KR960001414B1 - 유동상 장치 및 유동상 장치에 가스를 공급하는 방법 - Google Patents

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Description

유동상 장치 및 유동상 장치에 가스를 공급하는 방법

제1도,제2도 및 제3도는 평면 모양 및 수평 표면을 갖는 유동화 격자 아래에 배치된, 본 발명에 따르는 유동상 장치의 하부 부분의 간단한 다이아그람이다.

제4도,제5도 및 제6도는 이의 중심이 수직 배출 파이프와 연결되어 개구되어 있고 이의 정점이 아래를 향해 있는 원추대 모양을 갖는 유동화 격자 아래에 배치된, 본 발명에 따르는 유동상 장치의 하부 부분의 간단한 다이아그람이다.

본 발명은 유동상 장치에 관한 것이며, 또한 유동화 격자를 구비한 유동상 장치에 가스를 공급하는 방법에 관한 것이다. 당해 장치와 방법은 특히 α-올레핀을 가스상 중합시키기 위하여 의도된 것이다.

분말 형태의 고체는, 고체와 가스상이 혼합되어 외견상으로 유체 특성을 농후하고 동질의 층을 형성하는 경우에, 가스이 상향 기류에서 유동화되는 것으로 알려져 있다. 분말상 고체의 유동화는 분말상 고체의 크기 및 밀도에 대한 가스 기류의 속도를 적합하게 함으로써 일반적으로 용이하게 성취되는 조작이다. 유동 고체상에서 유동 가스가 균질한 분포를 갖는 것이 바람직하다. 유동 가스의 분포는 통상, 구멍을 갖고 있으며 유동상 장치의 하부 부분에 배치된 유동화격자의 보조하에 수득된다. 유동화 격자 아래에 도입되는 가스기류는 이들 구멍을 통해 균일하게 분포된다. 그러나, 유동상 장치가 특정크기를 초과하는 경우, 유동상을 통한 유동가스의 분포는 덜 근질해지는 경향이 있어, 능후하고 덜 유동적인 영역이 상, 특히 장치의 벽 부근에서 나타나는 것으로 밝혀졌다. 이러한 현상은 유동가스가 소량의 액체를 함유하는 경우, 액체의 분포에서의 이질성이 유동상에서 분말상 고체의접착 및 응집을 야기시킬 수 있기 때문에 더 심각해지는 경향이 있다.

이러한 현상은 특히 장치가 α-올레핀의 가스상 중합화에 사용되는 경우 유동상 장치의 적절한 조작에 매우 불리할 수 있다. 이러한 공정에서, 중합반응은 유동상 장치내로 도입되어 반응이 진행됨에 따라 중합체 입자의 형성을 유도하는 촉매 또는 개시제의 고체 입자의 존재하에서 수행하는데, 이들 입자는 중합될 α-올레핀으로 이루어진 유동가스에 의해 유동 상태로 유지된다. 중합반응은 발열반응이므로, 국부적인 열 스포트가 상의 농후하고 유동성이 약한 영역에서 생성될 수 있으며, 특히 유동가스의 분포가 상을 통해 충분히 동질하지 않은 경우, 결과적으로 중합체 입자를 연화시켜 이들을 응집되게 할 수 있다. 이러한 불리한 점은 일반적으로 공업적 생산을 위해 의도된 비교적 큰 유동상 단위에서 발생하며, 이들 단위는, 예를 들면, 직경이 대략 3m이상으로 회전하는 실린더 모양을 가질 수 있다. 더 낮은 중합온도에서 조작함으로써 중합체 입자의 연화를 피할 수 있는데, 그 결과 폴리올레핀의 생산에서 인지할 정도의 감소가 발생한다.

격자에서의 구멍은 크기,모양,수 및 분포가 변형된 새로운 형태의 유동화 격자가 유동상을 통한 유동 가스이 분포를 개선시키기 위해 제안되었다. 그러나, 이러한 유동화 격자는 종종 생산이 어렵고 생산에 비용이 많이 들며, 유동상 장치에서의 이들의 사용으로 장치의 압력 강하가 더 커 질 수 있다.

위에서 언급한 불이익을 피할 수 있거나 적어도 완화 시킬 수 있는 신규한 유동상 장치, 및 유동화 격자가 구비된 유동상 장치에 가스를 공급하는 방법이 본 발명에 의해 밝혀졌다. 특히, 본 발명은 압력강하에서의 큰 증가 없이 상을 통해 유동 가스를 균질하게 분포시킬 수 있게 한다. 또한, 유동상 장치내에 도입된 유동가스가 소량의 액체를 점적 형태로 또는 고체를 미세 입자 형태로 함유하는 경우, 본 발명은 전체 상을 통해 액체 또는 고체를 균질하게 분포시킬 수 있게 한다. 본 발명은 특히 큰 크기의 유동상 단위에 적합하다. α-올레핀의 가스상 중합반응에 사용하는 것이 유리하다.

