KR20130140111A - 폴리올레핀 퍼지 기체 생성물로부터 탄화수소를 회수하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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다니엘 더블유 모서
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로버트 디 올슨
제임스 엘 스웩커
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Abstract

폴리에틸렌 생성물로부터 회수된 퍼지 기체를 분리하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 방법은 1종 이상의 휘발성 탄화수소를 함유하는 폴리에틸렌 생성물을 중합 반응기로부터 회수하는 단계, 및 폴리에틸렌 생성물을 퍼지 기체와 접촉시켜서 휘발성 탄화수소의 적어도 일부를 제거하여 휘발성 탄화수소의 농도가 감소된 중합체 생성물 및 휘발성 탄화수소가 풍부한 퍼지 기체 생성물을 생성하는 단계를 포함한다. 퍼지 기체 생성물은 약 2,500 kPaa 내지 약 10,000 kPaa의 압력으로 압축되고, 이어서, 냉각되고, 적어도 제1 생성물, 제2 생성물, 및 제3 생성물로 분리된다. 이어서, 제1 생성물, 제2 생성물 또는 제3 생성물 중 하나 이상의 일부는 각각 퍼지 기체로서 재순환되거나, 중합 반응기로 재순환되거나 또는 압축 이전에 휘발성 탄화수소가 풍부한 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있다.

Description

폴리올레핀 퍼지 기체 생성물로부터 탄화수소를 회수하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR RECOVERING HYDROCARBONS FROM A POLYOLEFIN PURGE GAS PRODUCT}
기상(gas phase) 중합에서, 1종 이상의 단량체를 함유하는 기체성 스트림은 촉매의 존재 하의 반응성 조건 하에서 유동층(fluidized bed)을 통해서 통과한다. 중합체 생성물은 반응기로부터 취출되고, 새로운 단량체가 반응기에 도입된다. 잔류하는 기체성 및/또는 액체 성분, 예컨대 미반응 탄화수소 단량체(들) 및/또는 희석액(들)은 통상적으로 중합체 생성물 중에 흡수된다. 이들 휘발성의 미반응 단량체 및/또는 희석액은 중합된 미립자로부터 제거될 필요가 있다.
전형적으로, 중합체 생성물은 생성물 분리기 또는 퍼지 빈(purge bin)에 도입되어, 퍼지 기체, 예컨대 질소의 향류(countercurrent) 흐름과 접촉된다. 퍼지 기체 및 휘발성의 미반응 단량체 및/또는 희석액을 포함하는 회수된 퍼지 기체 생성물은 타버리거나 또는 연료로서 사용되거나 추가로 가공되어 가치있는 단량체 및/또는 희석액이 회수된다. 현재 분리 시스탬은 막 분리, 흡착 물질 및/또는 압력 스윙 흡착을 사용한다. 가치있는 단량체 및/또는 희석액의 일부는 회수되지만, 퍼지 기체 중의 단량체 및/또는 희석액의 농도가 너무 높게 유지되기 때문에 잔류하는 질소 퍼지 기체는 타버리거나 연료로서 연소되어야 한다.
따라서, 중합 퍼지 기체로부터 탄화수소를 회수하기 위한 개선된 시스템 및 방법이 필요하다.
발명의 개요
폴리올레핀 퍼지 기체 생성물로부터 탄화수소를 분리하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 방법은 1종 이상의 휘발성 탄화수소를 포함하는 폴리올레핀 생성물을 중합 반응기로부터 회수하는 단계, 및 폴리올레핀 생성물을 퍼지 기체와 접촉시켜서 휘발성 탄화수소의 적어도 일부를 제거하여 휘발성 탄화수소의 농도가 감소된 중합체 생성물 및 휘발성 탄화수소가 풍부한 퍼지 기체 생성물을 생성하는 단계를 포함한다. 휘발성 탄화수소는 수소, 메탄, 1종 이상의 C2-C12 탄화수소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 퍼지 기체 생성물은 약 50 kPa 내지 약 250 kPa의 압력에서 존재할 수 있다. 방법은 또한 퍼지 기체 생성물을 약 2,500 kPaa 내지 약 10,000 kPaa의 압력으로 압축하는 것을 포함한다. 방법은 또한 압축된 퍼지 기체 생성물을 냉각하고, 적어도 제1 생성물, 제2 생성물, 및 제3 생성물로 분리하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 또한 제1 생성물의 적어도 하나의 적어도 일부를 퍼지 기체로서 재순환시키고, 제2 생성물을 중합 반응기로 재순환시키고, 제3 생성물을 압축 이전에 휘발성 탄화수소가 풍부한 퍼지 기체 생성물로 재순환시키는 것을 포함할 수 있다.
폴리올레핀 퍼지 기체 생성물로부터 탄화수소를 회수하기 위한 시스템은 퍼지 빈, 압축 시스템, 냉각 시스템 및 적어도 하나의 재순환 라인을 포함할 수 있다. 퍼지 빈은 1종 이상의 휘발성 탄화수소를 포함하는 폴리올레핀 생성물을 중합 반응기로부터 수용하도록 구성될 수 있다. 폴리올레핀 생성물은 퍼지 빈 내에서 퍼지 기체와 접촉되어 휘발성 탄화수소의 적어도 일부가 제거되어 휘발성 탄화수소의 농도가 감소된 폴리올레핀 생성물 및 휘발성 탄화수소가 풍부한 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 휘발성 탄화수소는 수소, 메탄, 1종 이상의 C2-C12 탄화수소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 퍼지 기체 생성물은 약 50 kPa 내지 약 250 kPa의 압력에서 존재할 수 있다. 압축 시스템은 퍼지 기체 생성물을 약 2,500 kPa 내지 약 10,000 kPa의 압력으로 압축하도록 구성될 수 있다. 냉각 시스템은 압축된 퍼지 기체 생성물을 냉각하고, 적어도 제1 생성물, 제2 생성물, 및 제3 생성물로 분리하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 재순환 라인은 제1 생성물의 적어도 하나의 적어도 일부를 퍼지 기체로서 재순환시키고, 제2 생성물을 중합 반응기로 재순환시키고, 제3 생성물을 압축 이전에 휘발성 탄화수소가 풍부한 퍼지 기체 생성물로 재순환시키도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 기재된 방법 및 시스템에서, 폴리올레핀 생성물은 폴리에틸렌 단독중합체, 폴리프로필렌 단독중합체, 폴리에틸렌 공중합체, 또는 폴리프로필렌 공중합체를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 방법 및 시스템에서, 냉각 시스템은 오토-냉각 시스템일 수 있다.
도 1은 중합체 생성물을 제조하고, 이로부터 휘발성 물질을 회수하기 위한 예시적인 중합 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 중합 시스템으로부터 회수된 퍼지 기체 생성물을 압축하기 위한 예시적인 압축 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3은 중합 시스템으로부터 회수된 퍼지 기체 생성물을 압축하기 위한 예시적인 압축 시스템의 개략도를 도시한다.
도 4는 1종 이상의 중합체 생성물을 제조하고, 이로부터 휘발성 물질을 회수하기 위한 예시적인 중합 시스템의 개략도를 도시한다.
도 5는 예시적인 기상 중합 시스템의 개략도를 도시한다.
도 1은 1종 이상의 중합체 생성물을 제조하고, 이로부터 휘발성 물질을 회수하기 위한 예시적인 중합 시스템 (100)의 개략도를 도시한다. 라인 (101)을 통과한 반응기 공급물 및 라인 (102)을 통과한 촉매 공급물은 중합 반응기 (103)로 도입되고, 여기에서 반응기 공급물은 중합되어 중합체 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (104)을 통과하는 중합체 생성물은 중합 반응기 (103)로부터 회수되고, 하나 이상의 생성물 방출 시스템 (105)에 도입될 수 있다. 생성물 방출 시스템 (105) 내에서, 라인 (106)을 통과한 중합체 생성물 중에 함유된 임의의 휘발성 물질의 제1 분획은 이로부터 회수되고, 반응기 (103)로 재순환될 수 있다. 라인 (107)을 통과한 생성물 방출 보조 기체는 생성물 방출 시스템 (105)에 도입될 수 있고, 라인 (108)을 통과한 중합체 생성물은 생성물 방출 시스템 (105)으로부터 하나 이상의 퍼지 빈 (115)으로 전달될 수 있다. 라인 (107)을 통과한 생성물 방출 보조 기체는 중합체 생성물이 라인 (108)을 통해서 생성물 방출 시스템 (105)으로부터 퍼지 빈 (115)으로 이송되거나 또는 전달되는 것을 용이하게 할 수 있다. 하나 이상의 유동 제어 장치, 예를 들어, 밸브 (109), (110), 및 (111)가 사용되어 각각 라인 (104)을 통해서 중합체 생성물이 생성물 방출 시스템 (105)에 도입되고, 라인 (106)을 통해서 휘발성 물질의 제1 분획이 제거되고, 라인 (108)을 통해서 중합체 생성물이 생성물 방출 시스템 (105)으로부터 제거되는 것을 제어할 수 있다. 유동 제어 장치 (109), (110), (111)의 특정 시간 순서는 본 기술 분야에 공지된 종래의 프로그래밍가능한 제어기를 사용함으로써 성취될 수 있다
라인 (112)을 통과한 퍼지 기체는 퍼지 빈 (115)에 도입될 수 있고, 퍼지 빈 (115) 내에서 중합체 생성물과 접촉하여 임의의 잔류하는 휘발성 물질의 적어도 일부를 중합체 생성물로부터 분리할 수 있다. 라인 (116)을 통과하는 퍼지 기체 및 분리된 휘발성 물질 또는 "퍼지 기체 생성물" 및 라인 (117)을 통과하는 중합체 생성물은 퍼지 빈 (115)으로부터 회수될 수 있다. 라인 (117)을 통과한 중합체 생성물은 저장 용기에 도입되어, 최종 생성물로서 포장되고, 수송되고, 1종 이상의 생성물로 추가로 가공되고, 예를 들어 필름 또는 다른 물품으로 추가로 가공되고/되거나 1종 이상의 다른 중합체 등과 블렌딩되거나 또는 이들의 조합이 행해질 수 있다. 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물은 가공되어 라인 내의 다양한 성분 중 1종 이상이 적어도 부분적으로 분리될 수 있다.
적어도 부분적으로, 라인 (104)을 통해서 중합 반응기 (103)로부터 회수된 특정 중합체 생성물에 따라서, 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물의 조성은 상당히 다를 수 있다. 라인 (104) 내의 중합체 생성물은 임의의 목적하는 중합체 또는 중합체의 조합일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 라인 (104) 내의 중합체 생성물은 1종 이상의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌과 공중합된 프로필렌 등이거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 중합체 생성물은 폴리에틸렌 및/또는 폴리에틸렌 공중합체를 포함한다. 용어 "폴리에틸렌"은 적어도 50 중량％의 에틸렌-유래 단위, 또는 적어도 70 중량％, 또는 적어도 80 중량％, 또는 적어도 90 중량％, 또는 적어도 95 중량％, 또는 100 중량％의 에틸렌-유래 단위를 갖는 중합체를 지칭한다. 따라서, 폴리에틸렌은 단독중합체, 또는 삼원공중합체를 비롯한 1종 이상의 다른 단량체 단위를 갖는 공중합체, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 이와 같이, 중합체 생성물은 예를 들어, 1종 이상의 다른 올레핀(들) 및/또는 α-올레핀 공단량체(들)를 포함할 수 있다. 예시적인 α-올레핀 공단량체에는 탄소 원자수가 3 내지 약 20인 것, 예컨대 C3-C20 α-올레핀, C3-C12 α-올레핀, 또는 C3-C8 α-올레핀이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 적합한 α-올레핀 공단량체는 선형 또는 분지형일 수 있거나 또는 2개의 불포화 탄소-탄소 결합 (디엔)을 포함할 수 있다. 2종 이상의 공단량체가 사용될 수 있다. 적합한 공단량체의 예에는 선형 C3-C12 α-올레핀 및 하나 이상의 C1-C3 알킬 분지 또는 아릴기를 갖는 α-올레핀이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물 중에 함유된 다양한 휘발성 탄화수소 및/또는 기타 성분에는 수소, 퍼지 기체 (예를 들어 질소), 메탄, 임의의 올레핀 단량체 또는 탄소 원자수가 2 내지 12인 치환 및 비치환 알켄을 비롯한 올레핀, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 4-메틸펜트-1-엔, 1-데센, 1-도데센, 1-헥사데센 등의 조합이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물은 또한 올레핀(들)의 중합에 사용된 1종 이상의 개질 성분, 예컨대 용매로서 사용된 1종 이상의 불활성 탄화수소, 슬러리 희석액, 또는 기상 유도 응축제 (ICA) (gas phase induced condensing agent)를 포함할 수 있다. 예시적인 불활성 탄화수소에는 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 이들의 이성질체, 이들의 유도체, 또는 이들의 임의의 조합이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 퍼지 기체 생성물은 또한 촉매 성분, 예컨대 알킬알루미늄 화합물, 예컨대 트리에틸알루미늄 (TEAL), 알루미녹산, 예컨대 메틸알루미녹산 (MAO), 테트라이소부틸디알루미녹산 (TIBAO), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
라인 (112) 내의 퍼지 기체는 퍼징, 즉, 중합체 생성물 중의 휘발성 물질의 적어도 일부를 분리하여 라인 (104) 내의 중합체 생성물에 비해서 휘발성 물질의 농도가 감소된 라인 (117)을 통과하는 중합체 생성물을 생성하기에 적합한 임의의 유체 또는 유체의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 퍼지 기체에는 질소, 아르곤, 일산화탄소, 이산화탄소, 탄화수소, 예컨대 에틸렌 및/또는 에탄, 또는 이들의 임의의 조합이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 적어도 한 예에서, 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물은 퍼지 기체, 예를 들어, 질소, 및 에틸렌, 1종 이상의 ICA 및 1종 이상의 α-올레핀 공단량체, 예컨대 부텐, 헥센 및/또는 옥텐을 포함하는 중합체 생성물로부터 제거된 휘발성 물질의 혼합물을 포함한다.
라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물은 대략 대기압 (약 101 kPa) 내지 약 300 kPa 범위의 압력에서 존재할 수 있고, 달리 언급되지 않는 한, 본 명세서에서 모든 압력은 절대 압력이다. 예를 들어, 라인 (116) 내의 퍼지 기체의 압력은 약 101 kPa, 약 105 kPa, 또는 약 110 kPa의 하한 내지 약 150 kPa, 약 200 kPa, 또는 약 250 kPa의 상한의 범위일 수 있다. 다른 예에서, 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물은 진공 하, 즉 대기압 미만에 존재할 수 있다. 예를 들어, 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물은 약 40 kPa, 약 50 kPa, 또는 약 60 kPa의 하한 내지 약 70 kPa, 약 80 kPa, 약 90 kPa, 또는 약 100 kPa의 상한의 범위의 압력에서 존재할 수 있다.
라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물은 대략 실온 또는 주변 온도 (약 25℃) 내지 약 120℃ 범위의 온도에서 존재할 수 있다. 예를 들어, 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물의 온도는 약 30℃, 약 40℃, 또는 약 50℃의 상한 내지 약 80℃, 약 90℃, 약 100℃, 또는 약 110℃의 상한 범위일 수 있다.
라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물의 온도에 따라서, 라인 (116)을 통과한 퍼지 기체 생성물은 하나 이상의 열 교환기 (이것은 (118)로 표시되어 있음)에 도입될 수 있고, 열 교환기는 퍼지 기체 생성물의 온도를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 라인 (116)을 통과한 퍼지 기체 생성물 및 라인 (114)을 통과한 열 전달 매질은 열 교환기 (118)에 전달되고, 여기에서 열은 열 교환기 (118) 내에서 퍼지 기체로부터 열 전달 매질로 간접적으로 전달되어 라인 (120)을 통과하는 냉각된 퍼지 기체 생성물을 생성하고, 라인 (119)을 통과하는 가온된 열 전달 매질을 생성한다. 라인 (120) 내의 퍼지 기체 생성물은 약 20℃ 내지 약 60℃의 온도에서 존재할 수 있다. 예를 들어, 라인 (120) 내의 퍼지 기체 생성물의 온도는 약 55℃ 미만, 약 45℃ 미만, 약 40℃ 미만, 약 35℃ 미만, 또는 약 30℃ 미만일 수 있다. 라인 (114)을 통과한 임의의 적합한 열 전달 매질 또는 열 전달 매질의 조합이 열 교환기 (118)에 도입될 수 있다. 예시적인 열 전달 매질에는 물, 공기, 1종 이상의 탄화수소, 질소, 아르곤, 또는 이들의 임의의 조합이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 냉각기 온도가 바람직하면, 하나 이상의 냉각 시스템이 사용되어 퍼지 기체 생성물의 온도를 약 30℃ 미만으로 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 냉매 시스템은 라인 (120) 내의 퍼지 기체 생성물의 온도를 약 15℃ 이하, 약 0℃ 이하, 약 -5℃ 이하, 또는 약 -15℃ 이하로 감소시킬 수 있다. 예시적인 냉매에는 예를 들어, 탄화수소가 포함될 수 있다.
라인 (120)을 통과한 퍼지 기체 생성물은 분리기 (121)에 도입될 수 있고, 이것은 임의의 응축된 유체의 적어도 일부를 퍼지 기체 생성물로부터 분리할 수 있다. 라인 (123)을 통과한 분리된 응축된 유체, 및 라인 (122)을 통과한 퍼지 기체 생성물은 분리기 (121)로부터 회수될 수 있다.
라인 (122)을 통과한 퍼지 기체 생성물은 압축 시스템 (125)에 도입되어 라인 (149)을 통과하는 압축된 퍼지 기체 생성물을 생성하고, 라인 (133) 및/또는 (148)을 통과하는 회수된 응축된 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물은 약 2,500 kPa 이상, 약 2,700 kPa 이상, 약 2,900 kPa 이상, 약 3,200 kPa 이상, 약 3,500 kPa 이상, 약 3,700 kPa 이상, 약 3,900 kPa 이상, 약 4,100 kPa 이상, 약 4,300 kPa 이상, 약 4,500 kPa 이상, 약 5,000 kPa 이상, 약 7,000 kPa 이상, 약 8,000 kPa 이상, 약 9,000 kPa 이상, 또는 약 10,000 kPa 이상의 압력에서 존재할 수 있다. 예를 들어, 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물은 약 2,500 kPa, 약 2,700 kPa, 약 3,100 kPa, 약 3,500 kPa, 약 4,000 kPa, 또는 약 4,100 kPa의 하한 내지 약 5,000 kPa, 약 7,000 kPa, 약 9,000 kPa, 또는 약 11,000 kPa의 상한의 범위의 압력에서 존재할 수 있다. 다른 예에서, 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물은 약 3,800 kPa 내지 약 4,400 kPa, 또는 약 4,000 kPa 내지 약 5,000 kPa, 또는 약 3,700 kPa 내지 약 7,000 kPa, 또는 약 4,000 kPa 내지 약 4,700 kPa, 또는 약 2,500 내지 약 10,000의 압력에서 존재할 수 있다.
