(57)【要約】    溶液重合のためのシステムが本明細書に開示され、このシステムは、モノマーを受け取り、モノマーを反応させてポリマーを形成するように作動可能な反応器システムと、反応器システムの下流に位置する複数の液化容器であって、各液化容器が、前の液化容器よりも低い圧力で作動する複数の液化容器と、２つの液化容器の間に配置されかつ２つの液化容器と流体連通している熱交換器とを備え、熱交換器は、１００℃〜２３０℃の入口ポート温度、２００℃〜３００℃の出口ポート温度、３５〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ２の入口ポート圧力、および２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２の出口ポート圧力を有し、ポリマー溶液は、熱交換器における滞留中は単相のままである。  【選択図】図２
2021525290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液重合のためのシステムであって、
溶媒中の少なくとも１つのモノマーを受け取り、前記モノマーを反応させてポリマーを形成するように作動可能な反応器システムと、
前記反応器システムの下流に位置する複数の液化容器であって、各液化容器は、前の液化容器よりも低い圧力で作動し、前記複数の液化容器は、前記反応器システムからポリマー溶液を受け取る、複数の液化容器と、
２つの前記液化容器の間に配置され、かつ前記２つの液化容器と流体連通している第１の熱交換器であって、前記第１の熱交換器は、１２０℃〜２３０℃の入口ポート温度と、２００℃〜３００℃の出口ポート温度と、３５〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ２の入口ポート圧力と、２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２の出口ポート圧力とを有し、前記ポリマー溶液は、前記第１の熱交換器における滞留中単相のままである、第１の熱交換器と、を備える、システム。
【請求項２】
少なくとも１つの液化容器に配置されたディストリビュータをさらに備え、前記ディストリビュータは、
前記ディストリビュータに加熱流体を充填するための入口ポートを有する第１の導管と、
第２の導管であって、前記第１の導管が、前記第１の導管と前記第２の導管との間に第１の環状空間を画定するように前記第２の導管の内側に位置しており、前記第２の導管は、前記ディストリビュータから前記加熱流体を除去するための出口ポートを有する、第２の導管と、
前記ディストリビュータの上から下まで第２の環状空間を画定するように前記第２の導管の周りに配置された複数のプレートスタックであって、各プレートスタックは複数のプレートを含み、前記複数のプレートはさらに複数の導管を画定しており、各導管は、その長さにわたって変化する幅を有しかつ中央通路から半径方向外方へ延在しており、前記複数の導管は前記第２の環状空間と流体連通しており、前記ディストリビュータは、前記ディストリビュータを通じた前記ポリマー溶液の輸送中に前記ポリマー溶液からの溶媒の分離を促進するのに有効な圧力および温度で作動させられる、複数のプレートスタックと、を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数のプレートスタックにおける連続する各スタックは、上から下まで前のスタックよりも小さい内径を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記反応器システムは、複数の反応器を含み、少なくとも１つの反応器は、等温条件下または断熱条件下で作動する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記反応器システムと流体連通している管状反応器をさらに含み、前記管状反応器は、任意選択的に追加のモノマー、コモノマー、および触媒を受け取ってもよく、前記管状反応器は、未反応のまたは任意選択的に前記追加のモノマーおよび／またはコモノマーのさらなる反応を介して前記ポリマー濃度をさらに上昇させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記反応器システムの下流に位置しかつ前記反応器システムと流体連通している容積式ポンプをさらに備え、前記容積式ポンプは、流れ圧力を５０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２に上昇させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記容積式ポンプと前記第１の液化容器との間に配置されかつ前記第１の液化容器と流体連通している熱交換器をさらに備え、前記熱交換器は、１００℃〜２３０℃の入口ポート温度、２３０℃〜２８０℃の出口ポート温度、４０〜１７０ｋｇｆ／ｃｍ２の入口ポート圧力、および３０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２の出口ポート圧力を有し、前記ポリマー溶液は１つまたは２つの液相に保持される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
各熱交換器と後続の液化容器との間に配置された圧力調整装置をさらに備え、前記圧力調整装置は、前記熱交換器において前記ポリマー溶液が１つまたは２つの液相に保持されることを確実にし、かつ後続の液化容器における前記溶媒の一部の除去を促進する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記反応器システムは、４０ｋｇｆ／ｃｍ２よりも高い圧力および１３０〜２１０℃の温度で作動する、ループ反応器または連続撹拌槽型反応器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記複数の液化容器のうちの第１の液化容器と第２の液化容器との間に位置しかつ前記第１の液化容器および第２の液化容器と流体連通している容積式ポンプをさらに備え、前記容積式ポンプは、２〜１２ｋｇｆ／ｃｍ２の入口圧力および３５〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２の出口ポート圧力を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記反応器システムから出た前記ポリマー溶液は、１０〜４０重量パーセントのポリマー濃度を有し、すべての重量パーセント値は、前記ポリマー溶液の総重量に基づく、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記複数の液化容器は、少なくとも２つの液化容器を含み、前記第１の熱交換器は、第１の液化容器と第２の液化容器との間に配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
第２の熱交換器が、前記第２の液化容器と第３の液化容器との間に配置されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の液化容器内の圧力が２〜１２ｋｇｆ／ｃｍ２に維持され、前記第１の液化容器から出たポリマー溶液中のポリマー濃度が、前記ポリマー溶液の総重量に基づき５０〜７０重量％である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２の液化容器内の圧力が０．１〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２であり、前記ポリマー溶液中の前記ポリマー濃度が、前記ポリマー溶液の総重量に基づき少なくとも９０重量％に上昇させられ、前記第２の液化容器は前記第１の液化容器の下流に位置する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第３の液化容器内の圧力が０．００１〜０．０４０ｋｇｆ／ｃｍ２であり、前記ポリマー溶液中の前記ポリマー濃度が、前記ポリマー溶液の総重量に基づき少なくとも９９．８重量％に上昇させられる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ディストリビュータ、前記熱交換器、および圧力調整装置が、単一の機器に組み合わされている、請求項２に記載のシステム。
【請求項１８】
方法であって、
反応器システムにモノマー、溶媒、および触媒を充填することと、
前記モノマーを反応させてポリマーを形成することであって、前記ポリマーを形成するための前記反応は、断熱的または等温的のいずれかで行われ、前記ポリマーは、ポリマー溶液中に分散させられる、形成することと、
前記反応器システムから、前記反応器システムの下流に位置する複数の液化容器へ前記ポリマー溶液を放出することであって、各液化容器は、前の液化容器よりも低い圧力で作動する、放出することと、