본 발명에 따르면 면적 S₁의 횡단면을 가로질러, 유동상을 함유할 수 있는 상부 부분과 하부 가스 유입 챔버로 장치를 분할 하는 유동화 격자를 가지며 적어도 하나의 유동가스 전달 파이프가 가스 유입 챔버로 장치를 분할 하는 유동화 격자를 가지며 적어도 하나의 유동가스 전달 파이프가 가스 유입 챔버 내로 개구되어 있는 유동상 장치는, 송풍구가 가스 유입 챔버 내에 위치하여 유동 가스를 유동화 격자로 유도하며, 송풍구는 확대 파이프를 포함하고, 이 확대 파이프의 넓은 단부는 S₂를 가지며 유동화 격자 방향으로 위치해 확대 파이프의 좁은 단부는 면적 S₃를 가지며 장치의 기저부 방향으로 위치해 있으며 면적 S₂는 면적 S₁과 실질적으로 동일하고 면적 S₂/S₂의 비율은 2 내지 30임을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 유동상 장치는 필수적으로 어떠한 적합한 형태일 수 있는 봉입체를 포함하지만 일반적으로 직경 D를 갖는 수직 실린더를 포함한다. 실린더는 일반적으로 수직이다. 이에는 면적 S₁의 횡단면을 따라 유동상 장치에 걸려 있고, 유동상을 함유할 수 있는 상부 부분과 적어도 하나의 유동 가스 전달 파이프가 개구되어 있는 가스 유입 챔버로 알려진 하부 부분으로 장치를 한정하는 유동화 격자가 설치되어 있다. 따라서, 유동상 장치의 하부 부분은 , 바람직하게는 꼭대기에서는 유동화 격자에 의해, 그리고 하부 단부에서는 수평 평면, 원추형 또는 반구형 표면으로 이루어질 수 있는 단부면에 의해 둘러싸여 있는, 수직인 이의 정점을 갖는 직경

D의 실린더 모양을 가질 수 있는 가스 유입 챔버로 이루어져 있다. 가스 유입 챔버의 기저부와 유동화 격자간의 거리 H는 H/D의 비율이 1/4 내지 2, 바람직하게는 1/3내지 1이 되도록 되어있다.

본 발명에 따르는 장치는 가스 유입 챔버 내에서 격자 아래에 배치되고 유동화 격자로 공급하는 송풍구를 갖는다. 송풍구는 유동 가스가 도입될 수 있는 가스 유입 구멍을 제공하는 면적 S₃의 좁은 단부 및 가스가 배출되는 가스 배출구멍을 제공하는 면적 S₂의 넓은 단부를 갖는 확대 파이프를 포함한다.

송풍구는 회전 표면, 즉 정점에 대해 이동하는 모선(이러한 모선은 2개 이상의 선이 일렬로 이루어진 직선,곡선 또는 굴직선 또는 파선일 수 있다)에 의해 형성된 표면 커브를 포함한다. 모선은 바람직하게는 수평 평면과 30°이상, 바람직하게는 45°이상의 각을 갖도록 형성되어, 유동 가스가 소량의 액체 및/또는 고체를 함유하는 경우 송풍구의 내부 표면상에 액체 또는 고체가 침강하는 것을 피하게 한다. 모선이 곡선인 경우, 각은 곡선에 대한 탄젠트와 수평 평면 사이가 되도록 한다. 송풍구는 또한 일련의 2개 이상의 인접하고 공축을 갖는 회전하는 표면, 바람직하게는, 경우에 따라 하나 이상의 회전 실린더와 연관되어 있는 회전 원추대 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 이 표면 또는 인접하여 공축을 갖는 표면의 회전축은 일반적으로 수직이며, 유리하게는 유동상 장치의 회전축과 일치된다. 바람직하게는 송풍구는 회전 원추대 모양, E또는 회전 원추대를 지지하는 실질적으로 실린더형 튜브로 이루어진 깔때기 모양을 갖는 확대 파이프를 포함한다.

상부, 즉 확대 파이프의 넓은 단부는 유동가스를 위해 배출 구멍을 제공하며, 바람직하게는 원형이며 유동화 격자가 위치해 있는 유동상 장치의 단면적인 면적 S₁과 실질적으로 동일한 면적 S₂를 가지며, 특히 면적 S₂는 면적 S₂/S₁의 비율이 0.9 내지 1이 되도록 되어 있다. 또한, 송풍구의 넓은 단부는 유동화 격자 아래에, 바람직하게는 가스 유입 챔버의 상부 중간에 위치해 있는 수준으로, 더욱 바람직하게는 유동화 격자의 인접 부분에서, 예를 들어, 유동화 격자와의 거리가 5 내지 50cm인 수준으로 배치되어 있다. 거리가 5cm미만인 경우, 고체입자는 유동화 격자 아래에 축적 될 수 있는데, 이들 입자는 이들을 소량 함유할 수 있는 유동 가스, 또는 유동상으로부터 생성되며, 이들 중의 일부는 장치가 정지되어 있는 경우 격자를 통과할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 송풍구의 넓은 단부는 가스 유입 챔버의 측벽에 직접 또는 간접적으로 연결시키는 것이 바람직하다. 연결수단은 유동 가스가 통과할 수 있도록 구멍을 낼 수 있다. 송풍구를 챔버 내로 고정시키는 것을 용이하게 하기 위해, 송풍구의 상부 단부와 가스 유입 챔버의 측벽 사이에 자유롭고 좁은 공간을 낼 수 있다.

