KR810001398B1 - 중합 반응기로부터 기상 염화비닐 단량체를 배출시키는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

중합 반응기로부터 기상 염화비닐 단량체를 배출시키는 방법

제1도는 본 발명에 의하여 염화비닐 중합체를 제조하기 위한 제조 설비를 나타내는 전공정도.

본 발명은 중합 반응내에 들어있는 수성매 중에서 염화비닐, 염화비닐리덴 또는 이들의 혼합 단량체의 중합체를 제조하는 개량 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 대기 중에 미반응 잔류 단량체를 방출시키는 일이 없이 반응기를 대기 중에 개방시킬 수 있게 된다.

염화비닐, 염화비닐리덴 또는 이들의 혼합물의 수성매 중에서의 중합 반응은 그 수성매를 함유하며 용접 밀폐 또는 기밀(氣密)한 중합 반응기 내에서 일반적으로 수행된다. 중합공정을 연속 반복 실시함에 있어서는, 반응기의 내부를 수시로 검사할 필요가 있다.

검사 실시예는, 중합 반응 종료 후에 중합 반응기로부터 중합체의 수성 분산액을 추출한 다음, 질소 가스로 처리한 맑은 공기를 도입하여 상기 반응기 중에 잔류하는 기상 단량체와 치환시켜서, 기상 단량체를 대기 중에 방출시키고, 이때 검사자가 반응기 내에 들어가는 순서가 본 발명자들의 공장에 따른 통상 실시 절차이다. 그러한 절차는 극히 다량의 미반응 기상 단량체가 대기 중에 방출되므로 대기 오염이란 관점에서 볼 때 충분한 것이 못 된다. 더욱이, 맑은 공기의 도입시간을 장시간으로 한다 하더라도, 극히 저농도의 미반응 기상 단량체의 독성으로부터 반응기 내에 들어가는 검사자를 보호하기에 충분할 만큼 맑은공기로 기상 단량체의 독성으로부터 반응기 내에 들어가는 검사자를 보호하기에 충분할 만큼 맑은 공기로 기상 단량체를 극히 충분하게 치환시킬 수 없다는 사실 때문에, 그러한 절차는 불리하다.

따라서, 본 발명은 공지의 기술에서 야기되는 이와 같은 결점을 해소시키는 신규의 개량된 방법을 개발하고자 함에 그 목적이 있다.

본 발명에 의하면, 중합 반응 완결 후에 반응기 내부 및 반응기에 연결된 수납 탱크 내부 압력을 연속단계로 평형화시킴으로써 중합 반응기 내에 함유된 수성매 중에서 중합시키고, 미반응의 기상 염화비닐 단량체의 대부분을 제거하여 반응기로부터 수납 탱크 내에 중합체의 수성 분산액을 이송시키고, 필요시에는 중합 반응기의 내부를 세척하고 반응기를 대기 중에 개방시켜 염화비닐 단량체 또는 주로 이들의 혼합 단량체의 중합체를 제조하는 방법에 있어서, 반응기를 대기 중에 개방시키는 단계에 앞서 탑정부로부터 반응기 내에 수증기를 송입시키는 단계를 추가시킴으로써 미반응 기상 단량체가 반응기의 탑저부로부터 하향 이동되게 함을 특징으로 하는 중합 반응기로부터 기상 염화비닐 단량체를 배출시키는 개량 방법은 달성할 수 있다. 반응기로부터 이동된 기체는 응축기로 이송되고 여기서는 미반응 단량체가 분리, 회수되는 반면 생성된 응축수는 스트립퍼로 이송되고 여기서는 응축수 중에 함유된 미반응 중합체가 분리, 회수된다.

본 발명에 의한 개량 방법에 의하면, 중합체의 수용성 분산액을 수용 탱크에 이송시킨 중합 반응기 내에 잔류하는 미반응 기상 단량체가 완전 구축되고 기타 다른 기체와 더불어 수증기로 대치시킬 수 있다. 이와 같이 하여 구축 또는 배출된 기상 단량체는 응축기를 사용하는 공지의 방법에 의해 수증기로부터 분리되고, 이 분리된 단량체 또는 그 혼합물은 가스 포집기에 포집되는 한편, 아직도 미반응 단량체를 함유하는 응축수는 스트립퍼에 의해 처리되고, 여기서 단량체가 분리되어 가스 포집기에 이송된다.

본 발명의 방법은 미반응 단량체의 완전 회수를 가능케 함으로써, 중합 반응기를 예컨대 검사하기 위하여 대기 중에 개방시킬 때 미반응 단량체의 유해한 방출을 피할 수 있다. 이것은 본 발명의 주요 장점이면, 미반응 단량체의 존재로부터 야기되는 작업자의 건강 및 대기 오염 문제가 해결될 수 있다.

본 발명을 첨부된 도면에 따라 상술하면 다음과 같다.

