KR20090094011A - 폴리머를 건조시키기 위한 공정 및 장치 - Google Patents
폴리머를 건조시키기 위한 공정 및 장치Info
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Abstract
환상 형상을 가지는, 제 1 분배 격자 (89) 위에 위치되는 제 1 건조 챔버 (83) 로서, 폴리머가 불활성 가스 (N1) 의 제 1 스트림에 의해 유동화된 조건에서 유지되고 있는 제 1 건조 챔버 (83); 및 상기 제 1 건조 챔버 (83) 내측에 놓이고 상기 제 1 분배 격자 (89) 아래에서 하방으로 돌출하는 관형 본체 (85) 를 포함하는 제 2 건조 챔버를 포함하는, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 장치 (8).
Description
본 발명은 고효율 및 저 체류 시간으로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 공정 및 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 올레핀 중합을 위한 중합 플랜트의 마감손질 구역에서 폴리올레핀 미립자를 건조시키기 위한 공정 및 장치에 관한 것이다.
지글러-나타 (Ziegler-Natta) 유형 및 더 최근에는 메탈로센 유형의 높은 활동성 및 선택성을 가지는 촉매의 사용은, 올레핀 중합이 고형 촉매의 존재하에 액상 또는 기상으로 실행되고 있는 산업 스케일의 공정에서 폭넓은 사용을 야기했다. 지글러-나타 촉매는 티타늄 테트라클로라이드와 같은 전이 금속 화합물 및 알루미늄 알킬 화합물과 같은 촉매 활성제로서 작용하는 유기금속 화합물에 기초하는 고형 촉매 성분을 포함한다.
상이한 올레핀을 중합시키기 위한 몇몇 반응이 지글러-나타 촉매에 의해 촉진될 수도 있고, 따라서 호모폴리머, 코폴리머 또는 터폴리머 (terpolymer) 를 생성한다. 획득된 폴리머는 촉매 성분의 잔류물, 일정량의 미반응 단량체 및 다른 휘발성 화합물을 함유한다.
또한, 올레핀 중합이 기상에서 실행될 때, 프로판, 이소부탄, 이소펜탄 또는 다른 포화된 지방족 탄화수소와 같은 불활성 가스의 존재는 중합 반응으로부터 반응기 내측에서 발생된 열을 소산시키는데 기여하는 기능을 주로 갖는다. 낮은 휘발성의 이러한 알칸도 폴리올레핀 입자에 흡장되고 용해되어 있을 수도 있다.
안전, 경제적 및 생태학적 이유 때문에, 생성된 폴리올레핀으로부터 미반응 (공)단량체, 유기 화합물 및 비교적 저휘발성의 알칸을 제거할 필요가 있다. 이러한 모든 화합물은 환경에 영향을 주고, 이들 중 일부는 대기중의 산소와 만나 유해한 폭발성 혼합물을 형성할 수 있다. 미반응 단량체는 또한 중합 반응기 외측의 제어할 수 없는 잔여 중합을 연장시킬 위험이 있다. 또한, 폴리머로부터의 미반응 단량체의 제거는 그들의 회수 및 중합 반응기로의 재순환을 허용하여 원료의 소비를 절약한다.
폴리머로부터의 상기 휘발성 화합물의 제거는 또한 압출 및 펠릿화될 고품질 폴리머 미립자를 얻기 위해 필요하며, 또한 폴리머에 이러한 휘발성 화합물이 존재하면 하류 공정 (downstream processes) 에서 더 높은 안전 조치가 요구되기 때문에도 필요하다. 어떤 촉매 성분은 공기, 물 및 첨가제와 또한 휘발성 반응물과도 반응할 수도 있고, 위험한 화합물을 형성할 수도 있으며, 가능하게는 획득된 폴리머 생성물의 냄새 및 색에 영향을 줄 수도 있다.
반응기로부터 배출되는 폴리머 입자로부터 미반응 단량체 및 다른 휘발성 화합물을 제거하기 위해서 폴리머를 질소 및/또는 증기로 처리하기 위한 어떤 공정이 공지되어 있다.
예컨대, US 4,731,438 은 N2 및 물의 스트림을 사용하여 폴리머를 처리하기 위한 방법을 알려주며, 이 방법에서 탈거제는 본질적으로 N2 이고, 물은 촉매 잔류물을 비활성화시키는 기능을 갖는다. 폴리머가 수직 용기의 상부에 도입되어, 플러그 흐름 조건에서 용기를 통해 하강하는 폴리머층을 형성시킨다. 물을 포함하는 질소 스트림은 수직 용기의 하부에 공급된다. 용기 내측의 수분 및 작동조건을 엄격하게 제어함으로써, 폴리머 층의 전방 내측에 수분을 성립 및 유지시키는 것이 가능하며, 이 전방의 수분 아래에서 캐리어 가스의 물 농도는 캐리어 가스의 입구 값과 거의 동일하고, 위에 있는 동안에 캐리어 가스는 실질적으로 물이 없다. 이 공정의 결점은 질소에 의한 미반응 단량체의 탈거의 반응속도가 매우 낮기 때문에, 처리는 용기 내측의 폴리머에 대하여 긴 체류 시간을 필요로 하고, 그러므로 매우 큰 용기가 사용되어야 한다는 것이다.
