및 중합체 펠렛은 라인 14 를 통해 원심 건조기 15 로 공급된다.

건조된 중합체 펠렛이 라인 16 을 통해 원심 건조기 15 로부터 방출되는 동안, 라인 17 을 통해 절단용 물 탱크 18 로 이동되기 전에 물이 분리되고 원심 건조기 15 의 하단에서 수집된다. 또한, 라인 7 을 통해 탑의 하단으로부터 방출된 물이 절단용 물 탱크 18 로 흐른다. 절단용 물 탱크 18 로부터, 적당한 양의 물이 라인 19 를 통해 펌프 20 으로 지속적으로 공급되고, 절단 시스템 2 로 재순환되기 전에 냉각 매체 21 에서 냉각된다.

하기의 실시예는 대표적이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는 것으로 여겨져야 한다.

실시예 1 내지 3 에서는 도 1 에 기술된 바와 같은 공정 셋업이 사용되었다.

탑 4 는 상단부의 직경을 하단부의 직경보다 더 작게 설계하였다. 탑의 상단, 좁은 부분은 0.12 m 의 직경 및 약 4.0 m 의 높이를 갖고, 탑의 하단부는 약 0.4 m 의 직경 및 약 0.8 m 의 높이를 갖는다.

탑 내부의 펠렛의 "팽창" 정도를 라인 8 에 위치한 유량 조절기 (FC) 11 로제어한다. 냉각수의 하향 속도를 탑 4 의 상단, 좁은 부분 내부에서 약 56 용량% 의 중합체 펠렛의 "팽창" 정도를 달성하기 위해 2 cm/s 의 값으로 유지시킨다.

탑 4 내부의 중합체 펠렛의 보유량을 레벨 조절기 (LC) 12 로 조절한다. 처리될 유형의 중합체 펠렛에 따라, 탑 내부의 펠렛의 적당한 체류 시간을 실시예 1 내지 3 에서 선택한다.

펠렛의 체류 시간 τ 는 중합체 보유량 및 라인 14 를 통해 탑으로부터 방출 된 중합체의 양의 비율이다.

중합체 펠렛의 점착성을 방지하기 위한 본 발명의 방법의 효율을, 라인 14 (탑을 원심 건조기로 연결함) 및 원심 건조기 (라인 15) 로부터의 방출구에서의 펠렛 응집 수준을 점검하여 시각적으로 평가한다.

실시예 1

약 20 g/10 min (ASTM D1238, 조건 190℃/2.16 kg) 의 용융 흐름 속도 MIE 의 부텐-1 동종중합체를 부텐-1 의 액상 중합으로 제조하였다. 중합 공정 및 촉매 활성저하를 Basell Poliolefine Italia 에 허여된 특허 출원 WO 04/000895 의 설명에 따라 수행하였다. 중합 반응기로부터 수득된 중합체성 용액으로부터의 미반응된 부텐-1 의 제거를 Basell Poliolefine Italia 에 허여된 특허 출원 WO 04/000891 에 기술된 용융 탈휘발화로 수행하였다.

탈휘발화 단계로부터 회수한 폴리부텐-1 용융물을 중합체의 제조를 위해 필요한 첨가제를 혼합하기 위해 정적 혼합기 (static mixer) 에 도입하였다.

정적 혼합기에서 배출되는 중합체 용융물을 이후, 라인 1 을 통해 Werner & Pfleiderer 수중 펠렛화기 2 로 공급하고, 여기서 펠렛으로 절단하였다.

50 kg/h 의 중합체 펠렛 및 2.8 m³/h 의 물을 함유하는 수성 스트림이 약 50℃ 의 온도에서 수중 펠렛화기 2 로부터 연속적으로 방출된다: 결과적인 H₂O/펠렛 중량비는 56 이다. 상기 스트림은 이후 라인 3 을 통해 탑 4 로 도입된다.

30℃ 의 온도에서 대략 0.814 m³/h 의 냉각수를 라인 8 을 통해 탑의 상단에 도입하고, 펌프 9 및 냉각 매체 10 을 통과시키며 연속적으로 탑의 하단으로부터 상단으로 재순환하였다. 대략 2.5 m³/h 의 물이 탑의 하단으로부터 방출되어 라인 7 을 통해 연속적으로 절단용 물 탱크 18 로 전달되는 동안, 50 kg/h 의 중합체 펠렛 및 약 0.3 m³/h 의 물을 함유하는 수성 스트림은 라인 14 를 통해 탑의 상단으로부터 범람한다: 상기 라인의 H₂O/펠렛 중량비는 6 이다. 상기 수성 스트림을 이후, 원심 건조기 14 로 공급하였다.

LC 12 는 탑 4 내부의 중합체의 보유량을 약 4.17 kg 의 값에 유지시켜, 탑 내부의 펠렛의 체류 시간 τ 는 약 5 분이 된다 (τ = 4.17 kg / 50 kg/h).

50 kg/h 의 건조된 중합체 펠렛을 라인 16 을 통해 원심 건조기 15 로부터 회수하고, 0.3 m³/h 의 물을 건조기 15 의 하단으로부터 방출시킨 후, 라인 17 을 통해 절단용 물 탱크 18 로 이동시킨다.