하부, 즉 확대 파이프의 좁은 단부는 유동 가스를 위해 유입 구멍을 제공한다. 유동상에서 유동가스의 균질한 분포를 제공하기 위해서는, 하부, 즉 송풍구의 좁은 단부는 가스 유입 챔버의 하부 중간에 위치해야 하는데, 이는 다시 말해서 거리가 유동화 격자보다도 챔버의 기저부에 더 가까와야 한다는 것이다. 본 발명은 한 면은 하부, 즉 송풍구의 좁은 단부가 비교적 작은 크기의 유입 구멍을 제공해야 하며, 그 결과 유동 가스가 비교적 고속으로, 초당 수 미터로(여기서, 속도는 유동 가스에 존재할 수 있는 고체 입자 및/또는 어떠한 액체 점적이 상기 가스에 동반되어 송풍구의 내부 표면상에 침강할 수 없는 정도를 의미한다) 송풍구로 도입된다는 것이다. 특히 가스 유입 구멍은 배출 구멍을 제공하는 넓은 단부와 유입 구멍을 제공하는 좁은 단부 사이의 면적, 즉 S₂/S₂의 비율이 2 내지 30, 바람직하게는 3 내지 20이 되도록 하는 면적 S₃를 가져야만 한다. 이들 조건에서, 유동 가스가 송풍구 내부에서 상승하는 경우, 이의 속도는 송풍구의 유입부에서 배출구로 갈수록 떨어져 상에서의 유동화 속도의 수준에 접근한다. 유동화 격자 아래에서의 이러한 가스 공급 송풍구의 존재는, 특히 장치의 크기가 큰 경우, 예를들면, 장치의 직경 D가 3m이상으로 큰 경우, 전체 유동상을 통해, 특히 유동상 장치의 벽에 인접한 상의 주변영역에서, 유동 가스의 분포를 상당히 개선시키는 효과를 갖는다는 것이 밝혀졌다.

유동 가스는 적어도 하나의 가스 전달 파이프를 통해 가스 유입 챔버 내로 도입된다. 가스 전달 파이프는 유동 챔버의 어떠한 위치에서도 개구될 수 있는데, 그럼에도 불구하고 상부, 즉 송풍구의 넓은 단부의 지점 바로 밑에 위치해 있다. 그러나, 유동 가스가 송풍구로 직접 공급되지 않아야 하며, 즉 어떠한 유동 가스의 제트도 확대 파이프의 좁은 단부 내로 직접 보내지지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 유동 가스가 송풍구내로 직접 공급될 수 없도록 하는 우치로, 유동 가스 전달 파이프가 가스 유입 챔버내로 개구되어야 한다. 유동 가스 전달 파이프가 송풍구 바로 밑에서 가스 유입 챔버 내로 개구되어 있는 경우, 송풍구의 가스 유입 구멍을 제공하는 확대 파이프의 좁은 단부로부터 떨어져 유동 가스를 초기에 전향시키도록 전향수단(deflector mean)을 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들면, 유동 가스 전달 파이프와 확대 파이프의 좁은 단부 사이에 배플(baffle)이 제공될 수 있다.

유동 가스는 가스 유입 챔버의 기저부로 개구되어 있는 하나 이상의 전달 파이프에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 가스 유입 챔버 주위에 대칭적 반대 위치로, 유입 챔버내로 개구되어 있는 2개 이상의 가스 전달 파이프를 통해 유동 가스를 도입하는 것이 더욱 유리하다. 이들 파이프는 특히, 바람직하게는 송풍구의 하부 단부와 상부 단부 사이의 수준에서,유입 챔버의 측벽으로 개구될 수 있다.

가스 전달 파이프(들)은 또한 가스 유입 챔버의 내부로 도입될 수 있다. 특히, 단일 가스 전달 파이프가 사용되는 경우, 바람직하게는, 송풍구의 하부 단부를 챔버의 기저부로부터 분리시키는 거리를 초과하지 않는 길이에 대해서는 챔버의 기저부를 통해 수직으로 가스 유입 챔버로 도입될 수 있다. 유입 챔버의 내부로 도입되는 파이프의 부분은 원주가 천공되고 단부가 차단된 파이프로 이루어질 수 있다.

그러나, 가장 좋은 결과는, 주로 이 챔버의 측벽을 통해 가스 유입 챔버로 도입되며 챔버의 기저부를 향해 위치해 있는 2개 이상의 가스 전달 파이프가 사용되는 경우 수득된다. 예를들어, 유동 가스 전달 파이프는 가스 유입 챔버의 벽을 통해 거의 수평으로 통과할 수 있으며, 전달 파이프가 90°내지 150°의 각으로 엘보우를 갖도록 가스 유입 챔버의 기저부를 향해 위치할 수 있다. 이러한 경우, 이들 파이프의 단부는, 유입 챔버의 기저부로부터의 길이가 1m미만, 바람직하게는 이들 파이프의 내부 직경과 동일하거나 이보다 적은 거리로 존재할 수 있다. 이러한 종류의 유동 가스 전달 시스템은 가스 유입 챔버에서 비교적 높은 와동(turbulence)을 야기시키는 효과를 갖는다고 알려졌는데, 이러한 와동은 특히 이 가스가 소량의 액체 및/또는 밋 고체 입자를 함유하는 경우 유동상을 통해 유동 가스의 분포를 개선시킬 뿐만 아니라 송풍구에 도입되기 전에 특히 균질한 조성의 유동가스를 만들 수 있다. 그러므로 본 발명에 따르는 장치의 양태는 각종 파이프를 통해, 유입 구멍을 제공 하는 송풍구의 좁은 단붕서의 순간 속도가 비교적 높은 단일 상부 기류로 도입될 수 있는 유동 가스를 수집하여 보내는 것이라고 이해된다.