US 4,314,053 및 EP 0 341 540 은 또한 탈거제가 본질적으로 질소인 양으로 폴리머가 증기가 농후해진 N2 의 스트림으로 처리되는 공정을 개시한다. 탈거의 저운동속도 및 결과적인 높은 체류 시간 이외에, 상기 방법의 한계 및 결점은 질소로부터 저분자량 단량체를 분리하는 것의 어려움으로부터 오며, 그 결과 중합 플랜트의 단량체 회수 구역에서 복잡하고 부피가 크며 비싼 장치가 요구된다. 그러므로, 미반응 단량체의 중합 반응기로의 회수 및 재순환은 비싸지고 복잡해진다. 또한, 1-부텐, 1-헥센, 에틸리덴-노보넨과 같은 고비점의 미반응 단량체의 경우에, 반응속도는 훨씬 더 낮고, 그러므로 상기 문제가 악화된다. 긴 처리 시간은 용기 내측에 폴리머 덩어리를 형성시킬 수 있는 점착성 폴리머 즉 응집하는 경향이 큰 폴리머의 마감손질 (finishing) 에 상기 방법을 적용할 수 없게 한다는 사실에 의해 다른 결점이 주어진다.
EP 0 808 850 및 EP 1 348 721 은 메탈로센 촉매에 의해 촉진되는 중합 반응에 의해 획득되는 올레핀 중합에서 냄새 발생을 감소시키기 위한 방법을 개시한다. 이 특허에 따르면, 시클로펜타디에닐 스켈레톤을 가지는 리간드가 냄새 발생의 원인이다. 상기 리간드는, 폴리올레핀에 포함된 잔류 리간드를 분해시키기 위해서 물 또는 알코올과 같은 리간드 분해제와 폴리올레핀을 접촉시키는 단계, 및 그 후 불활성 가스 바람직하게는 질소의 스트림에서 상기 폴리올레핀을 가열함으로써 분해된 리간드를 제거하는 단계를 포함하는 방법에 의해 효율적으로 제거된다. US 4,332,933 은 폴리머 분말의 촉매 잔류물 및 휘발성 화합물의 함량을 감소시키기 위해서 폴리머 분말을 처리하기 위한 방법을 개시한다. 이 방법은 폴리머 분말 위로 105 ~ 140 ℃ 의 온도의 과열된 증기의 스트림을 흐르게 하는 단계, 및 증기 응축을 방지하기 위해서 폴리머를 상기 온도로 유지시키는 단계를 포함한다. 유동화된 조건에서 폴리머 입자를 포함하는 용기의 하부에 과열된 증기의 스트림이 계속해서 도입된다. 폴리머의 온도를 105 ~ 140 ℃ 로 증가시키기 위해 요구되는 열은 유동화된 폴리머층에 잠긴 적절한 열교환기에 의해 시스템에 공급된다. 또한, 용기 벽은 증기 응축을 방지하기 위해서 외부 재킷에 의해 가열된다. 증기 응축을 회피하기 위한 요구되는 고온 및 폴리머층 내측에 돌출하는 열교환기의 존재에 의해 이 처리를 점착성 폴리머의 마감손질에 적용하기에는 완전히 적합하지는 않으며, 이 점착성 폴리머는 내부 열교환기 및 반응기 벽에 쉽게 부착된다.
상기 모든 종래 기술의 방법은 폴리올레핀의 마감손질을 위해 공정에 증기/물을 어느 정도 사용하는 것을 포함하지만, 이 방법은 폴리머 입자를 하류 장비에서 사용하기 전에 폴리머 입자를 효율적이고 신속하게 건조시키는 건조 단계를 알려주는데는 실패하였다. 폴리머 입자가 증기 및/또는 물을 포함하는 흐름으로 처리될 때, 폴리머로부터 물을 완전하게 제거하기 위해서 습윤 폴리머에 건조 단계를 취하는 것이 필요하다. 그렇지 않으면, 습윤 폴리머 미립자는 압출 장비에서 심각한 결점을 유발할 수 있는데, 이는 높은 압출 온도가 함유된 물의 증발을 부득이하게 발생시켜 압출기를 통해 흐르는 용융된 폴리머 매스의 동질성 및 유동성이 부족해 진다.
도 1 은 중합 반응기로부터 배출되는 폴리올레핀 미립자의 마감손질을 위한 공정의 개략적인 부분도이며, 여기서 폴리올레핀의 스티밍 후에 본 발명의 건조 공정 및 장치가 사용된다.
도 2 는 본 발명에 따른 건조 장치의 개략적인 정면도이다.
도 3 은 본 발명의 건조 장치의 내부의 사시도이다.
출원인은 건조 장치의 내측에서 폴리머의 체류 시간이 상당히 낮은 상태에서 향상된 효율성으로 폴리머 입자를 건조시킬 수 있는 공정 및 장치를 발견하였다.
그러므로, 본 발명의 제 1 목적은,
- 불활성 가스의 제 1 스트림이 공급되는 제 1 분배 격자;
- 상기 제 1 분배 격자 위에 위치되는, 환상 형상을 가지는 제 1 건조 챔버로서, 폴리머가 불활성 가스의 상기 제 1 스트림에 의해 유동화된 조건에서 유지되고 있는 제 1 건조 챔버;
- 상기 제 1 건조 챔버 내측에 놓이고 상기 제 1 분배 격자 아래에서 하방으로 돌출하는 관형 본체를 포함하는 제 2 건조 챔버; 및
- 상기 제 2 건조 챔버의 하부 부분에 배치되는, 상기 불활성 가스의 제 2 스트림이 공급되고 있는 제 2 분배 격자를 포함하는, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 장치이다.
본 발명의 건조 장치의 특별한 구성은 폴리머 미립자로부터의 물 제거의 전체적인 효율성을 크게 증가시키고, 따라서 폴리머의 체류 시간이 짧더라도 건조된 폴리머를 획득된다.
