WO2012005519A2 - Method for polymerizing alpha-olefins with utilizing three-phase system, using three-phase fluidized-bed reactor - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a method for polymerizing alpha-olefins with utilizing a three-phase system, using a three-phase fluidized bed reactor, wherein alpha-olefins are efficiently and economically polymerized by agitating multiphase reaction media comprising solid, liquid and gas phases (three phases) with a three-phase fluidized bed reactor comprising an agitation means by bubbles. The method for polymerizing alpha-olefins utilizing the three-phase system is by agitating the bubbles in a gas stream comprising of one or more types of alpha-olefins and an inert gas, in the form of bubbles in a liquid stream comprising a catalyst which is a liquid hydrocarbon solvent and one or more types of alpha-olefins, to form multiphase (three phases of solid phase, liquid phase and gas phase) reaction media, and polymerizes the alpha-olefins into a polyolefin in the formed multiphase reaction media.

Description

삼상 유동층 반응기를 이용한 알파-올레핀의 삼상중합 방법Three-Phase Polymerization of Alpha-Olefin Using Three-Phase Fluidized Bed Reactor
본 발명은 알파-올레핀의 삼상중합 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기포에 의한 진탕 수단을 포함하는 삼상 유동층 반응기를 이용하여, 고상, 액상 및 기상의 다상(삼상) 반응매질을 진탕시킴으로써, 효율적, 경제적으로 알파-올레핀을 중합하는, 삼상 유동층 반응기를 이용한 알파-올레핀의 삼상중합 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-phase polymerization method of alpha-olefin, and more particularly, by using a three-phase fluidized bed reactor including agitation means by bubbles, by shaking the solid, liquid and gas phase of the multi-phase (three-phase) reaction medium, A three-phase polymerization process of alpha-olefins using a three-phase fluidized bed reactor, which economically polymerizes alpha-olefins.
상업적인 슬러리 중합공정에 사용되는 슬러리 중합반응기로는 연속식 탱크 반응기(CSTR)와 루프 반응기(Loop Reactor)를 예시할 수 있다. 필립스는 루프 반응기를 사용한 슬러리 중합공정(미국특허 4,121,029호 등)을 발전시켜 왔고, 미쯔이 등은 CSTR을 사용한 슬러리 중합공정을 발전시켜 왔다. 상기 CSTR, 루프 반응기 등 통상의 슬러리 중합반응기에는 다상(multi phase) 반응매질을 혼합하기 위한 진탕(agitation) 수단이 설치되어 있다. 상기 진탕 수단은, 기상의 반응매질인 에틸렌, 수소 등이 액상의 반응매질에 용해되는 것을 촉진시키고, 액상의 반응매질에 용해된 반응물의 농도를 비교적 균일하게 유지시키며, 중합 가능한 올레핀의 농도를 비교적 균일하게 유지시키기 위하여, 반응매질을 진탕시키기 위한 것이다. 예를 들면, 연속 교반식 탱크 반응기(CSTR)는 기계적 진탕 수단을 사용하여, 액상 중합되는 반응매질을 진탕시킨다. 상기 기계적 진탕 수단을 포함하는 CSTR은 반응매질을 완전히 혼합(진탕)시킬 수 있으나, 값비싼 모터, 유체-밀봉 베어링 및 구동 샤프트 및/또는 복잡한 교반 기계장치(mechanism)가 필요하기 때문에 비교적 높은 설비 비용을 갖게 되어, 단독으로 사용하는 것은 바람직하지 못하다. 또한, CSTR의 회전 및/또는 진동 기계 구성요소는 규칙적인 정비를 필요로 하며, 정비에 수반되는 노력 및 작동중지 시간으로 인해, CSTR의 작동 비용이 늘어난다. 더욱이, 규칙적인 정비에도 불구하고, CSTR에 사용되는 기계적 진탕 수단(시스템)은 기계 고장을 일으키기 쉽고 비교적 짧은 기간에 걸쳐 교체를 필요로 할 수 있다.The slurry polymerization reactor used in the commercial slurry polymerization process may be a continuous tank reactor (CSTR) and a loop reactor. Philips has developed a slurry polymerization process using a loop reactor (US Pat. No. 4,121,029, etc.), and Mitsui et al. Have developed a slurry polymerization process using a CSTR. In general slurry polymerization reactors such as CSTR and loop reactors, agitation means for mixing a multiphase reaction medium is provided. The agitation means promotes dissolution of gaseous reaction medium ethylene, hydrogen, etc. in the liquid reaction medium, maintains the concentration of the reactants dissolved in the liquid reaction medium relatively uniformly, and maintains the concentration of the polymerizable olefin relatively. In order to maintain uniformity, the reaction medium is shaken. For example, a continuous stirred tank reactor (CSTR) uses mechanical shaking means to shake the reaction medium to be liquid phase polymerized. CSTRs comprising such mechanical agitation means can completely mix (shake) the reaction medium, but require relatively high equipment costs due to the need for expensive motors, fluid-sealed bearings and drive shafts and / or complex stirring mechanisms. It is not preferable to have a and to use alone. In addition, the rotating and / or vibrating mechanical components of the CSTR require regular maintenance and, due to the effort and downtime associated with the maintenance, increase the operating cost of the CSTR. Moreover, despite regular maintenance, mechanical shaking means (systems) used in CSTRs are prone to mechanical failure and may require replacement over a relatively short period of time.
상기 CSTR 등의 기계적 진탕 수단을 사용하는 슬러리 중합반응기(기계 진탕식 중합반응기)에 비하여, 삼상 유동층 반응기는 값비싸고 신뢰할 수 없는 기계적 진탕 수단 없이 반응매질을 진탕시킬 수 있다. 삼상 유동층 반응기는 반응매질이 투입되는 가늘고 긴 직립형 반응구역을 포함하며, 액상의 반응매질을 통해 떠오르는 기포(반응구역 하부로 공급되는 기상의 반응매질(기체 스트림))의 자연적인 부력에 의해, 상기 반응구역의 전체 반응매질이 진탕된다. 따라서, 상기 삼상 유동층 반응기는, 기계 진탕식 반응기에 관련된 설비 비용 및 정비 비용이 들지 않으며, 기계 고장에 대한 걱정이 덜하다.Compared to slurry polymerization reactors (mechanical shaking polymerization reactors) using mechanical shaking means such as CSTR, three-phase fluidized bed reactors can shake the reaction medium without expensive and unreliable mechanical shaking means. The three-phase fluidized bed reactor includes an elongated, upright reaction zone into which the reaction medium is introduced, and by the natural buoyancy of the bubbles (gas phase reaction medium (gas stream) supplied to the bottom of the reaction zone) rising through the liquid reaction medium, The entire reaction medium in the reaction zone is shaken. Thus, the three-phase fluidized bed reactor does not have the equipment and maintenance costs associated with mechanical shake reactors, and less worry about machine failure.