유동화 격자는 실질적으로 수평인 평면 표면, 또는 이의 축이 수직이거나 회전하는 2개 이상의 원추대의 표면에 인접한 회전 원추 표면으로 이루어질 수 있다. 크기, 수 및 배치에 있어서 당해 기술의 요구 조건에 맞는 구멍을 가져야만 한다. 특히, 구멍을 통해 이동하는 가스 기류의 속도는 유동상을 형성하는 고체입자들이 이들 구멍을 통해 떨어지는 것을 방지하는데 충분해야 하며 속도는 일반적으로 초당 수미터, 또는 초당 수십 미터, 예를 들면, 5 내지 50m/s이다. 또한,격자 유입면적으로 알려진 격자에서의 구멍의 전체 면적은 일반적으로 격자의 전체 면적에 대한 유입 면적으로 알려진 격자에서의 구멍의 전체 면적은 일반적으로 격자의 전체 면적에 대한 유입 면적의 비율이 1/10미만, 일반적으로 1/20 내지 1/100이 되도록 산정된다. 구멍은 단순한 실린더형 천공일 수 있는데, 다시 말하면 축과 격자 평면이 일반적으로 30°내지 90°,바람직하게는 90°에 가까운 각을 형성하여 회전하는 실린더의 모양을 갖는다. 유동화 조건, 유동될 입자의 크기 및 이들 입자를 위한 유입 및 배출 장치에 따라서, 구멍의 직경은 일반적으로 2 내지 20㎜이다. 유동화 격자에서의 구멍은 노즐이 장치되거나 캡으로 덮인 슬리트, 원추 또는 파이프 형태로 존재할 수 있다. 또한,구멍은 격자가 평면상에 전개된 후 구멍이 육모 중심형의 격자를 따라 분포되도록 유동화 격자상에서 균일하게 배치되는데, 예를들면, 각 구멍은 측면이 10 내지 100㎜인 등변 삼각형의 꼭대기에 존재할 수 있다.

본 발명의 다른 국면은 우수한 가스 분포가 통상의 유동화 격자를 사용하여 달성될 수 있으므로, 특정의 공지된 특수한 격자와 연관된 비용 및/또는 높은 압력 강하를 피할 수 있다는 점이다.

유동화 격자는 또한, 이의 중심에서, 유동상을 형성하는 입자의 일부 또는 전부를 배출할 목적으로, 바람직하게는 가스 유입 챔버를 통과하여 챔버의 기저부를 통해 나타난 수직 파이프와 연관되어 개구되어 있을 수 있다. 파이프는 유동화 격자 공급 송풍구를 통해 통과하며, 바람직하게는 중심을 통해 통과한다. 송풍구가, 이의 수직축이 유동상 장치의 축과 일치하는 회전 표면형태를 갖는 경우, 파이프는 수직축을 따라 가스 유입 챔버를 통해 통과할 수 있다.

본 발명은, 넓은 단부는 면적 S₂를 가지며 유동화 격자 방향으로 위치해 있고 좁은 단부는 면적 S₃를 가지며 장치의 기저부 방향으로 위치해 있는 확대 파이프(여기서, 면적 S₂는 면적 S₁과 실질적으로 동일하고 면적 S₂/S₂의 비율은 2 내지 30이다)를 포함하는 송풍구가 가스 유입 챔버 내에 위치하여 유동가스를 유동화 격자로 유도함을 특징으로 하는, 유동 가스를 유동 가스 전달 파이프를 통해 가스 유입 챔버 내로 공급하여, 면적 S₁의 횡단면을 가로질러, 유동상을 함유하는 상부 부분과 하부 가스 유입 챔버로 장치를 분할하는 유동화 격자를 갖는 유동상 장치에 유동 가스를 공급하는 방법을 제공한다.

송풍구는 가스를 본질적으로 단일의 상부 방향으로 이동하는 기류롤 보낸다. 확대 파이프의 좁은 단부는, 유동가스가 유동상에서의 유동화 속도의 전형적으로 2 내지 60배의 속도로 도입될 수 있도록 하는 면적 S₃를 갖는 가스용 유입구멍을 제공한다. 유동 가스의 속도는 럽은 단부에서의 속도가 유동상에서의 유동화 속도의 1.5 내지 3배가 되도록 확대 파이프를 통과함에 따라 감속된다.