고온 불활성 가스의 흐름이 폴리머 미립자를 제 1 건조 챔버의 내측의 유동화 조건으로 유지시키며, 폴리머는 제 2 건조 챔버를 따라 플러그 흐름 조건으로 하강한다. 2 개의 별도의 건조 챔버의 존재 및 상기 2 개의 건조 챔버에 유지되는 상이한 흐름 조건은 물 제거를 완료하는데 요구되는 전체적인 체류 시간이 크게 감소될 수 있게 하고, 따라서 건조기의 전체적인 크기를 감소시킨다. 제 1 건조 챔버는 제 2 건조 챔버 보다 더 큰 크기를 가지며, 상기 제 1 챔버에서 폴리머 유동화 조건이 성립되고, 폴리머로부터의 물의 제거는 짧은 평균 체류 시간에 발생하고, 이 짧은 평균 체류 시간은 건조될 입자의 유동화에 의해 작동하는 건조기의 전형적인 특징이다. 그러나, 이러한 유형의 건조기의 심각한 결점은, 폴리머 입자가 유동화된 폴리머층 내측에서 무작위로 이동한다는 것이고, 그 결과 건조 가스와의 각각의 접촉 시간이 입자 사이에서 크게 다르며, 따라서 입자 중 약간은 장치에 유입된 직후에 건조 효과가 낮은 상태로 건조기로부터 나올 수 있다. 이런 이유로, 유동화 조건에서 작동하는 건조기의 효율성은 최적이 아니다.
본 발명의 장치는, 제 1 건조 챔버의 하류에, 폴리머 입자가 유동화 조건에 있지 않지만 건성 불활성 가스의 제 2 스트림과 접촉하는 "플러그 흐름" 상태에서 중력에 의해 하강하게 되는 제 2 건조 챔버를 준비하여 상기 기술적인 문제를 해결한다. "플러그 흐름" 조건은 건조 가스와의 접촉 시간이 모든 폴리머 입자에 대하여 실질적으로 동일하도록 보장하기 때문에, 제 1 건조 챔버에서 효율적으로 건조되지 않아도 물 제거는 모든 입자에 대하여 실질적으로 완료될 수 있다.
상기 설명의 관점에서, 본 발명의 건조 장치는 향상된 효율성으로 그리고 짧은 체류 시간에 폴리머 입자의 건조를 실행할 수 있게 한다.
그러므로, 본 발명의 제 2 목적은,
- 환상 형상을 가지는 제 1 건조 챔버에서 폴리머 입자를 건조시키는 단계로서, 이 제 1 건조 챔버에서 폴리머 입자는 불활성 가스의 제 1 스트림에 의해 유동화된 조건으로 유지되고 있는 단계;
- 관형 본체를 포함하는 제 2 건조 챔버에서 폴리머 입자를 더 건조시키는 단계로서, 이 제 2 건조 챔버에서 폴리머 입자는 상기 불활성 가스의 제 2 스트림과 접촉하는 플러그 흐름 상태에서 하강하는 단계를 포함하는, 불활성 가스로 폴리머를 건조시키기 위한 공정이다.
본 발명의 건조 공정에 따르면, 폴리머에 스며들어 있는 물의 대부분은 유동화 조건에서 작동하는 제 1 건조 챔버에서 제거된다. 특히, 전체 물 중 약 0.8 ~ 약 0.95 중량비 (weight fraction) 는 제 1 건조 챔버에서 제거된다. 나머지 물은 "플러그 흐름" 상태에서 작동하는 제 2 건조 챔버에서 폴리머로부터 제거된다.
제 1 챔버에서 성립된 유동화 조건은 매우 짧은 체류 시간으로 폴리머로부터 물의 대부분을 제거하는 것을 가능하게 하며, 환상 챔버에서의 평균 체류 시간은 일반적으로 1 ~ 6 분, 바람직하게는 2 ~ 5 분이다.
한편, 제 2 건조 챔버를 형성하는 관형 본체는 부피가 작게 되어 있기 때문에, "플러그 흐름 조건" 이 성립되더라도, 폴리머의 체류 시간은 유사하게 낮아지며, 제 2 건조 챔버에서의 평균 체류 시간은 2 ~ 15 분, 바람직하게는 5 ~ 10 분이다.
그러므로, 폴리머는 본 발명의 건조 장치에서 약 3 ~ 약 20 분, 바람직하게는 5 ~ 15 분의 전체적인 체류 시간을 갖는다. 또한, 폴리머의 특별한 흐름 조건으로 인해, 채널링 (channelling) 의 회피가 가능하며, 폴리머로부터 물의 완전한 제거를 보장한다.
본 발명의 공정 및 장치의 전형적인 산업적인 적용은 중합 플랜트의 마감손질 구역, 특히 폴리머 스티밍의 처리로부터 생기는 폴리머 입자의 건조이며, 이에 따르면 생성된 폴리올레핀은 폴리머 입자에 용해된 미반응 단량체를 제거하기 위해 증기의 스트림과 맞흐름식으로 접촉한다. 일반적으로는, 폴리머 입자는 85 ℃ ~ 110 ℃ 의 온도에서 스티밍으로부터 생긴다. 일단 건조 장치에 도입되면, 폴리머의 미립자를 둘러싸는 물층은 고온 건성 가스의 흐름에 의해 증발되며, 건조 공정 동안 폴리머는 냉각되는데, 물 증발이 폴리머 입자로부터 열을 흡수하기 때문이다. 그러므로, 건조 공정의 끝에, 폴리머는 건조기로의 입구에서 보다 더 낮은 온도를 갖는다.
