JP3420026B2 - 流動層型重合反応装置 - Google Patents

流動層型重合反応装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリエチレン等の
ポリオレフィンを製造する流動層型重合反応装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】流動層型重合反応装置は、一般的に、円
筒状の反応容器の頂部から取り出されガス導入配管を通
して底部に導入されるガスによって、反応容器内のオレ
フィンモノマーを含むガスとポリオレフィン粉粒体との
混合相を流動化させ、反応を促進するよう構成されてい
る。このような流動層型重合反応装置では、反応容器の
底部に導入されるガスを混合相に対して一様に分配する
必要がある。
【0003】そこで、従来においては、例えば特公平8
−26086号公報に開示されているように、反応容器
内の底部であってガス導入配管出口付近に流れそらせ
板、衝突板又は多孔板などを設け、これにより反応容器
内の混合相に対する導入ガスの一様化を図っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た流動層型重合反応装置では、反応容器の頂部から取り
出したガスが循環されるためガス導入配管にいくつかの
曲がり部が設けられ、ガスはガス導入配管の曲がり部を
通過することで流れが偏り、配管内で不均一な流量分布
となる。
【0005】このため、反応容器底部に流れそらせ板、
衝突板又は多孔板などが設けられていても、反応容器内
の混合相に対してガスの流量分布が不均一となり、反応
容器内の混合相に一部流動化され難い部分ができる傾向
にあった。その結果、反応容器内に塊化物が生成する場
合があった。
【0006】また、流れそらせ板、衝突板又は多孔板
は、反応容器の底部から導入されるガスの圧力損失を大
きくする原因となり、ガスの圧力を低下させる。このた
め、ガスを昇圧させる装置を設けるなどの措置が必要と
なりコストが高くなる。
【0007】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、安価でかつ反応容器内における塊化物の生成
を十分に抑えることができる流動層型重合反応装置を提
供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、反応容器の底部からガス導入配管を通し
てガスが導入される流動層型重合反応装置において、ガ
ス導入配管内に設けられ、ガスを均一な流量分布をもっ
て反応容器内に導入させる少なくとも1枚の整流板を備
えることを特徴とする。ここで、均一な流量分布とは、
流量がガス導入配管の中心軸に対して対称となる分布を
いう。
【0009】この発明によれば、ガスの流量が、ガス導
入配管内で不均一な分布となっても、ガスは、整流板に
よりガス導入配管内で均一な流量分布とされて反応容器
内に導入される。
【0010】また、ガス導入配管が反応容器の底部から
垂下される直管状の第1部分と、この第1部分の下端に
曲がり部を介して接続される第2部分とを含み、整流板
は、ガスが曲がり部を通過することで曲がり部の内壁面
における外周側に偏る流れを内周側に向けるように第1
部分内に配置されるのが好適である。特に、整流板は、
上記第1部分の中心軸に対し5〜45゜の角度をもって
配置されるのがより好ましい。この場合、曲がり部を通
過することでその内壁面における内周側より外周側で流
量が大きくなったガスの一部は、第1部分の内壁面にお
いて整流板により内周側に向けられ、均一な流量分布と
なって反応容器内に導入される。
【0011】また、ガス導入配管が反応容器の底部から
垂下される直管状の第1部分と、この第1部分の下端に
曲がり部を介して接続される第2部分とを含み、整流板
は、ガスが曲がり部を通過することで曲がり部の内壁面
における外周側に偏る流れを予め第2部分の内壁面にお
ける内周側に向けるように第2部分内に配置されるのが
好適である。特に、整流板は、上記第2部分の中心軸に
対し5〜45゜の角度をもって配置されるのがより好ま
しい。この場合、曲がり部を通過することでその内壁面
における外周側で流量の大きくなるガスが、第2部分内
で整流板により予めガス導入配管の内周側に向けられ、
曲がり部に流入する前に外周側の流量が予め小さくされ
る。このため、ガスは、曲がり部でその内壁面における
外周側の流量が増加されても、均一な流量分布で反応容
器内に導入される。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の第1実