본 발명의 목적은, 삼상 유동층 반응기를 사용함으로써, 종래의 기계적 진탕 수단만을 사용하는 슬러리 중합의 단점을 해소하고, 효율성 및 경제성이 우수한, 알파-올레핀의 삼상중합 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a three-phase polymerization method of alpha-olefins, which eliminates the disadvantages of slurry polymerization using only conventional mechanical shaking means, and which is efficient and economical.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 촉매, 액상의 탄화수소 용매 및 1종 이상의 알파-올레핀을 포함하는 액체 스트림에, 기포 형태를 갖는, 1종 이상의 알파-올레핀 및 불활성 기체를 포함하는 기체 스트림을 기포 진탕시킴으로써, 다상(고상, 액상, 기상의 삼상) 반응매질을 형성하고, 형성된 다상 반응매질 내에서, 상기 알파-올레핀을 폴리올레핀으로 중합하는 것을 특징으로 하는 알파-올레핀의 삼상중합 방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a gas stream comprising at least one alpha-olefin and an inert gas in the form of a bubble in a liquid stream comprising a catalyst, a liquid hydrocarbon solvent and at least one alpha-olefin. By forming a multi-phase (solid, liquid, gaseous three-phase) reaction medium by agitating the bubble, and in the formed multi-phase reaction medium, the alpha-olefin is polymerized to a polyolefin, to provide a three-phase polymerization method of alpha-olefin do.
여기서, 상기 알파-올레핀의 삼상중합 방법은, (a) 상기 액체 스트림을 삼상 유동층 반응기의 반응구역(유동층)으로 공급하는 단계; (b) 상기 삼상 유동층 반응기의 하부로 상기 기체 스트림을 공급하는 단계; (c) 상기 기체 스트림을 상기 반응구역의 액체 스트림에 투입시켜, 다상(삼상) 반응매질을 형성하고, 상기 알파-올레핀을 폴리올레핀으로 중합하는 단계; 및 (d) 생성된 폴리올레핀 중합체를 삼상 유동층 반응기로부터 배출시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the three-phase polymerization method of the alpha-olefin, (a) feeding the liquid stream to the reaction zone (fluid bed) of the three-phase fluidized bed reactor; (b) feeding said gas stream to the bottom of said three phase fluidized bed reactor; (c) introducing the gas stream into a liquid stream of the reaction zone to form a multiphase (three phase) reaction medium and polymerizing the alpha-olefin into a polyolefin; And (d) discharging the resulting polyolefin polymer from the three phase fluidized bed reactor.
본 발명에 따른 알파-올레핀의 삼상중합 방법은, 기포 진탕 등에 의하여, 다상(삼상) 반응매질 내의 촉매와 반응물 사이에 와류혼합(turbulent mixing)이 일어나므로 반응율이 높고, 다상 반응매질을 사용하므로, 높은 유체량일 경우에도 압력강하가 심하지 않으며, 전 반응기를 통하여 열전달이 균일하다. 또한, 다상 반응매질의 높은 액체 체류량이 방열판(heat sink)로 작용하고, 필요에 따라, 반응매질을 재순환시킴으로써, 다상 반응매질의 온도 조절이 용이하며, 액상이 고체 입자의 쿠션(cushion) 역할을 하므로 생성되는 폴리올레핀 입자의 마모가 심하지 않다. 또한, 기포 진탕을 주로 사용하므로, 전체적인 설비가 간단하며, 경제적인 장점이 있다.In the three-phase polymerization method of the alpha-olefin according to the present invention, since the turbulent mixing occurs between the catalyst and the reactant in the multiphase (three phase) reaction medium by bubble shaking, etc., the reaction rate is high, and a multiphase reaction medium is used. Even in the case of high fluid volume, the pressure drop is not severe and heat transfer is uniform through the entire reactor. In addition, the high liquid retention of the polyphase reaction medium acts as a heat sink, and if necessary, by recycling the reaction medium, it is easy to control the temperature of the polyphase reaction medium, and the liquid phase serves as a cushion of solid particles. Therefore, the wear of the resulting polyolefin particles is not severe. In addition, since the bubble shaking is mainly used, the overall equipment is simple and economically advantageous.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알파-올레핀의 삼상중합 방법이 적용될 수 있는 삼상 유동층 반응기의 모식도.1 is a schematic diagram of a three-phase fluidized bed reactor to which a three-phase polymerization method of alpha-olefins according to one embodiment of the present invention can be applied.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 알파-올레핀의 삼상중합 방법은, 촉매, 액상의 탄화수소 용매 및 1종 이상의 알파-올레핀을 포함하는 액체 스트림에, 기포 형태를 갖는, 1종 이상의 알파-올레핀 및 불활성 기체를 포함하는 기체 스트림을 기포 진탕시킴으로써, 다상(고상, 액상, 기상의 삼상) 반응매질을 형성하고, 형성된 다상 반응매질 내에서, 상기 알파-올레핀을 폴리올레핀으로 중합하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 바람직하게는 기포에 의한 진탕 수단을 포함하는 삼상 유동층 반응기를 이용하며, (a) 상기 액체 스트림을 삼상 유동층 반응기의 반응구역(유동층)으로 공급하는 단계, (b) 상기 삼상 유동층 반응기의 하부로 상기 기체 스트림을 공급하는 단계, (c) 상기 기체 스트림을 상기 반응구역의 액체 스트림에 투입시켜, 다상(삼상) 반응매질을 형성하고, 상기 알파-올레핀을 폴리올레핀으로 중합하는 단계 및 (d) 생성된 폴리올레핀 중합체를 삼상 유동층 반응기로부터 배출시키는 단계를 포함할 수 있다.The three-phase polymerization process of alpha-olefins according to the invention comprises at least one alpha-olefin and an inert gas, having a bubble form, in a liquid stream comprising a catalyst, a liquid hydrocarbon solvent and at least one alpha-olefin. Bubble agitation of the gas stream to form a multiphase (solid, liquid, gaseous three phase) reaction medium, and polymerize the alpha-olefin into a polyolefin in the formed polyphase reaction medium, preferably in the bubble. Using a three-phase fluidized bed reactor comprising agitation means by: (a) feeding the liquid stream to the reaction zone (fluidized bed) of the three-phase fluidized bed reactor, (b) feeding the gas stream to the bottom of the three-phase fluidized bed reactor (C) introducing the gas stream into a liquid stream of the reaction zone to form a multiphase (three phase) reaction medium and - it is a step of polymerizing an olefin in the polyolefin, and (d) generating the polyolefin polymer may comprise the step of discharging from a three-phase fluidized bed reactor.