압축 시스템 (125) 내에서 퍼지 기체 생성물을 압축하는 동안, 퍼지 기체 생성물의 온도는 소정의 최대 온도 미만으로 유지될 수 있다. 소정의 최대 온도는 적어도 부분적으로, 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물의 특정 보충 (make-up) 또는 조성에 근거할 수 있다. 예를 들어, 퍼지 기체 생성물이 촉매 성분, 예컨대 트리에틸알루미늄 (TEAL) 및 1종 이상의 올레핀을 포함하면, 소정의 최대 온도는 약 140℃일 수 있는데, 그 이유는 퍼지 기체 생성물이 더 높은 온도로 가열되면, 압축 시스템 내에서 중합이 개시될 수 있기 때문이다. 적어도 부분적으로, 퍼지 기체 생성물의 특정 조성, 예를 들어 퍼지 기체 생성물 중의 촉매 성분의 존재 및/또는 촉매 성분(들)의 농도에 따라서, 압축 동안 퍼지 기체 생성물의 온도는 약 250℃ 미만, 약 225℃ 미만, 약 200℃ 미만, 약 175℃ 미만, 약 150℃ 미만, 약 140℃ 미만, 약 130℃ 미만, 약 120℃ 미만, 약 110℃ 미만, 또는 약 100℃ 미만으로 유지될 수 있다.
라인 (116)을 통과한 퍼지 기체 생성물은 1종 이상의 촉매 성분의 농도가 약 1 ppmw 내지 약 500 ppmw 범위일 수 있다. 예를 들어, 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물은 1종 이상의 촉매 성분의 농도가 약 1 ppmw, 약 10 ppmw, 또는 약 25 ppmw의 하한 내지 약 100 ppmw, 약 150 ppmw, 약 200 ppmw, 또는 약 250 ppmw의 상한 범위일 수 있다. 다른 예에서, 퍼지 빈 (115)은 촉매 성분이 존재하지 않거나 또는 본질적으로 존재하지 않는, 예를 들어 촉매 성분이 약 1 ppmw 미만, 약 0.5 ppmw 미만, 또는 약 0.1 ppmw 미만인 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다.
라인 (122)을 통해서 압축 시스템 (125)에 도입된 퍼지 기체 생성물은 복수의 압축기 또는 압축 단계에서 압축될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 압축 시스템 (125)은 서로에 대해서 순차적으로(serially) 배열된 3개의 압축기 또는 압축 단계 (128), (135), 및 (142)를 포함하여 라인 (149)을 통과하는 압축된 퍼지 기체 생성물을 생성한다. 다른 예에서, 라인 (122)을 통해서 압축 시스템 (125)에 도입된 퍼지 기체 생성물은 2개 이상의 압축기 또는 압축 단계에서 압축되어 라인 (149)을 통과하는 압축된 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 임의의 수의 압축 단계를 사용하여 라인 (149)을 통과하는 압축된 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 예를 들어, 압축 시스템 (125)은 2개의 압축기, 3개의 압축기, 4개의 압축기, 5개의 압축기, 6개의 압축기, 또는 7개의 압축기를 포함할 수 있다. 압축 시스템 (125) 내에서 압축기 또는 압축 단계의 수를 증가시키는 것은 각각의 압축 단계를 통과하는 퍼지 기체 생성물의 온도 상승을 감소시킬 수 있다.
압축기 (128), (135), (142)는 임의의 바람직한 압력비, 즉, 특정 압축기로부터 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물의 압력에 대한 그 압축기에 도입된 퍼지 기체 생성물의 임의의 바람직한 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 구체적인 예로서, 라인 (122)을 통해서 압축기 (128)에 도입된 약 110 kPa의 압력에서의 퍼지 기체 생성물 및 약 385 kPa의 압력으로 압축된 퍼지 기체 생성물은 압력비가 약 1:3.5이다. 압축기 (128), (135), (142)는 약 1:2, 약 1:3, 또는 약 1:4의 하한 내지 약 1:5, 약 1:6, 약 1:7, 약 1:8, 약 1:9, 또는 약 1:10의 상한의 범위의 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 다른 예에서, 압축기 (128), (135), (142)는 약 1:2.5, 약 1:2.7, 약 1:3.0, 약 1:3.1, 또는 약 1:3.2의 하한 내지 약 1:3.6, 약 1:3.8, 약 1:4.0, 약 1:4.5, 약 1:5, 약 1:5.5, 또는 약 1:6의 상한의 범위의 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 다른 예에서, 압축기 (128), (135), (142)는 약 1:3.2 내지 약 1:3.6, 약 1:3.1 내지 약 1:5, 약 1:3.2 내지 약 1:4, 약 1:3.4 내지 약 1:5, 또는 약 1:3.0 내지 약 1:4의 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 다른 예에서, 압축기 (128), (135), (142)는 약 1:3 내지 약 1:6, 약 1:4 내지 약 1:9, 약 1:5 내지 약 1:9, 약 1:5 내지 약 1:8, 약 1:6 내지 약 1:8, 또는 약 1:4 내지 약 1:8의 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 각각의 압축기 (128), (135), (142) 내의 특정 압력비는 적어도 부분적으로, 라인 (149)을 통해서 생성된 압축된 퍼지 기체 생성물의 바람직한 압력, 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물 중에 함유된 특정 성분, 압축기의 유형, 임의의 특정 압축기 이후에 압축된 퍼지 기체의 바람직한 소정의 최대 온도, 또는 이들의 임의의 조합에 근거할 수 있다.
압축기 방출 온도는 특정 압축기 또는 압축 단계에 도입된 생성물 퍼지 기체 및 압축기로부터 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물의 압력비에 직접적으로 관련된다. 퍼지 기체 생성물이 제1, 제2, 및 제3 압축기 (128), (135), (142) 내에서 압축되어 라인 (149)을 통과하는 압축된 퍼지 기체 생성물을 생성하기 때문에, 단량체, 예를 들어, 에틸렌의 분압이 증가한다. 따라서, 1종 이상의 촉매 성분, 예컨대 TEAL이 퍼지 기체 생성물 중에 존재하는 경우 중합 개시 가능성이 증가될 수 있다. 따라서, 압력이 증가될 때, 각각의 압축기 또는 압축 단계 (128), (135), (142)로부터 회수된 압축된 퍼지 기체의 최대 온도를 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같이, 퍼지 기체 생성물이 각각의 압축기 (128), (135), 및 (142) 내에서 압축되는 압력비는 서로와 상이할 수 있다.
제1 압축기 (128)는 라인 (122)을 통해서 도입된 퍼지 기체 생성물을, 퍼지 기체 생성물을 압축하는 제2 및 제3 압축기 (135), (142)와 동일하거나 이들보다 큰 압력비에서 압축할 수 있다. 예를 들어, 제1 압축기 (128)는 라인 (122)을 통해서 이것에 도입된 퍼지 기체 생성물을 적어도 1:3, 적어도 1:3.5, 적어도 1:4, 적어도 1:4.5, 또는 적어도 1:5의 압력비에서 압축할 수 있고, 제2 및 제3 압축기는 제1 압축기 (128)와 동일하거나 또는 이보다 낮은 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 제1 및 제2 압축기 (128), (135)는 각각 라인 (122) 및 (134)을 통해서 도입된 퍼지 기체 생성물을, 라인 (141)을 통해서 도입된 퍼지 기체 생성물을 압축하는 제3 압축기 (142)와 동일하거나 이보다 높은 압력비에서 압축할 수 있다. 이와 같이, 퍼지 기체 생성물이 압축 시스템 (125) 내에서 압축될 때, 퍼지 기체 생성물은 제1, 제2, 및 제3 압축기 (128), (135), (142) 내에서 압축되는 압력비가 감소될 수 있다.
각각 라인 (129), (136), 및 (143)을 통해서 압축기 (128), (135), 및 (142)로부터 회수된 각각의 압축된 퍼지 기체 생성물의 소정의 최대 온도는 압축된 퍼지 기체 생성물의 압력이 증가함에 따라서 감소할 수 있다. 즉, 각각의 압축기 (128), (135), (142) 각각으로부터 라인 (129), (136), 및 (143)을 통해서 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물은 상이한 소정의 최대 온도를 가질 수 있다. 라인 (129) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 소정의 최대 온도는 라인 (136) 내의 퍼지 기체 생성물의 소정의 최대 온도와 동일하거나 이보다 높을 수 있다. 유사하게, 라인 (136) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 소정의 최대 온도는 라인 (143) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 소정의 최대 온도와 동일하거나 또는 이보다 높을 수 있다. 예를 들어, 라인 (129) 내의 압축된 퍼지 기체의 소정의 최대 온도는 약 125℃ 내지 약 150℃ 범위일 수 있고, 라인 (136) 내의 압축된 퍼지 기체의 소정의 최대 온도는 약 115℃ 내지 약 130℃ 범위일 수 있고, 라인 (143) 내의 압축된 퍼지 기체의 소정의 최대 온도는 약 105℃ 내지약 120℃ 범위일 수 있다. 임의의 특정 압축된 퍼지 기체 (129), (136), (143)에 대한 특정 소정의 최대 온도는 변할 수 있으며, 라인 (116) 내의 퍼지 기체의 특정 조성에 적어도 부분적으로 좌우될 수 있다.
압축 시스템 (125)은 또한 1회 이상의 압축 단계 이후에 압축된 퍼지 기체로부터 임의의 응축된 유체의 적어도 일부를 냉각하고, 분리하는 하나 이상의 열 교환기 및/또는 하나 이상의 분리기를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 압축 시스템 (125)은 각각의 압축 단계 이후에 압축된 퍼지 기체를 냉각하도록 구성된 열 교환기 (130), (137), 및 (145), 및 각각 열 교환기 (130), (137), 및 (145)로부터 회수된 냉각된 압축된 퍼지 기체 생성물로부터 임의의 응축된 유체 (존재하는 경우)의 적어도 일부를 분리할 수 있는 분리기 (132), (139), 및 (147)를 포함할 수 있다. 라인 (129)을 통해서 제1 압축기 (128)로부터 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물은 열 교환기 (130) 내에서 냉각되어 라인 (131)을 통과하는 냉각된 제1 압축된 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (131)을 통과한 냉각된 제1 압축된 퍼지 기체 생성물은 분리기 (132)에 도입되어 라인 (133)을 통과하는 임의의 응축된 유체의 적어도 일부 및 라인 (134)을 통과하는 퍼지 기체 생성물이 회수될 수 있다. 라인 (134)을 통과한 퍼지 기체 생성물은 압축기 (135) 내에서 압축되고, 라인 (136)을 통해서 제2 압축된 퍼지 기체 생성물로서 회수될 수 있다. 라인 (136)을 통과한 제2 압축된 퍼지 기체 생성물은 열 교환기 (137)에 도입되어 라인 (138)을 통과하는 냉각된 제2 압축된 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (138)을 통과한 냉각된 제2 압축된 퍼지 기체 생성물은 분리기 (139)에 도입되어 라인 (140)을 통과하는 임의의 응축된 유체의 적어도 일부 및 라인 (141)을 통과하는 퍼지 기체 생성물이 회수될 수 있다. 라인 (141)을 통과한 퍼지 기체 생성물은 제3 또는 최종 압축기 (142) (도시된 바와 같음)에 도입되어 라인 (143)을 통과하는 제3 또는 최종 압축된 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (143)을 통과한 제3 압축된 퍼지 기체 생성물은 열 교환기 (145)에 도입되어 라인 (146)을 통과하는 냉각된 제3 압축된 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (146)을 통과한 냉각된 제3 압축된 퍼지 기체 생성물은 분리기 (147)에 도입되어 라인 (148)을 통과하는 임의의 응축된 유체의 적어도 일부 및 라인 (149)을 통과하는 압축된 퍼지 기체 생성물이 회수될 수 있다. 임의로는, 라인 (150)을 통과한 압축된 퍼지 기체 생성물의 일부가 분리기 (147)로부터 회수되고, 다른 분리기 (151)에 도입될 수 있다. 분리기 (151)는 라인 (152)을 통해서 분리기로부터 회수될 수 있는 임의의 응축된 유체의 적어도 일부 및 라인 (153)을 통과하는 퍼지 기체 생성물을 추가로 분리할 수 있다. 분리기 (151)는 또한 서지 용기(surge vessel)로서 작용하도록 구성되거나 또는 구성될 수 있다. 즉, 분리기 (151)는 라인 (150)을 통해서 이것에 도입된 압축된 퍼지 기체 생성물의 양이 변동되거나 변화되는 것에 순응하도록 구성되거나 구성될 수 있다. 분리기 (151)는 또한 라인 (153)을 통해서 이것으로부터 취출된 퍼지 기체의 양이 변동되거나 변화되는 것에 순응하도록 구성되거나 구성될 수 있다. 라인 (153)을 통과한 퍼지 기체 생성물은 생성물 방출 보조 기체로서 라인 (107)을 통해서 생성물 방출 시스템 (105)으로 재순환될 수 있다. 라인 (154)을 통과한 보충 생성물 방출 보조 기체가 또한 라인 (107) 내의 퍼지 기체 생성물에 도입될 수 있다. 다른 예에서, 라인 (153) 내의 퍼지 기체 생성물의 전부 또는 일부는 시스템 (100)으로부터 라인 (155)을 통해서 배기되거나, 플레어(flare) 시스템에 도입되거나, 연소 장치 또는 시스템에 도입되어 연료로서 연소되거나 또는 이들의 임의의 조합이 행해질 수 있다.
열 교환기 (118), (130), 및 (137)는 각각 제1, 제2, 및 제3 압축기 (128), (135), (142)에 도입되기 전에, 퍼지 기체 생성물의 압축과 관련된 온도 증가 및 이로부터 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물의 온도가 제어될 수 있도록 충분한 양으로, 압축된 퍼지 기체 생성물의 온도를 낮출 수 있다. 예를 들어, 열 교환기 (118), (130), 및 (137)는 각각의 후속 압축 단계 이후에 퍼지 기체 생성물의 온도가 약 250℃ 미만, 약 200℃ 미만, 약 150℃ 미만, 약 140℃ 미만, 약 130℃ 미만, 약 120℃ 미만, 약 115℃ 미만, 약 110℃ 미만, 약 105℃ 미만, 또는 약 100℃ 미만으로 유지될 수 있도록, 각각 라인 (116), (129), 및 (136)을 통해서 도입된 퍼지 기체 생성물의 온도를 낮출 수 있다.
각각 열 교환기 (118), (130), (137), 및 (145)로부터 라인 (120), (131), 및 (138), 및 (146)을 통해서 회수된 냉각된 퍼지 기체 생성물의 온도는 약 60℃ 미만, 약 50℃ 미만, 약 45℃ 미만, 약 40℃ 미만, 약 35℃ 미만, 약 30℃ 미만, 약 25℃ 미만, 약 20℃ 미만, 또는 약 15℃ 미만일 수 있다. 예를 들어, 라인 (120), (131), (138), 및 (146) 내의 냉각된 퍼지 기체 생성물의 온도는 약 10℃ 내지 약 45℃, 약 15℃ 내지 약 40℃, 또는 약 15℃ 내지 약 35℃ 범위일 수 있다.
또한, 퍼지 기체 생성물의 일부가 두 압축기 사이에서 응축될 경우, 단계간(interstage) 압력은 퍼지 기체 생성물 응축으로서 강하될 것이고, 이것은 이전 압축 단계에 대해서 더 낮은 압력비를 유발하고, 후속 압축 단계에 대해서 더 높은 압축비를 유발한다. 이와 같이, 다운스트림 압축 단계의 온도는 압축된 퍼지 기체 생성물의 응축으로 인해서 증가할 수 있다. 따라서, 열 교환기 (118), (130) 및/또는 (137)는 각각의 압축기 (128), (135), (142)로부터 회수된 압축된 퍼지 기체의 온도를 바람직한 온도에서 유지하도록 이에 도입된 압축된 퍼지 기체를 충분히 냉각하도록 구성될 수 있다.
라인 (123), (140), 및 (152)을 통해서 회수된 응축된 유체는 분리기 (132)로 재순환되어, 이것으로부터 라인 (133)을 통해서 응축된 유체로서 회수될 수 있다. 라인 (133)을 통과한 응축된 유체는 하나 이상의 펌프 (156)에 도입되어 라인 (157)을 통과하는 가압된 응축된 유체를 생성할 수 있다. 다른 예에서, 라인 (123), (140) 및/또는 (152)을 통과한 응축된 유체는 라인 (133) 내의 응축된 유체와 직접 합쳐질 수 있다. 다른 예에서, 라인 (123), (140) 및/또는 (152)을 통과한 응축된 유체는 분리 펌프 (도시되지 않음)에 도입되어 가압된 응축된 유체를 분리할 수 있고, 이어서 이것은 라인 (157) 내의 가압된 응축된 유체와 합쳐질 수 있다
라인 (133), (148), 및 (152)을 통과한 응축된 유체는 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물 중에 함유된 더 고급(heavier) 탄화수소의 1종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물이 에틸렌 및 1종 이상의 공단량체, 예컨대, 부텐, 헥센 및/또는 옥텐을 함유하는 경우, 라인 (133), (148) 및/또는 (152) 내의 응축된 유체의 주성분(들)은 1종 이상의 공단량체를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "주성분"은 최대 양으로 존재하는 주성분을 갖는, 2종 이상의 성분을 함유하는 조성물을 지칭한다. 예를 들어, 2 성분 조성물의 주성분은 50％를 초과하는 양으로 존재할 것이다. 다른 예에서, 3 성분 조성물의 주성분은 약 34％ 만큼 적은 양으로 존재할 수 있으며, 나머지 두 성분의 양은 각각 34％ 미만, 예를 들어, 약 33％ 미만 등일 수 있다. 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물이 에틸렌 및 1종 이상의 불활성 탄화수소, 예를 들어, 용매, 희석액, 또는 유도 응축제 (ICA), 예컨대 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산 및/또는 옥탄을 함유하는 경우, 라인 (133), (148) 및/또는 (152) 내의 응축된 유체의 주성분(들)은 불활성 탄화수소일 수 있다. 다른 예에서, 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물이 에틸렌, 1종 이상의 공단량체, 및 1종 이상의 불활성 탄화수소를 함유하는 경우, 라인 (133), (148) 및/또는 (152) 내의 응축된 유체의 주성분(들)은 공단량체(들) 및 불활성 탄화수소일 수 있다.