少なくとも１つの液化容器から第１の熱交換器へ前記ポリマー溶液を放出することと、
前記熱交換器において前記ポリマー溶液を加熱することであって、前記熱交換器は、１２０℃〜２３０℃の入口ポート温度、２００℃〜３００℃の出口ポート温度、３５〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ２の入口ポート圧力、および２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２の出口ポート圧力で前記ポリマー溶液を受け取り、前記ポリマー溶液は、前記第１の熱交換器における滞留中に単相のままである、加熱することと、を含む、方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの液化容器に含まれたディストリビュータにおいて前記ポリマー溶液から前記ポリマーを分離させることであって、前記ディストリビュータは、
前記ディストリビュータに加熱流体を充填するための入口ポートを有する第１の導管と、
第２の導管であって、前記第１の導管が、前記第１の導管と前記第２の導管との間に第１の環状空間を画定するように前記第２の導管の内側に位置しており、前記第２の導管は、前記ディストリビュータから前記加熱流体を除去するための出口ポートを有する、第２の導管と、
前記ディストリビュータの上から下まで第２の環状空間を画定するように前記第２の導管の周りに配置された複数のプレートスタックであって、各プレートスタックは複数のプレートを含み、前記複数のプレートはさらに複数の導管を画定しており、各導管は、その長さにわたって変化する幅を有しかつ中央通路から半径方向外方へ延在しており、前記複数の導管は前記第２の環状空間と流体連通しており、前記ディストリビュータは、前記ディストリビュータを通じた前記ポリマー溶液の輸送中に前記ポリマー溶液からの溶媒の分離を促進するのに有効な圧力および温度で作動させられる、複数のプレートスタックと、を備える、分離させることと、
前記複数の液化容器からペレット化、造粒、または固化装置へポリマーを放出することであって、前記ポリマーは、３００ｐｐｍ未満の揮発性物質を含有する、放出することと、をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記反応器システムの下流に位置する管状反応器へ前記ポリマー溶液を放出することと、前記管状反応器において前記ポリマー溶液の温度およびポリマー濃度を上昇させることと、をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ポリマーを製造するための方法およびシステムに関する。特に、本開示は、溶液中で高濃度の高分子量を有するポリオレフィンコポリマーを製造するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリオレフィンおよびポリオレフィンコポリマーは、例えば、食品、フィルム、器具、自動車部品などの包装の広範囲の様々な物品において使用される。Ｔａｕに対する米国特許第６，４２０，５１６号は、増大したポリマー回収能力を有するポリオレフィンコポリマーを製造するための反応システムを詳細に記載している。図１は、反応セクションと、溶媒フラッシング、回収およびリサイクルセクションと、ポリマー製品仕上げセクションとを含む溶液プロセスの概略図である。反応システムは、直列または並列の構成において、断熱式、等温式またはそれらの組み合わせの１つ以上の反応器を含むことができる。図１は、２つの反応器、すなわち互いに直列になった第１段反応器４０および第２段反応器４２を示している。反応器は、ポリオレフィンを製造するための連続撹拌槽反応器（ＣＳＴＲ）、ループ反応器、沸騰反応器または任意の他の反応器であることができ、一段または多段の反応器であることができる。
【０００３】
第１段反応器４０において製造された中間ポリマー溶液は、接続ライン４６を介して第１の反応器４０から第２の反応器４２へ移動する。中間ポリマー溶液は、第１段反応器４０の温度において３重量％〜３０重量％のポリマー含有量を有する。第２段反応器４２からのポリマー溶液は、第２の反応器の温度において５重量％〜４０重量％、好ましくは１５重量％〜３０重量％のポリマー含有量を有する。ポリマーは、室温において不溶性であり、反応器温度において可溶性である。供給ライン４８は、任意選択的に、原料および／または触媒（複数可）を第２段反応器４２へ直接供給し、ポリマー製品に追加的な属性を提供する。
【０００４】
第２段反応器４２からのポリマー溶液を、ミキサー４３において、触媒を和らげかつポリマーを安定化させるように設計された添加剤と混合する。あるいは、他の添加剤をミキサー４３においてポリマー溶液に添加してもよい。次いで、ポリマー溶液を第１段熱交換器４４内で加熱し、そこからポリマー溶液は放出ライン５０を通ってフラッシング容器５２（第１段液化容器５２としても知られる）へ移動する。フラッシング容器５２中の圧力の低下により、溶媒ならびに未反応モノマーおよびコモノマーなどの揮発性の高い成分が気化することができる。揮発性成分は、冷却、凝縮およびリサイクルのために蒸気放出ライン５６を通じてフラッシング容器５２から出る。濃縮ポリマー溶液は、濃縮ライン６０を通じてフラッシング容器５２から出て、ポリマー仕上げユニット６６へ圧送される。
【０００５】
典型的には、フラッシング容器５２内の圧力は、大気圧よりも大きいが、フラッシングを妨げるほど高くはない。フラッシング容器５２は、溶液に対する圧力を低下させかつ最も揮発性の成分の気化を許容することによって、ポリマー溶液の温度を低下させる。ポリマー溶液は、冷却される。なぜならば、断熱条件下において、ポリマー溶液は、最も揮発性の成分を蒸発させるのに有効な気化熱を提供するからである。ポリマー溶液の温度が低下しても、実質的な熱が容器壁を通じて失われないと仮定すると、フラッシング容器５２に出入りする総熱エネルギーは同じままである。フラッシング容器５２からの濃縮ポリマー溶液は、典型的には、５０重量％〜９５重量％のポリマー、好ましくは少なくとも７０重量％〜９２重量％のポリマー、最も好ましくは８０重量％〜９０重量％のポリマーである。溶媒中に溶解させられたポリマーは、フラッシング容器５２によって実質的に変化させられない。
【０００６】
図１に示されたポリマー仕上げユニットは、エントリライン６４を通じて第２段液化容器６６へ濃縮ポリマー溶液を移動させる第２段熱交換器６２を含む。ポリマー製品は、製品ライン６８を通じて液化容器６６から出て、揮発性溶媒蒸気は、リサイクルライン７０を通じて液化容器６６から出る。ポリマー仕上げユニットは、濃縮ポリマー溶液の溶媒含有量を、ポリマーがペレット化され得るほど十分に低いレベルまで低下させる。典型的には、完成したポリマーは、２０００ｐｐｍ以下、好ましくは１５００ｐｐｍ以下、より好ましくは１０００ｐｐｍ以下、および最も好ましくは５００ｐｐｍ以下を含有する。完成したポリマーは、微量の残留溶媒のみを有することを特徴とすることがあるが、少なくとも５０ｐｐｍの溶媒を有し、１００ｐｐｍを超える溶媒レベルがより一般的である。
【０００７】
溶媒を特定の顧客に許容されるレベルまで低減するために、ペレットを熱風によってパージすることができる。ペレットが流動し、互いに接着するまで軟化するのを防ぐために、高温パージ空気温度は、ポリマーの大量融解温度（Ｔｍ）よりも少なくとも１５℃低くなければならない。高密度ポリマーの場合、このアプローチはかなり有用である。なぜならば、残留溶媒を効果的に除去するために６５℃以上の高温空気を使用することができるからである。しかしながら、この処置は、Ｔｍが周囲温度に近いペレット、例えば、３０〜５０℃の範囲のＴｍを有するエラストマーに対して行うことはできない。高温空気を使用してこれらのポリマーをパージすると、これらのペレットは、それらの低密度のために軟化、流動、および互いに接着する。互いの接着を回避するためにペレットが２５℃未満の温度でパージされると、所望の溶媒レベルを達成するのに過大な時間がかかり、この処理を実行不能にする。したがって、約８０℃未満の大量融解温度を有するエラストマーポリマーを製造する場合、異なる分離方法を使用することが望ましい。
【０００８】
低Ｔｍポリマーに対する前述の技術的要件に加えて、揮発性有機化合物、特に高反応性揮発性有機化合物（ＨＲＶＯＣ）の排出を低減することを目的とした環境規制がますます厳しくなっている。これらの問題を考慮して、製品品質および空気許可問題の両方を克服するために、造粒および固化の前に、ポリマーメルト中の溶媒レベルを低減するプロセス設計修正を行うことが望ましい。
【発明の概要】
【０００９】