절단용 물 탱크 18 로부터의 2.8 m³/h 의 물을 펌프 20 및 냉각 매체 21 을 통해 수중 펠렛화기 2 로 연속적으로 재순환시킨다.

라인 14 및 원심 건조기로부터의 방출구에서 무시할 만한 펠렛 응집의 수준이 발견되었다.

실시예 2

실시예 1 에서 제시된 동일한 액상 중합 방법을 3 중량% 의 에틸렌을 함유하고 약 45 g/10 min 의 MIE 를 갖는 부텐-1 공중합체를 제조하기 위해 사용하였다.

50 kg/h 의 중합체 펠렛 및 2.8 m³/h 의 물을 함유하는 수성 스트림을 본 발명의 방법에 따라 처리한다. 실시예 1 과 동일한 작업 조건을 사용하였으나, 탑 4 내부의 중합체 보유량을 약 8.33 kg 의 값으로 증가하여, 탑 내부의 펠렛의 체류 시간이 약 10 분 (8.33 kg / 50 kg/h) 이 되도록 하였다.

라인 14 및 원심 건조기로부터의 방출구에서 무시할 만한 펠렛 응집의 수준이 발견되었다.

실시예 3

50 중량% 의 에틸렌을 함유하고 약 5 g/10 min 의 MIE 를 갖는 50 kg/h 의 프로필렌 공중합체를 본 발명의 방법에 따라 처리하였다.

실시예 1 과 동일한 작업 조건을 사용하였으나, 탑 4 내부의 중합체 보유량을 약 8.33 kg 의 값으로 증가하여, 탑 내부의 펠렛의 체류 시간이 약 10 분 (8.33 kg / 50 kg/h) 이 되도록 하였다.

라인 14 및 원심 건조기로부터의 방출구에서 무시할 만한 펠렛 응집의 수준이 발견되었다.

Claims (23)

1. 하기의 단계들을 포함하는 신선하게 제조된 폴리올레핀 펠렛의 응집을 최소화시키는 연속적 방법:

   (a) 폴리올레핀 펠렛을 함유하는 수성 스트림을 탑에 공급하는 단계,

   (b) 상기 폴리올레핀보다 높은 밀도를 갖는 냉각제의 하향 흐름으로, 상기 탑을 따른 위쪽 흐름 동안에 상기 폴리올레핀 펠렛을 냉각시키는 단계,

   (c) 2 내지 20 분의 상기 탑 내의 체류 시간 후, 냉각된 펠렛을 상기 탑의 상단으로부터 수집하는 단계.
2. 제 1 항에 있어서, 단계 (a) 의 수성 스트림이 수중 펠렛화 단계로부터 수득되는 방법.
3. 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a) 의 수성 스트림이 폴리올레핀 펠렛을 40 내지 70 의 H₂O/펠렛 중량비로 함유하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a) 의 수성 스트림이 30 내지 60℃ 의 범위의 온도를 갖는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 탑이 그의 축을 따라 교반기가 부여된 수직 탑인 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 탑이 하기를 포함하는 방법:

   상단, 보다 좁은 부분,

   하단, 보다 넓은 부분, 및

   상단부를 하단부에 연결하는 트랜지션 (transition).
7. 제 6 항에 있어서, 상기 상단부의 직경이 0.1 내지 0.5 D_B 이며, D_B 는 하단부의 직경인 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a) 의 수성 스트림이 상기 탑의 하단부로 공급되는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a) 의 수성 스트림이 탑의 상단부를 하단부에 연결하는 상기 트랜지션으로 공급되는 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a) 의 수성 스트림이 탑 벽에 정접하는 방향 (tangential direction) 을 따라 상기 탑에 공급되는 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a) 에서 탑으로 들어가는 대부분의 물이 그를 따라 위로 흐르지 않고 탑의 하단부에 위치한 방출구로부터 방출되는 방법.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 체류 시간이 5 내지 12 분으로 이루어진 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탑 내부의 중합체 보유량이 차압 쎌 (differential pressure cell) 로 측정되고 조절되는 방법.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각제가 물인 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 물이 10 내지 40 ℃ 의 온도에서 상기 탑의 상단에 공급되는 방법.
16. 제 14 항 및 제 15 에 있어서, 물이 상기 탑을 따라 아래쪽으로 0.5 내지 4.0 cm/s 의 속도로 흐르는 방법.
17. 제 16 항에 있어서, 물이 1.0 내지 3.0 cm/s 의 속도로 아래쪽으로 흐르는 방법.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각된 펠렛을 함유하는 수성 스트림이 단계 c) 에서 탑의 상단으로부터 수집되는 방법.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 c) 가 탑의 상단으로부터 펠렛을 범람시켜 수행되는 방법.
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 c) 의 수성 스트림이 폴리올레핀 펠렛을 3 내지 10 의 H₂O/펠렛 중량비로 함유하는 방법.
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (c) 의 수성 스트림이 건조 단계로 공급되는 방법.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 건조 단계가 원심 건조기에서 수행되는 방법.
23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 건조 단계에서 분리된 물이 냉각되고 수중 펠렛화 단계로 재순환되는 방법.

Images