건성 불활성 가스의 스트림이 약 85 ℃ ~ 115 ℃ 의 온도로 본 발명의 공정에 사용되고, 상기 온도는 폴리머의 연화 및 그 결과로서의 건조기의 차단을 회피하도록 처리된 특정 폴리머를 고려하여 선택된다. 바람직하게는, 질소는 건성 불활성 가스로서 사용된다.
환상 챔버에 공급되는 건성 불활성 가스의 양은 일반적으로 건조 장치에의 불활성 가스의 총 공급 중 70 ~ 95 부피% 이다.
증기가 농후한 질소의 스트림이 본 발명의 건조 장치로부터 부산물로서 배출된다. 상기 불순물이섞인 질소는 물을 응축시키기 위해 압축 및 연속하여 냉각되고, 응축물이 액체 분리기에서 분리된 후, 정화된 질소는 적절한 온도에서 열교환기에서 가열되고 다시 건조기의 하부에 재도입되며, 따라서 고온 질소 폐루프를 형성한다. 따라서, 질소로부터의 제거된 물의 분리는 기술적으로 간단하고 비싼 분리 단계를 요구하지 않는다.
본 발명의 건조 공정으로부터 오는 폴리머 입자는 무시할 만한 양의 물을 함유하며, 그러므로 어떤 위험도 없이 압출 및 펠릿화와 같은 연속하는 하류 단계로 전달될 수도 있다.
본 발명은 첨부의 도면을 참조하면 더 잘 이해되고 효과적으로 실행될 것이고, 이 첨부의 도면에서 본 발명의 실시예가 비제한적인 예로 도시되어 있다.
예로서, 프로필렌 호모폴리머 또는 코폴리머와 같은 폴리올레핀을 생산하기 위한 플랜트에 대하여 도 1 을 참조한다. 이러한 플랜트에 있어서, 중합 반응은 단일 또는 다 단계로, 또는 예컨대 EP 517 183 에 기재된 바와 같은 공지된 방법 중 어느 한 방법으로 실행될 수도 있다.
도 1 을 참조하면, 폴리머를 생산하기 위한 플랜트의 마감손질 영역에서 사용되는 마감손질 장치 (100) 가 도시되어 있으며, 마감손질 장치는 플래시 챔버 (1), 폴리머가 포화된 증기로 처리되는 제 1 용기 (4), 폴리머가 건성 질소로 건조되는 제 2 용기 (8) 를 포함한다.
폴리머 미립자를 포함하는 생성물 (B) 이 기상 또는 대안적으로는 액상에서 실행되는 중합 공정으로부터 배출된다.
생성물 (B) 은 미반응 단량체 및 촉매 잔류물과 함께 폴리머 미립자를 포함하며, 이 미반응 단량체 및 촉매 잔류물은 본 발명의 마감손질 공정을 사용하여 폴리머로부터 제거되어야 한다. 폴리머 미립자는 치수가 약 0.3 ~ 4 ㎜ 이고, 큰 조도를 가지며, 따라서 큰 비표면 (specific surface) 을 가지는 구 형상인 것이 바람직하다.
결정성 폴리머가 플래시 챔버 (1) 에서 처리되면 약 100 ~ 110 ℃ 의 온도가 도달될 수도 있는 한편, 매우 점착성의 폴리머가 처리되면 온도는 약 60 ~ 90 ℃ 로 유지된다. 어떤 경우에는, 플래시 챔버 (1) 의 온도는 폴리머 분말의 연화를 회피하기 위한 값으로 유지된다. 상기 작동 조건으로 인해, 생성물 (B) 에 존재하는 기상의 일부, 주로 미반응 단량체는 고형 폴리머로부터 휘발된다.
생성물 (B) 로부터 분리된 가스는 가스 라인 (2) 을 통해 챔버 (1) 의 상부 영역으로부터 플래시 챔버 (1) 를 떠나고 압축 후에 재순환 라인 (R) 에 의해 중합 반응기에 재순환되며, 반면 폴리머 (P) 는 공급 라인 (3) 을 통해 플래시 챔버 (1) 의 하부를 떠나 스티머 (4) 의 상부에 공급되어 본 발명의 스티밍 단계 (1) 가 실행된다. 스티머 (4) 의 하부에서, 포화된 증기 (V) 가 증기 라인 (5) 을 통해 공급된다.
폴리머 (P) 로부터 방출된 휘발성 가스 화합물 (G) 은 라인 (6) 을 통해 스티머 (4) 의 헤드로부터 추출된다. 정화된 폴리머 (P') 가 스티머 (4) 의 하부로부터 배출된다.
가스 화합물 (G) 은 증기, 미반응 단량체, 및 촉매 시스템으로부터 오는 고비점 촉매 성분을 포함한다. 증기로부터의 가스 성분의 분리는 간단하고 효율적이며, 공지된 방법에 따라 실행될 수도 있고 큰 또는 복잡한 장치를 필요로하지 않는다. 이러한 분리는 한편으로는 미반응 단량체의 중합 반응기로의 회수 및 재순환을 허용하며, 다른 한편으로는 물을 획득하는 것을 허용한다.
스트림 (G) 은 가스 스트림 (G) 에 동반되는 미세 폴리머 입자를 스트림 (G) 으로부터 분리하기 위해 사이클론 분리기 (101) 에 우선 공급된다. 상기 미세 입자는 스티머 (4) 에 재유입되고, 가스 화합물은 응축기 (102) 에 공급되며, 이 응축기 (102) 에서 가스 화합물은 냉각되어 증기 및 더 무거운 탄화수소의 응축을 일으켜 가스분획물 (G') 및 응축분획물 (C) 을 획득한다.