염화비닐 단량체 또는 주로 염화비닐로 된 혼합 단량체는 중합 반응기 1에 들어 있는 수성매 중에서 현탁 중합 또는 유화중합되는데, 상기 반응기는 관련 중합 반응 중에 용접 밀폐된다. 중합 반응이 완결된 후에, 반응기 내에 잔류하는 미반응의 기상 단량체 또는 그 혼합물을 회수해서, 가스 포집기 5에 이송하고, 반응기 1에서 생성된 중합체의 수성 분산액은 배출 밸브 2를 통하여 하방에 위치하는 수납 탱크 3에 이송된다. 이때, 중합 반응기 1과 수납 탱크 3 내부의 압력을 평형시킨다. 이와 같이 압력을 평형시키는 것은 반응기로부터 수납 탱크로의 중합체의 수성 분산액이 이동을 원활하게 하기 위한 것이며, 이러한 조작은 반응기와 수납 탱크의 기상과 연결된 배관에 있는 밸브 4와 6을 개방한 다음, 밸브 2를 개방하여 수성 분산액이 중력 또는 펌핑 수단에 의해 수납 탱크로 유하하도록 함으로써 수행되는 한편, 동시에 수납 탱크 3에 잔류하는 기체는 배관을 통하여 반응기 1과 포집기 5에 이송된다.

반응기 1로부터 수납 탱크 3에 중합체의 수성 분산액을 배출시킨 다음에, 반응기 벽면에 부착된 수성 분산액 또는 매체를 세정하기 위하여 반응기 내부에 설치된 자동 세정기(도시되지 않았음)로부터 사출되는 가압 수류(水流)로 반응기 벽면을 세척하는 것이 좋다.

다음에, 수납 탱크 3에 이송되어 온 중합체의 수성 분산액은 탈수, 건조된 후에, 염화비닐의 가공품을 제조하기 위한 통상의 절차를 밟게 된다. 중합 반응기가 빈 공간으로 되어서 맑은 공기로 충만된다면, 차기 중합 공정 준비가 된 것이다.

본 발명의 방법에 의하면, 중합 반응기에 잔류하는 기체는 작게 또는 다수의 반복 중합 공정이 종료 후 또는 중합 반응기를 대기 중에 개방시키기 전에 수증기에 의해 구축 치환이 일어나고, 이어서 특상 공정을 거친다.

반응기 1 내에서의 수증기에 의한 단량체 및 기타 기체의 치환은 배기 밸브 2와 평형 밸브 6을 폐쇄하고 밸브 10을 개방하고, 밸브 9를 통하여 반응기 1에 수증기를 공급함으로써 수행된다. 이와 같이 공급된 수증기는 미반응 기상 염화 비닐 단량체층을 점차 하방으로 구축하는 작용을 한다. 이 경우, 염화비닐의 밀도가 동일 압력 및 동일 온도하에서 수증기 밀도의 3배 이상이므로, 기상 단량체와 수증기는 섞이지 않는다. 하향 기상 단량체와 수증기는 밸브 10을 통하여 응축기 11로 가고, 여기서 수증기가 응축되어 배수 탱크 8에 배수될 응축수가 생성된다. 이때, 분리된 기상 단량체는 송풍기 12에 의해 밸브 13을 통하여 가스 포집기 5에 이송된다.

중합 반응기 내에 송입되는 수증기의 속도는 유의하여 조정하여야 한다. 속도가 너무 크면, 수증기와 기상 단량체의 혼합이 촉진되므로, 결국 가스와 수증기의 치환 효율이 현저히 저하되는 결과가 초래된다. 그러므로, 수증기 송입 속도는 150m/초 또는 송풍 노즐에서의 측정치보다 낮은 것이 좋으며, 수증기 도입량은 직립형 중합 반응기의 수평 횡단면적(㎡)당 300㎏/시간 또는 그 이하의 양이 좋다.

배수 탱크 8에 수집된 응축수는 펌프 14에 의해 스트립퍼 15에 압송되고, 여기서 응축수에 용해된 단량체를 탈기시킨다. 스트립퍼 15에서 증발된 염화비닐 단량체는 송풍기 12에 의해 밸브 7을 경유하여 가스포집기 5에 이송되며, 한편 단량체가 거의 완전 제거된, 즉 1ppm 또는 그 미만의 물은 스트립퍼 15에서 배출된다. 가스 포집기 5에서 수집 및 회수한 단량체는 필요시에는 적절한 방법, 예컨대 증류에 의해 정제시킨 후, 재순환시킬 수도 있다.