溶液重合のためのシステムであって、モノマーを受け取り、モノマーを反応させてポリマーを形成するように作動可能な反応器システムと、各液化容器が前の液化容器よりも低い圧力で作動する、反応器システムの下流に位置する複数の液化容器と、２つの液化容器の間に配置されかつ２つの液化容器と流体連通している熱交換器とを備え、熱交換器は、１２０℃〜２３０℃の入口ポート温度、２００℃〜３００℃の出口ポート温度、３５〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ２の入口ポート圧力、および２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２の出口ポート圧力を有し、ポリマー溶液は、熱交換器における滞留中は単相のままである、溶液重合のためのシステムが、本明細書に開示される。
【００１０】
反応器システムにモノマー、溶媒および触媒を充填することと、モノマーを反応させてポリマーを形成することであって、ポリマーを形成するための反応は断熱的または等温的に行われ、ポリマーがポリマー溶液に分散させられる、形成することと、ポリマー溶液を反応器システムから、反応器システムの下流に位置する複数の液化容器へ放出することであって、各液化容器は、前の液化容器より低い温度で作動する、放出することと、ポリマー溶液を少なくとも１つの液化容器から熱交換器へ放出することと、ポリマー溶液を熱交換器において加熱することであって、熱交換器が、ポリマー溶液を、１２０℃〜２３０℃の入口ポート温度、２００℃〜３００℃の出口ポート温度、５０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２の入口ポート圧力、および３０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ２の出口ポート圧力で受け取り、ポリマー溶液は、熱交換器における滞留中は単相のままである、加熱することと、を含む方法も、本明細書に開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ポリマー溶液をフラッシングするための断熱フラッシュユニットを有する反応システムの概略図である。
【図２】溶媒中により高い濃度のポリマーを有するポリマー溶液を製造するために使用される例示的な溶液重合システムの概略図である。
【図３Ａ】熱交換器の一実施形態の概略図である。
【図３Ｂ】熱交換器の別の実施形態の別の概略図である。
【図３Ｃ】熱交換器の別の実施形態の別の概略図である。
【図３Ｄ】熱交換器の別の実施形態の別の概略図である。
【図３Ｅ】ディストリビュータの一実施形態の概略図である。
【図３Ｆ】ディストリビュータの別の実施形態の概略図である。
【図４】ポリマーを溶媒から分離するために使用される例示的な溶液重合システムの別の概略図である。
【図５】ポリマーを溶媒から分離するために使用される例示的な溶液重合システムの別の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
定義
本明細書で使用される「連続撹拌槽型反応器」または「ＣＳＴＲ」という用語は、反応物が連続的に供給され、生成物が連続的に引き出される槽型反応器を指す。ＣＳＴＲは、完全なバックミキシングに近い状態が存在するように、機械的に撹拌される。
【００１３】
本明細書で使用される「沸騰反応器」という用語は、液相および気相の両方が存在するような条件で作動させられる反応器を指す。液体として反応器に導入された溶媒およびモノマーの少なくとも一部が蒸発し、蒸気として反応器を出ることにより、重合熱の一部が除去され、その結果、反応器から出る液体流において、断熱反応器と比較してより高いポリマー濃度が生じる。反応器から出る蒸気流は冷却され、反応器へリサイクルされる。この冷却プロセスにおいて凝縮させられた液体も、反応器へリサイクルされる。これらの反応器は一般的には十分に混合され、蒸気リサイクル流を導入するだけで混合することができるが、混合は機械的撹拌によって増強することができる。沸騰反応器は、それ自体または他の沸騰反応器、ＣＳＴＲ、ループ反応器、またはポリオレフィンを作製するための任意の他の反応器と組み合わせて使用することができ、一段または多段の反応器であることができる。
【００１４】
ＣＳＴＲの変形形態は、プロセス流体が再循環させられる導管を含むループ反応器である。多くの場合、ループ反応器は、１つまたは複数の熱交換器、再循環ポンプ、および反応物質および触媒のための噴射装置も含む。ループ反応器内の熱交換器は、シェルアンドチューブ式、混合エレメントインサートを備えるシェルアンドチューブ式、プレートアンドフレーム式、またはフラットプレート式熱交換器であることができる。
【００１５】
「管状反応器」という用語は、単純なチューブの形状の反応器を表すことが意図されている。本発明の管状反応器は、少なくとも１０／１の長さ／直径（Ｌ／Ｄ）比を有する。管状反応器は、撹拌されても、撹拌されなくてもよい。管状反応器は、断熱的にまたは等温的に作動させられてもよい。断熱的に作動させられる場合、重合が進むにつれて、残りのコモノマーがますます消費され、溶液の温度が上昇する（それらの両方が、残りのコモノマーをポリマー溶液から分離させる効率を改善する）。管状反応器の長さに沿った温度の上昇が３℃より大きい（すなわち、管状反応器からの放出温度が、管状反応器に供給する反応器からの放出温度よりも少なくとも３℃高い）ことが特に好ましい。
【００１６】
本開示において使用される管状反応器は、追加のエチレン、水素、および溶媒の供給ポートを有してもよい。供給物は「加減」されてもよく、すなわち、追加のエチレン、水素、および／または溶媒の温度は、周囲温度より高く（好ましくは約１００℃まで）加熱されるが、その温度は、管状反応器の放出温度よりも低い。一実施形態では、エチレンは１００〜２００℃に加減される。また、エチレンおよび水素を溶媒とともに添加することが望ましい。溶媒の量（エチレンに基づき、重量比として表される）は、好ましくは１０／１〜０．１／１、特に、５／１〜１／１である。
【００１７】
本明細書において使用される「断熱的にフラッシングした」という用語は、１つまたは複数の反応器とフラッシング容器との間でポリマー溶液に熱が加えられないフラッシングステップを指す。
【００１８】
加熱チャネル内の寸法（幅または高さなど）またはゾーンの断面積に関して使用される「実質的に均一」とは、それがまったく収束または拡大しないか、またはその寸法の平均の１０％以下だけ収束および／または拡大していることを指す。
【００１９】
「固体含有量」という用語は、ポリマー溶液中のポリマーの量を指す。「ポリマー濃度」という用語は、ポリマー溶液中のポリマーの濃度を指す場合、「固体含有量」と同義的に使用される。
【００２０】
「ポリマー」は、同一のタイプのモノマーであるか、異なるタイプのモノマーであるかにかかわらず、モノマーを重合させることによって作製された化合物を指す。「ポリマー」という総称は、「オリゴマー」、「ホモポリマー」、「コポリマー」、「ターポリマー」、および「インターポリマー」という用語を包含する。
【００２１】
「インターポリマー」は、少なくとも２つの異なるタイプのモノマーの重合によって作製されたポリマーを指す。「インターポリマー」という総称は、「コポリマー」という用語（通常、２つの異なるモノマーから作製されたポリマーを指すために用いられる）、および「ターポリマー」という用語（通常、３つの異なるタイプのモノマーから作製されたポリマーを指すために用いられる）を含む。「インターポリマー」という総称は、４つ以上のタイプのモノマーを重合することによって作製されたポリマーも包含する。
【００２２】
「オリゴマー」は、その鎖に２０個未満の炭素原子を有する、ダイマー、トリマー、テトラマー、またはポリマーなどの、わずかなモノマー単位のみからなるポリマー分子を指す。
【００２３】
「沸点圧力」とは、所定の温度において第１の気泡が形成される圧力を意味する。
【００２４】
「ポリマー溶液」とは、溶解したポリマーを含有する溶液であって、ポリマーおよび揮発性物質が単相、すなわち液相にある溶液を意味する。
【００２５】
溶液粘度は、Ａｎｔｏｎ  Ｐａａｒ  Ｇｅｒｍａｎｙ  ＧｍｂＨ社製のＡｎｔｏｎ  Ｐａａｒ  ＭＣＲ  １０２レオメーターを使用して測定される。レオメーターには、Ｃ−ＥＴＤ３００電気加熱システムが装備されている。カップアンドボブ型システム（同心円筒体の組み合わせ）は、直径２７ｍｍのカップと、直径２５ｍｍのボブとを備え、両者の間に１ｍｍの間隙を残している。ボブは、１５０ｂａｒ（約１５３ｋｇｆ／ｃｍ２）の圧力セル内で、回転モードで作動させられる。粘度測定は、３０ｂａｒ（約３１ｋｇｆ／ｃｍ２、窒素雰囲気で得られる）の圧力、温度の範囲（１５０〜２５０℃）、ポリマー濃度の範囲（２０〜９０重量パーセント）、せん断速度の範囲（０．１〜＞１００相互秒（ｓ−１））、およびポリマー分子量の範囲（１５，０００〜２００，０００ｇ／モル）において得られる。すべての場合の溶媒は、ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌによるＩＳＯＰＡＲ（商標）Ｅであった。得られた粘度測定値は、１００〜２，０００，０００センチポイズ超の範囲であった。
【００２６】