가스분분획물 (G') 은 압축기 (103) 에 공급된 다음 건조기 (104) 에 공급되고, 그 후에 플래시 챔버 (1) 로부터 오는 가스 라인 (2) 과 혼합되며, 따라서 재순환 라인 (R) 을 통해 중합 반응기에 다시 재순환된다.
응축분획물 (C) 은 고분자량 탄화수소 (106) 가 수성 상 (W1) 으로부터 분리되는 중력 분리기 (105) 에 공급된다. 수성 상 (W1) 은 잔류 탄화수소의 존재로부터 정화된 후에 물 저장소에 배출될 수 있다.
증발기 (4) 의 하부로부터 인출된 폴리머 (P') 는 라인 (7) 을 통해 건조기 (8) 의 헤드부 (8a) 에 공급되며, 건성 불활성 가스 바람직하게는 건성 질소의 흐름이 라인 (N1, N2) 을 통해 건조기 (8) 의 하부에 공급된다. 건성 불활성 가스는 폴리머 입자로부터 스티머 (4) 에서 폴리머 미립자에 미리 응축된 증기를 제거할 수 있게 한다. 건조된 폴리머 (P'') 가 라인 (10) 을 통해 건조기 (8) 의 하부로부터 배출된다. 건조기 (8) 의 상부 영역으로부터, 가스 스트림 (9') 이 획득되고, 상기 가스 스트림은 증기와 함께 주로 질소를 포함한다.
그 다음, 가스 스트림 (9') 은 추가의 사이클론 분리기 (107) 에 공급되고, 이 사이클론 분리기 (107) 에서 미세 입자는 가스로부터 분리되고, 상기 미세 입자는 건조기 (8) 의 상부에 재순환되며, 기상 (109) 은 추가의 응축기 (108) 에 공급되고, 이 응축기 (108) 에서 증기는 질소로부터 물 (W2) 로서 응축되고 분리된다. 물 (W2) 의 획득된 스트림은 물 저장소에 배치될 수도 있으며, 질소는 라인 (G'') 을 통해 압축기 (110) 에 보내지고, 열교환기 (111) 에 의해 가열되며, 그 다음 라인 (N1 및 N2) 을 통해 건조기 (8) 의 하부에 재순환된다.
건조기 (8) 로부터 배출된 폴리머 (P'') 는 물, 휘발성 화합물 및 촉매 잔류물이 없고, 고순도를 가지며, 후속의 공정 작업에서 치리될 수도 있다. 폴리머 (P'') 는 마감손질 공정에 공급된 생성물 (B) 과 온도가 거의 동일하며, 어떤 다른 처리를 받지 않고 하류의 공정에서 사용될 수도 있다.
도 2 는 본 발명의 건조 장치의 개략적인 정면도를 보여준다. 건조기 (8) 에는 헤드부 (8a), 실질적으로 환상 형상을 가지는 제 1 건조 챔버 (83), 헤드부 (8a) 와 제 1 건조 챔버 (83) 사이에 있는 감속 영역 (84), 및 제 1 건조 챔버 (83) 의 직경 (D4) 보다 더 작은 직경 (D5) 을 가지는 관형 본체 (85) 가 제공되어 있다.
폴리머 입자는 건조기 (8) 의 하부에 공급된 건성 질소의 상방 흐름에 의해 유동화 조건에서 제 1 건조 챔버 (83) 내측에 유지된다. 감속 영역 (84) 은 제 1 건조 챔버 (83) 로부터 헤드부 (8a) 로 발산하도록 형성되어 있고, 이는 유동 가스의 속도를 줄일 수 있게 하고, 따라서 출구 (9') 를 통해 가스에 의해 동반될 수도 있는 미세 입자의 분획물을 최소화시킨다.
도 1 의 스티머 (4) 의 응축된 증기가 농후한 폴리머 입자 (P') 는 긴 공급 도관 (87) 에 의해 건조기 (8) 에 공급되고, 이 긴 공급 도관 (87) 은 건조기 (8) 의 감속 영역 (84) 내측으로 돌출한다. 공급 도관 (87) 은 제 1 건조 챔버 (83) 의 중간 영역으로 폴리머 입자를 직접 이송하기 위해서 특별히 길게되어 있으며, 따라서 가스 출구 (9') 를 통해 나가는 가스의 상방 흐름에 결국 동반되는 고형 입자의 양을 최소화시킨다.
건조 가스로서의 질소의 제 1 스트림 (N1) 은 제 1 건조 챔버 (83) 의 하부에 배치된 입구 (88) 에서 건조기 (8) 에 공급된다. 질소의 상기 제 1 스트림 (N1) 은 환상 형상을 가지는 제 1 분배 격자 (89) 를 통해 챔버 (83) 에 분배된다.
건성 질소의 제 2 스트림 (N2) 은 관형 본체 (85) 의 하부에 배치된 입구 (98) 에 공급되고 제 2 분배 격자 (91) 를 통해 관형 본체 (85) 에 분배된다.
분배 격자 (91) 는 건조된 폴리머의 안식각 (Φ) 보다 더 큰 각 (α2) 의 수평 방향 (x) 에 대하여 기울어져 있고, 이는 중력으로 인한 폴리머 (P') 의 강하를 허용하고 관형 본체 (85) 의 하부에서의 차단을 방지한다. 제 1 분배 격자 (89) 및 제 2 분배 격자 (91) 의 양자에는 건성 질소의 제 1 스트림 (N1) 및 제 2 스트림 (N2) 을 각각 건조기 (8) 에 분배하기 위한 복수의 분배 구멍이 제공된다.
