KR20220041310A - 에틸렌-아크릴산 공중합체 제조 공정의 용매 세척방법 - Google Patents

에틸렌-아크릴산 공중합체 제조 공정의 용매 세척방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에틸렌계 공중합체의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 설비의 부식 및 플러깅(plugging)을 방지하여 공정 효율을 높일 수 있는 에틸렌계 공중합체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 에틸렌계 공중합체 제조방법은 1차 압축기를 통해 1차 압축된 에틸렌, 카르복실산을 함유하는 공단량체 및 극성 용매를 포함하는 혼합물을 고압 압축기로 압축하여 반응기에 공급하는 공급부, 상기 반응기에서 배출되는 배출물로부터 분리된 미반응 잔류물을 필터링하여 상기 고압 압축기 전단으로 공급하는 순환부 및 상기 공급부와 상기 순환부를 연결하며, 상기 고압 압축기에 의해 압축된 압축물을 상기 순환부로 이송시키는 바이패스부 포함하며, 상기 고압 압축기에 의해 압축된 상기 압축물이 상기 공급부을 통해 상기 반응기로 공급되는 제조모드; 및 상기 고압 압축기에 의해 압축된 상기 압축물이 상기 바이패스부를 통해 상기 순환부로 공급되는 세척모드;를 포함하고, 상기 제조모드 및 상기 세척모드는 선택적으로 이루어질 수 있다.

Description

에틸렌-아크릴산 공중합체 제조 공정의 용매 세척방법 {Washing methods for Ethylene-Acrylic acid copolymer manufacturing process using solvent}
본 발명은 에틸렌계 공중합체의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 설비의 플러깅(plugging) 및 부식을 제거 및 방지하여 공정 효율을 높일 수 있는 에틸렌계 공중합체의 제조방법에 관한 것이다.
에틸렌계 공중합체는 일반적으로 초고압 하의 오토클레이브 반응기 또는 튜브형 반응기 내에서, 에틸렌, 하나 이상의 임의의 공단량체 및 일반적으로 유기 용매 중에 희석된 하나 이상의 유기 과산화물 개시제의 연속 도입에 의해 제조되는 것이다.
종래에는 대한민국 공개특허 제10-2009-0019811호 에틸렌 공중합체의 제조방법, 대한민국 공개특허 제10-2020-0023648호 에틸렌 공중합체를 제조하기 위한 고압 중합 방법에 개시된 바와 같이, 에틸렌계 공중합체 제조시 카르복실산 공단량체을 사용한다.
그러나 종래 에틸렌계 공중합체 제조방법은 카르복실산과 같은 산기를 가지는 공단량체를 사용함에 따라 여러 가지 문제가 발생한다. 먼저, 카르복실산 공단량체의 산성이 부식 문제를 초래함에 따라 공정 설비유지 비용이 소모된다는 문제점이 있다. 또한, 카르복실산의 높은 반응성 및 자가중합성으로 공정라인에 플러깅(plugging)이 발생함에 따라, 잦은 공정의 중단 및 보수를 진행해야함에 따라 공정효율이 떨어진다는 문제점이 있다.
(특허 문헌1) : 대한민국 공개특허 제10-2009-0019811호 (특허 문헌2) : 대한민국 공개특허 제10-2020-0023648호
본 발명의 목적은 에틸렌계 공중합체 제조 설비의 부식과 플러깅(plugging)을 방지 및 제거하여 공정 효율을 높일 수 있는 에틸렌계 공중합체 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 에틸렌계 공중합체 제조방법은 1차 압축기를 통해 1차 압축된 에틸렌, 카르복실산을 함유하는 공단량체 및 극성 용매를 포함하는 혼합물을 고압 압축기로 압축하여 반응기에 공급하는 공급부, 상기 반응기에서 배출되는 배출물로부터 분리된 미반응 잔류물을 필터링하여 상기 고압 압축기 전단으로 공급하는 순환부 및 상기 공급부와 상기 순환부를 연결하며, 상기 고압 압축기에 의해 압축된 압축물을 상기 순환부로 이송시키는 바이패스부 포함하며, 상기 고압 압축기에 의해 압축된 상기 압축물이 상기 공급부을 통해 상기 반응기로 공급되는 제조모드; 및 상기 고압 압축기에 의해 압축된 상기 압축물이 상기 바이패스부를 통해 상기 순환부로 공급되는 세척모드;를 포함하고, 상기 제조모드 및 상기 세척모드는 선택적으로 이루어진다.