본 발명에 따르면, 가스 유입 챔버 내로 도입된 후 , 유동 가스는 갑작스런 상부 방향 가속화 모멘트를 받아 송풍구로 도입된다. 송풍구의 유입 구멍에서의 이의 순간 속도는 전형적으로 유동상에서의 유동화 속도의 2 내지 60배, 바람직하게는 4 내지 60배, 더욱 바람직하게는 5 내지 40배이다. 유동 가스는 이어서 확대 파이프의 내부에서 상승함에 따라 점진적으로 감속된다. 이러한 점진적 감속으로 배출구멍을 제공하는 확대 파이프의 넓은 단부에서의 유동 가스의 속도는 유동상에서의 유동화 속도의 1.5내지 3배가 된다. 유동가사는 이어서 격자를 통해 통과하며, 격자에 의해 생성된 압력강하의 결과로, 유동상에서는 유동화 속도가 최소 유동화 속도보다 일반적으로 2 내지 8배가 크게 선택되도록 된다. 유동가스가 유입 챔버 내에서 이러한 갑작스런 가속 및 점진적인 감속을 받는 경우, 유동화 격자 및 유동상을 통한 유동 가스의 분포는 현저하게 개선되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 유동 가스가 소량의 액체 점적 및/또는 미세 고체 입자를 함유하는 경우, 유동상을 통한 이러한 액체 및/또는 고체의 분포는 매우 균일하다.

본 발명은 초대기압에서 조작되는 유동상 단위에 특히 적합하다. 이것은 특히 하나 이상의 에틸렌 불포화 단량체(예:에틸렌,프로필렌,1-부텐1-헥센,4-메틸 페텐 및 1-옥텐)의 가스상 중합 또는 공중합용으로 의도된 유동상 장치에 사용될 수 있다. 에틸렌 불포화 단량체의 중합반응 또는 공중합반응은, 한편으로는 원소 주기율표의 Ⅳ,Ⅴ또는 Ⅳ족에 속하는 전이 금속의 원자, 할로겐 원자 및 경우에 따라 마그네슘 원자로 이루어진 고체 촉매(a), 및 다른 한편으로는 이러한 원소 주기율표의 Ⅰ 내지 Ⅲ족 금속의 유기 금속성 화합물로 이루어진 공촉매(b)로 이루어진 지를러-나타(Ziegler-Natta)형 촉매시스템의 존재하에서 수행될 수 있다. 이러한 중합반응 또는 공중합반응은 또한, 내화 산화물을 기본으로 하는 과립지지체와 연관되어 있고, 250℃ 이상 및 비환원 대기, 바람직하게는 산화 대기 중에서, 과립 지지체가 소결되기 시작하는 온도를 초과하지 않는 온도에서 열처림함으로써 활성화된 산화크롬 화합물로 이루어진 촉매의 존재하에서 수행될 수 있다. 이러한 경우, 유동상은 입자의 내부 평균 직경이 0.3 내지 2㎜이고 밀도가 0.8 내지 1g/㎤인 폴리올레핀 분말로 이루어진다. 유동상 장치는 0.5 내지 5MPa의 압력 및 0 내지 115℃의 온도에서 작동된다. 유동 가스는 에틸렌 불포화 단량체(들)과 경우에 따라 수소, 질소, 메탄 및 에탄 중에서 선택된 촉매 시스템 또는 촉매에 대해 불활성인 가스를 포함한다. 유동 가스는 추가로 용이하게 축합 가능한 포화 또는 불포화 탄화수소 등의 액에, 또는 원소 주기율표의 Ⅰ 내지 Ⅲ족 금속의 유기 금속 화합물의 소량을 포함할 수 있다. 이것은 또한 유동상 장치로부터 동반되며 유동상 장치 내로 유동가스와 함께 재순환되는 중합체의 미세 고체 입자 소량을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 전달 파이프를 통해 유입 챔버 내로 도입된 유동 가스는 송풍구를 통하여 본질적으로 단일 상부 기류로 보내어지는데, 여기에서 가스는 송풍구에는 0.8 내지 48m/s, 바람직하게는 2.5 내지 m/s의 속도로 도입되고 0.3 내지 2.4m/s, 바람직하게는 0.4 내지 1.6m/s의 속도로 송풍구를 떠나, 유동상에서는 유동화 속도가 0.2 내지 0.8m/s가 된다. 유동화 격자를 통한 압력 강하는 일반적으로 약 8 내지 15KPa이고 송풍구를 포함한 가스 유입 챔버의 압력 강하는 약 2 내지 7.5KPa이다. 이들 조건하에서, 유동 가스의 균질한 분포는 유동상에서 발견되며, 이 결과 국부적인 온도 상승은 중합반응 동안에 상에서 최소화되며 응집체는 형성되지 않거나 이의 형성이 감소된다. 상에서의 유동 가스의 분포는 상기와 같이 균질하게 되어 유동상에서의 중합반응온도를 상당히 인지할 정도로 상승시킬 수 있으며 중합체의 생산을 30%까지 증가시킬 수 있다.

본 발명을 제1도, 제2도, 제3도, 제4도, 제5도 및 제6도에 도시된 다이아그람에 의해, 어떠한 포된 제한없이 다음에 설명한다.