건조기 (8) 의 내부의 사시도인 도 3 에 명확하게 도시된 바와 같이, 관형 본체 (85) 는 실질적으로 원통형 형상을 가지며 제 1 건조 챔버 (83) 와 동심이다.
건조기 (8) 내측에 관형 본체를 배치함으로써 2 개의 별도의 건조 챔버가 구별될 수 있고, 제 1 건조 챔버는 환상 챔버 (83) 를 나타내고 제 2 건조 챔버는 관형 본체 (85) 내측에 배치된다. 관형 본체 (85) 의 상부는 제 1 분배 격자 (89) 위로 연장되며, 관형 본체 (85) 의 하부는 제 1 분배 격자 (89) 아래에서 하방으로 돌출한다.
제 2 건조 챔버는 제 1 건조 챔버의 하류에 배치되는데, 즉 폴리머 입자는 먼저 환상 챔버 (83) 에서 흐르고 연속해서 관형 본체 (85) 를 따라 흐른다. 제 1 건조 챔버 (83) 에서, 폴리머는 건조되면서 제 1 분배 격자 (89) 를 통해 오는 건성 질소의 상방 흐름에 의해 유동화 조건을 받게 된다. 제 2 건조 챔버에서, 즉 관형 본체 (85) 내측에서, 폴리머 입자는 도 2 의 입구 (98) 를 경유하여 공급된 건성 질소의 제 2 스트림과 만나는 플러그 흐름 조건에서 실질적으로 하방으로 흐른다.
건조기 (8) 로 들어가는 폴리머는 거의 일정하게 유지되는 어떤 수준까지 환상 챔버 (83) 를 충전하고, 질소의 흐름에 의해 유동화되는 유동화된 폴리머층 (C') 을 형성하며, 이 질소는 폴리머층 (C') 으로 균질하게 확산되어 폴리머의 거의 각각의 미립자와 접촉하고 환상 챔버 (83) 에서 폴리머를 유동화된 상태로 유지시킨다.
제 1 분배 격자 (89) 에서의 구멍의 특별한 배향 및 분배로 인해, 질소의 흐름은 도 3 에서 화살표 F6 으로 도시한 바와 같이 사이클로닉 운동으로 상방으로 흘러, 환상 챔버 (83) 에 나선형으로 상승한다. 관형 본체 (85) 의 상단부에는 노칭 (notching) (86) 이 제공되어 있다. 폴리머 입자가 받는 무작위 운동인 난류로 인해, 폴리머 입자의 일부가 노칭 (86) 으로 유입되어 환상 챔버 (83) 로부터 관형 본체 (85) 로 간다. 관형 본체 (85) 의 내측에서, 폴리머는 유동화 조건을 더 이상 받지 않기 때문에, 폴리머는 플러그 흐름으로 하방으로 하강할 수 있다.
또한, 관형 본체 (85) 에는 제 1 분배 격자 (89) 바로 위에 위치되는 개구부 (853) 가 제공되어 있고, 이 개구부 (853) 는 긴급한 정지의 경우에 환상 챔버 (83) 를 비우는 기능을 갖는다.
환상 챔버 (83) 의 유동화 조건은 폴리머 미립자에 응축된 물의 대부분이 제거될 수 있게 하며, 관형 본체 (85) 의 플러그 흐름조건은 고효율로 폴리머 건조를 완료할 수 있게 한다. 이는 짧은 체류 시간 후에 건조된 폴리머 (P'') 가 건조기 (8) 의 출구 (10) 로부터 배출될 수 있음을 함의한다.
이하의 실시예는 본 발명의 범위를 제한하지 않으면서 본 발명을 더 설명한다.
실시예
실시예 1
중합 조건
루프 반응기에서 액상 단량체의 슬러리 중합에 의해 폴리프로필렌이 생성된다.
지글러-나타 (Ziegler-Natta) 촉매가 이하를 포함하는 중합 촉매로서 사용된다.
- WO 00/63261 에 기재된 절차로서 디에틸 2,3-디이소프로필-숙시네이트가 내부 도너 화합물로서 사용되는 실시예 10 에 의해 제조되는 티타늄 고형체 촉매 성분;
- 공촉매로서 트리에틸알루미늄 (TEAL);
- 외부 도너로서 디시클로펜틸디메톡시실란.
프로필렌이 분자량 조절제로서 H2 를 사용하여 루프 반응기에서 중합된다. 공단량체는 이 반응기에 공급되지 않는다. 보충 (make-up) 프로필렌 및 수소가 계속해서 루프 반응기에 공급된다. 프로필렌의 중합은 70 ℃ 의 온도 및 34 bar 의 절대 압력에서 실행된다.
루프 반응기로부터 계속해서 배출되는 폴리프로필렌 슬러리는 재킷 관 내측으로 흐르게 되고, 이때 폴리프로필렌 슬러리는 액상의 결과적인 증발에 의해 85 ℃ 의 온도에 도달하도록 가열된다. 연속해서, 폴리프로필렌 및 증발된 단량체의 획득된 스트림은 플래시 탱크 (도 1 의 도면부호 1) 에 도입되고, 증발된 단량체는 폴리머 입자로부터 분리된다.