본 발명의 일 양태에 따른 에틸렌계 공중합체 제조방법에 있어서, 상기 제조모드 시, 상기 에틸렌 100중량부에 대하여 상기 공단량체 1 내지 10 중량부, 상기 극성 용매 1 내지 10 중량부가 공급될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 에틸렌계 공중합체 제조방법에 있어서, 상기 세척모드 시 상기 에틸렌 100중량부에 대하여 상기 공단량체 1 내지 20 중량부, 상기 극성용매 1 내지 20 중량부가 공급될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 에틸렌계 공중합체 제조방법에 있어서, 상기 극성용매는 에탄올, 에틸아세테이트, 올레산 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 에틸렌계 공중합체 제조방법에 있어서, 상기 제조모드는 상기 고압압축기에 의해 압축된 상기 압축물이 상기 공급부를 통해 상기 반응기로 공급되는 단계, 상기 반응기에 의해 상기 압축물이 반응하고 배출된 배출물이 상기 순환부에 공급되는 단계, 및 상기 순환부에 공급된 배출물이 필터링되어 분리된 미반응 잔류물이 상기 고압 압축기 전단에 공급되는 단계를 포함하고,
상기 세척모드는 상기 고압압축기에 의해 압축된 상기 압축물이 상기 바이패스부를 통해 상기 순환부로 공급되는 단계, 및 상기 순환부에 설치된 불순물필터에 의해 공급된 압축물의 불순물이 제거되어 상기 고압 압축기 전단에 공급되는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 에틸렌계 공중합체 제조방법에 있어서, 상기 순환부에서 미반응 잔류물이 분리된 배출물을 2차 필터링하여 분리된 잔여 미반응 잔류물을 상기 1차 압축기에 공급하며, 잔여 미반응 잔류물이 제거된 최종산물을 배출하는 저압순환부;를 더 포함하며, 상기 제조모드는 상기 순환부에서 미반응 잔류물이 제거된 상기 배출물을 2차 필터링하여 분리된 잔여 미반응 잔류물을 상기 1차 압축기 전단에 공급하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 순환부에 설치된 필터부를 통해 외부로 불순물을 배출하는 배출모드를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에틸렌계 공중합체 제조장치는 제1공급부로부터 공급받은 에틸렌을 1차 압축하는 1차 압축기; 1차 압축된 상기 에틸렌, 제2공급부로부터 공급받은 카르복실산을 함유하는 공단량체 및 극성 용매를 포함하는 혼합물을 2차 압축하는 고압 압축기; 상기 고압 압축기로부터 압축된 압축물을 반응기에 공급하는 공급라인; 상기 반응기에서 배출되는 배출물을 1차 필터링하여 미반응 잔류물을 분리하는 고압분리기; 상기 고압분리기로부처 분리된 미반응 잔류물을 상기 고압 압축기 전단으로 공급하는 고압순환라인; 상기 고압압축기 후단과 상기 고압순환라인을 연결하는 바이패스라인; 및 제조모드 및 세척모드에 따라 상기 압축물을 상기 공급라인 또는 상기 바이패스라인에 선택적으로 이송시키는 제어부;를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따른 에틸렌계 공중합체 제조장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 제조모드 시, 상기 공급라인을 통해 상기 압축물을 반응기에 공급시키고, 상기 세척모드 시, 상기 바이패스라인을 통해 상기 압축물을 상기 고압순환라인에 이송시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 에틸렌계 공중합체 제조장치에 있어서, 상기 바이패스라인은 메인밸브에 의해 상기 공급라인에서 분기되어 구비되고, 상기 공급라인은 상기 고압압축기와 상기 메인밸브가 연결된 제1공급라인과, 상기 메인밸브와 상기 반응기가 연결된 제2공급라인이 구비되고, 상기 제어부는 상기 제조모드 시, 상기 제1,2공급라인이 개방되도록 상기 메인밸브를 개폐하여 상기 반응기로 압축물을 공급하고, 상기 세척모드 시, 상기 제1공급라인과 상기 바이패스라인이 개방되도록 상기 메인밸브를 개폐하여 상기 순환라인으로 압축물을 이송시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 에틸렌계 공중합체 제조장치에 있어서, 상기 고압순환라인 후단에 위치하며, 불순물을 필터링하여 제거할 수 있는 필터부가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 에틸렌계 공중합체 제조장치에 있어서, 상기 고압분리기에서 미반응 잔류물이 분리된 배출물을 2차 필터링하여 잔여 미반응 잔류물을 분리하여 형성된 최종산물을 배출하는 저압분리기; 상기 저압분리기에서 분리된 미반응 잔류물을 상기 1차압축기 전단으로 공급하는 저압순환라인;을 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 에틸렌계 공중합체 제조방법은 카르복실산 공단량체 및 극성용매를 포함하는 혼합물을 공급하는 제조모드 및 세척모드를 통해 카르복실산에 의한 부식을 방지할 수 있으며, 자가 중합에 의한 플러깅을 방지할 수 있다.