高ポリマー分子量において高いポリマー濃度を含有するポリマー溶液を製造するための溶液重合システムが、本明細書に開示される。このシステムは、互いに直列になった複数の反応器を含み、これらの反応器は、ポリマー−溶媒溶液（以下、ポリマー溶液と称する）を生成するために、１つ以上のモノマーの溶液重合のために使用される。反応器のうちの少なくとも１つは、等温条件下での重合を促進する。反応器は、任意選択的な容積型ポンプ、ヒーター、および液化システムと流体連通しており、液化システムは、少なくとも２つの液化容器、好ましくは少なくとも３つの液化容器を含む。連続した各液化容器は、前の容器よりも低い圧力で作動する。この配置は、ペレット化、造粒および固化の前に、ポリマー中の揮発性成分含有量を、４００ｐｐｍ未満、好ましくは３００ｐｐｍ未満、より好ましくは１００ｐｐｍ未満に減少させる。
【００２７】
図２は、ポリマーまたはコポリマーを製造するためにモノマー（または複数のモノマー）を重合するために使用されることがある例示的な溶液重合システム１００（以下、システム１００）の概略図である。システム１００は、反応器システム１０２を備え、反応器システム１０２は、互いに流体連通して（直列または並列のいずれかで配置された）１つ以上の反応器ユニットを含むことができる。そのような反応器システムの一例は、米国特許第４，６１６，９３７号、米国特許第４，７５３，５３５号、および米国特許第４，８０８，００７号に提示されており、これらの内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。反応器システム１０２は、モノマー、コモノマー、水素、触媒、開始剤、溶媒などを受け入れるように作動可能である。
【００２８】
一実施形態では、反応器システム１０２内の反応器は、連続撹拌槽型反応器（ＣＳＴＲ）、ループ反応器（例えば、単一ループ反応器、二重ループ反応器）、沸騰反応器であることができ、一段または多段の反応器であることができる。一実施形態では、このプロセスは、１つ以上の反応器において複数の触媒を用いてもよい。
【００２９】
一実施形態では、システムが複数の反応器を用いる場合、これらの反応器はすべて同じタイプであってもよい（例えば、すべての反応器はループ反応器であってもよく、またはすべての反応器は連続撹拌槽型反応器であってもよい）。別の実施形態において、反応器は、異なる反応器タイプ（例えば、１つの反応器は、ループ反応器であってもよく、他方の反応器は、連続撹拌槽型反応器であってもよい）またはそれらの組み合わせであってもよい。一実施形態では、反応器のうちの少なくとも１つは断熱反応器であり、すなわち、反応中に反応器に熱が供給されない。別の実施形態では、反応器のうちの少なくとも１つは等温反応器であり、反応熱（反応器において発生する）は、等温反応器内に存在する１つ以上の熱交換器において除去される。一実施形態では、熱交換器は、シェルアンドチューブ式熱交換器、混合エレメントインサートを備えるシェルアンドチューブ式熱交換器、プレートアンドフレーム式熱交換器、またはフラットプレートクーラーであってもよい。
【００３０】
一実施形態では、反応器システムが少なくとも１つのループ反応器を含む場合、熱交換器はシェルアンドチューブ式交換器であってもよい。別の実施形態では、熱交換器は、反応器システムが少なくとも１つのループ反応器を含む場合、ねじれテープ混合エレメントを有するシェルアンドチューブ式交換器であってもよい。さらに別の実施形態では、熱交換器は、反応器システムが少なくとも１つのループ反応器を含む場合、フラットプレート式交換器であってもよい。
【００３１】
一実施形態では、フラットプレート式交換器は、シェルを含み、シェル内には、互いに積み重ねられた複数のプレートが配置され、一対の隣接するプレートは（関連する壁部とともに）、互いに接触したときに、複数の半径方向に配置された導管を形成し、これらの導管は、重合熱を除去しかつ同時にポリマー溶液の圧力を低下させることによってポリマー溶液の温度を低下させまたは維持しながら、ポリマー溶液を、シェルの中央からシェルの外側へまたは代替的にシェルの外側から中央へ搬送することを促進する。
【００３２】
交換器は、代替的に、プレートが円筒形シェル内に吊るされたフラットプレート式熱交換器として説明されてもよい。一実施形態では、フラットプレート式冷却器は、冷却器に充填されるときにポリマー溶液が通過する、シェルの一端に位置する入口ポートと、ポリマー溶液が除去されるときに通過する、シェルの別の端部に位置する出口ポートとを備え、入口ポートおよび出口ポートは、互いに直接連通しておらず、ポリマー溶液を、交換器の周囲に沿って導管を通って移動させ、導管は、水などの冷却流体を使用して冷却される。
【００３３】
反応器システム１０２の下流には、互いに直列になった複数の液化容器、すなわち、反応器システム１０２と流体連通しかつ互いに流体連通した、第１の液化容器１０８、第２の液化容器１１０、および第３の液化容器１１２が位置している。
【００３４】
反応器システム１０２と第１の液化容器１０８との間には、任意選択的な管状反応器１０６と、ポリマー溶液の温度上昇を促進する任意選択的なヒーター１０７に進入する前に流れ２１４の圧力上昇を促進する任意選択的なポンプ１０９とが配置されている。
【００３５】
管状反応器１０６は、反応器システム１０２と流体連通している。管状反応器１０６は、任意選択的に、追加のモノマー、コモノマー、水素、および触媒を受け取ってもよい。管状反応器１０６は、未反応モノマーおよび／またはコモノマー、または任意選択的に追加のモノマーおよび／またはコモノマーのさらなる反応を介してポリマー濃度をさらに上昇させる。
【００３６】
一実施形態では、ポンプ１０９はスクリューポンプである。別の実施形態において、ポンプ１０９はギヤポンプである。一実施形態では、熱交換器はシェルアンドチューブ式交換器である。別の実施形態では、熱交換器はプレートアンドフレーム式熱交換器である。別の実施形態では、熱交換器は、フラットプレート式熱交換器である。
【００３７】
熱交換器１０７と第１の液化容器１０８との間には、圧力調整器１０５が配置されており、この圧力調整器１０５は、圧力調整器１０５の位置までのシステム内の圧力を制御し、第１の液化容器１０８おける所望のレベルまで圧力を降下させる。
【００３８】
液化容器のうちのいずれか２つの間には、第１の熱交換器１１４が配置されており、この第１の熱交換器１１４は、ポリマー溶液がヒーター内に滞留する間、ポリマー溶液を単相に保持しながらポリマー溶液の温度上昇を促進する。一実施形態では、第１の熱交換器１１４は、プレートアンドフレーム式交換器またはフラットプレート式熱交換器である。ポリマー溶液を単相に保つことは、効果的な熱伝達に有用である。
【００３９】
液化容器のいずれかの内側には、ディストリビュータ１３０／１３１が配置されており、このディストリビュータ１３０／１３１は、ポリマーを揮発成分から分離するためにポリマー流の物質移動および分離のための表面積の増大を促進する。物質移動のための面積を増大させることができるあらゆる設計をディストリビュータとして使用することができる。一実施形態では、ディストリビュータは、第１の導管を備え、第１の導管は、加熱流体をディストリビュータに充填するための入口ポートと、加熱流体をディストリビュータから除去するための出口ポートとを有する。一実施形態では、ディストリビュータは、ポリマー溶液をディストリビュータに充填するための第２の導管をさらに備える。
【００４０】
複数のプレートは、ディストリビュータの上から下まで環状空間を画定するように、第２の導管の周囲に配置される。一実施形態では、複数のプレートの一部は、スタックを形成することができる。一実施形態では、連続した各プレートスタックは、その上に位置するプレートスタックよりも小さい内径を有し、したがって、ディストリビュータの上から下まで狭まっていく第２の環状空間を形成する。一実施形態では、複数のプレートスタックの外径は、増大しても、減少しても、または同じままであってもよい。
【００４１】
互いに上下に配置されたときの各プレート（すなわち、互いに上下に配置された２つの連続したプレート）は、第２の環状空間からプレートの外周まで延びる複数の半径方向に延びる導管を画定する。各導管は、その長さにわたって様々な幅を有する。一実施形態では、ディストリビュータは、ディストリビュータを通るポリマー溶液の輸送中に、ポリマー溶液からの溶媒の分離を促進するのに有効な圧力および温度で作動させられる。
【００４２】
例示的な実施形態では、第１の熱交換器１１４は、第１の液化容器１０８の下流でかつ第２の液化容器１１０の上流に配置されている。別の例示的な実施形態では、第２の熱交換器１１５は、第２の液化容器１１０の下流でかつ第３の液化容器１１２の上流に配置されている。
【００４３】
エチレンと、３〜１２個の炭素原子を有するα−オレフィンとの共重合のための溶液プロセスは、一般に、不活性炭化水素溶媒の存在下で行われる。このようなα−オレフィンモノマーの例示的な例は、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキサン、１−オクテン、および１−デセンのうちの１つ以上である。１−オクテンが好ましい。