적어도 부분적으로, 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물의 특정 조성에 따라서, 라인 (133), (148) 및/또는 (152) 내의 응축된 유체의 조성은 상당히 다를 수 있다. 퍼지 기체 생성물이 불활성 탄화수소, 예를 들어, 이소-펜탄을 함유하는 경우, 라인 (133), (148) 및/또는 (152) 내의 불활성 탄화수소의 농도는 약 20 중량％, 약 25 중량％, 또는 약 30 중량％의 하한 내지 약 60 중량％, 약 70 중량％, 약 80 중량％, 약 90 중량％, 또는 약 95 중량％의 상한의 범위일 수 있다. 퍼지 기체 생성물이 공단량체를 함유하는 경우, 공단량체, 예를 들어, 부텐, 헥센 및/또는 옥텐의 농도는 약 10 중량％, 약 20 중량％, 또는 약 30 중량％의 하한 내지 약 40 중량％, 약 50 중량％, 약 60 중량％, 약 70 중량％, 약 80 중량％, 약 90 중량％, 또는 약 95 중량％의 상한의 범위일 수 있다.
라인 (157) 내의 가압된 응축된 유체의 전부 또는 일부는 라인 (158)을 통해서 중합 반응기 (103)로 재순환될 수 있다. 다른 예에서, 라인 (157) 내의 가압된 응축된 유체의 전부 또는 일부는 라인 (159)을 통해서 중합 시스템 (100)으로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 라인 (159)을 통과한 가압된 응축된 유체의 전부 또는 일부는 배기되거나, 타버리거나, 연소되어 열을 발생시키거나, 또는 달리 처리될 수 있다. 다른 예에서, 라인 (157) 내의 가압된 응축된 유체의 제1 분획은 라인 (158)을 통해서 중합 반응기 (103)로 재순환될 수 있고, 라인 (157) 내의 가압된 응축된 유체의 제2 분획은 라인 (159)을 통해서 중합 시스템 (100)으로부터 제거될 수 있다. 도시된 바와 같이, 라인 (148)을 통해서 분리기 (147)로부터 회수된 응축된 유체는 라인 (189)을 통해서 라인 (158) 내의 가압된 응축된 유체에 도입되어, 중합 반응기로 재순환되고/되거나 라인 (188)을 통해서 라인 (159) 내의 가압된 응축된 유체에 도입되어 중합 시스템 (100)으로부터 제거될 수 있다. 라인 (159) 통해서 가압된 응축된 유체의 적어도 일부를 중합 시스템 (100)으로부터 제거하는 것은 바람직하지 않은 화합물, 예컨대 불활성 물질의 증가 또는 축적을 감소시킬 수 있다. 라인 (159)을 통해서 제거될 수 있는 주요 불활성 화합물에는 헥산, 부탄, 옥탄, 2-헥센, 3-헥센 등이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
라인 (159)을 통해서 중합 시스템 (100)으로부터 제거된 가압된 응축된 유체의 양은 어디에서든 라인 (157) 내의 가압된 응축된 유체의 약 1％ 내지 약 30％의 범위일 수 있고, 이것은 또한 분리기 (147)로부터 라인 (188)을 통해서 도입된 임의의 응축된 유체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 라인 (159)을 통해서 중합 시스템 (100)으로부터 제거된 라인 (157) 내의 가압된 응축된 유체 및 라인 (148) 내의 응축된 유체의 양은 약 0.5％, 약 1％, 또는 약 2％의 하한 내지 약 5％, 약 10％, 약 20％, 또는 약 25％의 상한의 범위일 수 있다. 때로는, 라인 (157) 내의 가압된 응축된 유체 및 라인 (148) 내의 응축된 유체의 100％가 라인 (158)을 통해서 중합 반응기 (103)로 재순환될 수 있다. 다른 예에서, 라인 (123), (133), (140), (148) 및/또는 (152)을 통과한 응축된 유체의 전부 또는 일부는 또한 압축기 (128), (135) 및/또는 (142) 중 하나 이상에 도입될 수 있다. 라인 (123), (133), (140), (148) 및/또는 (152)을 통과한 응축된 유체의 적어도 일부를 압축기 (128), (134) 및/또는 (142) 중 하나 이상에 도입하는 것은 응축된 유체를 증발시켜서 그 내의 온도를 낮추기 때문에, 이것으로부터 회수된 압축된 생성물 퍼지 기체의 온도를 낮출 수 있다.
라인 (143) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물을 다시 참고하면, 라인 (143) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 적어도 일부는 라인 (144)을 통해서 제1 압축기 (128) 이전의 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있다. 라인 (144)을 통과한 압축된 퍼지 기체 생성물은 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물의 유량에 따라서 연속적으로 또는 주기적으로 재순환될 수 있다. 예를 들어, 전형적으로 주기적인 중합체 생성물 회수 공정 또는 순환식 중합체 생성물 공정 동안 압축 시스템 (125)에 대한 유체의 최소 유량이 유지되도록, 라인 (144)을 통과한 압축된 퍼지 기체 생성물의 일부는 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물로 주기적으로 재순환될 수 있다.
라인 (149)을 통과한 압축된 퍼지 기체 생성물은 하나 이상의 냉각 시스템 (160)에 도입되어 복수의 생성물을 생성할 수 있다. 냉각 시스템 (160)은 혼합 조성물 사이클에서 냉매로서 단량체를 사용하는 "오토-냉각 시스템"일 수 있다. 예를 들어, 냉각 시스템 (160)은 라인 (174)을 통과하는 제1 생성물 또는 "제1 재순환 생성물", 라인 (178)을 통과하는 제2 생성물 또는 "제2 재순환 생성물" 및 라인 (185)을 통과하는 제3 생성물 또는 "제3 재순환 생성물"을 생성할 수 있다. 하기에서 보다 상세히 논의되고 설명된 바와 같이, 라인 (174), (178), 및 (185)을 통과하는 제1, 제2, 및 제3 생성물은 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 일부 또는 분획일 수 있다. 라인 (174), (178), 및 (185)을 통과한 제1, 제2, 및 제3 생성물은 라인 (149)을 통해서 냉각 시스템 (160)에 도입된 압축된 퍼지 기체 생성물을 냉각, 분리 및 팽창시킴으로써 생성될 수 있다. 이와 같이, 냉각 시스템 (160) 내에서 사용된 냉매는 압축된 퍼지 기체 생성물 또는 압축된 퍼지 기체 생성물 중에 함유된 적어도 1종 이상의 성분일 수 있다. 예를 들어, 메탄, 에틸렌, 에탄, 프로필렌, 프로판, 부텐, 부탄, 질소, 또는 이들의 임의의 조합이 압축된 퍼지 기체 중에 함유될 수 있고, 이들 성분 중 임의의 하나 이상이 단독으로 또는 임의의 조합으로 냉각 시스템 (160) 내에서 냉매로서 사용될 수 있다. 다른 예에서, 압축된 퍼지 기체 생성물 중의 에틸렌, 에탄, 및 질소는 냉각 유닛 (160) 내에서 사용되는 냉매의 대부분을 구성할 수 있다.
라인 (149)을 통과한 압축된 퍼지 기체 생성물은 다단계 냉각기 (161)에 도입될 수 있다. 다단계 냉각기 (161)는 하기에 보다 상세히 기재된 바와 같이, 압축된 퍼지 기체 생성물의 3개 이상의 분획을 팽창시켜서 라인 (162)을 통과하는 냉각된 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 다단계 냉각기 (161)는 복수의 분리된 열 교환기 또는 분리된 열교환기 및 조합된 열 교환기의 조합으로 대체될 수 있다.
라인 (162) 내의 냉각된 압축된 퍼지 기체 생성물은 약 -60℃ 이하, 약 -65℃ 이하, 약 -70℃ 이하, 약 -75℃ 이하, 약 -80℃ 이하, 약 -85℃ 이하, 약 -90℃ 이하, 또는 약 -95℃ 이하의 온도에서 존재할 수 있다. 예를 들어, 라인 (162) 내의 냉각된 압축된 퍼지 기체 생성물의 온도는 약 -72℃ 내지 약 -92℃, 약 -74℃ 내지 약 -88℃, 또는 약 -76℃ 내지 약 -86℃ 범위일 수 있다.
라인 (162)을 통과한 냉각된 압축된 퍼지 기체 생성물은 하나 이상의 분리기 (163)에 도입되어 라인 (164)을 통과하는 기체 생성물 및 라인 (165)을 통과하는 응축된 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (164)을 통과한 기체 생성물은 하나 이상의 열 교환기 (166)에 도입되어 라인 (167)을 통과하는 추가로 냉각된 기체 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (167) 내의 냉각된 기체 생성물은 약 -70℃ 이하, 약 -75℃ 이하, 약 -80℃ 이하, 약 -85℃ 이하, 약 -90℃ 이하, 또는 약 -95℃ 이하의 온도에서 존재할 수 있다. 라인 (167) 내의 기체 생성물의 온도는 라인 (164) 내의 기체 생성물의 온도에 비해서 약 5℃, 약 10℃, 약 15℃, 약 20℃, 약 25℃, 또는 약 30℃가 낮아질 수 있다.
라인 (167)을 통과한 냉각된 기체 생성물은 하나 이상의 분리기 (168)에 도입되어 라인 (169)을 통과하는 응축된 생성물을 생성하고, 라인 (170)을 통과하는 기체 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (170)을 통과한 기체 생성물은 제1 압력 감소 장치 (171)에 도입되어 라인 (172)을 통과하는 팽창된 기체 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (172) 내의 팽창된 기체 생성물의 압력은 약 600 kPa 이하, 약 550 kPa 이하, 약 500 kPa 이하, 약 450 kPa 이하, 약 400 kPa 이하, 또는 약 380 kPa 이하일 수 있다. 예를 들어, 라인 (172) 내의 팽창된 기체 생성물의 압력은 약 101 kPa, 약 150 kPa, 또는 약 200 kPa의 하한 내지 약 375 kPa, 약 400 kPa, 또는 약 450 kPa의 상한의 범위일 수 있다. 라인 (172) 내의 팽창된 기체 생성물의 온도는 약 -100℃ 미만, 약 -105℃ 미만, 약 -110℃ 미만, 약 -120℃ 미만, 약 -125℃ 미만, 또는 약 -130℃ 미만일 수 있다. 예를 들어, 라인 (172) 내의 팽창된 기체 생성물의 온도는 약 -105℃ 내지 약 -120℃, 약 -110℃ 내지 약 -130℃, 또는 약 -110℃ 내지 약 -140℃ 범위일 수 있다.
라인 (172)을 통과한 팽창된 기체 생성물은 열 교환기 (166)에 도입될 수 있고, 여기에서 열은 라인 (164)을 통해서 도입된 기체 생성물로부터 팽창된 기체 생성물로 간접적으로 전달될 수 있다. 라인 (173)을 통과하는 제1 가온된 제1 생성물이 열 교환기 (166)로부터 회수되어, 다단계 열 교환기 (161)에 도입될 수 있고, 여기에서 열은 라인 (149)을 통해서 도입된 압축된 퍼지 기체 생성물로부터 제1 가온된 제1 생성물로 전달될 수 있다. 이와 같이, 라인 (149)을 통해서 도입된 압축된 퍼지 기체 생성물로부터 다단계 열 교환기 (161)로 열을 전달함으로써 제1 냉각된 압축된 퍼지 기체 생성물이 생성될 수 있고, 라인 (174)을 통과하는 제2 가온된 제1 생성물이 다단계 열 교환기 (161)로부터 회수될 수 있다. 적어도 부분적으로, 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 온도에 따라서, 라인 (174)을 통과하는 제2 가온된 제1 생성물의 온도는 약 -20℃, 약 -10℃, 약 0℃, 약 20℃, 약 30℃, 또는 약 40℃일 수 있다. 예를 들어, 라인 (174)을 통과하는 제1 생성물의 온도는 약 0℃ 내지 약 40℃, 약 10℃ 내지 약 40℃, 20℃ 내지 약 40℃ 또는 약 25℃ 내지 약 35℃ 범위일 수 있다.
냉각 시스템 또는 오토-냉각 시스템 (160)은 고급 탄화수소, 예를 들어, C4, C5, C6, 및 C7 이상의 탄화수소의 농도가 낮은 라인 (174)을 통과하는 제1 생성물을 생성할 수 있다. 폴리에틸렌을 생성하는 중합 시스템 (100)의 경우, 라인 (174) 내의 제1 생성물은 주성분으로서 퍼지 기체 (예를 들어, 질소) 및 소량 성분으로서 수소 및/또는 저급(light) 탄화수소 (예를 들어, 수소, 메탄, 에틸렌 및 에탄)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 퍼지 기체의 목적하는 주성분이 질소인 경우, 라인 (174) 내의 제1 생성물은 약 70 중량％ 이상, 약 75 중량％ 이상, 약 80 중량％ 이상, 약 85 중량％ 이상, 약 90 중량％ 이상, 또는 약 95 중량％ 이상의 질소를 포함할 수 있다. 다른 유효 퍼지 기체 성분, 예컨대 수소, 메탄, 에틸렌, 및 에탄을 합한 농도는 약 5 중량％ 내지 약 30 중량％ 범위일 수 있다. 다른 예에서, 수소, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌이 퍼지 기체의 주성분일 수 있다. 라인 (174) 내의 제1 생성물은 C4 탄화수소의 농도가 약 500 ppmv (parts per million by volume) 미만, 약 400 ppmv 미만, 약 300 ppmv 미만, 약 200 ppmv 미만, 약 100 ppmv 미만, 약 75 ppmv 미만, 또는 약 50 ppmv 미만일 수 있다. 라인 (174) 내의 제1 생성물은 C5 탄화수소의 농도가 약 250 ppmv 미만, 약 200 ppmv 미만, 약 150 ppmv 미만, 약 100 ppmv 미만, 약 50 ppmv 미만, 약 40 ppmv 미만, 약 30 ppmv 미만, 또는 약 20 ppmv 미만일 수 있다. 라인 (174) 내의 제1 생성물은 C6 탄화수소의 농도가 약 75 ppmv 미만, 약 50 ppmv 미만, 약 30 ppmv 미만, 약 15 ppmv 미만, 약 10 ppmv 미만, 또는 약 5 ppmv 미만일 수 있다. 라인 (174) 내의 제1 생성물은 C7 이상의 탄화수소의 농도가 약 250 ppmv 미만, 약 200 ppmv 미만, 약 150 ppmv 미만, 약 100 ppmv 미만, 약 50 ppmv 미만, 약 40 ppmv 미만, 약 30 ppmv 미만, 또는 약 20 ppmv 미만일 수 있다.
라인 (174) 내의 제1 생성물은 비교적 높은 농도의 경질 성분, 예컨대 질소 및/또는 에틸렌을 포함하고, 낮은 농도의 중질 성분을 포함하기 때문에, 라인 (174)을 통해서 다단계 열 교환기 (161)로부터 회수된 제1 생성물은 퍼지 기체로서 라인 (112)을 통해서 퍼지 빈 (115)으로 재순환될 수 있다. 이와 같이, 보충 또는 추가 퍼지 기체, 예컨대 질소의 사용이 감소되거나 또는 제거될 수 있으며, 휘발성 물질의 중합체 생성물을 퍼지하는데 사용되는 라인 (112)을 통과하는 퍼지 기체가 라인 (174) 내의 제1 생성물로부터 제공될 수 있다. 라인 (174) 내의 제1 생성물의 일부는 라인 (175)을 통해서 중합 시스템 (100)으로부터 주기적으로 또는 연속적으로 제거될 수 있다. 예를 들어, 라인 (175)을 통과한 제1 생성물은 배기되거나, 타버리거나, 연소되어 열을 발생시키거나, 또는 달리 중합 시스템 (100)으로부터 제거될 수 있다. 라인 (174) 내의 제1 생성물의 제1 분획은 라인 (112)을 통해서 퍼지 빈 (115)으로 재순환되어 퍼지 기체의 적어도 일부를 제공할 수 있으며, 라인 (174) 내의 제1 생성물의 제2 분획은 라인 (175)을 통해서 중합 시스템 (100)으로부터 제거될 수 있다.
배기되거나, 타버리거나 또는 달리 중합 시스템 (100)으로부터 제거될 수 있는 라인 (174) 내의 제1 생성물의 양은 (174) 내의 제1 생성물의 약 1％ 내지 약 30％ 범위일 수 있다. 예를 들어, 라인 (175)을 통해서 중합 시스템 (100)으로부터 제거될 수 있는 라인 (174) 내의 제1 생성물의 양은 약 0.5％, 약 1％, 또는 약 2％의 하한 내지 약 5％, 약 10％, 약 20％, 또는 약 25％의 상한 범위일 수 있다. 때때로, 라인 (175)을 통과한 제1 생성물의 100％가 라인 (112)을 통해서 퍼지 빈 (115)으로 재순환될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 라인 (174) 내의 제1 생성물의 적어도 일부는 라인 (120)을 통해서 압축기 (128)로 재순환될 수 있다. 도시되지 않은 다른 예에서, 라인 (175) 내의 제1 생성물은 압축되고, 생성물 방출 시스템 (105)에 라인 (107)을 통해서 도입되어 생성물 방출 보조 기체의 적어도 일부를 제공할 수 있다.
라인 (175)을 통해서 중합 시스템 (100)으로부터 제1 생성물의 적어도 일부를 제거하는 것은 압축 및 냉각 시스템 (125), (160) 내에서 퍼지 기체, 예를 들어, 질소의 증가를 주로 감소시킬 수 있다. 질소와 함께 배기될 수 있는 다른 성분은 더 저급 탄화수소, 예컨대 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판 및/또는 프로필렌을 주로 포함할 수 있다.
라인 (165) 내의 응축된 생성물을 다시 참고하면, 라인 (165) 내의 응축된 생성물의 제1 분획은 제2 압력 감소 장치 (176)에 도입되어 라인 (177)을 통과하는 팽창되거나 냉각된 생성물 (제2 생성물)을 생성할 수 있다. 라인 (177) 내의 제2 생성물의 온도는 약 -60℃ 미만, 약 -70℃ 미만, 약 -80℃ 미만, 약 -90℃ 미만, 약 -95℃ 미만, 또는 약 -100℃ 미만일 수 있다. 예를 들어, 라인 (177) 내의 제2 생성물의 온도는 약 -60℃ 내지 약 -110℃, 약 -65℃ 내지 약 -90℃, 또는 약 -70℃ 내지 약 -85℃일 수 있다.