또한, 세척모드를 통해 에틸렌계 공중합체 제조 공정 내 생성된 플러깅을 세척하여 공정 설비의 수명을 증가시킬 수 있으며, 고압장치의 중단 및 재가동을 할 필요 없이 플러깅 제거가 가능하여 공정의 생산성 및 효율성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에틸렌계 공중합체 제조장치의 개략도.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미하고, 중량%는 달리 정의되지 않는 한 전체 조성물 중 어느 하나의 성분이 조성물 내에서 차지하는 중량%를 의미한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다.
본 명세서의 용어, '포함한다'는 '구비한다', '함유한다', '가진다' 또는 '특징으로 한다' 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.
본 명세서 용어, '배출물'은 에틸렌 공중합체 제조공정에 있어서, 반응기 내부에서 에틸렌 중합반응을 거친 후 배출된 것으로, 에틸렌 공중합체와 미반응 잔류물을 포함할 수 있다.
본 명세서 용어, '미반응 잔류물'은 에틸렌 공중합체 제조공정에 있어서, 에틸렌 공중합체를 제외한 나머지 물질로, 구체적으로 미반응 에틸렌, 카르복실산 및 극성용매, 기타 첨가제 및 개시제 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 에틸렌계 공중합체 제조방법은 1차 압축기를 통해 1차 압축된 에틸렌, 카르복실산을 함유하는 공단량체 및 극성 용매를 포함하는 혼합물을 고압 압축기로 압축하여 반응기에 공급하는 공급부, 반응기에서 배출되는 배출물로부터 분리된 미반응 잔류물을 필터링하여 고압 압축기 전단으로 공급하는 순환부 및 공급부와 상기 순환부를 연결하며, 고압 압축기에 의해 압축된 압축물을 순환부로 이송시키는 바이패스부 포함하며, 고압 압축기에 의해 압축된 압축물이 공급부을 통해 반응기로 공급되는 제조모드; 및 고압 압축기에 의해 압축된 압축물이 바이패스부를 통해 순환부로 공급되는 세척모드;를 포함하고, 제조모드 및 세척모드는 선택적으로 이루어진다.
종래, 에틸렌계 공중합체 제조방법은 카르복실산과 같은 산기를 포함하는 공단량체를 사용함에 따라 여러 가지 문제가 발생한다. 먼저, 카르복실산을 포함하는 공단량체의 산성이 부식 문제를 초래함에 따라 공정 설비유지 비용이 소모된다는 문제점이 있다. 또한, 카르복실산을 포함하는 공단량체의 높은 반응성 및 자가중합성으로 공정라인 및 장치에 플러깅(plugging)이 발생한다는 문제점이 있다. 이에, 세척을 위해 잦은 공정의 중단 및 보수를 진행해야 함에 따라 공정효율이 떨어졌다. 특히, 고압압축기(hyper cpmpressor)의 경우, 재가동을 위해 매우 많은 시간과 비용이 소모되었다.
본 발명에 따른 에틸렌계 공중합체 제조방법은 카르복실산을 포함하는 공단량체 및 극성용매를 포함하는 혼합물을 공급하는 제조모드 및 세척모드를 통해 에틸렌계 공중합체를 제조함과 동시에, 카르복실산을 포함하는 공단량체에 의한 부식과 카르복실산을 포함하는 공단량체의 자가중합을 방지할 수 있으며, 플러깅을 방지할 수 있다.
구체적으로 제조모드는 세척기능이 있는 극성용매와 공단량체가 혼합된 혼합물을 에틸렌과 반응시켜 에틸렌 공중합체를 제조하는 모드로, 에틸렌 공중합체의 제조공정 시 공단량체에 의한 부식 및 공단량체의 자가중합을 방지하여 제조장치 내에 플러깅이 생성되는 것을 억제할 수 있다.
그리고 세척모드는 제조장치 내에 플러깅이 생성되었을 시, 제조장치 내부를 세척하기 위한 모드로서, 혼합물과 에틸렌을 반응시키지 않고 제조장치 내부에 공급 및 순환시켜 제조 장치 내부를 세척하는 모드이다. 이와 같은 세척모드를 통해 플러깅을 세척하여 공정 설비의 수명을 증가시킬 수 있다.