중합 반응기 내에 수증기를 송입시킴에 있어서, 반응기 벽편에서의 수증기의 응축은 반응기 주위를 둘러싸고 있는 자켓트를 통하여 열수를 통과시킴으로써 효과적으로 예방할 수 있다. 반응기 내에서의 기체의 치환은 수증기 취입 시간을 연장하거나 수증기의 송입 총량을 증가시킴으로써 더욱 완전하게 수행할 수 있다. 통상, 반응기 내의 단량체의 농도를 작업 환경 오염의 법정 상한선이라 이해되는 5ppm 이하로 감소시키는데 충분한 수증기의 총 수입량은 송입 수분 내지 수십분 간에 반응기 총 용량의 3배 또는 그 이상에 해당하는 양이어야 한다.

본 발명을 실시예로서 상술하면 다음과 같다.

[실시예 1]

용량 130㎥의 중합 반응기 내에서 분산제인 히드록시프로필메틸셀롤로오스와 폴리비닐알코올 및 중합개시제인 2-에틸헥실페록시디카르보네이트 존재하에 물 60톤 중에 분산시킨 염화비닐 45톤을 사용하여 수성매 중에서 염화비닐을 통상의 현탁 중합법으로 중합시켰다. 단량체 전화율이 약 90%로 중합 반응이 종료된 후에, 미반응 단량체를 증발 회수시켜 가스 포집기로 이송시켰다. 다음에 밸브들을 열어서 반응기와 수납탱크 내분의 압력을 평형화하고 중합체의 수성 분산액을 전술한 바와 같이 반응기로부터 수납 탱크로 이송시켰다. 이때 노즐에서의 절대압 0.5㎏/㎠하에서 탑정부로부터 반응기에 수증기를 송입시킴과 동시에, 아직도 반응기에 잔류하는 미반응을 기상 단량체를 반응기의 탑저부에서 방출시켰다. 반응기의 수평 횡단면적(㎡)당 ㎏/시간의 수증기 송입량과 노즐에서의 수증기의 송입 선속도(m/초)는 표 1에 나타낸 바와 같이 변경되었다.

10분간 수증기의 선속도와 송입량을 변경하여 시험을 행하고, 송입 종료시에 반응기 중에 잔류하는 기체 중의 염화비닐 단량체의 농도와 각 시험에서의 수증기 소비량을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

이와 같이 하여 반응기에 송입된 수증기는 기상 염화비닐 단량체를 동반하여 탑저부에 배출되어 응축기로 이송되고, 여기에서는 생성된 응축수가 배수 탱크로 이송되고, 수증기에서 분리된 기상 단량체는 가스 포집기에 포집된다.

상기 시험들에 의하면 응축수에는 500 내지 600ppm의 염화비닐 단량체가 함유되었다.

배수 탱크 내에 수집된 응축수를 펌핑 수단에 의해 스트립퍼로 이송시키고, 여기서 탈수시킨 염화비닐 단량체를 가스 포집기에 배출시켰다.

이때 얻은 물을 분석하여 단량체 함량이 가스 크로마토 그래피법에 의한 검출 한계 미만이라는 것을 알았다.

[실시예 2]

노즐에서의 수증기의 절대압이 0.15㎏/㎠인 것을 제외하고는 실시예 1의 방법을 반복하였다. 그 결과는 표 2에 요약하였다.

[표 2]

이미 설명한 바와 같이, 본 발명의 주장점은 반응기 중에 잔류하는 염화비닐 단량체를 외계에 방출시킬 때 공지의 방법에서는 폴리염화비닐제품 100㎏당 0.20 내지 0.25㎏을 대기 중에 방출시켰으나, 이것을 대기 중에 방출시킴이 없이 거의 완전히 회수할 수 있다는 점이다. 일예를 들자면, 검사의 목적으로 매중합 공정 말기에 중합반응기를 대기 중에 개방한다고 가정할 때 년산 100,000톤인 염화비닐 제조 공장에서는 매년 미반응 염화비닐 단량체 200 내지 250톤을 회수할 수 있다. 이러한 점에서 볼 때, 본 발명의 방법은 사용된 단량체의 단위 개량은 물론 작업 환경과 자연 환경의 보호에 유익하게 공언하고 있다.

Claims (1)

1. 중합 반응 완결 후에 반응기 내부 및 반응기에 연결된 수납 탱크 내부 압력을 연속 단계로 평형화시킴으로써 중합 반응기 내에 함유된 수성매 중에서 중합시키고, 미반응의 기상 염화비닐 단량체의 대부분을 제거하여 반응기로부터 수납 탱크 내에 중합체의 수성 분산액을 이송시키고, 필요시에는 중합 반응기의 내부를 세척하여 반응기를 대기 중에 개방시켜 염화비닐 단량체 또는 주로 이들의 혼합 단량체의 중합체를 제조하는 방법에 있어서, 반응기를 대기 중에 개방시키는 단계에 앞서 탑정부로부터 반응기 내에 수증기를 송입시키는 단계를 추가시킴으로써 미반응 기상 단량체가 반응기의 탑저부로부터 하향 이동되게 함을 특징으로 하는 중합 반응기로부터 기상 염화비닐 단량체를 배출시키는 개량 방법.

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