施形態について詳細に説明する。
【0013】図1は、本発明の流動層型重合反応装置を
概略的に示している。図1に示すように、重合反応装置
10は、エチレンの重合を行う円筒状の反応容器1を備
えている。反応容器1の内部の圧力は1.0〜3.0M
Pa程度、温度は70〜100℃程度となっており、反
応容器1の内部では、エチレンモノマーを含む気体とポ
リエチレンとの混合相が形成され、この混合相は反応容
器1の下部に取り付けられたガス分散板2の下方からの
ガスによって流動化されている。そして、触媒が配管4
を通して反応容器1内に供給されると、触媒の存在によ
り重合反応が進行し、ポリエチレンが粉粒体として製造
される。
【0014】反応容器1においては、一般的に、反応容
器1の下方部分にて流動層が形成され、上方部分にガス
相が形成される。また、この反応容器1には、ガス導入
配管3が反応容器1の頂部から底部にループ状に接続さ
れ、反応容器1中のガスは、ガス導入配管3の途中に設
けられた循環ガスブロワ6の作動によって循環ガスとし
て循環され、この循環ガスは、ガス導入配管3の途中に
設けられた熱交換器7により冷却されるようになってい
る。
【0015】図2は、本発明の一実施形態に係るガス導
入配管の下流部を示す縦断面図である。図2に示すよう
に、ガス導入配管3のうち反応容器1と熱交換器7との
間の部分はL字状部分となっており、このL字状部分
は、反応容器1の底部から直管状に垂下する第1部分1
2と、この第1部分12の下端に曲がり部M1を介して
接続される直管状の第2部分20とが含まれ、この第2
部分20は熱交換器7に接続されている。第1部分12
の中心軸12cと第2部分20の中心軸20aとは互い
に直交している。そして、第1部分12内には、曲がり
部M1の近傍(例えば曲がり部M1から下流側に向けて
第1部分12の内径の10倍の長さ以内)位置に、第1
部分12の中心軸12cの横方向に並設される第1整流
板13及び第2整流板14が設けられている。第1整流
板13及び第2整流板14は、循環ガスの流れの向きを
制御するためのものである。
【0016】図3は、図2のガス導入配管の下流部を示
す横断面図である。図3に示すように、第1整流板13
は、第2部分20に近い側に配置され、第2整流板14
は、第1整流板13より第2部分20から遠い側に配置
され、第1部分12内の空間は、第1整流板13と第2
整流板14とにより3つの空間15,16,17に分割
されている。また、第1整流板13については、その下
流端13aは第1部分12の内壁面において第2部分2
0に近い方の内壁面12aに近づけられ、上流端13b
は内壁面12aの反対側の内壁面12bに近づけられて
いる。また、第2整流板14については、その下流端1
4aが内壁面12aに近づけられ、その上流端14bが
内壁面12bに近づけられている。このため、第1整流
板13及び第2整流板14により形成される通路16の
上流側の開口は、第1部分12内において、内壁面12
bの側に偏って配置されている。
【0017】具体的には、第1整流板13及び第2整流
板14は、第1部分12の内壁面に対して次のような位
置関係にある。以下、図4を参照してこの位置関係につ
いて説明する。
【0018】図4は、第1整流板13及び第2整流板1
4に直交し第1部分12の中心軸12cを含む面で切断
した第1部分12の断面図である。図4において、第1
整流板13及び第2整流板14については、それぞれ第
1部分12の延び方向において同じ長さを有している。
また、第1整流板13の下流端13aと内壁面12aと
の間隔をA、第1整流板13の下流端13aと第2整流
板14の下流端14aとの間隔をB、第2整流板14の
下流端14aと内壁面12bとの間隔をC、第1整流板
13の上流端13bと内壁面12aとの間隔をa、第1
整流板13の上流端13bと第2整流板14の上流端1
4bとの間隔をb、第2整流板14の上流端14bと内
壁面12bとの間隔をcとした場合に、好ましくはA:
B:C=2:(3〜10):(2〜3)で、かつa:
b:c=(3〜6):(3〜10):2であり、より好
ましくはA:B:C=2:4:2で、かつa:b:c=
6:8:2である。
【0019】ここで、第1整流板13及び第2整流板1
4は、互いに平行に配置され、第1部分12の中心軸1
2cに対して5〜45゜の角度で傾斜されている。な
お、循環ガスの流れを制御し易くかつ循環ガスの圧力損
失を小さくするには、約10゜とするのが好ましい。
【0020】なお、第1整流板13及び第2整流板14
は、循環ガスの流れに十分に対抗しうる強度の材料から
なることが好ましく、例えばステンレス鋼からなる。ま