상세하게, 제조모드는 고압압축기에 의해 압축된 압축물이 공급부를 통해 반응기로 공급되는 단계와, 반응기 내에서 압축물이 반응하고 배출된 배출물이 순환부에 공급되는 단계와, 순환부에 공급된 배출물이 필터링 되어 분리된 미반응 잔류물이 고압압축기 전단에 공급되는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같은 본 발명은 제조모드 시, 에틸렌, 공단량체 및 극성용매가 고압압축기에 공급되어 고압압축기의 플러깅 생성을 방지하고, 고압압축기에서 압축된 압축물(에틸렌, 공단량체 및 극성용매)이 반응기를 통하여 순환부로 공급되며, 미반응한 에틸렌 및 극성용매가 고압압축기 전단에 다시 공급됨에 따라, 제조공정 전반에 걸쳐, 카르복실산에 의한 부식방지 및 플러깅 생성 억제 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 순환부에서 미반응 잔류물이 분리된 배출물을 2차 필터링하여 분리된 잔여 미반응 잔류물을 1차 압축기에 공급하며, 잔여 미반응 잔류물이 제거된 최종산물(에틸렌계 공중합체)를 배출하는 저압순환부를 포함하며, 이때, 제조모드는 순환부에서 미반응 잔류물이 제거된 배출물을 2차 필터링 하여 분리된 잔여 미반응 잔류물을 1차 압축기 전단에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 제조모드는 에틸렌을 공급하는 1차압축기 전단까지 극성용매를 전달할 수 있음에 따라, 제조장치 전체에 걸쳐 극성용매가 이송되며, 플러깅생성 억제 및 제조 장치 내부에 잔류하는 각종 이물질을 제거할 수 있다.
그리고 세척모드는 고압압축기에 의해 압축된 압축물이 바이패스부를 통해 순환부로 공급되는 단계와, 순환부에 설치된 불순물필터에 의해 공급된 압축물의 불순물이 제거되어 고압압축기 전단에 공급되는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같은 세척모드는 반응기를 거치지 않고 압축물이 바이패스부를 통해 순환부로 이송되어 고압분리기로 공급된다. 이에, 고압장치(고압분리기)의 중단 및 재가동 필요 없이 플러깅 제거가 가능하여 공정의 생산성 및 효율성을 높일 수 있다. 또한, 공정 가동 정지 상황 발생 기회를 활용하여 시행할 수 있어 공정 내 이물질이 축적되는 것을 제거함으로써 이로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있다.
이와 같은 세척모드는 압축물이 바이패스부를 통해 순환부로 공급되는 단계와, 압축물의 불순물이 제거되어 고압압축기 전단에 재 공급되는 단계를 단위 공정으로, 필요 시, 2회 이상 반복하여 수행될 수 있다. 반복 수행 시, 제거된 불순물의 양 만큼 에틸렌 및 혼합물이 공급되어 일정량의 압축물이 공정 내에 순환하도록 할 수 있다.
상세하게, 카르복실산은 아크릴산, 메타크릴산, 무수말레산 및 말레산에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 단량체일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 종래 에틸렌계 공중합체 제조시 사용된 공단량체는 모두 적용이 가능하다.
극성용매는, 저비점 극성용매 일 수 있으며, 구체적으로 메틸알콜(methyl alcohol), 에틸알콜(ethyl alcohol), 이소프로필알콜(isopropyl alcohol), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 아세톤(acetone), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 프로필 아세티에트(propyl acetate), 부틸 아세테이트(butyl acetate), 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol) 및 2-에톡시에탄올(2-ethoxyethanol) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다 카르복실산 공단량체에 의한 부식을 방지할 수 있으며, 우수한 플러깅 세척효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 제조모드는 에틸렌 100중량부에 대하여 공단량체 1 내지 10 중량부, 극성 용매 1 내지 10 중량부, 구체적으로 에틸렌 100중량부에 대하여 공단량체 3 내지 7중량부, 극성 용매 3 내지 7중량부가 공급될 수 있다. 상기 범위에서 에틸렌의 생산량을 저하시키지 않고 플러깅 생성 방지효과를 얻을 수 있으나, 이에 한정되진 않는다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 세척모드는 에틸렌 100중량부에 대하여 공단량체 1 내지 20 중량부, 극성용매 1 내지 20 중량부, 구체적으로 에틸렌 100중량부에 대하여 공단량체 3 내지 10중량부, 극성용매 3 내지 10중량부가 공급될 수 있다. 상기 범위에서 플러깅 세척율이 높을 수 있으나 이에 한정되진 않는다.