본 발명에서, 상기 삼상 유동층 반응기는, 진탕에 의해 다상(예를 들어, 고상, 액상 및 기상의 삼상) 반응매질, 바람직하게는 다상 반응매질의 액상에서의 화학 반응을 촉진시킬 수 있는 반응기를 의미하며, 상기 진탕은 반응매질을 흩뜨려서 유체를 유동 및/또는 혼합시키는 작업을 의미한다. 여기서, 상기 진탕은, 기포 진탕, 기계적 진탕, 유동 진탕 등에 의한 것일 수 있다. 상기 기포 진탕은 기포의 상향 이동에 의해 야기되는 반응매질의 진탕을 의미하고, 상기 기계적 진탕은 반응매질에 대한 또는 반응매질 내에서의 강성 또는 가요성 요소(들)의 물리적 움직임에 의해 야기되는 반응매질의 진탕을 의미한다. 예를 들어, 상기 기계적 진탕은 반응매질 내에 위치한 내부 교반기, 패들, 진동기 또는 음향 반사판의 회전, 진동 및/또는 떨림에 의해 제공될 수 있다. 상기 유동 진탕은 반응매질 내에 하나 이상의 유체를 고속 주입 및/또는 재순환시킴으로써 야기되는 반응매질의 진탕을 의미한다. 예를 들어, 상기 유동 진탕은 노즐, 배출기 및/또는 추출기에 의해 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 삼상 유동층 반응기는 주로 기포 진탕을 이용하여 다상 반응매질의 화학 반응을 촉진시키며, 예를 들면, 진탕의 5 내지 60%, 바람직하게는 20 내지 50%, 더욱 바람직하게는 30 내지 50%가 기계적 진탕 및/또는 유동 진탕에 의해 제공되고 나머지가 기포 진탕에 의해 제공될 수 있다.In the present invention, the three-phase fluidized bed reactor means a reactor capable of promoting a chemical reaction in a liquid phase of a multiphase (eg, three phase, solid, liquid, and gaseous phase) reaction medium, preferably, a multiphase reaction medium by shaking. In this case, the shaking refers to an operation of dispersing the reaction medium to flow and / or mix the fluid. Here, the shaking may be by bubble shaking, mechanical shaking, flow shaking, or the like. The bubble shaking refers to the shaking of the reaction medium caused by upward movement of the bubbles, and the mechanical shaking refers to the reaction caused by the physical movement of the rigid or flexible element (s) to or within the reaction medium. Means shaking of the medium. For example, the mechanical agitation can be provided by rotation, vibration and / or vibration of an internal stirrer, paddle, vibrator or acoustic reflector located within the reaction medium. The fluid shaking means shaking of the reaction medium caused by the high speed injection and / or recycle of one or more fluids in the reaction medium. For example, the flow shake can be provided by nozzles, ejectors and / or extractors. The three-phase fluidized bed reactor according to the present invention mainly promotes the chemical reaction of the multiphase reaction medium by using bubble shaking, for example, 5 to 60% of the shaking, preferably 20 to 50%, more preferably 30 to 50. % May be provided by mechanical shaking and / or flow shaking and the remainder may be provided by bubble shaking.
본 발명에 사용되는 액체 스트림은, 촉매, 액상의 탄화수소 용매 및 1종 이상의 알파-올레핀 혼합물을 포함하는 것으로서, 필요에 따라, 분리된 투입구로, 촉매, 액상의 탄화수소 용매 및 1종 이상의 알파-올레핀 혼합물이 각각 분리되어 투입될 수도 있다. 상기 촉매로는, 통상의 올레핀 중합용 촉매를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 크롬(Cr) 촉매, 지글러-나타 촉매, 실리카에 담지된 메탈로센 촉매(예를 들면, (n-BuCp)2ZrCl2) 등의 메탈로센 촉매를 사용할 수 있고, 바람직하게는 메탈로센 촉매를 사용할 수 있다. 상기 액상의 탄화수소 용매는, 기상의 저급 탄화수소에 대한 용해도가 높은, 증기압이 낮은 탄화수소류로서, 예를 들면, 탄소수 2 내지 7의 액상 탄화수소, 바람직하게는 액상의 에탄, 프로판, 노말부탄, 이소부탄, 3차 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 더욱 바람직하게는 프로판, 노말부탄, 이소부탄이다. 상기 알파-올레핀은, 반응 물질로서, 1종 이상이 사용되며, CH2=CHR(여기서, R은 수소 또는 탄소수 1 내지 12의 탄화수소 라디칼이다)로 표시되는 화합물, 예를 들면, 에틸렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐, 이들의 혼합물 등 이다.The liquid stream used in the present invention comprises a catalyst, a liquid hydrocarbon solvent and a mixture of one or more alpha-olefins and, if necessary, in separate inlets, the catalyst, liquid hydrocarbon solvent and one or more alpha-olefins. The mixture may be added separately to each other. As the catalyst, a conventional olefin polymerization catalyst can be used without limitation, for example, a chromium (Cr) catalyst, a Ziegler-Natta catalyst, a metallocene catalyst supported on silica (for example, (n-BuCp ) 2 ZrCl 2) it may be used, such as a metallocene catalyst, may be preferably used a metallocene catalyst. The liquid hydrocarbon solvent is a low vapor pressure hydrocarbon having high solubility in gaseous lower hydrocarbons. For example, a liquid hydrocarbon having 2 to 7 carbon atoms, preferably liquid ethane, propane, normal butane, and isobutane. Tertiary butane, pentane, hexane, heptane, more preferably propane, normal butane and isobutane. The alpha-olefin is a compound represented by CH 2 = CHR, wherein R is hydrogen or a hydrocarbon radical having 1 to 12 carbon atoms, for example, ethylene, 1- Butene, 1-hexene, 1-octene, mixtures thereof and the like.
본 발명에 사용되는 기체 스트림은, 반응 물질인 1종 이상의 알파-올레핀 및 불활성 기체(분산 매질)를 포함하는 것으로서, 예를 들면, 상기 알파-올레핀 50 내지 90몰%, 바람직하게는 55 내지 80몰%, 더욱 바람직하게는 60 내지 70몰% 및 나머지 불활성 기체를 포함할 수 있으며, 상기 반응구역에 투입된 액체 스트림을 통과하며 기포층(기체 버블)을 형성할 수 있는 유속으로 투입된다. 상기 알파-올레핀은 상기 액체 스트림에 포함되는 알파-올레핀과 동일한 것을 사용할 수 있으며, 상기 불활성 기체는, 기체 스트림의 투입구 또는 기체 버블 주위에서, 급격한 중합반응에 의한 폴리올레핀 입자의 용융현상을 방지하기 위한 것으로, 다상 반응매질의 열 제거 및 기체 반응물의 희석제 역할을 하는 것이다. 상기 불활성 기체는, 예를 들어, 질소 및 탄소수 1 내지 6, 바람직하게는 탄소수 2 내지 6의 지방족 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고, 단독 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있으며, 바람직하게는 질소, 에탄, 프로판, 이들의 혼합물 등일 수 있고, 더욱 바람직하게는 질소, 에탄, 이들의 혼합물 등일 수 있다. 상기 기체 스트림 내에서, 상기 알파-올레핀의 함량이 너무 낮을 경우(불활성 기체의 함량이 너무 높을 경우), 액체 스트림에 용해되는 불활성 기체의 양이 증가하여, 액체 스트림 내에 용해되는 알파-올레핀 함량이 감소하게 되고 반응활성이 급격히 낮아져 생산량이 떨어질 우려가 있고, 알파-올레핀의 함량이 너무 높을 경우(불활성 기체의 함량이 너무 낮을 경우), 기체 스트림의 투입구 또는 기체 버블 주위에서 급격한 중합반응에 의한 폴리올레핀 입자의 용융현상이 발생하게 되어 조업이 중단될 우려가 있다.The gas stream used in the present invention comprises at least one alpha-olefin which is a reactant and an inert gas (dispersion medium), for example 50-90 mole% of the alpha-olefin, preferably 55-80 It may comprise mole%, more preferably 60 to 70 mole% and the remaining inert gas and is introduced at a flow rate that can form a bubble layer (gas bubble) through the liquid stream introduced into the reaction zone. The alpha-olefin may be the same as the alpha-olefin contained in the liquid stream, the inert gas, to prevent the melting of the polyolefin particles by rapid polymerization reaction around the inlet or gas bubble of the gas stream It serves as heat dilution of the multiphase reaction medium and as a diluent for gaseous reactants. The inert gas is, for example, selected from the group consisting of nitrogen and aliphatic hydrocarbons having 1 to 6 carbon atoms, preferably 2 to 6 carbon atoms, and may be used alone or in combination of two or more, preferably nitrogen, Ethane, propane, mixtures thereof, and the like, more preferably nitrogen, ethane, mixtures thereof, and the like. In the gas stream, if the content of the alpha-olefin is too low (if the content of inert gas is too high), the amount of inert gas dissolved in the liquid stream increases, so that the content of alpha-olefin dissolved in the liquid stream is increased. Decreases and the reaction activity is sharply lowered, which may lead to a decrease in production, and when the content of alpha-olefin is too high (the content of inert gas is too low), the polyolefin is produced by rapid polymerization at the inlet of the gas stream or around the gas bubble. Melt phenomenon of the particles may occur, there is a fear that the operation is stopped.