た、第1整流板13及び第2整流板14は、図3に示す
ように、第1部分12の内壁から延びるリブ18にボル
ト(図示せず)を介して又は溶接により取り付けられて
いる。
【0021】このような構成をもった流動層型重合反応
装置によれば、反応容器1の頂部からガス導入配管3内
に取り出された循環ガスは、曲がり部M1を通過するこ
とで、第1部分12内において内壁面12b側で流量が
大きくなり、この循環ガスは、その内壁面12b側を通
る循環ガスの流れの一部が通路17を通り、内壁面12
a側を通る流れの一部が通路15を通り、内壁面12b
側を通る循環ガスの流れの残部及び内壁面12a側を通
る流れの残部が通路16を通って第1部分12の内壁面
12a側に向けられる。このため、循環ガスは、第1部
分12内において、第1及び第2整流板13,14を通
過する前に比べ、内壁面12b側で流量が減少され内壁
面12a側で流量が増加され、内壁面12b側と内壁面
12a側とで流量がほぼ等しくなる。従って、反応容器
1内に導入される際には、均一な流量分布をもって反応
容器1内に導入される。この結果、反応容器1内では、
循環ガスは、ガス分散板2を通って混合相に均一な流量
をもって分配されるので、混合相中のポリエチレン粉粒
体は、混合相中で一様に流動化され、反応容器1内での
塊化物の生成を十分に防止することができる。
【0022】また、第1整流板13及び第2整流板14
が第1部分12内で第1部分12の中心軸12cに直交
する方向に並設されるので、第1部分12の延び方向の
長さを十分取る必要がない。従って、第1部分12の延
び方向のスペースを十分に小さくすることができ、コス
トの低下を図ることができる。
【0023】更に、流量分布を均一とするのに第1整流
板13及び第2整流板14をガス導入配管3内に設ける
だけなので、重合反応装置は全体として簡単な構造で済
む。また、第1及び第2整流板13,14は、第1部分
12の中心軸12cに対して5〜45゜の角度で傾斜さ
れるため、循環ガスの圧力損失は小さくて済み、反応容
器1内において循環ガスを昇圧させる装置などを設ける
必要がない。このため、装置全体としてコストを低下さ
せることができる。
【0024】次に、本発明の第2実施形態について説明
する。なお、第1実施形態と同一又は相当する構成要素
については同一の符号を付す。
【0025】図5は、ガス導入配管の内部を示す断面図
である。同図に示すように、第1整流板13及び第2整
流板14は、曲がり部M1の上流側の第2部分20内に
設けられることも可能である。
【0026】この場合、循環ガスは、第2部分20の内
壁面における外周側を通る循環ガスが第1及び第2整流
板13,14により第2部分20の内壁面における内周
側に向けられ、曲がり部M1に流入する前に、外周側の
流量が予め小さくされる。このため、循環ガスは、曲が
り部M1でその内壁面における外周側の流量が増加され
ても、均一な流量分布で反応容器1内に導入される。
【0027】なお、第1整流板13及び第2整流板14
は、第2部分20内において、曲がり部M1の上流側の
近傍(例えば曲がり部M1から上流側に向けて第2部分
20の内径の5倍の長さ以内)位置に設けるのが好まし
い。
【0028】本発明は、前述した実施形態に限定される
ものではない。例えば、上記実施形態では、整流板とし
て、第1整流板13及び第2整流板14が用いられてい
るが、1枚又は3枚以上の整流板が用いられてもよい。
【0029】また、反応容器1内では、ポリエチレンに
限らず、ポリプロピレン等のポリオレフィンを製造する
ことも可能である。
【0030】
【実施例】気相重合によるポリエチレンの重合反応を以
下の条件で行った。
【0031】すなわち、反応容器1内の圧力は1.0〜
3.0MPa、温度は70〜100℃、ガス導入配管3
内の流速は、7〜15m/秒とされた。また、ガス導入
配管3としては、内径が840mmのものが使用され
た。更に、第1整流板13、第2整流板14は、それぞ
れステンレス鋼で製作され、長さ511mmのものを用
いた。また、第1整流板13及び第2整流板14は、曲
がり部M1から下流側に向けて第1部分12の内径の1
0倍の長さ以内の位置に配置され、図3に示す間隔A,
B,C,a,b,cは、それぞれA=210mm、B=
420mm、C=210mm、a=315mm、b=4
20mm、c=105mmとされた。
【0032】この結果、反応容器1内において塊化物の
生成はなかった。
【0033】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ガス
導入配管内に設けた整流板によりガスが均一な流量分布