제조모드와 세척모드는 공급되는 에틸렌, 공단량체 및 극성용매의 양이 동일할 수 있다. 일 구체 예로, 제조모드 시 에틸렌 90w%, 공단량체 5w%, 극성용매 5w%가 공급되고, 세척모드 시에도 에틸렌 90w%, 공단량체 5w%, 극성용매 5w%가 공급될 수 있다.
이와 달리, 세척모드의 플러깅 세척율을 높이기 위해 극성용매의 양을 제조모드 시 보다 많은 양을 첨가할 수 있다. 일 구체 예로, 제조모드 시 에틸렌 90w%, 공단량체 5w%, 극성용매 5w%가 공급되고, 세척모드 시에도 에틸렌 85w%, 공단량체 5w%, 극성용매 10w%가 공급될 수 있다.
제조모드 및 세척모드는 제어부에 의해 선택적으로 수행될 수 있다. 일 구체예로, 제조모드에서 고압압축기의 플랜져(plunger)부분의 축 위치를 모니터링하여 플러깅에 의해 플랜져의 축 위치가 기준 설정값 보다 벗어 날 시, 세척모드를 진행할 수 있다. 또는, 플랜져 부분의 축 위치의 변화에 따라 플랜져 부분에서 발생하는 마찰에 의한 온도변화를 감지하여 세척모드를 진행할 수 있다.
세척모드에서 제조모드로 전환 시에도, 플랜져의 축 위치 및 온도변화를 감지하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 고압순환부에 설치되는 필터부를 통해 외부로 불순물을 배출하는 배출모드를 더 포함할 수 있다. 제조모드 시, 순환부를 통해 고압압축기로 공급되는 미반응 잔류물에서 미반응 에탄올 및 극성용매를 제외한 나머지 불순물을 제거할 수 있으며, 세척모드 시, 공정 내부에서 제거된 플러깅이 최종적으로 배출될 수 있다. 또한, 필터부 내 과량의 불순물에 의한 플러깅시 추가 라인을 설치 하여 제조모드시 및 세척모드시와 같은 작동상태와, 미작동 상태에도 세척을 진행할 수 있다. 미작동 상태에서 필터부에 있는 불순물을 제거할 시, 제2공급부로와 별도의 라인으로 연결되어 제2공급부로부터 극성용매를 공급받을 수 있다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 에틸렌계 중합체 제조장치의 개략도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 에틸렌 중합체 제조장치는 제1공급부(10)로부터 공급받은 에틸렌을 1차 압축하는 1차 압축기(30); 1차 압축된 에틸렌, 제2공급부(15)로부터 공급받은 카르복실산을 함유하는 공단량체 및 극성 용매를 포함하는 혼합물을 2차 압축하는 고압 압축기(50); 고압 압축기(50)로부터 압축된 압축물을 반응기(70)에 공급하는 공급라인(20); 반응기(70)에서 배출되는 배출물을 1차 필터링하여 미반응 잔류물을 분리하는 고압분리기(90); 고압분리기(90)로부처 분리된 미반응 잔류물을 고압 압축기(50) 전단으로 공급하는 고압순환라인(40); 고압 압축기(50) 후단과 고압순환라인(40)을 연결하는 바이패스라인(60); 및 제조모드 및 세척모드에 따라 압축물을 공급라인(20) 또는 바이패스라인(60)에 선택적으로 이송시키는 제어부(미도시);를 포함한다.
종래 에틸렌계 중합체 제조장치는, 장치 내 플러깅이 발생할 시, 가동을 멈춘 후, 세척한 뒤 재가동함에 따라, 고압 압축기(50) 등과 같이, 재가동시 오랜 시간이 걸리는 장치에 의해 시간이 대량 소비되었으며, 이에 공정효율이 매우 저하되었다.
본 발명의 제조장치는 제조모드 및 세척모드에 따라 공급라인 또는 바이패스라인에 세척기능을 가지는 압축물을 선택적으로 이송시킬 수 있어, 고압장치(고압압축기)의 중단 및 재가동 없이 장치 내부에 생성된 플러깅을 효율적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 제조장치는 제조모드 및 세척모드에 따라 공급라인(20) 또는 바이패스라인(60)에 세척기능을 가지는 압축물을 선택적으로 이송시킬 수 있어, 고압장치(고압 압축기(50))의 중단 및 재가동 없이 장치 내부에 생성된 플러깅을 효율적으로 제거할 수 있다.