상기 반응구역 내의 액체 스트림(고상의 촉매 포함)에 기포 형태의 상기 기체 스트림을 투입시키면, 반응구역 내에 고상(촉매), 액상 및 기상의 다상(삼상) 반응매질을 형성하고, 알파-올레핀의 중합 반응이 진행됨에 따라, 결과물인 고상의 폴리올레핀 중합체가 생성되어, 반응구역 내에 고상(촉매 및 폴리올레핀 중합체), 액상 및 기상의 다상(삼상) 반응매질을 형성한다. 여기서, 상기 기체 스트림의 기포는 다상 반응매질을 진탕(기포 진탕)시켜 다상 반응매질(주로 다상 반응매질의 액상) 내의 알파-올레핀의 중합 반응을 더욱 촉진시키며, 보다 효율적으로 얻고자 하는 폴리올레핀 중합체를 형성할 수 있도록 한다. 얻고자 하는 폴리올레핀 중합체의 특성(예를 들어, 중합체 밀도)에 따라 달라질 수 있으나, 상기 다상 반응매질에 대하여, 상기 알파-올레핀의 함량은 1 내지 20중량%, 바람직하게는 3 내지 15중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 15중량%이고, 상기 촉매의 함량은, 사용되는 촉매의 활성에 따라 달라질 수 있으나, 상기 알파-올레핀 100중량부에 대하여, 0.01 내지 0.15중량부, 바람직하게는 0.015 내지 0.1중량부일 수 있으며, 상기 불활성 기체의 함량은, 상기 알파-올레핀 100중량부에 대하여, 10 내지 200중량부, 바람직하게는 30 내지 150중량부, 더욱 바람직하게는 50 내지 120중량부이고, 생성되는 폴리올레핀 중합체(배출되는 폴리올레핀 중합체(제품)을 제외한 다상 반응매질에 포함되는 폴리올레핀 중합체)의 함량은, 상기 알파-올레핀 100중량부에 대하여, 10 내지 500중량부, 바람직하게는 50 내지 450중량부, 더욱 바람직하게는 100 내지 300중량부이며, 나머지는 상기 액상의 탄화수소 용매이다.Injecting the gaseous stream in the form of bubbles into the liquid stream (including the solid catalyst) in the reaction zone forms a solid phase (catalyst), liquid and gaseous multiphase (three phase) reaction medium, and polymerizes the alpha-olefins. As the reaction proceeds, the resulting solid polyolefin polymer is produced, forming a solid phase (catalyst and polyolefin polymer), liquid and gaseous polyphase (three phase) reaction medium in the reaction zone. Here, the bubbles of the gas stream shake the polyphase reaction medium (bubble shake) to further promote the polymerization reaction of the alpha-olefin in the polyphase reaction medium (mainly in the liquid phase of the polyphase reaction medium), and to obtain a polyolefin polymer to obtain more efficiently. To form. Depending on the properties of the polyolefin polymer to be obtained (eg polymer density), the content of the alpha-olefin relative to the multiphase reaction medium is 1 to 20% by weight, preferably 3 to 15% by weight, More preferably, it is 5 to 15% by weight, the content of the catalyst may vary depending on the activity of the catalyst used, but 0.01 to 0.15 parts by weight, preferably 0.015 to 0.1 with respect to 100 parts by weight of the alpha-olefin. The amount of the inert gas may be 10 to 200 parts by weight, preferably 30 to 150 parts by weight, more preferably 50 to 120 parts by weight, based on 100 parts by weight of the alpha-olefin. The content of the polyolefin polymer (polyolefin polymer included in the polyphase reaction medium except the discharged polyolefin polymer (product)) is in 10 to 500 based on 100 parts by weight of the alpha-olefin. A portion, preferably from 50 to 450 parts by weight, more preferably from 100 to 300 parts by weight, the remainder being hydrocarbon solvent in the liquid phase.
상기 알파-올레핀의 함량이 1중량% 미만이면, 생성되는 폴리올레핀이 적어 경제적이지 못하고, 20중량%를 초과하면, 상기 다상 반응매질의 액상에 용해되지 않고 반응구역을 통과하는 미반응 알파-올레핀의 양이 증가하여, 반응기 오버헤드(분리구역)의 압력이 급격히 증가하고, 액체 스트림에 용해되어 중합되지 않고 통과하는 기체 스트림이 증가하여 기체 스트림을 투입시키는 컴프레셔(compressor)의 에너지 손실이 커질 우려가 있으며, 상기 알파-올레핀 100중량부에 대하여, 상기 촉매의 함량이 0.01중량부 미만이면, 낮은 촉매 활성으로 생산성이 저하되어 경제적이지 못하고, 0.15중량부를 초과하면, 과도한 반응열(중합열)이 발생하여, 불활성 기체 등에 의한 반응기의 열 제거가 불가능하고, 덩어리 형태의 폴리올레핀이 생성될 우려가 있으며, 상기 불활성 기체의 함량이 10중량부 미만이면, 상기 기체 스트림을 상기 액체 스트림에 투입하는 구멍(투입구) 주위에 고상 폴리올레핀의 침착이 발생하여, 균일한 기포 형태의 기체 스트림 투입이 어려울 우려가 있고, 200중량부를 초과하면, 기체 스트림 내의 알파-올레핀이 다상 반응매질의 액상에 용해되지 못하여 액상 내 알파-올레핀의 함량이 떨어지고, 폴리올레핀 중합체의 생산량이 저하될 우려가 있으며, 상기 폴리올레핀 중합체의 함량이 10중량부 미만이면, 폴리올레핀 중합체의 체류시간이 짧아지는 것으로, 생산성이 저하되어 경제적이지 못하고, 500중량부를 초과하면, 고상인 폴리올레핀 중합체와 반응기 벽면의 마찰로 인해 다상 반응매질의 움직임이 없는 부분이 생길 수 있으며, 이로 인해 반응기 파울링(fouling) 등이 발생하여 조업이 중단될 우려가 있다.If the content of the alpha-olefin is less than 1% by weight, the amount of polyolefins produced is not economical, and if the content of the alpha-olefin is more than 20% by weight, the amount of the unreacted alpha-olefin that does not dissolve in the liquid phase of the polyphase reaction medium and passes through the reaction zone is As the amount increases, the pressure of the reactor overhead (separation zone) increases rapidly, and there is a concern that the energy loss of the compressor that introduces the gas stream increases due to an increase in the gas stream passing through without polymerization by dissolving in the liquid stream. When the content of the catalyst is less than 0.01 part by weight, the productivity is lowered due to low catalyst activity, which is not economical. When the content of the catalyst is less than 0.01 part by weight, excessive heat of reaction (polymerization heat) is generated. , Heat removal of the reactor by an inert gas, etc., is impossible, and there is a fear that a polyolefin in the form of agglomerate is produced. If the content of the gaseous gas is less than 10 parts by weight, solid polyolefin may be deposited around a hole (inlet) through which the gas stream is introduced into the liquid stream, which may make it difficult to introduce a uniform bubble gas stream. If the weight part is exceeded, the alpha-olefin in the gas stream may not be dissolved in the liquid phase of the polyphase reaction medium, thereby decreasing the content of the alpha-olefin in the liquid phase and lowering the yield of the polyolefin polymer. If less than parts, the residence time of the polyolefin polymer is shortened, productivity is not economical, and if it is more than 500 parts by weight, a part of the polyolefin reaction medium may be free of motion due to friction between the solid polyolefin polymer and the reactor wall. This may cause reactor fouling, which may cause the operation to stop. There is.