제1도, 제2도 및 제3도에서 도식적으로 나타낸 것은 가스 전달 파이프(4)의 단부(8)가 챔버의 기저부 방향으로 위치하도록 하는 방식으로 2개의 엘보우를 갖는 2개의 유동 가스전달 파이프(4)이다. 이들 파이프의 단부(8)는 챔버(3)의 기저부에 더 가까이 있다.

제2도는, 특히 모선이 수평 면과 대략 60°의 각을 형성하며 하부, 즉 좁은 단부(7)가 챔버(3)의 기저부에 더 가까운 회전 원추대 모양으로 확대 파이프를 포함하는 송풍구(5)를 도식적으로 나타낸 것이다. 여기에서 또한 도식적으로 나타낸 것은 장치의 축에 대해 대칭적 반대 방식으로, 송풍구의 하부, 즉 좁은 단부(7)와 상부, 즉 넓은 단부(6)사이에 챔버(3)의 측벽으로 직접적으로, 거의 수평으로 개구되어 있는 2개의 유동 가스 전달 파이프(4)이다.

제3도는, 특히 제1도에서 기술된 것과 동일한 모양의 확대 파이프, 및 유동상 장치의 축을 따라 수직으로 챔버(3)의 기저부로 도입된 유동가스 전달 파이프(4)를 포함하는 송풍구(5)를 도식적으로 나타낸 것이다 챔버(3)의 내부에 위치해 있는 이 파이프의 부분은, 가스 유입 챔버의 내부 단부(10)가 밀봉된, 원주가 천공된 파이프(9)로 이루어져 있다. 파이프(9)는 챔버의 기저부와 송풍구의 하부 단부(7)사이에 위치한다.

제4도, 제5도 및 제6도는 이의 수직축을 따라 회전하고, 이의 정점이 하부로 향해 있으며 모선이 수평면과 12°의 각을 형성하는 원추의 측면으로 이루어진 유동화 격자(2)가 장치되고 이의 수직축을 따라 회전하는 실린더 모양을 갖는 봉입체로 이루어진 유동상 장치(1)를 도식적으로 나타낸 것이다. 이의 정점에서 이것은 가스 유입 챔버(3)를 통해 확대되어 기저부를 통해 나가는 수직 파이프(12)와 연결되어 있는 개구(11)를 포함한다. 파이프(12)는 유동상 장치의 축과 공축을 갖는다.

제4도는, 특히 이의 수직축을 따라 회전하며 이의 정점이 하부로 향해 있고 모선이 수평 면과 약 60°의 각을 형성하는 원추대의 모양으로 확대 파이프를 포함하는 송풍구(5)를 도식적으로 나타낸 것이다. 송풍구(5)는 상부, 즉 유동화 격자(2)에 더 가갑게 위치해 잇는 챔버(3)의 축벽에 연결되어 있는 럽은 단부(6) 및 하부, 즉 챔버(3)의 기저부 부근에 위치해 있는 좁은 단부(7)를 갖는 확대 파이프를 포함한다. 여기에서 또한 도식적으로 나타낸 것은 유동상 장치의 축에 대해 대칭적 반대 방식으로 챔버(3)의 축벽으로 도입되는 2개의 유동가스 전달 파이프(4)이다. 이들은 수평적으로 챔버(3)의 내부로 도입되며 챔버의 기저부를 향해 위치해 있어, 대략 60°의 각으로 엘보우를 형성한다. 이들 파이프의 단부(8)는 챔버(3)의 기저부로부터 비교적 멀리 떨어져 있다.

제5도는, 특히 이의 수직축을 따라 회전하며 이의 정점이 하부로 위치해 있고 이의 모선이 수평 면과 45°의 각을 형성하는 원주대 모양으로 확대 파이프를 포함하는 송풍구(5)를 도식적으로 나타낸 것이다. 송풍구(5)는 상부, 즉 유동화 격자(2)에 더 가깝게 챔버(3)의 축벽에 연결되어 있는 럽은 단부(6)를 포함한다. 2개의 유동 가스 전달 파이프(4)는 유동상 장치의 축에 대해 대칭적 반대 방식으로 챔버(3)의 축벽으로 도입된다. 이들은 수평적으로 챔버(3)의 내부로 도입되고 이 챔버의 기저부를 향해 위치해 있어, 45°의 각으로 엘보우를 형성한다. 이들 파이프의 단부(8)는 챔버(3)의 기저부에 가깝다.

제6도는, 특히 이의 수직 축을 따라 회전하며, 이의 정점이 하부로 위치해 있고 이의 모선이 수평 면과 대략 35°의 각을 형성하는 원추대(14)를 지지하는 수직 파이프(13)로 이루어진 깔때기 모양으로 확대 파이프를 포함하는 송풍구를 도식적으로 나타낸 것이다. 상부, 즉 송풍구의 넓은 단부(6)는 유동화 격자에 더 가깝게 챔버(3)의 축벽에 연결되어 있고, 하부, 즉 좁은 단부(7)는 챔버(3)의 기저부 부근에 위치해 있다. 여기에서 또한 도식적으로 나타낸 것은 유동상 장치의 축에 대해 대칭적 반대 방식으로 챔버(3)의 축벽으로 도입되는 2개의 유동가스 전달 파이프(4)이다. 이들은 수평적으로 챔버(3)의 내부로 도입되며 이 챔버의 기저부를 향해 위치해 있어, 직각 엘보우를 형성한다. 이들 파이프의 단부(8)는 챔버(3)의 기저부에 가까이 위치해 있다.