중합체 생성물이 폴리에틸렌을 포함하는 경우, 냉각 시스템 (160)은 에틸렌 및 에탄의 농도가 비교적 높은 라인 (177)을 통과하는 제2 생성물을 생성할 수 있다. 예를 들어, 라인 (177) 내의 제2 생성물 중의 에틸렌 및 에탄을 합한 농도는 약 30 중량％ 이상, 약 35 중량％ 이상, 약 40 중량％ 이상, 약 45 중량％ 이상, 약 50 중량％ 이상, 약 55 중량％ 이상, 약 60 중량％ 이상, 약 65 중량％ 이상, 또는 약 70 중량％ 이상일 수 있다. 라인 (177) 내의 제2 생성물 중의 에틸렌의 농도는 약 20 중량％, 약 25 중량％, 또는 약 30 중량％의 하한 내지 약 40 중량％, 약 45 중량％, 약 50 중량％, 또는 약 55 중량％의 상한의 범위일 수 있다. 부텐이 폴리에틸렌 생성물을 제조하는데 공단량체로서 사용되는 경우, 라인 (177) 내의 제2 생성물은 또한 부텐 및/또는 부탄의 농도가 비교적 높을 수 있다. 예를 들어, 라인 (177) 내의 제2 생성물은 부텐 및 부탄을 합한 농도가 약 10 중량％, 약 15 중량％, 또는 약 20 중량％의 하한 내지 약 30 중량％, 약 35 중량％, 또는 약 40 중량％의 상한의 범위일 수 있다. 라인 (177) 내의 제2 생성물 중의 부텐의 농도는 약 20 중량％, 약 23 중량％, 또는 약 25 중량％의 하한 내지 약 28 중량％, 약 31 중량％, 또는 약 35 중량％의 상한의 범위일 수 있다. 헥센이 폴리에틸렌 생성물을 제조하는데 공단량체로서 사용되는 경우, 라인 (177) 내의 제2 생성물은 헥센 농도가 약 2 중량％, 약 4 중량％, 또는 약 6 중량％의 하한 내지 약 10 중량％, 약 12 중량％, 또는 약 14 중량％의 상한의 범위일 수 있다.
라인 (177)을 통과한 제2 생성물은 다단계 열 교환기 (161)에 도입될 수 있고, 여기에서 열은 라인 (149)을 통해서 도입된 압축된 퍼지 기체 생성물로부터 제2 생성물로 전달될 수 있다. 이와 같이, 압축된 퍼지 기체 생성물은 다단계 열 교환기 (161) 내에서 추가로 냉각될 수 있고, 라인 (178)을 통과한 가온된 제2 생성물이 이로부터 회수될 수 있다. 적어도 부분적으로, 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 온도에 따라서, 라인 (178)을 통과하는 제2 생성물의 온도는 약 -20℃, 약 -10℃, 약 0℃, 약 20℃, 약 30℃, 또는 약 40℃일 수 있다. 예를 들어, 라인 (174)을 통과하는 제2 생성물의 온도는 약 0℃ 내지 약 40℃, 약 10℃ 내지 약 40℃, 20℃ 내지 약 40℃ 또는 약 25℃ 내지 약 35℃ 범위일 수 있다.
반응기 (103)의 작동 압력이 라인 (165) 내의 응축된 생성물의 압력보다 낮은 경우, 라인 (178)을 통해서 회수된 제2 생성물의 압력을 반응기 압력보다 높게 유지시켜서 추가의 압축이 필요 없이, 제2 생성물의 일부 또는 전부가 라인 (178)을 통해서 반응기 (103)로 재순환될 수 있게 하는 것이 이로울 수 있다. 라인 (178) 내의 제2 생성물의 압력은 약 2,000 kPa, 약 2,100 kPa, 또는 약 2,300 kPa의 하한 내지 약 2,400 kPa, 약 2,700 kPa, 약 3,000 kPa, 약 3,500 kPa, 약 4,100 kPa, 또는 약 4,900 kPa의 상한 범위일 수 있다. 도시되지는 않았지만, 라인 (178)을 통해서 회수된 제2 생성물의 압력을 증가시키기 위해서, 하나 이상의 펌프가 사용되어 라인 (165) 내의 응축된 생성물의 압력을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 반응기 (103) 내의 압력이 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 압력과 유사하거나 또는 이보다 높을 경우, 반응기 (103)로 직접 재순환될 수 있는 라인 (178)을 통과하는 제2 생성물을 생성하기 위해서 라인 (165) 내의 응축된 생성물의 압력은 하나 이상의 펌프를 사용하여 증가될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 라인 (178)을 통과한 제2 생성물의 전부 또는 일부는 분리 유닛으로부터 에틸렌 생성물을 회수하거나 분리하도록 구성된 분리 유닛에 도입될 수 있다.
라인 (165) 내의 응축된 생성물의 제2 분획은 라인 (179)을 통해서 제3 압력 감소 장치 (180)에 도입되어 라인 (181)을 통과하는 팽창된 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (181) 내의 팽창된 생성물의 압력은 약 600 kPa 이하, 약 550 kPa 이하, 약 500 kPa 이하, 약 450 kPa 이하, 약 400 kPa 이하, 또는 약 380 kPa 이하일 수 있다. 예를 들어, 라인 (181) 내의 팽창된 생성물의 압력은 약 101 kPa, 약 150 kPa, 또는 약 200 kPa의 하한 내지 약 375 kPa, 약 400 kPa, 또는 약 450 kPa의 상한 범위일 수 있다. 라인 (181) 내의 팽창된 생성물의 온도는 약 -60℃ 미만, 약 -70℃ 미만, 약 -80℃ 미만, 약 -90℃ 미만, 약 -95℃ 미만, 또는 약 -100℃ 미만일 수 있다. 예를 들어, 라인 (181) 내의 팽창된 생성물의 온도는 약 -60℃ 내지 약 -110℃, 또는 약 -65℃ 내지 약 -90℃, 또는 약 -70℃ 내지 약 -85℃ 범위일 수 있다.
라인 (169) 내의 응축된 생성물을 다시 참고하면, 라인 (169)을 통과한 응축된 생성물은 제4 압력 감소 장치 (182)에 도입되어 라인 (183)을 통과하는 팽창된 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (183) 내의 팽창된 생성물의 압력은 약 600 kPa 이하, 약 550 kPa 이하, 약 500 kPa 이하, 약 450 kPa 이하, 약 400 kPa 이하, 또는 약 380 kPa 이하일 수 있다. 예를 들어, 라인 (183) 내의 팽창된 생성물의 압력은 약 101 kPa, 약 150 kPa, 또는 약 200 kPa의 하한 내지 약 375 kPa, 약 400 kPa, 또는 약 450 kPa의 상한 범위일 수 있다. 라인 (183) 내의 팽창된 생성물의 온도는 약 -60℃ 미만, 약 -70℃ 미만, 약 -80℃ 미만, 약 -90℃ 미만, 약 -95℃ 미만, 또는 약 -100℃ 미만일 수 있다. 예를 들어, 라인 (183) 내의 팽창된 생성물의 온도는 약 -60℃ 내지 약 -110℃, 약 -65℃ 내지 약 -90℃, 또는 약 -70℃ 내지 약 -85℃일 수 있다.
라인 (183) 내의 팽창된 생성물 및 라인 (181) 내의 팽창된 생성물은 서로 합쳐져서 라인 (184)을 통과하는 팽창되거나 또는 냉각된 생성물 (제3 생성물)을 생성할 수 있다. 라인 (184)을 통과한 냉각된 제3 생성물은 다단계 열 교환기 (161)에 도입될 수 있고, 여기에서 열은 라인 (149)을 통해서 도입된 압축된 퍼지 기체 생성물로부터 냉각된 제3 생성물로 전달될 수 있다. 이와 같이, 압축된 퍼지 기체 생성물은 다단계 열 교환기 (161) 내에서 추가로 냉각될 수 있고, 라인 (181) 및 (183) 내의 팽창된 생성물을 포함하는 라인 (185)을 통과하는 가온된 제3 생성물이 다단계 열 교환기 (161)로부터 회수될 수 있다. 적어도 부분적으로, 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 온도에 따라서, 라인 (185)을 통과하는 제3 생성물의 온도는 약 -20℃, 약 -10℃, 약 0℃, 약 20℃, 약 30℃, 또는 약 40℃일 수 있다. 예를 들어, 라인 (185)을 통과하는 제3 생성물의 온도는 약 0℃ 내지 약 40℃, 약 10℃ 내지 약 40℃, 20℃ 내지 약 40℃ 또는 약 25℃ 내지 약 35℃ 범위일 수 있다.
중합 시스템 (100)이 폴리에틸렌 생성물을 생성하는 경우, 냉각 시스템 (160)은 에틸렌 농도가 비교적 높은 라인 (185)을 통과하는 제3 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (185) 내의 제3 생성물의 적어도 일부는 라인 (186)을 통해서 라인 (116) 또는 (120) 내의 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있다. 중합 시스템 (100)이 폴리에틸렌 중합체를 생성하는 경우, 라인 (185) 내의 제3 생성물은 에틸렌 농도가 약 20 중량％ 이상, 약 25 중량％ 이상, 약 30 중량％ 이상, 약 35 중량％ 이상, 약 40 중량％ 이상, 약 45 중량％ 이상, 약 50 중량％ 이상, 약 55 중량％ 이상, 또는 약 60 중량％ 이상일 수 있다. 라인 (185) 내의 제3 생성물은 에탄 농도가 약 10 중량％, 약 15 중량％ 또는 약 20 중량％의 하한 내지 약 25 중량％, 약 30 중량％, 약 35 중량％, 또는 약 40 중량％의 상한 범위일 수 있다. 부텐이 폴리에틸렌의 제조에서 공단량체로서 사용되는 경우, 라인 (185) 내의 제3 생성물은 부텐 농도가 약 5 중량％, 약 10 중량％, 또는 약 15 중량％의 하한 내지 약 20 중량％, 약 25 중량％, 또는 약 30 중량％의 상한 범위일 수 있다. 다른 C4 탄화수소의 농도는 약 1 중량％, 약 2 중량％, 또는 약 3 중량％의 하한 내지 약 4 중량％, 약 5 중량％, 또는 약 6 중량％의 상한 범위일 수 있다.
라인 (185) 내의 제3 생성물의 적어도 일부는 라인 (187)을 통해서 중합 시스템 (100)으로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 라인 (187)을 통과한 제3 생성물의 적어도 일부는 배기되거나, 타버리거나, 연소되어 열을 발생시키거나, 또는 달리 중합 시스템 (100)으로부터 제거될 수 있다. 적어도 한 예에서, 라인 (186)을 통과하는 제3 생성물의 제1 분획은 라인 (116) 또는 (120) 내의 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있고, 라인 (187)을 통과한 제3 생성물의 제2 분획은 중합 시스템 (100)으로부터 제거될 수 있다. 라인 (187)을 통과한 제3 생성물의 적어도 일부를 중합 시스템 (100)으로부터 제거하는 것은 바람직하지 않은 성분의 농도를 낮추기 때문에, 중합 시스템 (100) 내에서의 바람직하지 않은 성분의 증가를 감소시키거나 또는 방지할 수 있다. 라인 (187)을 통과하는 제3 생성물의 적어도 일부를 중합 시스템 (100)으로부터 제거함으로써 중합 시스템 (100)으로부터 제거될 수 있는 바람직하지 않은 성분에는 불활성 화합물, 예컨대 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 및 이들의 조합이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
라인 (187)을 통해서 중합 시스템 (100)으로부터 제거되는 제3 생성물의 양은 어디에서는 라인 (185) 내의 제3 생성물의 1％ 내지 약 50％ 범위일 수 있다. 예를 들어, 라인 (187)을 통해서 중합 시스템 (100)으로부터 제거되는 제3 생성물의 양은 약 1％, 약 3％, 또는 약 5％의 하한 내지 약 10％, 약 15％, 약 20％, 약 25％, 또는 약 30％의 상한 범위일 수 있다. 때때로, 라인 (185) 내의 제3 생성물의 100％가 라인 (186)을 통해서 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 다른 예에서, 라인 (185) 내의 제3 생성물의 전부는 라인 (186)을 통해서 라인 (116) 또는 (120) 내의 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있고, 라인 (178) 내의 제2 생성물의 일부는 배기되거나, 타버리거나, 연소되어 열을 발생시키거나, 또는 달리 중합 시스템 (100)으로부터 제거되어 중합 시스템 (100) 내에서 바람직하지 않은 성분의 증가를 감소시킬 수 있다. 다른 예에서, 라인 (186)을 통과한 제3 생성물의 일부 및 라인 (178) 내의 제2 생성물의 일부는 중합 시스템 (100)으로부터 배기될 수 있다.
열 교환기 (118), (130), (137), (145), (161), 및 (166)는 한 유체로부터 다른 유체로 간접적으로 열을 전달하기에 적합한 임의의 시스템, 장치, 또는 시스템 및/또는 장치의 조합이거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 교환기는 하나 이상의 쉘-및-튜브(shell-and-tube), 플레이트(plate) 및 프레임(frame), 플레이트 및 핀(fin), 스피럴 와운드(spiral wound), 코일 와운드(coil wound), U-튜브(tube) 및/또는 베이어너트 스타일(bayonet style) 열 교환기이거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 하나 이상의 열 교환기는 또한 표면 강화 튜브 (예를 들어, 핀, 정적 혼합기, 리플링(rifling), 열 전도성 패킹, 난류 발생 프로젝션(turbulence causing projection) 또는 이들의 조합) 등을 포함할 수 있다. 도시되지 않았지만, 열 교환기 (118), (130), (137), (145), (161), 및 (166) 중 하나 이상은 복수의 열 교환기를 포함할 수 있다. 복수의 열 교환기가 열 교환기 (118), (130), (137), (145), (161), 및 (166) 중 임의의 하나 이상에서 사용되면, 열 교환기는 동일한 유형이거나 또는 상이한 유형일 수 있다.
분리기 (121), (132), (139), (147), (151), (163), 및 (168)는 기체를 액체로부터 분리하기에 적합한 임의의 시스템, 장치 또는 시스템 및/또는 장치의 조합이거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분리기는 하나 이상의 플래쉬 탱크, 증류 컬럼, 분별 컬럼, 분할 벽 컬럼 또는 이들의 임의의 조합이거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 분리기는 트레이, 랜덤 패킹 부재, 예컨대 고리 또는 새들(saddle), 구조화 패킹, 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 하나 이상의 내부 구조물을 함유할 수 있다. 분리기는 내부 물질(internal)이 없는 개방형 컬럼이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 분리기는 하나 이상의 내부 구조물을 함유하는 부분적으로 빈 컬럼일 수 있다.
압축기 (128), (135), (142)는 임의의 유형의 압축기를 포함할 수 있다. 예시적인 압축기에는 축 압축기(axial compressor), 원심 압축기(centrifugal compressor), 회전식 용적형 압축기(rotary positive displacement centrifugal compressor), 대각선형(diagonal) 또는 혼합-유동 압축기(mixed-flow compressor), 왕복 압축기(reciprocating compressor), 건식 스크류 압축기(dry screw compressor), 오일 플러디드 스크류 압축기(oil flooded screw compressor), 스크롤 압축기(scroll compressor) 등이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 압축기 (128), (135), (142)는 독립된 압축기이거나 또는 3개 이상의 압축 단계를 갖는 단일 압축기일 수 있다. 압축기 (128), (135), (142)는 일반적인 모터 또는 단일 모터, 독립 모터, 또는 이들의 조합에 의해서 구동될 수 있다. 압축기 (128), (135), (142)는 동일한 유형의 압축기이거나 또는 상이한 유형일 수 있다. 예를 들어, 압축기 (128), (135), (142)는 모두 왕복 압축기일 수 있다. 다른 예에서, 제1 압축기 (128)는 건식 스크류 압축기이고, 제2 및 제3 압축기 (135), (142)는 왕복 압축기일 수 있다.
압력 감소 장치 (171), (176), (180) 및 (182)는 압축된 유체의 압력을 단열적으로 또는 실질적으로 단열적으로 감소시키기에 적합한 임의의 시스템, 장치 또는 시스템 및/또는 장치의 조합이거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 예시적인 압력 감소 장치에는 밸브, 노즐, 오리피스(orifice), 다공성 플러그(porous plug) 등이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2는 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물을 압축하기 위한 예시적인 압축 시스템 (200)의 개략도를 도시한다. 압축 시스템 (200)은 도 1을 참고하여 상기에 논의되고 설명된 압축 시스템 (125)과 유사할 수 있다. 압축 시스템 (200)은 재순환 라인 (144) (도 1 참고) 대신에 또는 이것 이외에 압축된 퍼지 기체 생성물 재순환 라인 (205)을 추가로 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 압축 시스템 (200)은 초기 압축기 부피를 증가시키도록, 즉, 후반 압축 단계에 대한 업스트림 압축 단계에서 압축된 퍼지 기체 생성물의 압력비를 증가시키도록 구성되기 때문에, 후반에 압축된 퍼지 기체 생성물의 온도를 감소시킨다. 즉, 압축 시스템 (200)은 라인 (205) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 일부를 라인 (129) 내의 압축된 퍼지 기체 및 라인 (136) 내의 압축된 퍼지 기체로 재순환시킴으로써 각각의 단계에서의 압축 동안 적용되는 퍼지 기체 생성물의 최대 압력비를 제공할 수 있다. 이와 같이, 각각의 압축기 (128), (135), (142)로부터 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물의 압력비는 특정 압축 단계에 대해서 소정의 압력비를 초과하는 것이 방지되어 압축기 (128), (135), (142)로부터 회수된 압축된 퍼지 기체의 최대 방출 온도를 고정시키거나 또는 실질적으로 고정시킬 수 있다.
라인 (205) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 제1 분획은 라인 (215)을 통해서 제1 압축기 (128)로부터 회수된 라인 (129) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있다. 라인 (205) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 제2 분획은 라인 (210)을 통해서 제2 압축기 (135)로부터 회수된 라인 (136) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있다. 도시되지 않았지만, 라인 (144) (도 1 참고)을 통과한 압축된 퍼지 기체 생성물의 제3 분획은 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있다.
라인 (210), (215) 및/또는 (144)을 통해서 재순환될 수 있는 라인 (143) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 양은 라인 (116)을 통해서 압축 시스템 (200)에 도입된 퍼지 기체 생성물의 특정 유량에 따라서 상당히 다를 수 있다. 라인 (210), (215) 및/또는 (144)을 통해서 재순환되는 압축된 퍼지 기체 생성물의 양은, 각각의 압축기 (128), (135), (142) 내에 적용된 퍼지 기체 생성물의 바람직한 압력비를 유지시켜서 각각의 압축기로부터 회수된 압축된 퍼지 기체의 온도가 소정의 최대 온도 미만으로 유지되도록 조정될 수 있다.