본 발명에 따른 알파-올레핀의 삼상중합 방법에서, 알파-올레핀의 중합 반응은 주로 다상 반응매질의 액상에서 일어나며, 다상 반응매질의 액상은 상기 액체 스트림의 액상 탄화수소 용매 및 용매에 용해된 알파-올레핀 및 불활성 기체를 포함한다. 그러나, 상기 액상 탄화수소 용매(예를 들어, 프로판, 이소부탄)는, 중합 반응의 발열 특성 때문에, 일부가 비등/기화되며, 다상 반응매질의 기상은, 기화된 용매, 기체 스트림의 불활성기체(예를 들어, 질소, 에탄) 및 알파-올레핀의 미용해, 미반응 부분으로 이루어지게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 알파-올레핀의 삼상중합 방법은, 중합열에 의한 다상 반응매질의 과도한 기화를 방지하고, 중합 반응이 일어나는 다상 반응매질의 액상 함량을 유지하기 위하여, 상기 (c) 단계와 (d) 단계 사이에, (e) 상기 반응구역 상부로부터 다상(삼상) 반응매질의 일부를 배출 및 냉각시켜, 중합열을 제거한 다음, 상기 반응구역의 하부로 재순환시키는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 다상 반응매질은, 상기 액체 스트림, 기체 스트림, 고상의 폴리올레핀 중합체 및 중합열이 제거된 재순환되는 스트림(다상 반응매질)에 의해 형성된다.In the three-phase polymerization process of alpha-olefins according to the present invention, the polymerization reaction of the alpha-olefin takes place mainly in the liquid phase of the polyphase reaction medium, and the liquid phase of the polyphase reaction medium is the liquid hydrocarbon solvent of the liquid stream and the alpha-olefin dissolved in the solvent. And inert gases. However, the liquid hydrocarbon solvent (e.g., propane, isobutane) is partially boiled / vaporized due to the exothermic properties of the polymerization reaction, and the gas phase of the polyphase reaction medium is a vaporized solvent, an inert gas (e.g., a gas stream). For example, it consists of unresolved, unreacted portions of nitrogen, ethane) and alpha-olefins. Therefore, the three-phase polymerization method of the alpha-olefin according to the present invention, in order to prevent excessive vaporization of the polyphase reaction medium by the heat of polymerization, and to maintain the liquid content of the polyphase reaction medium in which the polymerization reaction takes place, the step (c) and ( Between steps d), (e) may further comprise the step of discharging and cooling a part of the multiphase (three phase) reaction medium from the top of the reaction zone to remove the heat of polymerization, and then recycle to the bottom of the reaction zone. In this case, the polyphase reaction medium is formed by the liquid stream, the gas stream, the solid polyolefin polymer and the recycled stream (polyphase reaction medium) from which the heat of polymerization is removed.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알파-올레핀의 삼상중합 방법이 적용될 수 있는 삼상 유동층 반응기의 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼상 유동층 반응기(100)는, 기체 분산판(스파저(sparger), 120)에 의하여 반응구역(110) 및 반응기 하부(130)로 구획되며, 상기 반응구역(110)의 상부에는, 반응구역(유동층, 110)을 통과한 미반응 기체 스트림을 모으기 위한 분리구역(140)을 포함한다. 또한, 상기 액체 스트림을 상기 반응구역(110)에 공급하기 위한 액체 스트림 투입구(112), 상기 기체 스트림을 상기 반응기 하부(130)에 공급하기 위한 기체 스트림 투입구(132), 상기 분리구역(140)에 모인 미반응 기체 스트림을 반응기 외부로 배출하기 위한 기체 배출구(미도시), 생성된 폴리올레핀 중합체를 배출하기 위한 폴리올레핀 배출구(미도시) 등을 포함할 수 있으며, 필요에 따라, 중합열 제거를 위한, 이중관(200), 이중관 토출부(210), 이중관 도입부(220), 재순환펌프(300) 등을 더욱 포함할 수 있다. 여기서, 상기 이중관(200)은 통상의 동심 2중관(내부 관과 외부 관)으로서, 상기 이중관(200)의 내부 관으로 반응 매질이 순환되고, 외부 (투입)관을 통해 냉각수(가열 시 가열수)가 순환되어 열전달 면적을 극대화시킬 수 있는 것이다.1 is a schematic diagram of a three-phase fluidized bed reactor to which the three-phase polymerization method of alpha-olefin according to an embodiment of the present invention can be applied. As shown in FIG. 1, the three-phase fluidized bed reactor 100 according to an embodiment of the present invention is connected to the reaction zone 110 and the reactor bottom 130 by a gas dispersion plate (sparger) 120. At the top of the reaction zone 110, there is a separation zone 140 for collecting the unreacted gas stream passing through the reaction zone (fluid bed 110). Also, a liquid stream inlet 112 for supplying the liquid stream to the reaction zone 110, a gas stream inlet 132 for supplying the gas stream to the reactor bottom 130, and the separation zone 140. A gas outlet (not shown) for discharging the collected unreacted gas stream to the outside of the reactor, a polyolefin outlet (not shown) for discharging the produced polyolefin polymer, and the like. , The double pipe 200, the double pipe discharge part 210, the double pipe introduction part 220, and a recirculation pump 300 may be further included. Here, the double pipe 200 is a conventional concentric double pipe (inner pipe and outer pipe), the reaction medium is circulated to the inner pipe of the double pipe 200, the cooling water (heating water when heated through the outer (inlet) pipe) ) Is circulated to maximize the heat transfer area.