본 발명에 있어서, 1차 압축기(30)(primary compressor), 고압 압축기(50)(Hyper compressor), 반응기(70)(Autoclave Reactor), 고압분리기(90)(High pressure separator, HPS) 및 저압분리기(Low pressure separator, LPS)은 종래, 에틸렌계 중합체 제조장치에 사용된 것으로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
구체적으로, 제어부는 제조모드시, 공급라인(20)을 통해 압축물을 반응기(70)에 공급시키고, 세척모드시 바이패스라인(60)을 통해 압축물을 고압순환라인(40)에 이송시킨다. 이에, 제조모드 시에는 압축물을 반응시켜 최종산물인 에틸렌중합체를 제조할 수 있으며 세척모드 시에는 고압장치(고압압축기(50))의 중단 및 재가동 필요 없이 플러깅 제거가 가능하여 공정의 생산성 및 효율성을 높일 수 있다.
구체적으로, 고압 압축기(50) 후단과 고압순환라인(40)을 연결하는 바이패스라인(60)은 메인밸브(25)에 의해 공급라인(20)에 분기되어 구비될 수 있으며, 고압 압축기(50)와 반응기(70)를 연결하여 고압 압축기(50)로부터 압축된 압축물을 반응기(70)에 공급하는 공급라인(20)은 고압 압축기(50)와 메인밸브(25)가 연결된 제1공급라인(21)과 메인밸브(25)와 반응기(70)가 연결된 제2공급라인(23)으로 구비될 수 있다. 이때, 제어부는 제조모드 시 제1,2공급라인(21)(23)이 개방되도록 메인밸브(25)를 개폐하여 반응기(70)로 압축물을 공급하고, 세척모드 시 제1공급라인(21)과 바이패스라인(60)이 개방되도록 메인밸브(25)를 개방하여 순환라인으로 압축물을 이송시킬 수 있다. 이와 같은 제어부는 공정 관리자가 용이하게 메인밸브(25)의 개폐만으로 제조모드 및 세척모드를 선택적으로 수행할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 고압순환라인(40) 후단에 위치하며, 불순물을 필터링하여 제거할 수 있는 필터부(41)가 더 구비될 수 있다. 필터부(41)는 제조모드 시 고압순환라인(40)을 통해 고압 압축기(50)로 공급되는 미반응 잔류물에서 미반응 에탄올 및 극성용매를 제외한 나머지 불순물을 제거할 수 있으며, 세척모드 시, 순환라인을 통해 이송된 플러깅을 필터링하여 장치 외부로 배출되도록 하여, 장치 내부를 청결한 상태로 유지될 수 있도록 한다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 고압분리기(90)에서 미반응 잔류물이 분리된 배출물을 2차 필터링하여 잔여 미반응 잔류물을 분리하여 형성된 최종산물(A)을 배출하는 저압분리기(95) 및 저압분리기(95)에서 분리된 미반응 잔류물을 1차 압축기(30) 전단으로 공급하는 저압순환라인(97);을 더 구비할 수 있다. 이와 같은 저압분리기 및 저압순환라인은 미반응 잔류물을 재 제거하여 고순도의 에틸렌 중합체의 제조가 가능하도록 하며, 1차 압축기(30) 측으로 에틸렌 및 극성용매가 포함된 미반응 잔류물을 공급함에 따라, 장치 전반에 걸려 플러깅 세척이 가능하도록 하여, 이와 같은 제조장치를 통한 에틸렌계 중합체 제조 시 높은 공정효율을 가질 수 있다.