도 3은 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물을 압축하기 위한 예시적인 압축 시스템 (300)의 개략도를 도시한다. 압축 시스템 (300)은 도 1을 참고로 상기에 논의되고 설명된 압축 시스템 (125)과 유사할 수 있다. 압축 시스템 (300)은 도 1에 도시된 재순환 라인 (144) 대신에 또는 이것 이외에 압축된 퍼지 기체 생성물 재순환 라인 (305), (310), 및 (315)을 추가로 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 각각 제1, 제2, 및 제3 압축기 (128), (135), 및 (142)로부터 회수된 라인 (129), (136), 및 (143) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 일부는 각각 라인 (305), (310), 및 (315)을 통해서 각각의 압축기의 업스트림의 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있다. 상기에 논의된 바와 같이, 퍼지 기체 생성물은 이의 압축 동안 소정의 최대 온도 이하로 유지될 수 있으며, 각각의 압축 단계 이후에 압축된 퍼지 기체 생성물의 일부를 재순환시키는 것은 각각의 압축 단계 (128), (135), (142) 이후에 압축된 퍼지 기체 생성물의 온도 조정을 제어할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 압축기 (128), (135), (142)로부터 회수된 압축된 퍼지 기체의 일부는 각각의 압축기의 투입구로 재순환되어 각각의 압축기에 대해서 바람직한 압력비를 제공할 수 있다. 각각의 압축기 (128), (135), (142)에 대한 바람직한 압력비는 적어도 부분적으로, 특정 퍼지 기체 생성물 조성을 위한 각각의 압축기로부터의 목적하는 방출 온도에 근거하여 결정될 수 있다. 추가로, (도 1에 도시된 바와 같이) 압축된 퍼지 기체 생성물의 일부를 라인 (144)을 통해서 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물로 재순환시키거나 또는 (도 2에 도시된 바와 같이) 라인 (143) 내의 퍼지 기체 생성물의 일부를 라인 (210) 및 (215)을 통해서 라인 (129) 및 (136) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물로 재순환시키는 것 대신에, 각각 라인 (129), (136), 및 (143)을 통해서 각각의 압축기 (128), (135), 및 (142)로부터 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물의 일부를, 압축기에 도입하기 전에, 이전 퍼지 기체 생성물로 재순환시킬 수 있다. 예를 들어, 라인 (129) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 일부는 라인 (305)을 통해서 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있다. 라인 (136) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 일부는 라인 (310)을 통해서 라인 (129) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있다. 라인 (143) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 일부는 라인 (315)을 통해서 라인 (136) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있다. 라인 (129), (136), 및 (143) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 일부를 각각 라인 (305), (310), 및 (315)을 통해서 각각 라인 (116), (129), 및 (136) 내의 퍼지 기체 생성물로 재순환시킴으로써 후반 압축 단계를 통과하는 유량을 감소시키거나 줄일 수 있는데, 이는 재순환 흐름이 단계로부터 단계로 컴파운딩되지 않기 때문이다. 추가로, 라인 (305), (310), 및 (315)을 통해서 압축된 퍼지 기체 생성물을 재순환시키는 것은 총 전력 소모를 감소시킬 수 있는데, 그 이유는 더 적은 퍼지 기체 생성물이 압축 단계를 통해서 압축되기 때문이다.
도 4는 1종 이상의 중합체 생성물을 제조하고, 이로부터 휘발성 물질을 회수하기 위한 예시적인 중합 시스템 (400)의 개략도를 도시한다. 중합 시스템 (400)은 도 1을 참고하여 상기에 논의되고 설명된 바와 같이 중합 반응기 (103); 생성물 방출 시스템 (105); 퍼지 빈 (115); 열 교환기 (118), (130), 및 (145); 분리기 (121), (132), (147) 및 (151); 및 냉각 시스템 (160)을 포함할 수 있다. 그러나, 3개의 압축기 (128), (135), 및 (142)를 갖는 것 대신에, 중합 시스템 (400)은 2개의 압축기 (407), (425)를 갖는 압축 시스템 (405)을 포함할 수 있다. 바람직한 경우, 라인 (116)을 통과한 퍼지 기체 생성물은 도 1을 참고로 상기에 논의되고 설명된 바와 같이, 열 교환기 (118) 및 분리기 (121)에 도입되어 라인 (123)을 통과하는 임의의 응축된 유체의 적어도 일부를 분리하고, 라인 (122)을 통과하는 퍼지 기체 생성물을 제공할 수 있다.
라인 (122)을 통과한 퍼지 기체 생성물은 압축 시스템 (405)에 도입되어 라인 (149)을 통과하는 압축된 퍼지 기체 생성물을 생성하고, 라인 (133) 및/또는 (148)을 통과하는 회수된 응축된 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물은 도 1을 참고로 상기에 논의되고 설명된 바와 같을 수 있다. 예를 들어, 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물은 약 2,500 kPa, 약 2,700 kPa, 약 3,100 kPa, 약 3,500 kPa, 약 4,000 kPa, 또는 약 4,100 kPa의 하한 내지 약 5,000 kPa, 약 6,000 kPa, 약 7,000 kPa, 약 8,000 kPa, 약 9,000 kPa, 또는 약 10,000 kPa의 상한의 범위에서 존재할 수 있다. 적어도 부분적으로, 퍼지 기체 생성물의 특정 조성, 예를 들어, 퍼지 기체 생성물 중의 촉매 성분의 존재 및/또는 촉매 성분(들)의 농도에 따라서, 퍼지 기체 생성물의 온도는 이의 압축 동안 약 250℃ 미만, 약 225℃ 미만, 약 200℃ 미만, 약 175℃ 미만, 약 150℃ 미만, 약 140℃ 미만, 약 130℃ 미만, 약 120℃ 미만, 약 110℃ 미만, 또는 약 100℃ 미만으로 유지될 수 있다.
압축기 (407) 및 (425)는 임의의 바람직한 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 예를 들어, 압축기 (407) 및 (425)는 약 1:2, 약 1:3, 또는 약 1:4의 하한 내지 약 1:5, 약 1:6, 약 1:7, 약 1:8, 약 1:9, 또는 약 1:10의 상한 범위의 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 다른 예에서, 압축기 (407) 및 (425)는 약 1:3 내지 약 1:6, 약 1:4 내지 약 1:9, 약 1:5 내지 약 1:9, 약 1:5 내지 약 1:8, 약 1:6 내지 약 1:8, 또는 약 1:4 내지 약 1:8의 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 각각의 압축기 (407) 및 (425) 내에서의 특정 압력비는 적어도 부분적으로, 라인 (149)을 통해서 생성된 압축된 퍼지 기체 생성물의 바람직한 압력, 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물 중에 함유된 특정 성분, 압축기의 유형, 임의의 특정 압축기 이후에 압축된 퍼지 기체의 바람직한 소정의 최대 온도 또는 이들의 임의의 조합에 근거할 수 있다.
퍼지 기체 생성물이 각각의 압축기 (407), (425) 내에서 압축되는 압력비는 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 압축기 (407)는 압축기 (425)와 동일하거나 또는 이보다 큰 압력에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 예를 들어, 압축기 (407)는 약 1:6 이상, 약 1:6.5 이상, 약 1:7 이상, 약 1:7.5 이상, 약 1:8 이상, 또는 약 1:8.5 이상의 압력비에서 라인 (122)을 통해서 이것에 도입되는 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있고, 압축기 (425)는 제1 압축기 (407)와 동일하거나 또는 이보다 낮은 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 압축기 (407)는 압축기 (425)와 동일하거나 또는 이보다 낮은 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 예를 들어, 제1 압축기는 라인 (122)을 통해서 이것에 도입되는 퍼지 기체를 약 1:3 이하, 약 1:4 이하, 약 1:5 이하, 약 1:6 이하, 약 1:7 이하, 또는 약 1:8 이하의 압력비에서 압축할 수 있고, 제2 압축기 (425)는 제1 압축기 (407)와 동일하거나 또는 이보다 높은 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 압축기 (407)는 압축기 (425)와 대략 동일한 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축할 수 있다. 예를 들어, 압축기 (407) 및 (425)는 각각 이것에 도입된 퍼지 기체 생성물을 약 1:5, 약 1:5.5, 약 1:6, 약 1:6.5, 약 1:7, 약 1:8, 약 1:8.5, 또는 약 1:9의 압력비에서 압축할 수 있다.
라인 (410) 및 (143)을 통해서 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물은 동일하거나 상이한 소정의 최대 온도를 가질 수 있다. 라인 (410) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물의 소정의 최대 온도는 라인 (143) 내의 퍼지 기체 생성물의 소정의 최대 온도와 동일하거나 이보다 높을 수 있다. 예를 들어, 라인 (410) 내의 압축된 퍼지 기체의 소정의 최대 온도는 약 125℃ 내지 약 250℃ 범위일 수 있고, 라인 (143) 내의 압축된 퍼지 기체의 소정의 최대 온도는 약 105℃ 내지 약 200℃ 범위일 수 있다. 라인 (410) 및 (143)을 통과한 임의의 특정 압축된 퍼지 기체에 대한 특정 소정의 최대 온도는 상당히 다를 수 있으며, 적어도 부분적으로, 라인 (116) 내의 퍼지 기체의 특정 조성에 좌우될 수 있다.
압축 시스템 (405)은 또한 압축 단계 (407), (425) 중 하나 또는 모두 이후에 압축된 퍼지 기체로부터 임의의 응축된 유체의 적어도 일부를 냉각하고, 분리할 수 있는 하나 이상의 열 교환기 및/또는 하나 이상의 분리기를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 도 1을 참고로 상기에 논의되고 설명된 바와 같이, 압축 시스템 (405)은 각각의 압축 단계 (407) 및 (425) 이후에 압축된 퍼지 기체를 냉각하도록 구성될 수 있는 열 교환기 (130) 및 (145), 및 임의의 응축된 유체 (존재하는 경우)의 적어도 일부를 각각 라인 (133) 및 (148)을 통해서 열 교환기 (130) 및 (145)로부터 회수된 냉각된 압축된 퍼지 기체 생성물로부터 분리할 수 있는 분리기 (132) 및 (147)를 포함한다. 예를 들어, 라인 (415)을 통해서 제1 압축기 (405)로부터 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물은 열 교환기 (130) 내에서 냉각되어 라인 (415)을 통과한 냉각된 제1 압축된 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (415)을 통과하는 냉각된 제1 압축된 퍼지 기체 생성물은 분리기 (132)에 도입되어 라인 (133)을 통과하는 임의의 응축된 유체의 적어도 일부 및 라인 (420)을 통과하는 퍼지 기체 생성물을 회수할 수 있다. 라인 (420)을 통과한 퍼지 기체 생성물은 제2 압축기 (425) 내에서 압축될 수 있고, 라인 (143)을 통과한 압축된 퍼지 기체 생성물은 이것으로부터 회수될 수 있다. 라인 (143)을 통과한 퍼지 기체 생성물은 열 교환기 (145)에 도입되어 라인 (146)을 통과하는 냉각된 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (146)을 통과한 냉각된 퍼지 기체 생성물은 분리기 (147)에 도입되어 라인 (148)을 통과하는 임의의 응축된 유체의 적어도 일부 및 라인 (149)을 통과하는 압축된 퍼지 기체 생성물을 회수할 수 있다. 임의로는, 도 1을 참고로 상기에 논의되고 설명된 바와 같이, 라인 (150)을 통과한 퍼지 기체 생성물의 일부는 분리기 (147)로부터 회수되고, 다른 분리기 (151)에 도입되어 라인 (152)을 통과하는 응축된 유체 및/또는 라인 (153)을 통과하는 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (123) 및/또는 (152)을 통해서 회수된 응축된 유체는 분리기 (132)로 재순환되고, 이것으로부터 라인 (133)을 통해서 회수될 수 있다.
열 교환기 (118) 및 (130)는 각각 제1 및 제2 압축기 (407) 및 (425)에 도입되기 전에 퍼지 기체 생성물의 온도를, 각각의 압축기 (407) 및 (425) 내의 퍼지 기체 생성물의 압축과 관련된 온도 증가 및 이것으로부터 회수된 압축된 퍼지 기체의 온도가 제어될 수 있도록 충분한 양으로 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 열 교환기 (118) 및 (130)는 각각의 후속 압축 단계 이후에 퍼지 기체 생성물의 온도가 약 250℃, 약 225℃, 약 200℃, 약 175℃, 약 150℃, 약 140℃, 약 130℃, 약 120℃, 약 115℃, 약 110℃, 약 105℃, 또는 약 100℃ 미만으로 유지되도록, 각각 라인 (116) 및 (410)을 통해서 도입된 퍼지 기체 생성물의 온도를 감소시킬 수 있다.
각각 라인 (120), (415), 및 (146)을 통해서 열 교환기 (118), (130), 및 (145)로부터 회수된 냉각된 퍼지 기체 생성물의 온도는 약 60℃ 미만, 약 50℃ 미만, 약 45℃ 미만, 약 40℃ 미만, 약 35℃ 미만, 약 30℃ 미만, 약 25℃ 미만, 약 20℃ 미만, 또는 약 15℃ 미만일 수 있다. 예를 들어, 라인 (120), (415), 및 (146) 내의 냉각된 퍼지 기체 생성물의 온도는 약 10℃ 내지 약 45℃, 약 15℃ 내지 약 40℃, 또는 약 15℃ 내지 약 35℃ 범위일 수 있다. 냉각 시스템을 사용하여 라인 (116), (410) 및/또는 (143) 내의 퍼지 기체 생성물을 냉각하면, 라인 (120), (415) 및/또는 (146)을 통해서 회수된 퍼지 기체 생성물의 온도는 약 15℃ 이하, 약 5℃ 이하, 약 0℃ 이하, 약 -10℃ 이하, 또는 약 -15℃ 이하일 수 있다.
도시된 바와 같이, 라인 (133) 및/또는 (148) 내의 응축된 유체의 일부는 각각 압축기 (407) 및 (425)로 다운스트림으로 재순환될 수 있다. 예를 들어, 라인 (133) 내의 임의의 응축된 유체의 일부는 라인 (417)을 통해서 제1 압축기 (407)로 재순환될 수 있다. 응축된 유체의 일부를 라인 (417)을 통해서 압축기 (407)에 도입함으로써 이것으로부터 회수된 라인 (410)을 통과하는 압축된 퍼지 기체 생성물을 냉각할 수 있다. 예를 들어, 응축된 유체는 압축기 (407)에 도입될 수 있고, 압축기 내에서 팽창될 수 있고, 이것은 압축기 (407) 내에서 압축된 퍼지 기체로부터 열을 제거할 수 있다. 유사하게, 라인 (148) 내의 응축된 유체의 일부는 라인 (423)을 통해서 제2 압축기 (425)로 재순환될 수 있다. 도시되지 않았지만, 라인 (417) 및/또는 (423)을 통과하는 재순환된 응축된 유체는 라인 (122) 및/또는 (420) 내의 퍼지 기체 생성물에 도입될 수 있다. 예를 들어, 응축된 유체는 원자화(atomized) 액체로서 라인 (122) 및/또는 (420) 내의 퍼지 기체 생성물에 도입될 수 있다.
도 1을 참고로 상기에 논의되고 설명된 바와 같이, 라인 (149)을 통해서 압축 시스템 (405)으로부터 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물은 냉각 시스템 (160)에 도입되고, 가공되어 라인 (174), (178), 및 (185)을 통과하는 제1, 제2, 및 제3 생성물을 생성할 수 있다. 라인 (133)을 통과한 응축된 유체는 펌프 (156)에 도입되어 라인 (157)을 통과하는 가압된 응축된 유체를 생성할 수 있고, 이것은 라인 (158)을 통해서 중합 반응기 (103)로 재순환되고/되거나 라인 (159)을 통해서 중합 시스템 (400)으로부터 제거될 수 있다. 추가로, 분리기 (147)로부터 회수된 라인 (148)을 통과하는 응축된 유체는 라인 (158) 내의 가압된 응축된 유체에 도입되고, 중합 반응기 (103) 및/또는 라인 (159) 내의 가압된 응축된 유체로 재순환되고, 중합 시스템 (400)으로부터 제거될 수 있다.
압축기 (407) 및 (425)는 임의의 유형의 압축기를 포함할 수 있다. 예시적인 압축기에는 축 압축기, 원심 압축기, 회전식 용적형 압축기, 대각선형 또는 혼합-유동 압축기, 왕복 압축기, 건식 스크류 압축기, 오일 플러디드 스크류 압축기, 스크롤 압축기 등이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 압축기 (407) 및 (425)는 단일 모터 (도시되지 않음) 또는 독립된 모터 (도시되지 않음)를 통해서 구동될 수 있다. 압축기 (407) 및 (425)는 독립된 압축기이거나 또는 2개 이상의 압축 단계를 갖는 단일 압축기일 수 있다. 압축기 (407), (425)는 동일한 유형의 압축기이거나 또는 상이한 유형의 압축기일 수 있다. 예를 들어, 제1 압축기 (407) 및 제2 압축기 (425)는 모두 건식 스크류 압축기일 수 있다. 다른 예에서, 제1 압축기 (407)는 건식 스크류 압축기이고, 제2 압축기 (425)는 왕복 압축기일 수 있다.
도 5는 중합체를 제조하기 위한 예시적인 기상 중합 시스템 (500)의 개략도를 도시한다. 도 1 내지 4를 참고로 상기에 논의되고 설명된 바와 같이, 기상 중합 시스템 (500)을 사용하여 라인 (104)을 통과하는 중합체 생성물 및 라인 (116)을 통과하는 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 중합 시스템 (500)은 하나 이상의 중합 반응기 (103), 생성물 방출 시스템 (105), 퍼지 빈 (115), 재순환 압축기 (570), 및 열 교환기 (575)를 포함할 수 있다. 중합 시스템 (500)은 직렬 또는 병렬로 배열되거나 또는 다른 반응기로부터 독립적으로 구성된 하나를 초과하는 반응기 (103)를 포함할 수 있으며, 각각의 반응기는 이의 자신의 관련된 방출 탱크 (105), 재순환 압축기 (570), 및 열 교환기 (575)를 갖거나, 또는 대안적으로는 관련된 방출 탱크 (105), 재순환 압축기 (570), 및 열 교환기 (575) 중 임의의 하나 이상을 공유한다. 설명의 간략화 및 용이성을 위해서, 본 발명의 실시양태는 단일 반응기 트레인(train)의 내용으로 추가로 설명될 것이다.