【００４４】
不活性炭化水素溶媒の例には、Ｃ５−１２炭化水素が含まれ、これは、非置換であっても、またはペンタン、メチルペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンおよび水素化ナフサなどのＣ１−４アルキル基で置換されてもよい。市販されている適切な溶媒の例は、「ＩＳＯＰＡＲ（登録商標）Ｅ」（Ｃ８−１２脂肪族溶媒、Ｅｘｘｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）である。
【００４５】
このプロセスは、オレフィン系ポリマー、例えば、エチレンホモポリマー、または他のアルケンとのインターポリマー（例えば、コポリマーもしくはターポリマー）、および任意選択的にジエン（例えば、ＥＰＤＭターポリマー）を作製するために使用することができる。使用される触媒は、ジーグラー・ナッタ触媒、ビスメタロセン触媒、拘束幾何触媒、多価アリールオキシエーテル複合体、ホスフィニミン、またはそれらの組み合わせであることができる。
【００４６】
モノマーが水素と混合され、反応器システム１０２へ供給される前に、溶媒中に溶解／分散させられる。混合前に、水、酸素、または他の極性不純物などの潜在的な触媒毒を除去するために、溶媒およびモノマー（「原料」と称されることもある）は一般的に精製される。原料精製は、分子ふるい、アルミナベッド、または酸素除去触媒を使用してもよい。溶媒も、同様の様式で精製されてもよい。反応器システム１０２への供給物は、概して、４０℃未満、好ましくは２０℃未満の温度まで冷却される。供給物の冷却は、反応器システム内の熱交換器サイズの減少を促進することができる。冷却は、反応器システム内で、または反応器システムに入る前に行うことができる。好ましい実施形態では、供給物の冷却は、反応器システムに入る前に実施することができる。
【００４７】
一般に、触媒成分は、反応のために溶媒中で予め混合されてもよく、または反応器システム１０２内の１つ以上の反応器に別々の流れとして供給されてもよい。
【００４８】
一実施形態では、反応器システム１０２は、４０ｋｇｆ／ｃｍ２よりも高い圧力、好ましくは４５ｋｇｆ／ｃｍ２よりも高い圧力、より好ましくは５０ｋｇｆ／ｃｍ２よりも高い圧力で作動する。一実施形態では、反応器システム１０２は、１２０〜２３０℃の範囲の温度で作動する。一実施形態では、反応器システム１０２から出たポリマー溶液は、１３０〜２４０℃、好ましくは１８０〜２１０℃の温度を有することができる。
【００４９】
ポリマーは、反応器システム１０２の出口において、１０〜３０重量％、好ましくは１５〜２５重量％の量でポリマー溶液中に存在する。エチレン系ポリマーについての溶融指標Ｉ２（またはＩ２）およびＩ１０（またはＩ１０）は、ＡＳＴＭ  Ｄ−１２３８（方法Ｂ）に従って、１９０℃において、それぞれ２．１６ｋｇおよび１０ｋｇの荷重で測定される。それらの値はｇ／１０分で報告される。メルトインデックス比（メルトフロー比とも呼ばれる）Ｉ１０／Ｉ２は、２つの値の比であり、無次元である。反応器システム１０２の出口におけるポリマーのメルトインデックスは、０．１〜１，５００の範囲であることができる。
【００５０】
一実施形態では、反応器システム１０２から出たポリマー溶液の粘度は、上述のように測定されたとき５０〜６，０００センチポイズである。密度測定用の試料は、ＡＳＴＭ  Ｄ４７０３に従って調製される。測定は、ＡＳＴＭ  Ｄ７９２、方法Ｂに従って、１時間の試料プレスの間に行われる。例示的な実施形態では、反応器システム１０２から出た生成物は０．８６５〜０．９２０ｇ／ｃｍ３の密度、０．２５〜２１０．０のメルトインデックスＩ２、および６．０〜８．５のメルトフロー比Ｉ１０／Ｉ２を有する。１６０℃の反応器温度および２０重量％のポリマー濃度において、反応器システム出口における溶液粘度は、上記で詳述したように測定され、４，０００センチポイズを超えることが予想される。
【００５１】
ここで図２を参照すると、ポリマー溶液の活性は、（反応器システム１０２の下流に位置する）流れ２１４に位置するポート２１２においてポリマー溶液に触媒中和剤（加水分解剤と称されることもある）を添加することによって、実質的に終了または低減される。触媒中和剤は、触媒活性を可能な限りゼロの近くまで減じるために機能する。触媒中和剤の例は、水またはアルコールであり、それは、溶液中のポリマーの総重量に基づき、１０〜１００ｐｐｍの量でポリマー溶液に添加される。
【００５２】
熱交換器１０７および任意選択的な容積式ポンプ１０９は、反応器システム１０２の下流に配置されている。一実施形態では、容積式ポンプ１０９は、反応器システム１０２の下流にかつ熱交換器１０７の上流に位置する。容積式ポンプ１０９は、ポリマー溶液を熱交換器１０７において単相に保つことを促進するために、ポリマー溶液の圧力を上昇させる。熱交換器１０７は、好ましくは、特に起動時にポリマー溶液の加熱を促進するシェルアンドチューブ式ヒーターである。別の実施形態では、熱交換器１０７は、フラットプレート式熱交換器である。一実施形態では、熱交換器１０７は、ポリマー溶液からの溶媒の液化のための、ポリマー溶液への主要なエネルギー源であってもよい。この液化は、熱交換器１０７の下流にある液化段において行われる。
【００５３】
熱交換器１０７が主に溶液重合システム１００の起動を促進するために使用される場合、熱交換器１０７は、反応器システム１０２から出てくるポリマー溶液を２００〜２６０℃の温度に加熱する。熱交換器１０７が、（その後の液化段における溶媒の液化のために）ポリマー溶液への主要なエネルギー源として使用される場合、熱交換器１０７は、ポリマー溶液を反応器システム１０２から少なくとも２２０〜２７０℃の範囲の温度に加熱する。
【００５４】
一実施形態では、熱交換器１０７によって促進されたポリマー溶液の温度上昇は、ポリマー溶液が第１の液化容器１０８において断熱的にフラッシングし、ポリマー溶液の重量に基づき５０〜９０重量％のポリマーを含むポリマー溶液を生成することを可能にする。触媒中和段階後のポリマー溶液の粘度は、上記で詳述したように測定され、１００〜１００００センチポイズである。
【００５５】
制御弁１０５は、第１の液化ユニットまでポリマー溶液を単相（液体）に維持するように、反応器システムおよび熱交換器内の圧力を制御するように設計されている。ポリマー溶液が熱交換器１０７において単相（液体）のままであることが好ましい。場合によっては、ポリマー溶液は、２つの液相（ポリマーリッチ相および溶媒リッチ相）になることがあるが、ポリマー溶液が蒸気相を形成しないようにすることが好ましい。
【００５６】
次いで、ポリマー溶液は、液化システムに放出され、液化システムは、一連の液化容器、すなわち、第１の液化容器１０８、第２の液化容器１１０、および第３の液化容器１１２を含み、すべての容器は互いに直列に流体連通している。第１の液化容器１０８は、第２の液化容器１１０の上流に位置し、第２の液化容器１１０は第３の液化容器１１２の上流に位置する。一実施形態では、第１の液化容器１０８は、第２の液化容器１１０よりも高い高さに位置する。２つの液化容器１０８と１１０との間の差圧は、重力とともに、第１の液化容器１０８から第２の液化容器１１０への濃縮ポリマー溶液の放出を促進する。一実施形態では、第２の液化容器１１０も、第３の液化容器１１２よりも高い高さに位置してもよい。
【００５７】
一連の各液化容器は、前の容器よりも低い圧力で作動し、各液化容器は、ポリマー溶液からの溶媒の断熱フラッシングを促進し、フラッシング前よりも高いポリマー濃度を有するポリマー溶液を残す。
【００５８】
ポリマー溶液は、第１の液化容器１０８への進入箇所において約１５〜４０重量％の固体、好ましくは２５〜３０重量％の固体を含む。第１の液化容器１０８において、ポリマー溶液は断熱フラッシュを受け、断熱フラッシュにおいて、溶媒の少なくとも６０重量％が除去され、これにより、溶液は、ポリマー溶液の総重量に基づき、少なくとも５０重量％のポリマーに濃縮される。
【００５９】
一実施形態では、第１の液化容器１０８は、ポリマー溶液からの溶媒除去を促進するために断熱的に作動する。システム１００が容積式ポンプ１０９および熱交換器１０７を含まない場合、第１の液化容器１０８に入るポリマー溶液は、２０５〜２２５℃、好ましくは２１０〜２２０℃の温度および５０〜７０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力である。システム１００が容積式ポンプ１０９および熱交換器１０７を含む場合、第１の液化容器１０８に入るポリマー溶液は、２６０〜２８０℃、好ましくは２６５〜２７５℃の温度および７０〜１２０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力である。
【００６０】