상기 반응구역(유동층, 110)은, 상기 액체 스트림 투입구(112)로부터 공급되는 액체 스트림과 상기 기체 스트림 투입구(132)로부터 공급되고, 기체 분산판(120)에 의해 작은 기포 형태로 변환된 기체 스트림 등이 다상 반응매질을 형성하는 공간으로서, 기포 형태의 기체 스트림에 의해 다상 반응매질이 진탕(기포 진탕)되며, 알파-올레핀의 중합 반응이 일어나는 공간이다. 통상적으로 상기 반응구역(110)은 원통 형태일 수 있으며, 반응구역(110)의 높이(L)를 지름(D)으로 나눈 값인 L/D 값은 4 내지 10, 바람직하게는 5 내지 9로 유지된다. 상기 L/D 값이 상기 범위를 벗어날 경우, 반응구역 내 기체 스트림의 체류시간을 충분히 확보할 수 없고, 기체 스트림의 알파-올레핀을 다상 분산매질의 액상에 충분히 용해시키지 못할 우려가 있다.The reaction zone (fluid layer 110) is a liquid stream supplied from the liquid stream inlet 112 and a gas stream supplied from the gas stream inlet 132 and converted into a small bubble form by the gas dispersion plate 120. Etc., a space in which a polyphase reaction medium is formed, in which a polyphase reaction medium is shaken (bubble shaken) by a gas stream in the form of a bubble, in which a polymerization reaction of an alpha-olefin occurs. Typically, the reaction zone 110 may have a cylindrical shape, and the L / D value obtained by dividing the height L of the reaction zone 110 by the diameter D is maintained at 4 to 10, preferably 5 to 9. do. If the L / D value is out of the above range, the residence time of the gas stream in the reaction zone cannot be sufficiently secured, and there is a fear that the alpha-olefin of the gas stream cannot be sufficiently dissolved in the liquid phase of the multiphase dispersion medium.
상기 기체 분산판(120)은, 반응기 하부(130)로 공급된 기체 스트림을 기포 형태로 분산시키기 위한 것으로서, 상기 기체 스트림을 균일하고 충분히 작은 크기의 기포로 분산시킬 수 있는 다양한 형태를 가질 수 있으며, 구체적으로, 구멍이 형성된 플레이트(Perforated plates), 버블 캡 또는 노즐(bubble caps or nozzles), 살포기(sparger), 코니칼 그리드(conical grids), 관통 시이트 그리드(pierced sheet grids) 등 다양한 형태를 가질 수 있다.The gas dispersion plate 120 is to disperse the gas stream supplied to the reactor bottom 130 in the form of bubbles, and may have various forms capable of dispersing the gas stream into bubbles having a uniform and sufficiently small size. Specifically, they may have various shapes such as perforated plates, bubble caps or nozzles, sparsers, conical grids, and pierced sheet grids. Can be.
상기 반응기 하부(130)는, 기체 스트림이 우선 공급되는 공간으로서, 상기 반응구역(110)으로부터 다상 반응매질 등이 유입되지 않도록, 공급되는 기체 스트림에 의한 반응기 하부(130)의 압력이 반응구역(110) 하부의 압력보다 0.5 내지 1.0바(bar), 바람직하게는 0.7 내지 0.95바, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 0.9바 높게 유지되어야 한다.The reactor bottom 130 is a space in which a gas stream is supplied first, and the pressure of the reactor bottom 130 by the gas stream supplied is controlled by the reaction zone so that the multiphase reaction medium does not flow from the reaction zone 110. 110) 0.5 to 1.0 bar, preferably 0.7 to 0.95 bar, more preferably 0.8 to 0.9 bar higher than the pressure of the bottom.
상기 분리구역(140)은, 상기 반응구역(110), 즉 다상 반응매질을 통과한 미반응 및 미용해된 기체 스트림을 모으기 위한 공간으로서, 반응구역(110)의 상부(도 1에서 굴곡선(다상 반응매질) 이상 영역)에 위치한다. 상기 분리구역(140)에서는, 상기 미반응 및 미용해된 기체 스트림에 포함되는, 상기 반응구역(110)에서 기포의 파쇄로 인해 비말동반(entrainment)되는 폴리올레핀 미세입자와 액적이 제거될 수 있고, 미세입자 및 액적이 제거된 기체 스트림은 기체 배출구(미도시)를 통해 배출된 후, 정제장치(미도시)에서 정제되어 다시 반응기 하부(130)로 공급될 수 있다. 상기 폴리올레핀 미세입자 및 액적을 제거하기 위하여, 상기 분리구역(140)의 지름은 상기 반응구역(110) 지름의 1.5 내지 3배, 바람직하게는 1.7 내지 2배가 되도록 설계될 수 있으며, 이때, 분리구역(140)의 높이는 반응기(반응구역(110)) 지름의 2 내지 5배, 바람직하게는 2.5 내지 3배일 수 있다. 또한, 상기 분리구역(140)은 폴리올레핀 미세입자와 액적이 중력에 의해 반응구역(110)으로 회귀할 수 있도록, 입자종말속도보다 분리구역(140)에서의 기체 유속이 낮게 운전되도록 설계된다. 상기 분리구역(140)의 지름 크기가 반응구역(110)의 지름 크기의 3배를 초과할 경우, 기체 스트림을 공급하기 위한 컴프레셔(compressor)의 에너지가 과도하게 필요할 우려가 있으며, 1.5배 미만인 경우, 비말동반되는 폴리올레핀 미세입자 및 액적의 유속이 입자종말속도 이상 유지되어, 중력에 의해 반응구역(110)으로 떨어지지 못하고, 상기 미반응(미용해) 기체 스트림으로부터 폴리올레핀 미세입자 및 액적이 제거되지 못할 우려가 있다.The separation zone 140 is a space for collecting the unreacted and undissolved gas stream passing through the reaction zone 110, that is, the multiphase reaction medium, and the upper portion of the reaction zone 110 (the curved line in FIG. 1). Polyphase reaction medium). In the separation zone 140, polyolefin microparticles and droplets entrained due to breakage of bubbles in the reaction zone 110, which are included in the unreacted and undissolved gas stream, may be removed, The gas stream from which the microparticles and droplets have been removed may be discharged through a gas outlet (not shown), and then purified in a refining apparatus (not shown) and fed back to the reactor bottom 130. In order to remove the polyolefin microparticles and droplets, the diameter of the separation zone 140 may be designed to be 1.5 to 3 times, preferably 1.7 to 2 times the diameter of the reaction zone 110, wherein the separation zone The height of the 140 may be 2 to 5 times, preferably 2.5 to 3 times the diameter of the reactor (reaction zone 110). In addition, the separation zone 140 is designed such that the gas flow rate in the separation zone 140 is lower than the particle termination speed so that the polyolefin fine particles and the droplets can return to the reaction zone 110 by gravity. If the diameter size of the separation zone 140 exceeds three times the diameter size of the reaction zone 110, there is a fear that the energy of the compressor (compressor) for supplying the gas stream is excessively necessary, less than 1.5 times , The flow rates of the entrained polyolefin microparticles and droplets are maintained above the particle end velocity, so that they do not drop into the reaction zone 110 by gravity and the polyolefin microparticles and droplets cannot be removed from the unreacted (undissolved) gas stream. There is concern.