그러나, 복수의 반응기 (103)를 사용하여 복수의 중합체 생성물을 생성할 수 있으며, 중합체 생성물의 휘발성 성분의 적어도 일부는 하나 이상의 생성물 방출 시스템 (105) 및 하나 이상의 퍼지 빈 (115)을 통해서 중합체 생성물로부터 제거되어 복수의 퍼지 기체 생성물 또는 복수의 중합체 생성물로부터 유래된 단일 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 복수의 중합 시스템 (500)의 경우, 도 1 내지 4를 참고로 상기에 논의되고 설명된 바와 같이, 이것으로부터 회수된 다수의 퍼지 기체 생성물은 단일 기체 생성물로 합쳐지고, 이어서 이것은 압축 시스템 (125), (200), (300), 또는 (405) 및 냉각 시스템 (160)에 도입되어 합쳐진 퍼지 기체 생성물을 다수의 성분으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 2개의 중합 반응기 (103)를 사용하여 이들로부터 라인 (104)을 통과하는 2종의 상이한 폴리에틸렌 생성물을 생성할 수 있다. 2종의 상이한 폴리에틸렌 생성물은 상이한 촉매, ICA, 공단량체 등을 사용하여 생성될 수 있다. 압축 시스템 (125), (200), (300), 또는 (405) 및/또는 냉각 시스템 (160)은 서로 상이한 ICA 및/또는 서로 상이한 공단량체를 분리하도록 구성될 수 있다. 분리된 ICA 및 상이한 공단량체의 적어도 일부는 이들 각각의 중합 반응기 (103)로 재순환될 수 있다. 이와 같이, 압축 시스템 (125), (200), (300), 또는 (405) 및/또는 냉각 시스템 (160)을 사용하여 상이한 조성을 갖는 다수의 퍼지 기체 생성물의 다양한 성분을 분리하고, 이들 각각의 중합 반응기 (103)로 재순환시켜서 다수의 중합 시스템으로부터 회수된 퍼지 기체 생성물을 분리하는데 필요한 퍼지 기체 회수 시스템의 수를 감소시킬 수 있다.
다수의 퍼지 기체 생성물이 다수의 중합체 생성물로부터 회수되는 경우, 퍼지 기체 생성물의 조성은 상이할 수 있다. 예를 들어, ICA로서 이소-펜탄을 사용하여 생성된 에틸렌/부텐 공중합체 생성물은 에틸렌, 부텐, 및 이소-펜탄을 함유하는 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. ICA로서 헥산을 사용하여 생성된 에틸렌/헥센 공중합체는 에틸렌, 헥센, 및 헥산을 함유하는 퍼지 기체 생성물을 생성할 수 있다. 상이한 조성을 갖는 이러한 퍼지 기체 생성물이 합쳐지고, 압축 시스템 (125), (200), (300), 또는 (405), 이어서 냉각 시스템 (160)에 도입되는 경우, 다양한 성분이 압축 시스템 (125), (200), (300), 또는 (405) 및/또는 냉각 시스템 (160)을 사용하여 서로로부터 분리되거나 또는 적어도 부분적으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 분리기 (121), (132), (139), (147) 및 (151), 및 이들의 작동 조건은 이들에 도입된 응축되 퍼지 기체 새성물로부터의 특정 성분 또는 성분들이 이들로부터 회수될 수 있도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 라인 (123), (140), (152) 및/또는 (148)을 통해서 회수된 응축된 생성물은 각각 분리기 (121), (139), (147), 및 (151)로부터 독립된 생성물로서 회수되어, 이들 각각의 중합 시스템 내의 적절한 위치로 재순환될 수 있다. 상기에 논의된 바와 같이, 다양한 성분의 분리를 개선시키기 위해서, 분리기 (121), (132), (139), (147) 및/또는 (151)는 이것에 도입된 응축된 생성물 중의 상이한 성분의 분리를 개선시키거나 증진시키기 위해서 배플, 패킹 물질, 트레이, 분할 벽 등을 포함할 수 있다. 유사하게, 분리기 (163) 및 (168)는 이들에 도입된 다수의 응축되고/되거나 기체성인 성분을 분리하도록 구성될 수 있다.
반응기 (103)는 원통형 부분 (503), 전개 부분 (505), 및 속도 감소 구역 또는 돔 또는 "상부 헤드" (507)를 포함할 수 있다. 원통형 부분 (503)은 전개 부분 (505)에 인접하게 배치되어 있다. 전개 부분 (505)은 원통형 부분 (503)의 직경에 상응하는 제1 직경으로부터 돔 (507)에 인접한 더 큰 직경으로 확장될 수 있다. 원통형 부분 (503)이 전개 부분 (505)에 연결된 위치 또는 접합부는 "넥(neck)" 또는 "반응기 넥" (504)이라고 지칭할 수 있다.
원통형 부분 (503)은 반응 구역 (512)을 포함할 수 있다. 반응 구역은 유동 반응층 또는 유동층일 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 분배기 플레이트 (519)가 원통형 부분 (503) 내에, 일반적으로는 전개 부분 (505)에 인접한 단부의 반대편인 원통형 부분의 단부에 또는 단부 쪽에 배치될 수 있다. 반응 구역 (512)은 성장 중합체 입자, 형성된 중합체 입자, 및 반응 구역 (512)을 통과하는 보충 공급물 및 재순환 유체 형태의 중합성 및 개질 기체성 성분의 연속적인 유동에 의해서 유동화된 촉매 입자의 층을 포함할 수 있다.
하나 이상의 순환 유체 라인 (515) 및 배기 라인 (518)은 반응기 (103)의 돔 (507)과 유체 소통할 수 있다. 중합체 생성물은 라인 (104)을 통해서 반응기 (103)로부터 회수될 수 있다. 라인 (101)을 통과한 반응기 공급물은 임의의 위치 또는 위치들의 조합에서 중합 시스템 (500)에 도입될 수 있다. 예를 들어, 라인 (101)을 통과한 반응기 공급물은 원통형 부분 (503), 전개 부분 (505), 속도 감소 구역 (507), 순환 유체 라인 (515) 내의 임의의 지점 또는 이들의 임의의 조합에 도입될 수 있다. 바람직하게는, 반응기 공급물 (101)은 열 교환기 (575) 이전 또는 이후에 라인 (515) 내의 순환 유체에 도입된다. 라인 (102)을 통과한 촉매 공급물은 임의의 지점에서 중합 시스템 (500)에 도입될 수 있다. 바람직하게는, 라인 (102)을 통과한 촉매 공급물은 원통형 부분 (503) 내의 유동층 (512)에 도입된다.
일반적으로, 원통형 부분 (503)의 높이 대 직경 비는 약 2:1 내지 약 5:1의 범위로 다양할 수 있다. 물론, 이 범위는 더 크거나 더 작은 비로 다양할 수 있으며, 적어도 부분적으로, 바람직한 제조 용적 및/또는 반응기 치수에 좌우된다. 돔 (507)의 단면적은 전형적으로 원통형 부분 (503)의 단면적의 약 2 내지 약 3배 범위 이내이다.
속도 감소 구역 또는 돔 (507)은 원통형 부분 (503)보다 내경이 더 크다. 이름이 제안하듯이, 속도 감소 구역 (507)은 증가된 단면적으로 인해서 기체의 속도를 늦춘다. 이러한 기체 속도의 감소는 상향하는 기체 중에 비말동반된(entrained) 입자가 층으로 다시 떨어지게 하여, 주로 기체 만을 순환 유체 라인 (515)을 통해서 반응기 (103)의 오버헤드로 빠져나가게 한다. 라인 (515)을 통해서 회수된 순환 유체는 유동층 (512) 중에 비말동반된 입자를 약 10 중량％ 미만, 약 8 중량％ 미만, 약 5 중량％ 미만, 약 4 중량％ 미만, 약 3 중량％ 미만, 약 2 중량％ 미만, 약 1 중량％ 미만, 약 0.5 중량％ 미만, 또는 약 0.2 중량％ 미만의 양으로 함유할 수 있다. 다른 예에서, 라인 (515)을 통해서 회수된 순환 유체는 입자 농도가 라인 (515) 내의 입자/순환 유체 혼합물의 총 중량을 기준으로, 약 0.001 중량％의 하한 내지 약 5 중량％, 약 0.01 중량％ 내지 약 1 중량％, 또는 약 0.05 중량％ 내지 약 0.5 중량％ 범위일 수 있다. 예를 들어, 라인 (515) 내의 순환 유체 중의 입자 농도는 라인 (515) 내의 순환 유체 및 입자의 총 중량을 기준으로, 약 0.001 중량％, 약 0.01 중량％, 약 0.05중량％, 약 0.07 중량％, 또는 약 0.1 중량％의 하한 내지 약 0.5 중량％, 약 1.5 중량％, 약 3 중량％, 또는 약 4 중량％의 상한 범위일 수 있다.
라인 (104)을 통과하는 중합체 생성물, 예를 들어, 폴리에틸렌 중합체 생성물을 제조하기에 적합한 기상 중합 방법은 미국 특허 번호 3,709,853; 4,003,712; 4,011,382; 4,302,566; 4,543,399; 4,588,790; 4,882,400; 5,028,670; 5,352,749; 5,405,922; 5,541,270; 5,627,242; 5,665,818; 5,677,375; 6,255,426; 유럽 특허 번호 EP 0802202; EP 0794200; EP 0649992; EP 0634421에 기재되어 있다. 중합체 생성물을 제조하는데 사용될 수 있는 다른 적합한 중합 방법에는 용액, 슬러리, 및 고압 중합 방법이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 용액 또는 슬러리 중합 방법의 예가 미국 특허 번호 4,271,060; 4,613,484; 5,001,205; 5,236,998; 및 5,589,555에 기재되어 있다.
상기에 언급된 바와 같이, 라인 (101) 내의 반응기 공급물은 탄화수소의 조합의 임의의 중합성 탄화수소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응기 공급물은 탄소 원자수가 2 내지 12인 치환된 알켄 및 비치환된 알켄, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 4-메틸펜트-1-엔, 1-데센, 1-도데센, 1-헥사데센 등을 비롯한 임의의 올레핀 단량체일 수 있다. 라인 (101) 내의 반응기 공급물은 또한 비(non)-탄화수소 기체(들), 예컨대 질소 및/또는 수소를 포함할 수 있다. 라인 (101)을 통과한 반응기 공급물은 다수 및 상이한 위치에서 반응기에 유입될 수 있다. 예를 들어, 라인 (101)을 통과한 반응기 공급물은 노즐 (도시되지 않음)을 통한 유동층으로의 직접 주입을 비롯한 다양한 방식으로 유동층 (512)에 도입될 수 있다. 따라서, 라인 (104) 내의 중합체 생성물은 단독중합체 또는 삼원공중합체를 비롯한 1종 이상의 다른 단량체 단위를 갖는 공중합체일 수 있다.
상기에 언급된 바와 같이, 라인 (101) 내의 반응기 공급물은 또한 1종 이상의 개질 성분, 예컨대 1종 이상의 유도 응축제 또는 ICA를 포함할 수 있다. 예시적인 ICA에는 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄, 이소펜탄, 헥산, 이들의 이성질체, 이들의 유도체, 및 이들의 조합이 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. ICA가 도입되어 ICA 농도가 약 1 mol％, 약 5 mol％, 또는 약 10 mol％의 하한 내지 약 25 mol％, 약 35 mol％, 또는 약 45 mol％의 상한 범위인 반응기 공급물 (101)을 반응기 (103)에 제공할 수 있다. 전형적인 ICA의 농도는 약 10 mol％, 약 12 mol％, 또는 약 14 mol％의 하한 내지 약 16 mol％, 약 18 mol％, 약 20 mol％, 약 22 mol％, 또는 약 24 mol％의 상한 범위일 수 있다. 반응기 공급물 (101)은 다른 비-반응성 기체, 예컨대 질소 및/또는 아르곤을 포함할 수 있다. ICA에 관련된 추가 상세사항은 미국 특허 번호 5,352,749; 5,405,922; 5,436, 304; 및 7,122,607; 및 WO 공개 번호 2005/113615(A2)에 기재되어 있다. 미국 특허 번호 4,543,399 및 4,588,790에 개시된 바와 같은 응축 모드 작동이 또한 사용되어 중합 반응기 (103)로부터의 열 제거를 도울 수 있다.
라인 (102) 내의 촉매 공급물은 임의의 촉매 또는 촉매의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 촉매에는 지글러-나타(Ziegler-Natta) 촉매, 크롬계 촉매, 메탈로센 촉매, 및 15족-함유 촉매, 이금속성 촉매 및 혼합 촉매를 비롯한 다른 단일-자리 촉매가 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 촉매는 또한 AlCl3, 코발트, 철, 팔라듐, 크롬/산화크롬 또는 "필립스(Phillips)" 촉매를 포함할 수 있다. 임의의 촉매를 단독으로 또는 임의의 다른 촉매와 조합하여 사용할 수 있다.
적합한 메탈로센 촉매 화합물에는 미국 특허 번호 7,179,876; 7,169,864; 7,157,531; 7,129,302; 6,995,109; 6,958,306; 6,884748; 6,689,847; 5,026,798; 5,703,187; 5,747,406; 6,069,213; 7,244,795; 7,579,415; 미국 특허 출원 공개 번호 2007/0055028; 및 WO 공개 WO 97/22635; WO 00/699/22; WO 01/30860; WO 01/30861; WO 02/46246; WO 02/50088; WO 04/022230; WO 04/026921; 및 WO 06/019494에 기재된 메탈로센이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
"15족-함유 촉매"는 3족 내지 12족 금속 착물을 포함할 수 있으며, 여기서, 금속은 적어도 2개의 15족 원자, 및 최대 4개의 15족 원자를 포함하는 2 내지 8개의 배위자리, 배위 모이어티 또는 모이어티들을 갖는다. 예를 들어, 15족-함유 촉매 성분은 4족 금속이 적어도 2개의 질소를 포함하는 적어도 2개의 배위자리, 배위 모이어티 또는 모이어티들을 갖도록 4족 금속 및 1 내지 4개의 리간드의 착물일 수 있다. 대표적인 15족-함유 화합물은 WO 공개 번호 WO 99/01460; 유럽 공개 번호. EP0893454A1; EP 0894005A1; 미국 특허 번호 5,318,935; 5,889,128; 6,333,389; 및 6,271,325에 개시되어 있다.
예시적인 지글러-나타 촉매 화합물은 유럽 특허 번호 EP 0103120; EP 1102503; EP 0231102; EP 0703246; 미국 특허 번호 RE 33,683; 4,115,639; 4,077,904; 4,302,565; 4,302,566; 4,482,687; 4,564,605; 4,721,763; 4,879,359; 4,960,741; 5,518,973; 5,525,678; 5,288,933; 5,290,745; 5,093,415; 및 6,562,905; 및 미국 특허 출원 공개 번호 2008/0194780에 개시되어 있다. 상기 촉매의 예에는 임의로는 마그네슘 화합물, 내부 및/또는 외부 전자 주개 (알콜, 에테르, 실록산 등), 알루미늄 또는 보론 알킬 및 알킬 할라이드 및 무기 산화물 지지체와 조합된, 4, 5, 또는 6족 전이 금속 옥시드, 알콕시드, 할라이드, 또는 티타늄, 지르코늄 또는 바나듐의 옥시드, 알콕시드 및 할라이드 화합물을 포함하는 것이 포함된다.
적합한 크롬 촉매는 이치환된 크로메이트, 예컨대 CrO2(OR)2가 포함될 수 있고, 여기서, R은 트리페닐실란 또는 3급 폴리알리시클릭 알킬이다. 크롬 촉매 시스템은 CrO3, 크로모센, 실릴 크로메이트, 크로밀 클로라이드, (CrO2Cl2), 크롬-2-에틸-헥사노에이트, 또는 크롬 아세틸아세토네이트 (Cr(AcAc)3)를 추가로 포함할 수 있다. 크롬 촉매의 다른 비제한적인 예는 미국 특허 번호 6,989,344 및 WO2004/060923에 기재되어 있다.
혼합 촉매는 이금속성 촉매 조성물 또는 다-촉매 조성물일 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 용어 "이금속성 촉매 조성물" 및 "이금속성 촉매"는 각각 상이한 금속 군을 갖는 2종 이상의 상이한 촉매 성분을 포함하는 임의의 조성물, 혼합물 또는 시스템을 포함한다. 용어 "다-촉매 조성물" 및 "다-촉매"는 금속에 관계없이 2종의 상이한 촉매 성분을 포함하는 임의의 조성물, 혼합물 또는 시스템을 포함한다. 따라서, 용어 "이금속성 촉매 조성물" "이금속성 촉매" "다-촉매 조성물" 및 "다-촉매"는 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서에서 "혼합 촉매"로서 포괄적으로 지칭될 것이다. 한 예에서, 혼합 촉매는 적어도 하나의 메탈로센 촉매 성분 및 적어도 하나의 비(non)-메탈로센 성분을 포함한다.
일부 실시양태에서, 활성화제가 촉매 화합물과 함께 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "활성화제"는 예컨대 촉매 성분의 양이온성 종을 생성함으로써 촉매 화합물 또는 성분을 활성화시킬 수 있는 지지되거나 또는 지지되지 않은 임의의 화합물 또는 화합물의 조합을 지칭한다. 예시적인 활성화제에는 알루미녹산 (예를 들어, 메틸알루미녹산 "MAO"), 개질된 알루미녹산 (예를 들어, 개질된 메틸알루미녹산 "MMAO" 및/또는 테트라이소부틸디알루미녹산 "TIBAO"), 및 알킬알루미늄 화합물, 이온화 활성화제 (중성 또는 이온성), 예컨대 트리 (n-부틸)암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보론이 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 이들은 또한 이들의 조합으로 사용될 수 있다.
촉매 조성물은 지지 물질 또는 담체를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "지지(체)" 및 "담체"는 상호교환적으로 사용되고, 다공성 지지 물질, 예를 들어, 탈크, 무기 산화물 및 무기 클로라이드를 비롯한 임의의 지지 물질이다. 촉매 성분(들) 및/또는 활성화제(들)는 1종 이상의 지지체 또는 담체 상에 침착되거나, 이것과 접촉되거나, 이것과 함께 증발되거나, 이것에 결합되거나 또는 이것 내에 혼입되거나, 이것 내에 또는 이것 상에 흡착되거나 또는 흡수될 수 있다. 다른 지지 물질은 수지성 지지 물질, 예컨대 폴리스티렌, 관능화 또는 가교 유기 지지체, 예컨대 폴리스티렌 디비닐 벤젠 폴리올레핀 또는 중합체 화합물, 제올라이트, 점토 또는 임의의 다른 유기 또는 무기 지지 물질, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
적합한 촉매 지지체는 미국 특허 번호 4,701,432, 4,808,561; 4,912,075; 4,925,821; 4,937,217; 5,008,228; 5,238,892; 5,240,894; 5,332,706; 5,346,925; 5,422,325; 5,466,649; 5,466,766; 5,468,702; 5,529,965; 5,554,704; 5,629,253; 5,639,835; 5,625,015; 5,643,847; 5,665,665; 5,698,487; 5,714,424; 5,723,400; 5,723,402; 5,731,261; 5,759,940; 5,767,032; 5,770,664; 및 5,972,510; 및 WO 공개 번호 WO 95/32995; WO 95/14044; WO 96/06187; WO 97/02297; WO 99/47598; WO 99/48605; 및 WO 99/50311에 기재되어 있다.