[실시예 1]-제조모드
30 C 온도, 200 bar 압력으로 1차 압축기에서 1차 압축시킨 에틸렌(Ethylene, DOW)을 평균유량 3 m3/min으로 2차 압축기에 공급하고, 아크릴산(Acrylic Acid, Arkema) 및 에틸아세테이트(Ethyl Acetate, Quimidrosa)가 중량비로 7:1 혼합된 혼합물을 평균유량 0.004 m3/min으로 2차 압축기에 공급하였다. 이후, 온도 20℃, 압력 200 bar에서 2차 압력을 가하였다. 이때, 제어부에 의해 제1,2공급라인이 개방되도록 메인밸브가 개방되었다. 압축된 압축물과 개시제(tert-Butyl Peroxyacetate, tert-Butyl peroxy-2-ethylhexanoate) 를 평균유량 0.4 m3/min으로 반응기에 공급하였다. 그리고 반응기 내부, 반응 온도는 250℃, 압력은 2,250bar에서 반응시켰다. 이후 반응기에서 배출된 배출물을 고압분리기에 평균유량 1.3 m3/min으로 공급하였다. 고압분리기에 의해 분리된 미반응 잔류물은 순환라인에 의해 평균유량 1.4 m3/min으로 다시 2차 압축기에 공급되고, 미반응 잔류물이 고압분리기에 의해 1차 제거된 배출물은 저압분리기로 공급되어 2차적으로 미반응 잔류물이 제거되었다. 저압분리기에서 제거된 미반응 잔류물은 평균유량 5.0 m3/min으로 1차 압축기로 재공급되었으며, 저압분리기에서 미반응 잔류물이 제거된 최종산물 2,500 kg/hr이 생산되었다.
[실시예 2]-세척모드
실시예 1의 제조모드에서 고압압축기의 플랜져부분의 온도가 80도 이상으로 감지되어, 세척모드를 수행하였다.
30 C 온도, 200 bar 압력으로 1차 압축기에서 1차 압축시킨 에틸렌(Ethylene, DOW)을 평균유량 0.1 m3/min으로 2차 압축기에 공급하였다. 그리고 아크릴산(Acrylic Acid, Arkema) 및 에틸아세테이트(Ethyl Acetate,)가 중량비로 7:1 혼합된 혼합물을 평균유량 0.01 m3/min으로 2차 압축기에 공급하였다. 이후, 20 C 온도, 200 bar의 압력에서 2차 압력을 가하였다. 이때, 제어부에 의해 제1공급라인과 바이패스라인 개방되도록(제2공급라인은 폐쇄) 메인밸브가 개방되었다. 압축된 압축물은 평균유량 0.8 m3/min으로 순환라인에 공급되어 2차 압축기에 공급되었다. 이와 같은 세척모드는 약 12시간 동안 수행하였다.
[비교예 1]
극성용매인 에틸아세테이트를 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예 1 내지 2 및 비교예에 따른 공정 시, 설치된 열교환기의 효율성 및 고압압축기의 압축효율을 평가하여 플러깅의 제거여부를 판단하였다. 하기 표 1에 결과를 나타내었다. 표 1을 참조하면, 본 발명의 열교환기 및 고압압축기의 효율이 우수한 것을 확인할 수 있다. 즉, 공정 전반에 걸쳐 플러깅의 생성이 억제되었음을 확인할 수 있다.
단위 비교예1 실시예1
반응기 후단 열교환기(도면부호 75)
△ T (Process in - Process out)		 ℃ 47 60
필터부 (도면부호 41) △ T (Process in - Process out) ℃ 15 20
고압압축기(도면부호50) r Discharge Pressure barg 2,307 2,348
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 제1공급부
15 : 제2공급부
20 : 공급라인
30 : 1차 압축기
40 : 고압순환라인
50 : 고압압축기
60 : 바이패스라인

Claims (12)

1차 압축기를 통해 1차 압축된 에틸렌, 카르복실산을 함유하는 공단량체 및 극성 용매를 포함하는 혼합물을 고압 압축기로 압축하여 반응기에 공급하는 공급부, 상기 반응기에서 배출되는 배출물로부터 분리된 미반응 잔류물을 필터링하여 상기 고압 압축기 전단으로 공급하는 순환부 및 상기 공급부와 상기 순환부를 연결하며, 상기 고압 압축기에 의해 압축된 압축물을 상기 순환부로 이송시키는 바이패스부 포함하며,
상기 고압 압축기에 의해 압축된 상기 압축물이 상기 공급부을 통해 상기 반응기로 공급되는 제조모드; 및
상기 고압 압축기에 의해 압축된 상기 압축물이 상기 바이패스부를 통해 상기 순환부로 공급되는 세척모드;를 포함하고,
상기 제조모드 및 상기 세척모드는 선택적으로 이루어지는 에틸렌계 공중합체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제조모드 시,
상기 에틸렌 100중량부에 대하여 상기 공단량체 1 내지 10 중량부, 상기 극성 용매 1 내지 10 중량부가 공급되는 에틸렌계 공중합체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 세척모드 시