종래의 슬러리 중합반응기는 자켓형태의 반응기를 이용하거나 반응기 내부에 열교환 코일을 설치하여 반응매질을 가열 또는 냉각시킨다. 그러나, 이러한 열교환 형태는 본 발명에 따른 삼상 유동층 반응기 및 삼상중합방법에 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명의 삼상중합방법에서 다상 반응매질의 중합열 등의 열 제거는, 상기 반응구역(110) 상부로부터 다상 반응매질의 일부를 배출 및 냉각시켜, 중합열 등을 제거한 다음, 상기 반응구역(110)의 하부로 재순환시키는 방법을 사용한다. 상기 다상 반응매질의 배출 및 재순환은 루프 반응기(Loop Reactor) 구조에 의한 것이 바람직하며, 즉, 상기 재순환펌프(300)을 이용하여 다상 반응매질의 일부를 상기 이중관 토출부(210)로부터 공급받아 상기 이중관(200)에서 중합열 등의 열을 제거하고, 냉각된 다상 반응매질을 상기 이중관 도입부(220)로 재순환시키는 방법을 사용하여 실행할 수 있다. 이때, 상기 이중관(200)에서의 열 제거는, 상기 이중관(200)의 외부 투입관을 통해 냉각수(가열 시 가열수)를 순환시켜 열전달 면적을 극대화시키는 방법을 사용한다. 또한, 본 발명의 삼상중합방법은, 기체 스트림의 불활성기체에 의한 다상 반응매질의 증발잠열을 이용하여 열 제거 효율을 높일 수 있다.Conventional slurry polymerization reactors use a jacket-type reactor or install a heat exchange coil in the reactor to heat or cool the reaction medium. However, this type of heat exchange is not preferred for the three phase fluidized bed reactor and the three phase polymerization process according to the present invention. Therefore, in the three-phase polymerization method of the present invention, heat removal such as heat of polymerization of the multiphase reaction medium is performed by removing and cooling a part of the polyphase reaction medium from the upper portion of the reaction zone 110 to remove the heat of polymerization, and then the reaction zone. A method of recycling to the bottom of 110 is used. The discharge and recirculation of the multiphase reaction medium is preferably by a loop reactor structure, that is, a part of the polyphase reaction medium is supplied from the double pipe discharge part 210 using the recirculation pump 300. Heat may be removed from the double tube 200 using a method of removing heat such as polymerization heat and recycling the cooled polyphase reaction medium to the double tube introduction unit 220. At this time, the heat removal in the double pipe 200, a method of maximizing the heat transfer area by circulating the cooling water (heating water when heated) through the external input pipe of the double pipe (200). In addition, the three-phase polymerization method of the present invention can increase the heat removal efficiency by using the latent heat of evaporation of the multiphase reaction medium by the inert gas of the gas stream.
상기 삼상 유동층 반응기(100)에서 생성된 폴리올레핀의 일부를 배출하기 위한 상기 폴리올레핀 배출구(미도시)의 위치, 크기 등은 필요에 따라 조절될 수 있고, 예를 들면, 반응기(100)의 반응영역(110) 하단에 형성되거나, 상기 재순환펌프(300)와 이중관 도입부(220)의 사이에 위치한 이중관(200) 하부에 형성될 수 있다.The position, size, and the like of the polyolefin outlet (not shown) for discharging a portion of the polyolefin generated in the three-phase fluidized bed reactor 100 may be adjusted as needed, and, for example, the reaction zone of the reactor 100 ( 110 may be formed at the bottom or the lower portion of the double pipe 200 located between the recirculation pump 300 and the double pipe introduction portion 220.
상기 삼상 유동층 반응기(100)에서 알파-올레핀을 중합하기 위해서는, 얻고자 하는 폴리올레핀 중합체의 특성(예를 들어, 중합체 밀도)에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들면, 다상 반응매질의 온도를 30 내지 250℃, 바람직하게는 50 내지 150℃, 더욱 바람직하게는 50 내지 120℃로 유지시키고, 다상 반응매질 위의 오버헤드 압력(분리구역(140) 압력)은 1 내지 100바(bar), 바람직하게는 10 내지 60바, 더욱 바람직하게는 15 내지 45바로 유지시키는 것이 바람직하다. 또한, 다상 반응매질의 상부(반응구역(110) 상부)와 다상 반응매질의 저부(반응구역(110) 하부) 사이의 압력 차이는 0.4 내지 5바, 바람직하게는 0.7 내지 3바, 더욱 바람직하게는 1 내지 2바로, 다상 반응매질의 저부 압력이 상부 압력보다 높게 유지하는 것이 바람직하다. 상기 다상 반응매질 위의 오버헤드 압력은 비교적 일정한 값으로 유지되는 것이 통상적으로 바람직하다.In order to polymerize the alpha-olefin in the three-phase fluidized bed reactor 100, it may vary depending on the properties of the polyolefin polymer (for example, polymer density) to be obtained, for example, the temperature of the polyphase reaction medium is 30 to 250 C, preferably 50 to 150 ° C., more preferably 50 to 120 ° C., and the overhead pressure (separation zone 140 pressure) on the multiphase reaction medium is from 1 to 100 bar, preferably It is preferable to keep it at 10 to 60 bar, more preferably 15 to 45 bar. Further, the pressure difference between the top of the multiphase reaction medium (top of the reaction zone 110) and the bottom of the multiphase reaction medium (bottom of the reaction zone 110) is 0.4 to 5 bar, preferably 0.7 to 3 bar, more preferably 1 to 2, it is preferable that the bottom pressure of the multiphase reaction medium is maintained higher than the top pressure. The overhead pressure on the multiphase reaction medium is typically preferably maintained at a relatively constant value.
본 발명에 따른 삼상 유동층 반응기에서 생성되는 폴리올레핀은, 다상 반응매질 및 기포 진탕을 사용하므로, 기계식 진탕 수단만을 사용하는 통상의 슬러리 반응기에 비하여, 임펠러 혹은 교반기 등에 의한 물리적인 외력이 적으며, 따라서, 통상의 슬러리 반응기에 의해 생산되는 폴리올레핀보다 낮은 밀도(예를 들어 0.910 내지 0.920)의 폴리올레핀 제품을 생산할 수 있다.Since the polyolefin produced in the three-phase fluidized bed reactor according to the present invention uses a multiphase reaction medium and bubble shaking, it has less physical external force by an impeller or stirrer than the conventional slurry reactor using only mechanical shaking means. It is possible to produce polyolefin products of lower density (eg 0.910 to 0.920) than polyolefins produced by conventional slurry reactors.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. The following examples are intended to illustrate the invention, and the invention is not limited by the following examples.