라인 (515)을 통과한 순환 유체는 펌프 (570)에서 가압되거나 또는 압축되고, 이어서 열 교환기 (575)에 도입될 수 있고, 여기에서 열은 순환 유체와 열 교환 매질 간에 교환될 수 있다. 예를 들어, 정상 작동 조건 동안, 라인 (571)을 통과한 냉각 또는 저온 열 전달 매질이 열 교환기 (575)에 전달될 수 있고, 여기에서 열은 라인 (515) 내의 순환 유체로부터 전달되어 라인 (577)을 통과하는 가열된 열 전달 매질 및 라인 (515)을 통과하는 냉각된 순환 유체를 생성할 수 있다. 용어 "냉각 열 전달 매질" 및 "저온 열 전달 매질"은 반응기 (103) 내의 유동층 (512)보다 낮은 온도를 갖는 열 전달 매질을 지칭한다. 예시적인 열 전단 매질에는 물, 공기, 글리콜 등이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 열 교환기 (575)로부터 다운스트림에 또는 몇개의 열 교환기 (575) 사이의 중간 지점에 압축기 (570)를 위치시킬 수 있다.
라인 (515) 내의 순환 유체의 전부 또는 일부가 냉각된 후, 순환 유체는 반응기 (103)로 되돌아갈 수 있다. 라인 (515) 내의 냉각된 순환 유체는 중합 반응에 의해서 생성된 반응열을 흡수할 수 있다. 열 교환기 (575)는 임의의 유형의 열 교환기일 수 있다. 예시적인 열 교환기에는 쉘 앤드 튜브, 플레이트 및 프레임, U-튜브 등이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 열 교환기 (575)는 쉘 및 튜브 열 교환기일 수 있으며, 여기에서 라인 (515)을 통과한 순환 유체는 튜브 측면으로 도입될 수 있고, 열 전달 매질은 열 교환기 (575)의 쉘 측면에 도입될 수 있다. 바람직한 경우, 2개 이상의 열 교환기가 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬의 조합으로 사용되어 단계에서 순환 유체의 온도를 낮추거나 증가시킬 수 있다.
바람직하게는, 라인 (515)을 통과한 순환 기체는 유체 분배기 플레이트 ("플레이트") (519)를 통해서 반응기 (103) 및 유동층 (512)으로 되돌아간다. 플레이트 (519)는 중합체 입자가 침강되어 고체 덩어리로 덩어리화되는 것을 방지할 수 있다. 플레이트 (519)는 또한 반응기 (103)의 바닥에서 액체가 축적되는 것을 방지하거나 감소시킬 수 있다. 플레이트 (519)는 또한 순환 스트림 (515) 중에 액체를 함유하는 공정과 액체를 함유하지 않는 공정 (이의 역도 가능) 간의 전개를 용이하게 할 수 있다. 도시되지 않았지만, 라인 (515)을 통과한 순환 기체는 반응기 (103)의 단부의 중간에 배치되거나 놓인 디플렉터(deflector) 및 분배기 플레이트 (519)를 통해서 반응기 (103)에 도입될 수 있다. 이러한 목적에 적합한 예시적인 디플렉터 및 분배기 플레이트는 미국 특허 번호 4,877,587; 4,933,149; 및 6,627,713에 기재되어 있다.
라인 (102)을 통과한 촉매 공급물은 라인 (102)과 유체 소통하는 하나 이상의 주입 노즐 (도시되지 않음)을 통해서 반응기 (103) 내의 유동층 (512)에 도입될 수 있다. 촉매 공급물은 바람직하게는 1종 이상의 액체 담체 중의 미리 형성된 입자 (즉, 촉매 슬러리)로서 도입된다. 적합한 액체 담체는 광유 및/또는 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 이들의 이성질체, 또는 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 액체 또는 기체성 탄화수소를 포함할 수 있다. 촉매 슬러리에 대해서 불활성인 기체, 예를 들어, 질소 또는 아르곤이 또한 반응기 (103)에 촉매 슬러리를 전달하기 위해서 사용될 수 있다. 한 예에서, 촉매는 건조 분말일 수 있다. 다른 예에서, 촉매는 액체 담체 중에 용해되어, 용액으로서 반응기 (103)에 도입될 수 있다. 라인 (102)을 통과한 촉매는 반응기 (103) 내에서 단량체(들)의 중합을 유지하기에 충분한 속도에서 반응기 (103)에 도입될 수 있다. 라인 (104)을 통과한 중합체 생성물은 유동 제어 장치 (109), (110) 및 (111)를 작동시킴으로써 반응기 (103)로부터 방출될 수 있다. 라인 (104)을 통과한 중합체 생성물은 직렬, 병렬, 또는 직렬 및 병렬의 조합인 복수의 퍼지 빈 또는 분리 유닛으로 도입되어 기체 및/또는 액체가 생성물로부터 추가로 분리될 수 있다. 유동 제어 장치 (109), (110), (111)의 특정 시간 순서는 본 기술 분야에 널리 공지된 종래의 프로그램가능한 제어기를 사용함으로써 성취될 수 있다. 다른 적합한 생성물 방출 시스템은 미국 특허 번호 6,548,610; 미국 특허 출원 공개 번호 2010/014305; 및 PCT 공개 WO2008/045173 및 WO2008/045172에 기재되어 있다.
반응기 (103)에는 하나 이상의 배기 라인 (518)이 장치되어 있어서, 시작, 작동 및/또는 중지 중에 층을 배기시킬 수 있다. 반응기 (103)는 교반 및/또는 벽 스크레이핑(wall scraping)의 사용으로부터 자유로울 수 있다. 순환 라인 (515) 및 이것 내의 부재 (압축기 (570), 열 교환기 (575))는 순환 유체 또는 비말동반된 입자의 흐름을 방해하지 않도록 매끄럽게 표면 처리되거나 불필요한 방해물이 없을 수 있다.
중합을 위한 조건은 단량체, 촉매, 촉매 시스템, 및 장비 사용가능성에 따라서 다르다. 구체적인 조건이 공지되어 있으며, 본 기술 분야의 숙련인에 의해서 쉽게 추론될 수 있다. 예를 들어, 온도는 약 -10℃ 내지 약 140℃, 자주 약 15℃ 내지 약 120℃, 보다 자주는 약 70℃ 내지 약 110℃ 범위일 수 있다. 압력은 예를 들어 약 10 kPag 내지 약 10,000 kPag, 예컨대 약 500 kPag 내지 약 5,000 kPag, 또는 약 1,000 kPag 내지 약 2,200 kPag 범위일 수 있다. 중합의 추가 상세사항은 미국 특허 번호 6,627,713에서 발견될 수 있다.
일부 실시양태에서, 1종 이상의 지속성(continuity) 첨가제 또는 정적 제어제가 또한 반응기 (103)에 도입되어 덩어리화를 방지할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "지속성 첨가제"는 반응기 (103)에 도입될 때 유동층 내에서 (음의, 양의, 또는 하전되지 않은) 정전하에 영향을 주거나 또는 정전하가 될 수 있는 화합물 또는 조성물을 지칭한다. 지속성 첨가제(들)를 도입하는 것은 양 전압(positive voltage)을 상쇄시키기 위해서 음전하 발생 화학물질을 첨가하거나, 또는 음 전위(negative voltage potential)를 중성화시키기 위해서 양전하 발생 화학물질을 첨가하는 것을 포함한다. 정전하 발생을 방지하거나 또는 중성화시키기 위해서 정전기 방지 물질을 또한 연속적으로 또는 간헐적으로 첨가할 수 있다. 사용되는 경우, 지속성 첨가제는 라인 (101)을 통해서 반응기 공급물과 함께, 라인 (102)을 통해서 촉매 공급물과 함께, 독립된 입구 (도시되지 않음)에, 또는 이들의 임의의 조합을 통해서 도입될 수 있다. 특정 지속성 첨가제 또는 지속성 첨가제의 조합은 적어도 부분적으로, 정전하의 본성에 좌우될 수 있으며, 특정 중합체가 중합 반응기 내에서 생성되며, 특정 분무 건조된 촉매 시스템 또는 촉매 시스템의 조합이 사용되거나, 또는 이들의 조합이 행해진다. 적합한 지속성 첨가제는 유럽 특허 번호 0229368; 미국 특허 번호 5,283,278; 4,803,251; 4,555,370; 4,994,534; 및 5,200,477; 및 WO 공개 번호 WO2009/023111; 및 WO01/44322에 공개되어 있다.
본 명세서에 기재된 냉각/"오토-냉각" 시스템 (160)의 사용은 폴리올레핀 퍼지 기체 시스템과 관련된 몇가지 일반적인 문제를 해결할 수 있는데, 이는 이것이 수지 퍼징을 위한 높은 질소 요건을 허용하고, 공정 배기물 중에서 에틸렌 손실을 감소시키거나 또는 제거하고, 배기 회수 시스템에서의 파울링(fouling) 및 일반적으로 파울링을 유발하는 반응성 기체를 감소시키거나 제거하기 때문이다. 본 명세서에 기재된 회수 시스템 (160)은 또한 다양한 범위의 배기 조성물을 처리할 수 있다.
본 명세서에 기재된 방법은 압축 트레인 내에서의 더 빠른 응축이 가능하다. 이것은 응축된 액체 중의 흡수로 인해서 기체 중에서 활성화제, 예컨대 트리에틸 알루미늄 알킬 (TEAL)의 농도를 감소시킨다. 활성화제/공-촉매의 존재는 시간이 지남에 따라서 배기 회수 압축기 내에서 파울링을 유발한다고 여겨지기 때문에, 압축 트레인 내에서 농도를 감소시키는 것이 이롭다.
본 명세서에 기재된 시스템은, 압축비가 압축기의 제1 단계에서 제3 단계로 단계적으로 증가되는 예외적인 압축비를 사용할 수 있다. 높은 압축비는 더 높은 압축기 방출 온도를 유발할 수 있고, 더 높은 압력은 더 높은 단량체 분압을 유발할 수 있다. 더 높은 단량체 분압 및 더 높은 온도는 보다 반응성인 조건을 생성할 수 있다. 더 높은 압력을 갖는 단계 (즉, 제1 단계)에 대해서 더 낮은 압축비를 사용함으로써, 본 명세서에 기재된 시스템은 파울링 가능성을 감소시킨다.
실시예
상기 논의를 보다 양호하게 이해할 수 있도록 하기 위해서, 하기 비제한적인 실시예를 제공한다. 실시예는 구체적인 실시양태에 관한 것이지만, 이들은 본 발명을 임의의 특정 측면으로 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 모든 부, 비율 및 백분율은 달리 언급되지 않는 한 중량 기준이다.
3가지의 모의실험된 실시예 (실시예 1 내지 3)를 제조하였다. 모의실험된 결과를 생성하기 위해서 사용된 특정 중합 조건을 표 1에 나타낸다. 하나 이상의 실시양태에 따라서, 중합체 생성물을 제조하고, 이것으로부터 휘발성 물질을 회수하기 위한 중합 시스템을 도 1을 참고하여 상기에 논의되고 설명된 중합 시스템 (100)을 사용하여 모의실험하였다. 아스펜 테크놀로지, 인크.(Aspen Technology, Inc.)로부터의 컴퓨터 모의실험 프로그램 아스펜 플러스(ASPEN PLUS)®를 사용하여 3가지의 실시예 (실시예 1 내지 3) 모두에 대해서 데이터를 생성하였다. 모의실험은 장비 시작과 같은 과도(transient) 조건이라기 보다는 정상 상태 모델링으로 추정한다. 압축기 용적을 또한 계산하여, 각각의 모의실험을 위해서 최소 정상-상태 요건에 매칭되도록 하고, 따라서, 압축된 퍼지 기체 생성물의 압축기(들)의 입구로의 재순환은 포함되지 않는다. 열 교환기 (118), (130), (137), 및 (145)는 각각 퍼지 기체 생성물 스트림을 35℃으로 냉각시킨다고 추정된다.
[표 1]
Figure pct00001
첫번째 모의실험된 실시예 (실시예 1)는 용융 지수 (I2)가 1.0이고, 밀도가 0.918 g/cm3인 선형 저밀도 에틸렌/부텐 공중합체로부터 회수된 퍼지 기체 생성물의 분리를 평가한다. 두번째 모의실험된 실시예 (실시예 2)는 용융 지수 (I2)가 1.0이고 밀도가 0.918 g/cm3인 선형 저밀도 에틸렌/헥센 공중합체로부터 회수된 퍼지 기체 생성물의 분리를 평가한다. 세번째 모의실험된 실시예 (실시예 3)는 용융 지수 (I2)가 약 8.2이고, 밀도가 약 0.963 g/cm3인 고밀도 선형 폴리에틸렌 단독중합체의 중합을 평가한다. 하기 표에 나타낸 바와 같이, 퍼지 빈 (115)으로부터 회수된 라인 (116)을 통과하는 퍼지 기체 생성물의 유량은 실시예 1의 경우에는 약 5,558 kg/hr이고 실시예 3의 경우에는 약 2,664 kg/hr으로 감소된다. 실시예 1 내지 3에 대한 3가지 모의실험의 결과를 각각 표 2A 내지 C, 3A 내지 C, 및 4A 내지 C에 나타낸다. 스트림 번호는 도 1을 참고로 상기에 논의되고 설명된 것에 상응한다.
[표 2A]
Figure pct00002
[표 2B]
Figure pct00003
[표 2C]
Figure pct00004
에틸렌/부텐 공중합체의 중합이 생성된 표 2A 내지 C에 나타낸 모의실험된 데이터는, 라인 (122)을 통해서 압축 시스템 (125)에 도입된 퍼지 기체는 약 30 중량％의 질소, 11 중량％의 에틸렌 (단량체), 약 5 중량％의 에탄, 약 20 중량％의 부텐 (공단량체), 약 3 중량％의 C4 불활성 물질, 및 약 26 중량％의 이소-펜탄 (ICA)을 함유하고, 정상 유량이 약 4,636 kg/h임을 나타내며, 이것은 다단계 냉각기 (161)로부터 회수되고, 라인 (186)을 통해서 라인 (116) 내의 퍼지 기체로 재순환된 제3 생성물을 포함한다.
라인 (143)을 통과하는 압축된 퍼지 기체 생성물이 제3 압축기 (142)를 빠져나갈 때, 퍼지 기체의 분리 동안 퍼지 기체 생성물이 도달하는 최대 온도는 124.1℃이다. 제1 압축기 (128)가 퍼지 기체 생성물을 압축하는 압력비는 제2 및 제3 압축기 (135), (142)보다 크다. 보다 구체적으로는, 라인 (129)을 통해서 제1 압축기 (128)로부터 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물은 1:3.61의 압력비에서 압축되고, 라인 (136)을 통해서 제2 압축기로부터 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물은 1:3.23의 압력에서 압축되고, 라인 (143)을 통해서 제3 압축기 (142)로부터 회수된 압축된 퍼지 기체 생성물은 1:3.36의 압력비에서 압축된다. 추가로, 열 교환기 (118), (130), 및 (137)는 각각 라인 (116), (129), 및 (136)을 통해서 이것에 도입된 압축된 퍼지 기체 생성물 및 퍼지 기체 생성물을 34.5℃, 19.4℃, 및 35℃의 온도로 냉각하고, 압축에 의해서 유발된 온도 증가를 추가로 감소시킨다.
라인 (149)을 통해서 압축 시스템 (125)으로부터 회수된 압축된 퍼지 기체는 약 42.07 kg/cm2a (약 4,130 kPa)의 압력 및 약 35℃의 온도에서 존재한다. 라인 (162)을 통해서 다단계 열 교환기 (161)로부터 회수된 냉각된 퍼지 기체는 기체/액체 분리기 (163) 내에서 분리되어 약 -69℃의 온도에서 라인 (164)을 통과하는 기체 생성물 및 라인 (165)을 통과하는 응축된 생성물을 생성한다. 라인 (164)을 통과한 기체 생성물 및 라인 (165)을 통과한 응축된 생성물의 팽창 및/또는 추가 분리는 3종의 냉각된 생성물, 즉, 각각 -71℃, -69℃, 및 -94.6℃의 온도에서 라인 (173)을 통과하는 제1 생성물, 라인 (177)을 통과하는 제2 생성물, 및 라인 (184)을 통과하는 제3 생성물을 산출한다.
또한, 표 2A 내지 C에 나타내어진 바와 같이, 압축 및 오토-냉각 시스템 (125), (160)은 배기되거나 타버리거나 연료로서 연소되거나 또는 달리 중합 시스템으로부터 제거되는 대신에, 분리된 성분이 적절한 위치에서 중합 시스템 (100) 내에서 재순환될 수 있도록 퍼지 기체 생성물의 다양한 성분, 즉, 질소 (퍼지 기체), 에틸렌 (단량체), 및 이소펜텐/부텐 (ICA/공단량체)의 충분한 분리를 제공한다. 예를 들어, 라인 (174)을 통과한 제1 생성물은 경질 성분이 충분히 많고 (질소의 경우 88 중량% 포함), 중질 성분이 충분히 적어서 (예를 들어, 부텐 0.005 중량％ 미만 및 이소-펜탄 0.005 중량％ 미만), 제1 생성물은 중합체 생성물을 퍼징하기 위해서 라인 (112)을 통과하는 퍼지 기체 생성물로 사용될 수 있다. 다른 예에서, 라인 (178)을 통과한 제2 생성물은 저급 탄화수소가 충분히 많아서 (에틸렌 약 28.8 중량％, 에탄 약 15.1 중량％, 부텐 28.4 중량％), 라인 (178)을 통과한 제2 생성물은 중합 반응기 (103)로 다시 재순환될 수 있기 때문에, 단량체 (에틸렌) 및 공단량체 (부텐)를 이것으로 재순환시킬 수 있다. 또한, 라인 (178)을 통과하는 제2 생성물은 약 2,760 kPa의 압력에서 존재하기 때문에, 라인 (178)을 통과하는 제2 생성물은 추가적인 압축 없이 약 2,377 kPa의 압력에서 작동되는 중합 반응기 (103)로 직접 재순환될 수 있다. 다른 예에서, 라인 (185) 내의 제3 생성물은 약 31.1 중량％의 에틸렌, 약 15.9 중량％의 에탄, 및 약 26.3 중량％의 부텐을 함유한다. 이와 같이, 라인 (185) 내의 제3 생성물의 적어도 일부는 라인 (186)을 통해서 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있고, 이것은 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물 중에서 더 저급 성분, 예를 들어 에틸렌 및 에탄의 농도를 증가시켜서 오토-냉각 시스템 (160) 내의 냉매의 바람직한 수준을 유지시킬 수 있다.