一実施形態では、第１の液化容器内の圧力は２〜１２ｋｇｆ／ｃｍ２に維持され、溶媒をフラッシュオフさせ、ポリマー溶液中のポリマー含有量をポリマー溶液の総重量に基づき４５〜９０重量％、好ましくは５０〜７０重量％に増加させることを可能にする。第１の液化容器１０８から出たポリマー溶液の温度は、１７０℃〜２２０℃であり、その圧力は、２〜１２ｋｇｆ／ｃｍ２である。第１の液化容器１０８から出たポリマー溶液は、第１の液化容器１０８から出たポリマー溶液の総重量に基づき５０〜９０重量％の量のポリマーを含有する。
【００６１】
次いで、ポリマー溶液は、第１の液化容器１０８から流れ２１６を介して任意選択的な第１の容積式ポンプ１２４および第１の熱交換器１１４へ放出される。任意選択的な第１の容積式ポンプ１２４は、ポリマー溶液の圧力上昇を促進する一方、第１の熱交換器１１４は、ポリマー溶液を、その入口ポートにおける温度よりも高い温度への加熱を促進する。この圧力上昇（第１の任意選択的な容積式ポンプ１２４によって生じる）および温度上昇（第１の熱交換器１１４によって生じる）は、ポリマー溶液が第２の液化容器１１０において断熱的にフラッシュされたときにポリマー溶液からの揮発性物質のさらなる液化を促進し、これにより、固体濃度を、ポリマー溶液の総重量に基づいて９０重量％より大きい量に増大させる。容積式ポンプが存在しない場合、容器１０８および１１０は、ポリマー溶液を容器１０８から容器１１０へ押し付けるために重力および差圧に依存するように配置される。この場合、弁１２２は任意選択的である。
【００６２】
一実施形態では任意選択的な第１の容積式ポンプ１２４は、容器１０８の圧力から３５ｋｇｆ／ｃｍ２よりも高い圧力への熱交換器１１４に入るポリマー溶液の圧力上昇を促進するギヤポンプまたはスクリューポンプであってもよい。一実施形態では、任意選択的な第１の容積式ポンプ１２４は、熱交換器１１４に入るポリマー溶液の圧力を３５〜１４０ｋｇｆ／ｃｍ２に上昇させる。
【００６３】
一実施形態では、第１の熱交換器１１４は、ポリマー溶液を１４０℃〜２４０℃から、２００℃〜３００℃の温度に加熱するフラットプレート式ヒーターである。第１の熱交換器１１４の詳細は、本明細書と同時に出願された米国仮特許出願第６２／６７８５９７号に提供されており、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。ポリマー溶液は、第１の熱交換器１１４において上から下へ、または代替的に下から上へ流れることができる。ポリマー溶液はまた、内部コアから交換器スロットの外側に向かって、または代替的に、スロットの外周から交換器の内部コアに向かって流れることができる。図３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄは、それぞれ、トップツーボトムおよびインサイドアウトまたはアウトサイドインフロー構成、ならびにボトムツートップおよびインサイドアウトまたはアウトサイドインフロー構成で作動する、第１の熱交換器１１４の概略図を含む。
【００６４】
図３Ａは、ポリマー溶液をシェル４０２に導入するための入口ポート４０４およびシェルからポリマー溶液を除去するための出口ポート４１４を有するシェル４０２を含む、第１の熱交換器１１４（トップツーボトム、インサイドアウトフロー構成）の例を示す。図３Ａは、ポンプ１２４、第１の熱交換器１１４、および第１の圧力調整装置１２２を包含する、図２の部分１８０（点線で示されている）を表す。図３Ａは、第２の液化装置１１０の下流でかつ第３の液化装置１１２の上流に配置された、ポンプ１２５と、任意選択的な第２のフラットプレート式ヒーター１１５および選択的な第２の圧力調整装置１２３とを包囲した図２の部分１８２（図２に点線で示されている）を表すこともできる。部分１８０および１８２の機能を以下で詳細に説明する。
【００６５】
第１の熱交換器１１４（図３Ａ参照）は、複数のプレート４０８を備え、プレートの各々は、互いに上下に積み重ねられており、シェル４０２の入口ポート４０４と直接流体連通した中央通路４０６を画定している。プレート４１２は、第１の熱交換器１１４の上部から底部へのポリマー溶液の直接的な流れを防止する。
【００６６】
複数のプレート４０８（互いに積み重ねられたとき）は、中央通路４０６からプレートの外周まで半径方向外方へ延びる複数の導管４１０をさらに画定する。シェル４０２とプレートの周囲との間には、ポリマー溶液が熱交換器１１４の入口ポート４０４から出口ポート４１４へ移動することを可能にする環状空間４１６が位置している。要するに、熱交換器１１４の入口ポート４０４に入るポリマー溶液（トップツーボトム流れ構成で作動している場合）は、（順次に）中央通路４０６、半径方向導管４１０、および環状空間４１６を介して、出口ポート４１４へ輸送される。ポリマー溶液は、熱交換器１１４を通るその全体の移動中、単相のままである。一実施形態では、ポリマー溶液は、熱交換器１１４を通るその全体の移動中、液相のままである。
【００６７】
要約すると、ポリマー溶液が熱交換器１１４の上から下へ流れるとき、溶液は入口ポート４０４に入り、中央通路４０６へ輸送される。中央通路４０６から、溶液は、複数のプレート４０８に位置する半径方向に延びる導管４１０へ輸送される。半径方向に延びる導管４１０から出た後、ポリマー溶液は、環状空間４１６を通って移動し、次いで、出口ポート４１４を介して熱交換器１１４から出る。
【００６８】
図３Ｂは、熱交換器がトップツーボトム、アウトサイドインフロー構成において展開されているときの、熱交換器の概略図の別の実施形態である。溶液は、入口ポート４０４において入り、環状空間４１６へ輸送される。管状空間４１６から、溶液は、複数のプレート４０８に位置する半径方向に延びる導管４１０へ輸送される。半径方向に延びる導管４１０から出た後、ポリマー溶液は、環状空間４０６を通って移動し、次いで、出口ポート４１４を介して熱交換器から出る。
【００６９】
図３Ｃは、ボトムツートップフロー、アウトサイドイン構成において展開されているときの、熱交換器の概略図である。ポリマー溶液が熱交換器１１４の下から上へ流れるとき、溶液は入口ポート４０４に入り、環状空間４１６へ輸送される。管状空間４１６から、溶液は、複数のプレート４０８に位置する半径方向に延びる導管４１０へ輸送される。半径方向に延びる導管４１０から出た後、ポリマー溶液は、環状空間４０６を通って移動し、次いで、出口ポート４１４を介して熱交換器から出る。
【００７０】
図３Ｄは、ボトムツートップ、インサイドアウトフロー構成において展開されているときの、熱交換器の概略図の別の実施形態である。ポリマー溶液は、入口ポート４０４に入り、中央通路４０６へ輸送される。中央通路４０６から、溶液は、複数のプレート４０８に位置する半径方向に延びる導管４１０へ輸送される。半径方向に延びる導管４１０から出た後、ポリマー溶液は、環状空間４１６を通って移動し、次いで、出口ポート４１４を介して熱交換器１１４から出る。
【００７１】
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄは、ポンプ１２４、第１の熱交換器１１４、および第１の圧力調整装置１２２を包含する、図２の部分１８０（点線で示されている）を表す。これらの図は、第２の液化装置１１０の下流でかつ第３の液化装置１１２の上流に配置された、ポンプ１２５と、任意選択的な第２のフラットプレート式ヒーター１１５および任意選択的な第２の圧力調整装置１２３とを包囲した部分１８２（図２に点線で示されている）を表すこともできる。
【００７２】
第１の熱交換器１１４内の圧力は、ポリマー溶液を単相に保持しながら、５０〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ２から、４０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２に同時に低減される。第１の熱交換器１１４は、入口ポートから出口ポートまで、５〜５０ｋｇｆ／ｃｍ２のポリマー溶液における圧力降下を促進する。
【００７３】
一実施形態では、ポリマー溶液は、第１の熱交換器１１４における滞留中、液相に保持される。ポリマー溶液は、第１の熱交換器１１４の入口ポート４０４において、（上記で詳述したように測定された）１，０００〜２，０００，０００センチポアズ、好ましくは５０，０００〜１，０００，０００センチポアズ、より好ましくは１００，０００〜６００，０００センチポアズの溶液粘度を有する。
【００７４】
次いで、第１の熱交換器１１４から出るポリマー溶液は、第１の圧力調整装置１２２に入り、第１の圧力調整装置１２２は、ポリマー溶液からの追加の溶媒のフラッシングを促進するために圧力減少を可能にする。一実施形態では、第１の圧力調整装置１２２は、２０〜７０ｋｇｆ／ｃｍ２から、第２の液化装置１１０における０．１〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２への減圧を促進する弁またはノズルである。好ましい実施形態では、第１の圧力調整装置１２２は、弁である。
【００７５】