스티밍 단계
30000 Kg/h 의 폴리프로필렌은 플래시 탱크 (1) 의 하부로부터 계속해서 배출되고 스티머 (도 1 에서 도면부호 4) 에서 스티밍을 받는다.
스티머 (4) 의 입구에서 폴리머 입자의 온도는 약 70 ℃ 이다. 포화된 증기는 처리될 폴리올레핀 1000 ㎏ 당 증기 60 Kg 에 대응하는 1800 Kg/h 의 총 유량으로 스티머 (4) 의 하부에서 대부분 공급된다.
폴리머 입자는 스티머를 따라 중력에 의해 하강하고 따라서 포화된 증기의 상방 흐름과 맞흐름 상태로 접촉한다. 작동 조건은 스티머에서 105 ℃ 의 온도 및 1.2 bar 의 절대압력을 유지하는 것이다. 스티머에서의 폴리머의 평균 체류 시간은 20 분이다. 상기 작동 조건에서, 약 1000 Kg/h 의 증기가 응축되고, 따라서 폴리올레핀 입자 주위에 물층을 발생시킨다. 포화된 증기의 나머지 양은 탈거제로서 작용하고 스티머 (4) 의 상부로부터 배출된다.
스티머의 하부로부터 인출된 폴리프로필렌 입자는 본 발명의 건조 장치로 이송된다.
건조 단계
도 2 및 도 3 을 참조하면, 폴리프로필렌 입자는 105 ℃ 의 온도에서 공급 도관 (87) 을 통해 건조기 (8) 의 제 1 건조 챔버 (83) 로 들어간다. 제 1 건조 챔버 (83) 내측에서, 폴리머 입자는 건성 질소의 상방 흐름에 의해 유동화 조건에서 유지된다. 약 13000 ㎥/h 건성 질소가 110 ℃ 의 온도에서 라인 (N1) 을 통해 유동화 격자 (89) 에 공급되고, 이 유동화 격자 (89) 는 건조 챔버 (83) 의 하부 부분에 위치된다.
약 2000 ㎥/h 건성 질소가 110 ℃ 의 온도에서 관형 본체 (85) 의 하부에 배치된 입구 (98) 에 공급되고, 분배 격자 (91) 를 통해 관형 본체 (85) 에 분배된다. 제 2 건조 챔버에서, 즉 관형 본체 (85) 내측에서, 폴리머 입자는 건성 질소의 이 제 2 스트림과 만나는 플러그 흐름 조건에서 실질적으로 하방으로 흐른다.
제 1 건조 챔버 (83) 에서 폴리머의 체류 시간은 단지 2 분이며, 제 2 건조 챔버 (85) 내측에서 폴리머 체류 시간은 10 분이다.
건성 질소와의 접촉은 폴리올레핀 입자를 둘러싸는 물의 증발을 일으키며, 이 폴리올레핀 입자를 둘러싸는 물은 또한 폴리머 입자를 냉각시킨다. 실제로, 건조기 (8) 의 출구에서의 폴리올레핀 온도는 78 ℃ 로 낮아진다.
건조기 (8) 의 상부로부터, 증기가 농후해진 질소의 스트림이 획득되고, 이 증기가 농후해진 질소의 스트림은 질소로부터 증기를 분리하기 위해 응축된다. 그 다음, 분리된 질소는 압축되고 열교환기에서 가열되며 다시 공급 라인 (N1, N2) 을 통해 건조기 (8) 의 하부에 재도입되고, 따라서 뜨거운 질소 폐루프를 형성한다.
완전히 건조된 폴리올레핀이 본 발명의 건조 장치의 출구 (10) 로부터 배출된다.
실시예 2
중합 조건
루프 반응기에서 액상 단량체의 슬러리 중합에 의해 프로필렌/에틸렌/1-부텐 코폴리머가 생성된다. 실시예 1 의 동일한 지글러-나타 촉매가 사용된다. 프로필렌이 주 단량체이며, 에틸렌 및 1-부텐이 루프 반응기에 공급되어, 2.5 중량% 의 에틸렌 및 4.8 중량% 의 1-부텐을 함유하는 최종 프로필렌 코폴리머가 획득된다. 루프 반응기에서의 슬러리 중합은 62 ℃ 의 온도 및 34 bar 의 절대압력에서 실행된다.
루프 반응기로부터 계속해서 배출되는 코폴리머 슬러리는 재킷 관 내측으로 흐르게 되며, 이때 코폴리머 슬러리는 액상의 결과적인 증발에 의해 78 ℃ 의 온도에 도달하도록 가열된다. 연속해서, 폴리프로필렌 및 증발된 단량체의 획득된 스트림이 플래시 탱크에 도입되며, 증발된 단량체는 폴리머 입자로부터 분리된다.
스티밍 단계 a)
20000 Kg/h 의 코폴리머가 플래시 탱크의 하부로부터 계속해서 배출되며 스티머 (4) 의 상부로 이송된다.
스티머로 유입되는 폴리올레핀의 온도는 약 65 ℃ 이다. 스티머 (4) 에 공급되는 포화된 증기의 총 유량은 처리될 폴리올레핀 1000 ㎏ 당 증기 90 Kg 에 대응하는 1800 Kg/h 이다.
폴리머 입자는 스티머를 따라 증력에 의해 하강하고, 따라서 포화된 증기의 흐름과 맞흐름 상태로 접촉한다. 작동 조건은 스티머에서 105 ℃ 의 온도 및 1.2 bar 의 절대압력을 유지하는 것이다. 스티머에서 폴리머의 평균 체류 시간은 30 분이다.