[표 3A]
Figure pct00005
[표 3B]
Figure pct00006
[표 3C]
Figure pct00007
에틸렌/헥센 공중합체의 중합이 생성된 표 3A 내지 C에 나타낸 모의실험된 데이터는, 라인 (122)을 통해서 압축 시스템 (125)에 도입된 퍼지 기체 생성물은 약 38.4 중량％의 질소, 10.6 중량％의 에틸렌 (단량체), 약 5.7 중량％의 에탄, 약 18.5 중량％의 헥센 (공단량체), 및 약 24.7 중량％의 C6 불활성 물질을 함유하고, 정상 유량이 약 5,929 kg/h인 것을 나타내며, 이것은 다단계 냉각기 (161)로부터 회수되고, 라인 (186)을 통해서 라인 (116) 내의 퍼지 기체로 재순환된 제3 생성물을 포함한다.
라인 (143)을 통과하는 압축된 퍼지 기체가 제3 압축기 (142)를 빠져나갈 때, 퍼지 기체의 분리 동안 퍼지 기체 생성물이 도달하는 최대 온도는 151.6℃이다. 제1 압축기 (128)가 퍼지 기체 생성물을 압축하는 압력비는 제2 및 제3 압축기 (135), (142)보다 크다. 보다 구체적으로는, 모의실험된 실시예 조건은 압축기 (128), (135), (142)에 대해서 실시예 1에서와 동일한 압력비인 각각 1:3.61, 1:3.23, 및 1:3.36을 사용하였다. 추가로, 열 교환기 (118), (130), 및 (137)는 라인 (116), (129), 및 (136)을 통해서 이것에 도입된 압축된 퍼지 기체 생성물 및 퍼지 기체 생성물을 각각 34.6℃, 34.8℃, 및 35.0℃의 온도로 냉각하고, 압축에 의해서 유발된 온도 증가를 추가로 감소시킨다.
라인 (149)을 통해서 압축 시스템 (125)으로부터 회수된 압축된 퍼지 기체는 약 42.07 kg/cm2a (약 4,130 kPa)의 압력 및 약 35℃의 온도에서 존재한다. 라인 (162)을 통해서 다단계 열 교환기 (161)로부터 회수된 냉각된 퍼지 기체는 기체/액체 분리기 (163) 내에서 분리되어 약 -77.2℃의 온도에서 라인 (164)을 통과하는 기체 생성물 및 라인 (165)을 통과하는 응축된 생성물을 생성한다. 라인 (164)을 통과한 기체 생성물 및 라인 (165)을 통과한 응축된 생성물의 팽창 및/또는 추가 분리는 3종의 냉각된 생성물, 즉, 각각 -116℃, -77.2℃, 및 -102.0℃의 온도에서 라인 (173)을 통과하는 제1 생성물, 라인 (177)을 통과하는 제2 생성물, 및 라인 (184)을 통과하는 제3 생성물을 산출한다.
또한, 표 3A 내지 C에 나타내어진 바와 같이, 압축 및 오토-냉각 시스템 (125), (160)은, 배기되거나 타버리거나 연료로서 연소되거나 또는 달리 중합 시스템으로부터 제거되는 대신에, 분리된 성분이 적절한 위치에서 중합 시스템 (100) 내에서 재순환될 수 있도록 퍼지 기체 생성물의 다양한 성분, 즉, 질소 (퍼지 기체), 에틸렌 (단량체), 및 이소펜텐/부텐 (ICA/공단량체)의 충분한 분리를 제공한다. 예를 들어, 라인 (174)을 통과한 제1 생성물은 경질 성분이 충분히 많고 (질소의 경우 90.5 중량％ 포함), 중질 성분이 충분히 적어서 (예를 들어, 부텐 0.005 중량％ 미만 및 이소-펜탄 0.005 중량％ 미만), 제1 생성물은 중합체 생성물을 퍼징하기 위해서 라인 (112)을 통과하는 퍼지 기체 생성물로 사용될 수 있다. 다른 예에서, 라인 (178)을 통과한 제2 생성물은 저급 탄화수소가 충분히 많아서 (에틸렌 약 40.7 중량％, 및 에탄 약 33.9 중량％), 라인 (178)을 통과한 제2 생성물은 중합 반응기 (103)로 다시 재순환될 수 있기 때문에, 단량체 (에틸렌) 및 공단량체 (부텐)를 이것으로 재순환시킬 수 있다. 또한, 라인 (178)을 통과하는 제2 생성물은 약 2,760 kPa의 압력에서 존재하기 때문에, 라인 (178)을 통과하는 제2 생성물은 추가적인 압축 없이 약 1,894 kPa의 압력에서 작동되는 중합 반응기 (103)로 직접 재순환될 수 있다. 다른 예에서, 라인 (185) 내의 제3 생성물은 약 42.8 중량％의 에틸렌, 약 34.1 중량％의 에탄을 함유한다. 이와 같이, 라인 (185) 내의 제3 생성물의 적어도 일부는 라인 (186)을 통해서 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있고, 이것은 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물 중에서 더 저급 성분, 예를 들어 에틸렌 및 에탄의 농도를 증가시켜서 오토-냉각 시스템 (160) 내의 냉매의 바람직한 수준을 유지시킬 수 있다.
[표 4A]
Figure pct00008
[표 4B]
Figure pct00009
[표 4C]
Figure pct00010
에틸렌 단독중합체의 중합이 생성된 표 4A 내지 C에 나타낸 모의실험된 데이터는, 라인 (122)을 통해서 압축 시스템 (125)에 도입된 퍼지 기체는 약 30.5 중량％의 질소, 26.8 중량％의 에틸렌 (단량체), 약 8 중량％의 에탄, 및 약 31.3 중량％의 이소-펜탄을 함유하고, 정상 유량이 약 3,092 kg/h인 것을 나타내며, 이것은 다단계 냉각기 (161)로부터 회수되고, 라인 (186)을 통해서 라인 (116) 내의 퍼지 기체로 재순환된 제3 생성물을 포함한다.
라인 (143)을 통과하는 압축된 퍼지 기체 생성물이 제3 압축기 (142)를 빠져나갈 때, 퍼지 기체의 분리 동안 퍼지 기체 생성물이 도달하는 최대 온도는 128.8℃이다. 제1 압축기 (128)가 퍼지 기체 생성물을 압축하는 압력비는 제2 및 제3 압축기 (135), (142)보다 크다. 보다 구체적으로는, 모의실험된 실시예 조건은 압축기 (128), (135), (142)에 대해서 실시예 1에서와 동일한 압력비인 각각 1:3.61, 1:3.23, 및 1:3.36을 사용하였다. 추가로, 열 교환기 (118), (130), 및 (137)는 라인 (116), (129), 및 (136)을 통해서 이것에 도입된 압축된 퍼지 기체 생성물 및 퍼지 기체 생성물을 각각 34.3℃, 15.6℃, 및 35.0℃의 온도로 냉각하고, 압축에 의해서 유발된 온도 증가를 추가로 감소시킨다.
라인 (149)을 통해서 압축 시스템 (125)으로부터 회수된 압축된 퍼지 기체는 약 42.07 kg/cm2a (약 4,130 kPa)의 압력 및 약 35℃의 온도에서 존재한다. 라인 (162)을 통해서 다단계 열 교환기 (161)로부터 회수된 냉각된 퍼지 기체는 기체/액체 분리기 (163) 내에서 분리되어 약 -79.2℃의 온도에서 라인 (164)을 통과하는 기체 생성물 및 라인 (165)을 통과하는 응축된 생성물을 생성한다. 라인 (164)을 통과한 기체 생성물 및 라인 (165)을 통과한 응축된 생성물의 팽창 및/또는 추가 분리는 3종의 냉각된 생성물, 즉, 각각 -108.7℃, -79.2℃, 및 -102.6℃의 온도에서 라인 (173)을 통과하는 제1 생성물, 라인 (177)을 통과하는 제2 생성물, 및 라인 (184)을 통과하는 제3 생성물을 산출한다.
또한, 표 4A 내지 C에 나타내어진 바와 같이, 압축 및 오토-냉각 시스템 (125), (160)은, 배기되거나 타버리거나 연료로서 연소되거나 또는 달리 중합 시스템으로부터 제거되는 대신에, 분리된 성분이 적절한 위치에서 중합 시스템 (100) 내에서 재순환될 수 있도록 퍼지 기체 생성물의 다양한 성분, 즉, 질소 (퍼지 기체), 에틸렌 (단량체), 및 이소펜텐/부텐 (ICA/공단량체)의 충분한 분리를 제공한다. 예를 들어, 라인 (174)을 통과한 제1 생성물은 경질 성분이 충분히 많고 (질소의 경우 약 83.1 중량％ 포함), 중질 성분이 충분히 적어서 (예를 들어, 부텐 0.005 중량％ 미만 및 이소-펜탄 0.005 중량％ 미만), 제1 생성물은 중합체 생성물을 퍼징하기 위해서 라인 (112)을 통과하는 퍼지 기체 생성물로 사용될 수 있다. 다른 예에서, 라인 (178)을 통과한 제2 생성물은 저급 탄화수소가 충분히 많아서 (에틸렌 약 51.4 중량％, 및 에탄 약 16.2 중량％), 라인 (178)을 통과한 제2 생성물은 중합 반응기 (103)로 다시 재순환될 수 있기 때문에, 단량체 (에틸렌) 및 공단량체 (부텐)를 이것으로 재순환시킬 수 있다. 또한, 라인 (178)을 통과하는 제2 생성물은 약 2,760 kPa의 압력에서 존재하기 때문에 라인 (178)을 통과하는 제2 생성물은 추가적인 압축 없이 약 2,515 kPa의 압력에서 작동되는 중합 반응기 (103)로 직접 재순환될 수 있다. 다른 예에서, 라인 (185) 내의 제3 생성물은 약 52.3 중량％의 에틸렌 및 약 16.3 중량％의 에탄을 함유한다. 이와 같이, 라인 (185) 내의 제3 생성물의 적어도 일부는 라인 (186)을 통해서 라인 (116) 내의 퍼지 기체 생성물로 재순환될 수 있고, 이것은 라인 (149) 내의 압축된 퍼지 기체 생성물 중에서 더 저급 성분, 예를 들어 에틸렌 및 에탄의 농도를 증가시켜서 오토-냉각 시스템 (160) 내의 냉매의 바람직한 수준을 유지시킬 수 있다.
모든 수치는 지시된 값의 "약" 또는 대략치"이며, 본 기술 분야의 숙련인이 예측할 수 있는 실험적인 오류 및 변동을 고려한다. 달리 언급되지 않는 한, 모든 압력 수치는 절대 압력을 나타낸다.
다양한 용어가 상기에 정의되어 있다. 특허청구범위에서 사용된 용어가 상기에 정의되지 않는 범위에서, 관련 분야의 숙련인이 적어도 하나의 공개물 또는 공고된 특허에서 반영된 바와 같은 용어에게 제공한 가장 넓은 정의가 제공되어야 한다. 추가로, 본 출원에 언급된 모든 특허, 시험 절차 및 다른 문헌은 개시 내용이 본 출원과 일치하는 범위로 그리고 이러한 포함이 허용되는 모든 권한을 위해서 참고로 완전히 포함된다.
상기 내용은 본 발명의 실시양태에 관한 것이지만, 이의 기본적인 범주를 벗어나지 않으면서 본 발명의 다른 실시양태 및 추가의 실시양태가 고안될 수 있으며, 이의 범주는 하기의 청구범위에 의해서 결정된다.

Claims (25)

1종 이상의 휘발성 탄화수소를 포함하는 폴리올레핀 생성물을 중합 반응기로부터 회수하는 단계;
폴리올레핀 생성물을 퍼지 기체와 접촉시켜서 휘발성 탄화수소의 적어도 일부를 제거하여 휘발성 탄화수소의 농도가 감소된 중합체 생성물 및 휘발성 탄화수소가 풍부한 퍼지 기체 생성물을 생성하며, 여기서, 휘발성 탄화수소는 수소, 메탄, 1종 이상의 C2-C12 탄화수소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하고, 퍼지 기체 생성물은 약 50 kPaa 내지 약 250 kPaa의 압력에서 존재하는 단계;
퍼지 기체 생성물을 약 2,500 kPaa 내지 약 10,000 kPaa의 압력으로 압축하는 단계;
압축된 퍼지 기체 생성물을 냉각하는 단계;
냉각된 퍼지 기체 생성물을 적어도 제1 생성물, 제2 생성물, 및 제3 생성물로 분리하는 단계; 및
제1 생성물의 적어도 하나의 적어도 일부를 퍼지 기체로서 재순환시키거나, 제2 생성물을 중합 반응기로 재순환시키거나, 또는 제3 생성물을 압축 이전에 휘발성 탄화수소가 풍부한 퍼지 기체 생성물로 재순환시키는 단계를 포함하는, 폴리올레핀 퍼지 기체 생성물로부터 탄화수소를 회수하는 방법.
제1항에 있어서, 퍼지 기체 생성물이 2 단계 이상에서 압축되는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 퍼지 기체 생성물이 2 단계에서 압축되고, 여기서, 제1 단계는 약 1:6 내지 약 1:10의 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축하고, 제2 단계는 약 1:3 내지 약 1:6의 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 퍼지 기체 생성물이 적어도 2 단계에서 압축되고, 여기서, 제1 단계는 후속 단계의 압력비와 동일하거나 또는 이보다 큰 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 퍼지 기체 생성물을 압축하는 단계가 2 이상의 압축 단계에서 퍼지 기체 생성물을 순차적으로(serially) 압축하는 것을 포함하고, 여기서, 각각의 압축 단계로부터 회수된 압축된 퍼지 기체는 냉각되고, 임의의 응축된 액체의 적어도 일부는 각각의 압축 단계 이후에 각각의 압축된 퍼지 기체로부터 분리되어 응축된 생성물 및 기체성의 압축된 생성물을 생성하는 방법.
제5항에 있어서, 1종 이상의 응축된 생성물의 적어도 일부를 중합 반응기로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 퍼지 기체 생성물이 적어도 3 단계에서 압축되고, 여기서, 제1 단계는 제2 단계 및 제3 단계와 동일하거나 이들보다 큰 압력비에서 퍼지 기체 생성물을 압축하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 압축된 퍼지 기체 생성물을 냉각하는 단계가 압축된 퍼지 기체 생성물을 냉각 시스템(refrigeration system)에 도입하는 것을 포함하며, 여기서, 압축된 퍼지 기체 생성물의 적어도 일부는 냉각 시스템에서 냉매로서 사용되는 방법.
제8항에 있어서, 압축된 퍼지 기체 생성물을 냉각하는 단계가 3종의 생성물을 팽창시키고, 열을 압축된 퍼지 기체 생성물로부터 3종의 생성물로 간접적으로 전달하는 것을 추가로 포함하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 압축된 퍼지 기체 생성물이 약 3,100 kPaa 내지 약 4,500 kPaa의 압력에서 존재하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 압축된 퍼지 기체 생성물이 약 -65℃ 미만의 온도로 냉각되는 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 퍼지 기체 생성물의 온도가 압축 동안 소정의 최대 온도 미만으로 유지되는 방법.
제12항에 있어서, 소정의 최대 온도가 약 200℃ 미만인 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 휘발성 탄화수소가 에틸렌, 및 부텐, 헥센, 또는 옥텐 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 퍼지 기체가 질소를 포함하고, 제1 생성물이 약 70 중량％ 이상의 질소를 포함하는 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 생성물이 약 500 ppmv 미만의 C4 탄화수소, 약 250 ppmv 미만의 C5 탄화수소, 약 100 ppmv 미만의 C6 탄화수소, 및 약 100 ppmv 미만의 C7 이상의 탄화수소를 포함하는 방법.
1종 이상의 휘발성 탄화수소를 포함하는 폴리올레핀 생성물을 중합 반응기로부터 수용하도록 구성된 퍼지 빈(purge bin) - 여기서, 폴리올레핀 생성물은 퍼지 빈 내에서 퍼지 기체와 접촉되어 휘발성 탄화수소의 적어도 일부가 제거되어 휘발성 탄화수소의 농도가 감소된 폴리올레핀 생성물 및 휘발성 탄화수소가 풍부한 퍼지 기체 생성물을 생성하고, 휘발성 탄화수소는 수소, 메탄, 1종 이상의 C2-C12 탄화수소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하고, 퍼지 기체 생성물은 약 50 kPaa 내지 약 250 kPaa의 압력에서 존재함 -;
퍼지 기체 생성물을 약 2,500 kPaa 내지 약 10,000 kPaa의 압력으로 압축하도록 구성된 압축 시스템;
압축된 퍼지 기체 생성물을 냉각하고, 제1 생성물, 제2 생성물, 및 제3 생성물로 분리하도록 구성된 냉각 시스템; 및
제1 생성물의 적어도 하나의 적어도 일부를 퍼지 기체로서 재순환시키고, 제2 생성물을 중합 반응기로 재순환시키고, 제3 생성물을 압축 이전에 휘발성 탄화수소가 풍부한 퍼지 기체 생성물로 재순환시키도록 구성된 적어도 하나의 재순환 라인을 포함하는, 폴리올레핀 퍼지 기체 생성물로부터 탄화수소를 회수하기 위한 시스템.
제17항에 있어서, 압축된 퍼지 기체 생성물의 적어도 일부를 압축 이전에 퍼지 기체 생성물로 재순환시키도록 구성된 재순환 라인을 추가로 포함하는 시스템.
제17항 또는 제18항에 있어서, 압축 시스템이 적어도 2개의 압축기를 포함하는 시스템.
제19항에 있어서, 압축 시스템이 압축 후 압축된 퍼지 기체의 일부를 압축기의 업스트림 압축기 중 적어도 하나에서 재순환시키도록 구성된 적어도 하나의 재순환 라인을 추가로 포함하는 시스템.
제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 시스템이 2개 이상의 압축기를 포함하고, 여기서, 제1 압축기는 퍼지 기체 생성물을 후속 압축기와 동일하거나 이보다 높은 압력비에서 압축하는 시스템.
제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 시스템이 2개 이상의 압축기, 각각의 압축기로부터 회수된 압축된 퍼지 기체를 냉각하도록 구성된 하나 이상의 열 교환기, 및 각각의 압축기 이후에 임의의 응축된 유체의 적어도 일부를 압축된 퍼지 기체 생성물로부터 분리하도록 구성된 하나 이상의 분리기를 포함하는 시스템.
제17항에 있어서, 압축 시스템이 적어도 3개의 압축기를 포함하는 시스템.
제17항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 시스템이 압축된 퍼지 기체로부터 냉각 시스템 내에서 생성된 3종 이상의 생성물로 간접적으로 열을 교환함으로써 압축된 퍼지 기체를 냉각하도록 구성된 하나 이상의 열 교환기를 포함하고, 여기서, 3종 이상의 생성물 각각은 냉각 후 압축된 퍼지 기체의 일부를 포함하는 시스템.
제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 시스템이 압축된 퍼지 기체 생성물을 냉각 시스템에서의 냉매의 공급원으로서 사용하도록 구성된 시스템.
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