で反応容器内に導入されるので、反応容器内の塊化物の
生成を十分に抑えることができる。また、第1部分内に
簡単な構造の整流板を設けるだけなので、第1部分の距
離を短くすることができ、装置全体のコストを低下させ
ることができる。更に、整流板は、ガスの進行方向に対
して5〜45゜の角度に傾斜されているので、ガスの圧
力損失を十分に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る流動層型重合反応装置を示す概略
図である。
【図2】本発明の一の実施形態に係るガス導入配管の下
流部を示す縦断面図である。
【図3】図2のガス導入配管の下流部の横断面図であ
る。
【図4】図3のIV−IV線に沿った縦断面図である。
【図5】本発明の他の実施形態に係るガス導入配管の下
流部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1…反応容器、3…ガス導入配管、12…第1部分、1
2a…内壁面、12b…内壁面、13…第1整流板、1
4…第2整流板、13a,14a…下流端、13b,1
4b…上流端、20…第2部分、20a…中心軸、M1
…曲がり部。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器の底部からガス導入配管を通し
    てガスが導入される流動層型重合反応装置において、 前記ガス導入配管内に設けられ、前記ガスを均一な流量
    分布をもって前記反応容器内に導入させる少なくとも1
    枚の整流板を備えることを特徴とする流動層型重合反応
    装置。
  2. 【請求項2】 前記ガス導入配管が前記反応容器の底部
    から垂下される直管状の第1部分と、この第1部分の下
    端に曲がり部を介して接続される第2部分とを含み、前
    記整流板は、前記ガスが前記曲がり部を通過することで
    前記曲がり部の内壁面における外周側に偏る流れを内周
    側に向けるように前記第1部分内に配置されていること
    を特徴とする請求項1記載の流動層型重合反応装置。
  3. 【請求項3】 前記整流板が、前記第1部分の中心軸に
    対し5〜45゜の角度をもって配置されていることを特
    徴とする請求項2記載の流動層型重合反応装置。
  4. 【請求項4】 前記ガス導入配管が前記反応容器の底部
    から垂下される直管状の第1部分と、この第1部分の下
    端に曲がり部を介して接続される第2部分とを含み、前
    記整流板は、前記ガスが前記曲がり部を通過することで
    前記曲がり部の内壁面における外周側に偏る流れを予め
    内周側に向けるように前記第2部分内に配置されている
    ことを特徴とする請求項1記載の流動層型重合反応装
    置。
  5. 【請求項5】 前記整流板が、前記第2部分の中心軸に
    対し5〜45゜の角度をもって配置されていることを特
    徴とする請求項4記載の流動層型重合反応装置。
  6. 【請求項6】 前記整流板として、前記第1部分内にお
    いて、前記第2部分に近い側に配置される第1整流板
    と、前記第1部分の中心軸に横向きで前記第1整流板に
    対して平行にかつ前記第1整流板より前記第2部分から
    遠い側に配置される第2整流板とを備え、 前記第1整流板及び第2整流板に直交し前記第1部分の
    中心軸を含む面において、 前記第1整流板の下流端と前記第1部分の内壁面のうち
    前記第2部分に近い内壁面との間隔をA、 前記第1整流板の下流端と前記第2整流板の下流端との
    間隔をB、 前記第2整流板の下流端と前記第1部分の内壁面のうち
    前記第2部分から遠い内壁面との間隔をC、 前記第1整流板の上流端と前記第1部分の内壁面のうち
    前記第2部分に近い内壁面との間隔をa、 前記第1整流板の上流端と前記第2整流板の上流端との
    間隔をb、 前記第2整流板の上流端と前記第1部分の内壁面のうち
    前記第2部分から遠い内壁面との間隔をcとした場合
    に、 A:B:C=2:(3〜10):(2〜3)でありかつ
    a:b:c=(3〜6):(3〜10):2である、こ
    とを特徴とする請求項2記載の流動層型重合反応装置。
  7. 【請求項7】 前記反応容器はオレフィン重合を行うた
    めのものであり、前記ガスは前記反応容器の頂部から取
    り出されたガスが循環されたものであることを特徴とす
    る請求項1〜6のいずれか一項に記載の流動層型重合反
    応装置。
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