第２の液化容器１１０も、ポリマー溶液からの溶媒除去を促進するために断熱的に作動してもよい。第２の液化容器１１０に入るポリマー溶液は、液化のための物質移動領域を促進するために、ディストリビュータ１３０を介して任意選択的に入ってもよい。ディストリビュータの詳細は、本明細書と同時に出願された米国仮特許出願第６２／６７８６０７号に提供されており、その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００７６】
図３Ｅに示された例示的なディストリビュータ１３０は、同心構成で配置された２つの導管５０２および５０４を含む。内部導管５０２は、加熱流体をディストリビュータ１３０に充填するための入口ポート５０１を含むのに対し、外部導管５０４は、内部導管５０２を通って移動した後に加熱流体が流れる第１の環状空間５１４を形成している。外部導管５０４は、使用済み加熱流体がディストリビュータ１３０から出る出口ポート５０３を含む。
【００７７】
複数のプレート５１２は、第１の環状空間５１４の周囲に同心円状に配置されており、ディストリビュータ１３０の上から下まで第２の環状空間５１５を画定している。環状空間５１５は、同じ幅を有することができる、または図３Ｆに示された例示的な設計に示されているように、ディストリビュータ、の上から下まで減少または増大する幅を有することができる。
【００７８】
図３Ｆにおいて、複数のプレートは、ポリマー５１１の入口からディストリビュータの底部に向かって環状空間５１５を減少させるような形式でスタックを形成している。言い換えれば、スタック直径はディストリビュータの上から下まで減少している。
【００７９】
図３Ｆは、３つのこのようなプレートのスタックを示しているが、複数のスタックを使用することができる。図３Ｆに示された例示的なディストリビュータ１３０は、同心構成で配置された２つの導管５０２および５０４を含む。内部導管５０２は、加熱流体をディストリビュータ１３０に充填するための入口ポート５０１を含むのに対し、外部導管５０４は、内部導管５０２を通って移動した後に加熱流体が流れる第１の環状空間５１４を形成している。外部導管５０４は、使用済み加熱流体がディストリビュータ１３０から出る出口ポート５０３を含む。
【００８０】
複数のプレートスタック５１２Ａ，５１２Ｂおよび５１２Ｃ（または、図３Ｅに見られるようなプレートスタック５１２の１つのセット）は、ディストリビュータ１３０の上から下まで第２の環状空間５１５を形成するように、外側導管５０４の周りに同心円状に配置されている。すべてのプレートが同じ内径を有する図３Ｅにおいて、この第２の環状空間は、ディストリビュータの上から下まで一定の断面積を有する。それぞれの後続のプレートスタック（上から下まで）が前のプレートスタックよりも狭い内径を有する図３Ｆにおいて、第２の環状空間は、上から下まで狭まった断面積を有する。
【００８１】
各プレートスタックは複数のプレートを備え、複数のプレートはさらに、第２の環状空間からプレートスタックの外周へのポリマー溶液の流れを可能にする複数の導管５１７を画定している。支持ロッドまたは支持パイプ５１８は、複数のプレートを所定の位置に固定するために使用される。
【００８２】
各導管は、その長さにわたって変化する幅を有し、第２の環状空間５１５からプレートの外周まで半径方向外向きに延在する。ポリマー溶液は、ディストリビュータ１３０における入口ポート５１１から第２の環状空間５１５を通って導管５１７内へ移動する。積み重ねられたプレートにおける導管５１７は、ポリマー溶液の分配を促進し、また、ポリマーフォームを製造するためにポリマー溶液に物質移動領域を提供し、これにより、揮発性化合物の拡散が、ポリマーから気泡内へ効率的に生じる。気泡が十分な大きさに成長すると、気泡は合併して破裂し、揮発性化合物をポリマーから放出させる。したがって、ポリマーおよび揮発性化合物は、複数の相、すなわち、揮発性物質を含んだ気相と、流れがディストリビュータ１３０に入るときのより高いポリマー濃度におけるポリマーまたは濃縮されたポリマー溶液を含んだ液相（またはメルト相）とに分離する。
【００８３】
複数のプレートは、第２の環状空間５１５から複数のプレートの外周へのポリマー溶液の流れを可能にする複数の導管５１７をさらに画定している。支持ロッドまたは支持パイプ５１８は、複数のプレートを所定の位置に固定するために使用される。
【００８４】
各導管は、その半径方向の長さにわたって同じ幅を有することができるかまたは変化する幅を有することができ、第２の環状空間５１５からプレートの外周まで半径方向外向きに延在する。ポリマー溶液は、ディストリビュータ１３０における入口ポート５１１から第２の環状空間５１５を通って導管５１７内へ移動し、出口ポート１１３を通って複数のプレートの周囲から出る。
【００８５】
複数のプレートにおける導管５１７は、ポリマー溶液の分配を促進し、また、ポリマーフォームを製造するためにポリマー溶液に物質移動領域を提供し、これにより、揮発性化合物の拡散が、ポリマーから気泡内へ効率的に生じる。気泡が十分な大きさに成長すると、気泡は合併して破裂し、揮発性化合物をポリマーから放出させる。したがって、ポリマーおよび揮発性化合物は、複数の相、すなわち、揮発性物質を含んだ気相と、流れがディストリビュータ１３０に入るときのより高いポリマー濃度におけるポリマーまたは濃縮されたポリマー溶液を含んだ液相（またはメルト相）とに分離する。
【００８６】
一実施形態では、第２の液化容器１１０（図２参照）に入るポリマー溶液は、２２０〜２８０℃、好ましくは２４０〜２６０℃の温度である。一実施形態では、第２の液化容器内の圧力は、０．１〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ２に維持され、溶媒がフラッシュオフし、ポリマー溶液中の固体含有量を、第２の液化容器１１０の出口におけるポリマー溶液の総重量に基づき９０〜９７重量％、好ましくは９２〜９５重量％に増加させることを可能にする。第２の液化容器１１０から出たポリマー溶液の温度は、１８０℃〜２４０℃、好ましくは１９０〜２３０℃である。
【００８７】
ここで再び図２を参照すると、ポリマー溶液は、流れ２１８を介して第２の液化装置１１０から第３の液化装置１１２へ放出される。第２の容積式ポンプ１２５、任意選択的な第２のフラットプレート式ヒーター１１５、および任意選択的な第２の圧力調整装置１２３は、第２の液化装置１１０の下流でかつ第３の液化装置１１２の上流に配置されている。第２の容積式ポンプ１２５、任意選択的な第２のフラットプレート式ヒーター１１５、および任意選択的な第２の圧力調整装置１２３は、それぞれ、第１の容積式ポンプ１２４、任意選択的な第１のフラットプレート式ヒーター１１４、および任意選択的な第１の圧力調整装置１２２と同様に機能する。圧力（第２の容積式ポンプ１２５によってもたらされる）および温度（第２の熱交換器１１５によってもたらされる）の上昇は、圧力調整装置１２３によって制御され、圧力調整装置１２３は、ポリマー溶液を熱交換器１１５において単相に維持することを促進する。圧力調整装置１２３は、さらに、ポリマー濃度をポリマー溶液の総重量に基づいて９９．５％より大きい量に増大させるために、ポリマー溶液が第３の液化容器１１２において断熱的にフラッシュされたときポリマー溶液からの揮発性物質の液化を促進する。
【００８８】
第３の液化容器１１２は、ポリマー溶液中の溶媒からのポリマーの分離を促進するのに有効な温度および圧力において作動させられるディストリビュータ１３１を含んでもよい。ディストリビュータ１３１は、ディストリビュータ１３０の設計と類似の設計である（図３Ｅおよび図３Ｆ参照）。ディストリビュータは、より高い粘度のポリマー溶液のために、ポリマーからの溶媒の分離を促進する。ディストリビュータに入るポリマー溶液の粘度は、１００，０００〜３，０００，０００センチポイズである。
【００８９】
一実施形態では、第３の液化容器１１２内のポリマー溶液も、断熱的フラッシングを受ける。第３の液化容器１１２は、ポリマー溶液が単一液相に維持されるように、１８０〜２６０℃の温度および１０〜４０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力でポリマー溶液を受け取る。次いで、第３の液化容器中のポリマー溶液の圧力は、０．００１〜０．０５０ｋｇｆ／ｃｍ２、好ましくは、０．００５〜０．０１５ｋｇｆ／ｃｍ２に減じられる。圧力の低下は、ポリマー溶液の固体含有量のさらなる増加を促進する。第３の液化容器から出たポリマー溶液の固体含有量は、ポリマー溶液の総重量に基づき９９．８重量％より大きい、好ましくは９９．９重量％より大きい、より好ましくは９９．９９重量％より大きい。一実施形態では、第３の液化容器１１２の後に得られるポリマー中の揮発性有機物含有量は、３００ｐｐｍ未満である。言い換えれば、第３の液化容器１１２から出たポリマーは、揮発性物質を実質的に含まず、微量の揮発性物質（例えば、モノマー、未反応副生成物、溶媒など）のみを含有する。
【００９０】
容積式ポンプ１３３は、ポリマーを、流れ２２０を介して第３の液化容器１１２から、ペレタイザー（図示せず）などの造粒および固化装置へ圧送するために使用されてもよく、造粒および固化装置においてポリマーは輸送のためにペレット化およびパッケージングされる。