상기 작동 조건에서, 약 860 ㎏/h 의 증기가 응축되고, 따라서 폴리올레핀 입자 주위에 물층을 발생시킨다. 포화된 증기의 나머지 양은 탈거제로서 작용하고 스티머 (4) 의 상부로부터 배출된다. 스티머의 하부로부터 인출되는 폴리올레핀 입자는 본 발명의 건조 장치에 도입된다.
건조 단계 b)
폴리프로필렌 입자는 105 ℃ 의 온도에서 공급 도관 (87) 을 통해 건조기 (8) 의 제 1 건조 챔버 (83) 로 들어간다. 제 1 건조 챔버 (83) 의 내측에서, 폴리머 입자는 건성 질소의 상방 흐름에 의해 유동화 조건으로 유지된다. 약 11700 ㎥/h 의 건성 질소가 110 ℃ 의 온도에서 건조 챔버 (83) 의 하부 부분에 위치된 유동화 격자 (89) 에 라인 (N1) 을 통해 공급된다.
약 1300 ㎥/h 의 건성 질소가 110 ℃ 의 온도에서 관형 본체 (85) 의 하부에 배치된 입구 (98) 에 공급되고, 분배 격자 (91) 를 통해 관형 본체 (85) 에 분배된다. 제 2 건조 챔버에서, 폴리머 입자는 건성 질소의 이 제 2 스트림과 만나는 플러그 흐름 조건에서 실질적으로 하방으로 흐른다.
제 1 건조 챔버 (83) 에서 폴리머의 체류 시간은 단지 3 분이며, 제 2 건조 챔버 (85) 내측에서 폴리머 체류 시간은 14 분이다.
건성 질소와의 접촉은 폴리올레핀 입자를 둘러싸는 물을 증발시키며, 이 폴리올레핀 입자를 둘러싸는 물의 증발은 또한 폴리머 입자를 냉각시킨다. 실제로, 건조기 (8) 출구에서의 폴리올레핀 온도는 72 ℃ 로 낮아진다.
건조기 (8) 의 상부로부터 증기가 농후한 질소의 스트림이 획득되며, 이 증기가 농후한 질소의 스트림은 질소로부터 증기를 분리하기 위해 응축된다. 그 다음, 분리된 질소는 압축되고 열교환기에서 가열되며 다시 공급 라인 (N1 및 N2) 을 경유하여 건조기 (8) 의 하부에 재도입되고, 따라서 뜨거운 질소 폐루프를 형성한다.
완전히 건조된 폴리올레핀이 본 발명의 건조 장치의 출구 (10) 로부터 배출된다.
Claims (14)
- - 불활성 가스의 제 1 스트림이 공급되는 제 1 분배 격자;- 상기 제 1 분배 격자 위에 위치되는, 환상 형상을 가지는 제 1 건조 챔버로서, 폴리머가 불활성 가스의 상기 제 1 스트림에 의해 유동화된 조건에서 유지되고 있는 제 1 건조 챔버;- 상기 제 1 건조 챔버 내측에 놓이고 상기 제 1 분배 격자 아래에서 하방으로 돌출하는 관형 본체를 포함하는 제 2 건조 챔버; 및-상기 제 2 건조 챔버의 하부 부분에 배치되는, 상기 불활성 가스의 제 2 스트림이 공급되고 있는 제 2 분배 격자를 포함하는, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 건조 챔버 위에 배치되는 감속 영역을 더 포함하는, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 분배 격자의 구멍은 상기 제 1 건조 챔버에서 질소의 스트림을 나선형으로 상승시키도록 배향되는, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 건조 챔버는 상기 제 1 건조 챔버에 대해 동심인, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 분배 격자는 수평 방향에 대하여 건조된 폴리머의 안식각 (Φ) 보다 더 큰 각 (α2) 으로 기울어져 있는, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 노칭이 상기 관형 본체의 상단부에 제공되는, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 장치.
- - 환상 형상을 가지는 제 1 건조 챔버에서 폴리머 입자를 건조시키는 단계로서, 이 제 1 건조 챔버에서 폴리머 입자는 불활성 가스의 제 1 스트림에 의해 유동화된 조건에서 유지되고 있는 단계;- 관형 본체를 포함하는 제 2 건조 챔버에서 폴리머 입자를 더 건조시키는 단계로서, 이 제 2 건조 챔버에서 폴리머 입자는 상기 불활성 가스의 제 2 스트림과 접촉하는 플러그 흐름 상태에서 하강하는, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 공정.
- 제 7 항에 있어서, 상기 폴리머에 존재하는 전체 물 중 0.8 ~ 0.95 중량비가 상기 제 1 건조 챔버에서 제거되는, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 공정.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 건조 챔버에서 폴리머의 평균 체류 시간은 1 ~ 6 분인, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 공정.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 건조 챔버에서 폴리머의 평균 체류 시간은 2 ~ 15 분인, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 공정.
- 제 7 항에 있어서, 건조될 폴리머는 폴리머 스티밍의 처리로부터 생기는, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 공정.
- 제 7 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 85 ℃ ~ 115 ℃ 의 온도에서 건성 질소인, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 공정.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 건조 챔버에 공급되는 불활성 가스의 상기 제 1 스트림은 상기 불활성 가스의 총 공급량의 70 ~ 95 중량% 인, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 공정.
- 제 7 항에 있어서, 불활성 가스의 상기 제 1 스트림은 상기 제 1 환상 챔버에서 나선형으로 상승하는 사이클로닉 운동으로 상방으로 흐르는, 불활성 가스로 폴리머 입자를 건조시키기 위한 공정.
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