하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이다.

[실시예Ⅰ]

제5도에서 도식적으로 나타낸 유동상 장치(1)는 이의 수직 축을 따라 회전하며 직경D가 3m이고 면적 S₁의 단면적이 7㎡인 실린더 모양을 갖는다. 여기에서는 횡단면을 따라 장치에 걸려 있는 유동화 격자(2)가 장치되어 있는데, 이 격자는 이의 수직 축을 따라 회전하며, 이의 정점이 하부로 향해 있고 이의 모선이 수평 면과 12°의 각을 형성하는 원추대의 축 표면으로 이루어져 있다. 이의 정점에서 이것은 유동상 장치의 축을 따라 유동상 장치의 기저부를 통과하는, 직경이 10㎝인 수직 파이프(12)에 연결되어 있는, 직경이 10㎝인 원형 개구(11)를 포함한다.

유동화 격자(2) 아래에 위치해 있는 유동상 장치의 하부 부분은 단부 면이 반구형인 유동 가스 유입 챔버(3)를 형성한다. 가스 유입 챔버(3)의 기저부는 유동화 격자로부터의 거리 H가 2m인 정도로 떨어져 있다. 이 챔버에 배치되어 있는 것은 이의 수직 축을 따라 회전하며, 이의 정점이 하부로 향해 있고 이의 모선이 수평 면과 45°의 각을 형성하는 원추대 모양으로 확대 파이프를 포함하는 송풍구(5)이다.

송풍구(5)는 상부, 즉 유동화 격자 밑으로 10㎝수준으로 챔버(3)의 축벽에 직접 연결되어 있는, 직경 3m인 원형 가스 배출 구멍(즉, 면적 S₂와 면적 S₁이 동일)을 제공하는 넓은 단부(6) 및 하부, 즉 챔버의 기저부로부터의 거리가 0.9m이고 유동화 격자로부터의 거리가 1.1m로 위치해 있는, 직경일 1.2m인 원형 가스 유입 구멍(즉, 면적 S₃가 1.1㎡)을 제공하는 좁은 단부(7)를 갖는다. 직경이 30㎝인 2개의 유동 가스 전달 파이프(4)는 유동상 장치의 축에 대해 대칭적 반대 방식으로 챔버(3)의 축벽으로 도입된다. 이들은 수평적으로 챔버(3)의 내부로 도입되고 이 챔버의 기저부를 향해 있어, 45°의 각으로 엘보우를 형성한다. 이의 축을 따라 측정된, 각 파이프의 단부(8)는 챔버(3)의 기저부로부터의 거리가 0.5m이다.

유동상 장치는 프랑스 공화국 특허 제2,405,961호의 실시예 1에 기술되어 있는 지글러-나타형 촉매 시스템의 존재하에 1.6MPa의 압력 및 82℃의 온도에서 에틸렌과 4-메틸-1-펜텐과의 연속 공중합반응에 사용된다. 2개의 파이프(4)에 의해 가스 유입 챔버(3)내로 도입되는 유동 가스는 에틸렌, 4-메틸-1-펜텐, 수소, 에탄 및 질소의 혼합물로 이루어지며, 17.2㎏/㎥의 밀도를 갖는다. 이것은 45℃의 온도에서 24m/s의 속도로 파이프(4)의 내부로 이동한다. 챔버(3)내로 방출된 후에, 유동 가스는 가스 유입 챔버의 기저부를 소제하고 3m/s의 상부속도로 이의 좁은 단부(7)를 통해 송풍구(5)로 도입된다. 이것은 송풍구의 내부에서 상승하고, 1m/s의 속도로 이의 넓은 단부(6)를 통해 배출되고, 유동화 격자(2)를 통과한 다음 0.5m/s 유동화 속도로 유동상을 통과한다. 유동상을 통해 이동하는 유동 가스의 처리량은 184,000㎏/h이다. 챔버(3)와 유동화 격자(2) 사이의 유동 가스 전달에 있어서의 압력 강화는 약 5KPa이고 유동화 격자(2)의 압력 가아는 약 11KPa이다. 유동상은 밀도가 0.920g/㎤이고 유동 지수(2.16㎏ 부하 하 190℃에서 측정)가 1g/10분(ASTM 표준 D-1238 조건 E에 따름)인, 에틸렌과 4-메틸-1-펜텐과의 공중합체의 분말(이 분말은 내부 평균 직경이 750㎛인 입자로 이루어진다)로 이루어진다. 공중합체의 산출량은 3,000㎏/h이고, 이것은 만족스런 조건하에서, 특히 응집체의 형성 없이 생성된다.