상기 에틸렌 100중량부에 대하여 상기 공단량체 1 내지 20 중량부, 상기 극성용매 1 내지 20 중량부가 공급되는 에틸렌계 공중합체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 극성용매는 메틸알콜(methyl alcohol), 에틸알콜(ethyl alcohol), 이소프로필알콜(isopropyl alcohol), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 아세톤(acetone), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 프로필 아세티에트(propyl acetate), 부틸 아세테이트(butyl acetate), 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol) 및 2-에톡시에탄올(2-ethoxyethanol) 를 포함하는 에틸렌계 공중합체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제조모드는
상기 고압압축기에 의해 압축된 상기 압축물이 상기 공급부를 통해 상기 반응기로 공급되는 단계,
상기 반응기에 의해 상기 압축물이 반응하고 배출된 배출물이 상기 순환부에 공급되는 단계, 및
상기 순환부에 공급된 배출물이 필터링되어 분리된 미반응 잔류물이 상기 고압 압축기 전단에 공급되는 단계를 포함하고,
상기 세척모드는
상기 고압압축기에 의해 압축된 상기 압축물이 상기 바이패스부를 통해 상기 순환부로 공급되는 단계, 및
상기 순환부에 설치된 불순물필터에 의해 공급된 압축물의 불순물이 제거되어 상기 고압 압축기 전단에 공급되는 단계를 포함하는 에틸렌계 공중합체 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 순환부에서 미반응 잔류물이 분리된 배출물을 2차 필터링하여 분리된 잔여 미반응 잔류물을 상기 1차 압축기에 공급하며, 잔여 미반응 잔류물이 제거된 최종산물을 배출하는 저압순환부;를 더 포함하며,
상기 제조모드는 상기 순환부에서 미반응 잔류물이 제거된 상기 배출물을 2차 필터링하여 분리된 잔여 미반응 잔류물을 상기 1차 압축기 전단에 공급하는 단계;를 더 포함하는 에틸렌계 공중합체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 순환부에 설치된 필터부를 통해 외부로 불순물을 배출하는 배출모드를 더 포함하는 에틸렌계 공중합체 제조방법.
제1공급부로부터 공급받은 에틸렌을 1차 압축하는 1차 압축기;
1차 압축된 상기 에틸렌, 제2공급부로부터 공급받은 카르복실산을 함유하는 공단량체 및 극성 용매를 포함하는 혼합물을 2차 압축하는 고압 압축기;
상기 고압 압축기로부터 압축된 압축물을 반응기에 공급하는 공급라인;
상기 반응기에서 배출되는 배출물을 1차 필터링하여 미반응 잔류물을 분리하는 고압분리기;
상기 고압분리기로부처 분리된 미반응 잔류물을 상기 고압 압축기 전단으로 공급하는 고압순환라인;
상기 고압압축기 후단과 상기 고압순환라인을 연결하는 바이패스라인; 및
제조모드 및 세척모드에 따라 상기 압축물을 상기 공급라인 또는 상기 바이패스라인에 선택적으로 이송시키는 제어부;를 포함하는 에틸렌계 공중합체 제조장치.
제 8항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제조모드 시, 상기 공급라인을 통해 상기 압축물을 반응기에 공급시키고,
상기 세척모드 시, 상기 바이패스라인을 통해 상기 압축물을 상기 고압순환라인에 이송시키는 에틸렌계 공중합체 제조장치.
제 8항에 있어서,
상기 바이패스라인은 메인밸브에 의해 상기 공급라인에 분기되어 구비되고,
상기 공급라인은 상기 고압압축기와 상기 메인밸브가 연결된 제1공급라인과, 상기 메인밸브와 상기 반응기가 연결된 제2공급라인이 구비되고,
상기 제어부는
상기 제조모드 시, 상기 제1,2공급라인이 개방되도록 상기 메인밸브를 개폐하여 상기 반응기로 압축물을 공급하고,
상기 세척모드 시, 상기 제1공급라인과 상기 바이패스라인이 개방되도록 상기 메인밸브를 개폐하여 상기 순환라인으로 압축물을 이송시키는 에틸렌계 공중합체 제조장치.
제 8항에 있어서,
상기 순환라인 후단에 위치하며, 불순물을 필터링하여 제거할 수 있는 필터부가 더 구비되는 에틸렌계 공중합체 제조장치.
제 8항에 있어서,
상기 고압분리기에서 미반응 잔류물이 분리된 배출물을 2차 필터링하여 잔여 미반응 잔류물을 분리하여 형성된 최종산물을 배출하는 저압분리기;
상기 저압분리기에서 분리된 미반응 잔류물을 상기 1차압축기 전단으로 공급하는 저압순환라인;을 더 구비하는 에틸렌계 공중합체 제조장치.

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