[실시예 1 내지 3] 알파-올레핀의 삼상중합 [Examples 1-3] Three-Phase Polymerization of Alpha-olefins
도 1에 도시된 삼상 유동층 반응기(100)를 사용하고, 실리카(ES70Y, INEOS silica사 제품)에 담지된(n-BuCp)2ZrCl2 메탈로센 촉매, 알파-올레핀으로서 에틸렌과 1-헥센 및 용매로서 액상의 이소부탄을 포함하는 액체 스트림과 알파-올레핀으로서 에틸렌과 1-헥센 및 불활성 기체로서 에탄을 포함하는 기체 스트림을 공급하여, 알파-올레핀의 삼상 공중합을 실시하였다. 여기서, 상기 촉매의 공급 및 체류 시간을 조절하여, 원하는 중합 수율(고체 촉매 성분 g당 중합체 g)을 얻었으며, 재순환되는 다상 반응매질의 유량은 체류시간 5분으로 유지하였다. 다른 반응조건은 하기 표 1에 나타내었다. 2 ZrCl 2 metallocene catalyst (n-BuCp) supported on silica (ES70Y, manufactured by INEOS silica) using the three-phase fluidized bed reactor 100 shown in FIG. 1, ethylene and 1-hexene as alpha-olefins, and A three-phase copolymerization of alpha-olefins was carried out by feeding a liquid stream comprising liquid isobutane as solvent and a gas stream comprising ethylene and 1-hexene as alpha-olefins and ethane as inert gas. Here, the feed and residence time of the catalyst were adjusted to obtain the desired polymerization yield (polymer g per g solid catalyst component), and the flow rate of the recycled multiphase reaction medium was maintained at a residence time of 5 minutes. Other reaction conditions are shown in Table 1 below.
표 1
Figure PCTKR2011004962-appb-T000001
Table 1
Figure PCTKR2011004962-appb-T000001
본 발명에 따른 알파-올레핀의 삼상중합 방법을 사용한, 저밀도 폴리에틸렌의 중합생산 시, 다상 반응매질 내의 고상 함량을 증가시킬 수 있어서 높은 생산성(단위시간당 고체 촉매성분 g당 중합체 g)을 얻을 수 있었다.In the polymerization production of low-density polyethylene using the three-phase polymerization method of the alpha-olefin according to the present invention, it is possible to increase the solid phase content in the polyphase reaction medium to obtain high productivity (g / g of polymer per g solid catalyst component per unit time).
본 발명에 따른 알파-올레핀의 삼상중합 방법은, 고상, 액상 및 기상의 다상(삼상) 반응매질을 이용한 폴리올레핀 중합체의 제조에 유용하다.The three-phase polymerization method of alpha-olefins according to the present invention is useful for preparing polyolefin polymers using solid, liquid and gaseous multiphase (three phase) reaction media.

Claims (6)

  1. 촉매, 액상의 탄화수소 용매 및 1종 이상의 알파-올레핀을 포함하는 액체 스트림에, 기포 형태를 갖는, 1종 이상의 알파-올레핀 및 불활성 기체를 포함하는 기체 스트림을 기포 진탕시킴으로써, 다상(고상, 액상, 기상의 삼상) 반응매질을 형성하고, 형성된 다상 반응매질 내에서, 상기 알파-올레핀을 폴리올레핀으로 중합하는 것을 특징으로 하며, The gaseous stream comprising at least one alpha-olefin and an inert gas, in the form of bubbles, in a liquid stream comprising a catalyst, a liquid hydrocarbon solvent and at least one alpha-olefin, is subjected to bubble agitation, thereby producing a multiphase (solid, liquid, Gas phase three-phase) reaction medium, and in the formed polyphase reaction medium, the alpha-olefin is polymerized to polyolefin,
    상기 알파-올레핀의 삼상중합 방법은, (a) 상기 액체 스트림을 삼상 유동층 반응기의 반응구역(유동층)으로 공급하는 단계; (b) 상기 삼상 유동층 반응기의 하부로 상기 기체 스트림을 공급하는 단계; (c) 상기 기체 스트림을 상기 반응구역의 액체 스트림에 투입시켜, 다상(삼상) 반응매질을 형성하고, 상기 알파-올레핀을 폴리올레핀으로 중합하는 단계; 및 (d) 생성된 폴리올레핀 중합체를 삼상 유동층 반응기로부터 배출시키는 단계를 포함하며,The three-phase polymerization process of alpha-olefins comprises: (a) feeding the liquid stream to a reaction zone (fluid bed) of a three phase fluidized bed reactor; (b) feeding said gas stream to the bottom of said three phase fluidized bed reactor; (c) introducing the gas stream into a liquid stream of the reaction zone to form a multiphase (three phase) reaction medium and polymerizing the alpha-olefin into a polyolefin; And (d) withdrawing the resulting polyolefin polymer from the three phase fluidized bed reactor,
    상기 삼상 유동층 반응기는 기체 분산판에 의하여 반응구역 및 반응기 하부로 구획되며, 상기 반응구역의 상부에는, 반응구역을 통과한 미반응 기체 스트림을 모으기 위한 분리구역을 포함하는 것인, 알파-올레핀의 삼상중합 방법.The three-phase fluidized bed reactor is partitioned into a reaction zone and a bottom of the reactor by a gas dispersion plate, and at the top of the reaction zone includes a separation zone for collecting the unreacted gas stream passing through the reaction zone. Three phase polymerization method.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉매는 크롬(Cr) 촉매, 지글러-나타 촉매 및 메탈로센 촉매로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고, 상기 액상의 탄화수소 용매는 탄소수 2 내지 7의 액상 탄화수소이고, 상기 알파-올레핀은 CH2=CHR(여기서, R은 수소 또는 탄소수 1 내지 12의 탄화수소 라디칼이다)로 표시되는 화합물이며, 상기 불활성 기체는 질소 및 탄소수 2 내지 6의 지방족 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 알파-올레핀의 삼상중합 방법.The method of claim 1, wherein the catalyst is selected from the group consisting of chromium (Cr) catalyst, Ziegler-Natta catalyst and metallocene catalyst, the liquid hydrocarbon solvent is a liquid hydrocarbon having 2 to 7 carbon atoms, the alpha- The olefin is a compound represented by CH 2 = CHR, wherein R is hydrogen or a hydrocarbon radical of 1 to 12 carbon atoms, wherein the inert gas is selected from the group consisting of nitrogen and aliphatic hydrocarbons of 2 to 6 carbon atoms. 3-phase polymerization of olefins.
  3. 제1항에 있어서, 상기 불활성 기체는, 질소, 에탄, 프로판 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 알파-올레핀의 삼상중합 방법.The method of claim 1, wherein the inert gas is selected from the group consisting of nitrogen, ethane, propane and mixtures thereof.
  4. 제1항에 있어서, 상기 알파-올레핀은, 에틸렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 알파-올레핀의 삼상중합 방법.The method of claim 1, wherein the alpha-olefin is selected from the group consisting of ethylene, 1-butene, 1-hexene, 1-octene and mixtures thereof.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계와 (d) 단계 사이에, (e) 상기 반응구역 상부로부터 다상 반응매질의 일부를 배출 및 냉각시켜, 중합열을 제거한 다음, 상기 반응구역의 하부로 재순환시키는 단계를 더욱 포함하는 것인 알파-올레핀의 삼상중합 방법.The process according to claim 1, wherein, between steps (c) and (d), (e) discharging and cooling a part of the polyphase reaction medium from the top of the reaction zone to remove heat of polymerization, and then to the bottom of the reaction zone. The method for three-phase polymerization of alpha-olefins further comprising the step of recycling.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다상 반응매질의 배출 및 재순환은 루프 반응기 구조에 의한 것인 알파-올레핀의 삼상중합 방법.The method of claim 5, wherein the discharge and recycle of the multiphase reaction medium is by a loop reactor structure.
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