[실시예 Ⅱ](비교용)

가스 유입 챔버(3) 내에 송풍구(5)를 포함하지 않는다는 것을 제외하고는, 실시예 1에서 기술된 것과 동일한 유동상 장치를 사용한다. 에틸렌과 4-메틸-1-펜텐과의 연속 공중합 반응을, 유동상에서의 응집체의 형성을 피하기 위하여 반응온도를 82℃에서 77로 낮춘 것을 제외하고는 실시예1에서 기술된 것과 동일한 조건하에 상기 장치에서 수행한다. 그 결과, 에틸렌과 4-메틸펜텐과의 공중합체의 산출량은 2,500㎏/h이며, 이것은 산출량에서 대략 15%의 감소에 상응한다.

Claims (15)

1. 면적 S₁의 횡단면을 가로질러, 유동상을 함유할 수 있는 상부 부분과 하부 가스 유입 챔버(3)로 장치를 분할하는 유동화 격자(2)를 가지며, 적어도 하나의 유동 가스 전달 파이프(4)가 가스 유입 챔버(3)로 내로 개구되어 있는 유동상 장치(1)에 있어서, 송풍구(5)가 가스 유입 챔버 내에 위치하여 유동가스를 유동화 격자(2)로 유동하며, 송풍구(5)는 확대 파이프를 포함하고, 확대 파이프의 넓은 단부(6)는 면적 S₂를 가지며 유동화 격자(2) 방향으로 위치해 있고, 확대 파이프의 좁은 단부(7)는 면적 S₃를 가지며 장치의 기저부 방향으로 위치해 있으며, 면적 S₂는 면적 S₁과 실질적으로 동일하고 면적 S₂/S₂의 비율은 2 내지 30임을 특징으로 하는 유동상 장치.
2. 제1항에 있어서, 면적 S₁에 대한 확대 파이프의 넓은 단부의 면적 S₂의 비율이 0.9 내지 1인 유동상 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수직 실린더 형태의 봉입체를 포함하열 가스 유입 챔버(3)의 기저부로부터 유동화 격자까지의 거리 H는 H/D(여기서, D는 수직 실린더의 직경이다) 비율이 0.25 내지 2가 되도록 하는 유동상 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유동 가스가 직접 송풍구(5)내로 공급되지 않도록 하는 위치로, 유동 가스 전달 파이프(4)가 가스 유입 챔버(3) 내로 개구되어 있는 유동상 장치.
5. 제4항에 있어서, 가스 유입 챔버(3)의 벽 주위에 대칭적 반대 위치로, 2개 이상의 유동 가스 전달 파이프(4)가 가스 유입 챔버(3) 내로 개구되어 있는 유동상 장치.
6. 제4항에 있어서, 적어도 하나의 유동 가스 전달 파이프(4)가 가스 유입 챔버(3) 내에 도입되어 있으며 가스 유입 챔버(3)의 기저부 방향으로 향해 있는 유동상 장치.
7. 유동 가스 전달 파이프(4)를 통해 유동 가스를 가스 유입 챔버(3)내로 공급함을 포함하여, 면적 S₁의 횡단면을 가로 질러 유동상을 함유하는 상부 부준과 하부 가스 유입 챔버(3)로 장치를 분할하는 유동화 격자(2)를 갖는 유동상 장치(1)에 유동 가스를 공급하는 방법에 있어서, 넓은 단부(6)는 면적 S₂를 가지며 유동화 격자(2) 방향으로 위치해 있고 좁은 단부(7)는 면적 S₃를 가지며 장치의 기저부 방향으로 위치해 있는 확대 파이프(여기서, 면적 S₂는 면적 S₁과 실질적으로 동일하고 면적 S₂/S₃의 비율은 2 내지 30이다)를 포함하는 송풍구(5)가 가스 유입 챔버(3) 내에 위치하여 유동 가스를 유동화 격자(2)로 유도함을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 확대 파이프의 좁은 단부는, 유동 가스가 유동상에서의 유동화 속도의 2 내지 60배의 속도로 도입되도록 면적 S₃를 가지며, 유동 가스의 속도는, 넓은 단부에서의 속도가 유동상에서의 유동화 속도의 1.5 내지 3배가 되도록 확대 파이프를 통과함에 따라 감속되는 방법.
9. 제7항 또는 8항에 있어서, 유동 가스가 확대 파이프의 좁은 단부 내로 직접 공급되지 않는 방법.
10. 제9항에 있어서, 가스 유입 챔버(3) 내로 도입되는 가스 전달 파이프(4)를 통해 유동 가스가 공급되고 이로부터 발생되는 가스가 챔버의 하부를 향해 위치함으로써 가스가 송풍구(5)로 들어가기 전에 챔버의 기저부를 소재하는 방법.
11. 제7항에 있어서, 유동상이 중합 촉매로 이루어진 중합체 입자 증인 방법.
12. 제7항에 있어서, 유동 가스가 α-올레핀을 중합시키기 위한 촉매로 이루어진 방법.
13. 제7항에 있어서, 유동 가스가 하나 이상의 에틸렌 불포화 단량체로 이루어지고 유동상이 이러한 단량체를 중합시키기 위한 촉매로 이루어진 방법.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 송풍구(5)의 넓은 단부가 가스 유입 챔버(3)의 상부 중간부분에 위치하는 유동상 장치.
15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 송풍구(5)의 좁은 단부가 가스 유입 챔버(3)의 기저부 중간 부분에 위치하는 유동상 장치.

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