【００９１】
３つの液化容器１０８、１１０および１１２において生じた蒸気は冷却され、流れ２２２、２１９および２２４を介して溶媒回収およびリサイクルシステム１１７へ輸送される。プロセスにおける不純物を限定的なレベルに維持するために、小さなパージ流１１９が使用される。溶媒回収およびリサイクルシステム１１７からの液体流は、流れ３１４を介して反応器システム１０２へリサイクルされる。
【００９２】
図４は、図２に既に示されたシステムの実施形態を示す。図４に示されたこの実施形態において、反応器システム１０２は、少なくとも２つの反応器を備え、すべての反応器システム１０２は、３つの液化容器１０８、１１０および１１２を含む液化システムと流体連通している。反応器システム１０２の反応器は、互いに流体連通しており、直列または並列構成のいずれかであってよい。一実施形態では、反応器システム１０２内の反応器は、連続撹拌槽型反応器（ＣＳＴＲ）、ループ反応器（例えば、単一ループ反応器、二重ループ反応器）、沸騰反応器であることができ、一段または多段の反応器であることができる。一実施形態では、反応器は、同じタイプの反応器であってもよい。別の実施形態では、反応器は、異なるタイプのものであってもよい。一実施形態では、反応器のうちの少なくとも１つは断熱反応器であり、すなわち、反応中に反応器に熱が供給されない。一実施形態では、このプロセスは、１つ以上の反応器において複数の触媒を用いてもよい。一実施形態では、反応器のうちの少なくとも１つは、シェルアンドチューブ式、混合インサートを備えるシェルアンドチューブ式またはフラットプレート式であることができる交換機を備えたループ反応器であり、すべての方式は上記で説明されている。
【００９３】
反応器システム１０２と第１の液化容器１０８との間に、反応器システム１０２と流体連通した任意選択的な管状反応器１０６が設けられている。管状反応器１０６は、任意選択的に、追加のモノマー、コモノマー、水素、および触媒を受け取ってもよい。管状反応器１０６は、未反応モノマーおよび／または子モノマー、または任意選択的に追加のモノマーおよび／またはコモノマーのさらなる反応を介してポリマー濃度をさらに上昇させる。
【００９４】
触媒中和剤は、任意選択的な管状反応器システム１０６の出口の下流においてポリマー溶液に添加され、あらゆるさらなる重合が生じることを防止する。触媒中和剤は、熱交換器１０７の上流でかつ管状反応器１０６の下流に位置する触媒中和剤ステーション２１２において添加される。熱交換器１０７は反応器１０６の下流に位置するのに対し、３つの液化容器１０８、１１０および１１２（互いに直列に流体連通している）は熱交換器１０７の下流に位置する。一実施形態では、熱交換器１０７はシェルアンドチューブ式交換器である。別の実施形態では、熱交換器１０７は、フラットプレート式熱交換器である。一実施形態では、熱交換器１０７は、主に、非定常状態作動のために使用される。
【００９５】
圧力調整器１０５は、第１の液化ユニット１０８までポリマー溶液を液相に保つ。
【００９６】
ラインライン２１６に沿って第１の液化容器１０８と第２の液化容器１１０との間に第１の容積式ポンプ１２４、第１のフラットプレート式ヒーター１１４および第１の圧力調整装置１２２が位置している。この実施形態に示されたシステムは、第１および第２の液化容器の間に位置した容積式ポンプ１２４および熱交換器１１４を含む。第２の液化容器１１０に入るポリマー溶液は、液化のための物質移動領域を促進するために、ディストリビュータ１３０を介して任意選択的に入ってもよい。第２の液化容器１１０は、容積式ポンプ１２５を介して第３の液化容器１１２と直接流体連通している。この実施形態に示されたシステムは、熱交換器１１５または圧力調整器１２３（図２に示されている）を含まない。システムは、ディストリビュータ１３１を含む。
【００９７】
直列の連続した各液化容器は、前の液化容器よりも低い圧力で作動する。各液化容器は、ポリマー溶液からの溶媒の断熱フラッシングを促進し、フラッシングの前よりも高いポリマー濃度を有するポリマー溶液を残す。液化装置１０８、１１０および１２０から出た蒸気流は、上記で説明されており、簡略化のためにここでは再び詳述しない。
【００９８】
一実施形態では、図４に示されたシステム１００を使用する１つの形式において、エチレンモノマー、コモノマー、触媒、共触媒、活性化剤、および水素流が、反応器システム１０２へ導入され、一般的に溶媒中に溶解させられる。
【００９９】
反応器システム１０２（または管状反応器１０６）からのポリマー溶液は、触媒不活性化後（触媒中和ステーション２１２において）、熱交換器１０７へ放出される。反応器システム１０２（または管状反応器１０６）から出たポリマー溶液は、１８０〜２４０℃、好ましくは２００〜２２０℃の温度である。熱交換器１０７は、ポリマー溶液の温度を２２０〜２８０℃、好ましくは２４０〜２６０℃へ上昇させる。熱交換器１０７の後のポリマー溶液中のポリマーの濃度は、ポリマー溶液の総重量に基づき２０〜３０重量％、好ましくは２２〜２８重量％である。ポリマー溶液は、熱交換器１０７の出口まで液相のままである。なぜならば、その箇所までのユニット作動における圧力は、圧力調整装置１０５によって調整されるからである。一実施形態では、圧力調整装置１０５は、弁である。ポリマー溶液は熱交換器１０７において２つの液相であってもよいが、液相および気相を含有することは許されない。
【０１００】
次いで、ポリマー溶液は第１の液化容器１０８へ放出され、第１の液化容器１０８においてポリマー溶液の圧力は２〜３ｋｇｆ／ｃｍ２に低下させられる。圧力の低下は、溶媒のフラッシングを促進し、ポリマー溶液中のポリマー濃度を上昇させる。第１の液化容器１０８から出たポリマー溶液は、ポリマー溶液の総重量に基づき５０〜７０重量％、好ましくは５５〜６５重量％のポリマー濃度を有する。
【０１０１】
第１の液化容器１０８から出たポリマー溶液は、容積式ポンプ１２４によってフラットプレート式ヒーター１１４内へ圧送され、フラットプレート式ヒーター１１４において、常にポリマー溶液を単相に維持しながら、ポリマー溶液の温度は上昇させられかつ圧力は低下させられる。
【０１０２】
次いで、ポリマー溶液は、第２の液化容器１１０（ディストリビュータ１３０を含んでもよい）へ放出され、第２の液化容器１１０において、ポリマーの圧力は、０．１〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２、好ましくは０．２〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ２に減じられる。第２の液化容器１０８におけるフラッシングは、ポリマー濃度をポリマー溶液の総重量に基づき９０〜９８重量％、好ましくは９５〜９７重量％に増大させる。
【０１０３】
次いで、ポリマー溶液は、第３の液化容器１１２（ディストリビュータ１３１を含んでもよい）へ放出され、第３の液化容器１１２において、ポリマー溶液の圧力は、０．００４〜０．０３０ｋｇｆ／ｃｍ２、好ましくは０．００６〜０．０１５ｋｇｆ／ｃｍ２にさらに低下させられる。次いで、３００ｐｐｍ未満の揮発性物質を含有するポリマーが、ポンプ１３３を介してペレタイザーへ、流れ２２０を介して圧送される。
【０１０４】
液化容器の各々から出た蒸気は、上述のように処理される。凝縮した蒸気の大部分は、流れ３１４を介して反応器システム１０２へリサイクルされる。
【０１０５】
図５は、図２に示されたシステムの別の実施形態を示す。この実施形態では、第１の液化容器におけるより高いポリマー溶液圧力が、より高いガス密度を可能にし、これは、結果としてより小さい体積流量をもたらし、より小さいサイズの液化容器がフラッシングすることを可能にする。より高い圧力は、リサイクルガス圧縮機を必要とせずに低分子量のガスをリサイクル溶媒流に噴射することも可能する。ポリマー溶液における高圧のため、容積式ポンプは、第１の液化段から第２の液化段へポリマー溶液を移動させるために使用されない。第２の液化容器における蒸気流量が実質的に減じられ、より小さな容器、または同じサイズの容器を通じたより高い生産速度を許容する。
【０１０６】
図５を参照すると、この実施形態では、熱交換器１０７におけるポリマー溶液は最大２７５℃まで加熱され、これは、前のオプションにおいて使用された２４０〜２６０℃の温度よりも高い。このオプションでは、熱交換器１０７におけるポリマー溶液は、２５０℃〜２７５℃に加熱される。容積式ポンプ１０９は、ポリマー溶液がより高い温度（２７５℃）に加熱されるときにポリマー溶液を液相に維持するための高圧を提供するために、この設計に組み込まれている。
【０１０７】
圧力調整装置１０５は、熱交換器１０７を通る圧力を調整するために使用される。一実施形態では、圧力調整装置１０５は、弁である。ポリマー溶液は熱交換器１０７において２つの液相であってもよいが、液相および気相を含有することは許されない。この加熱により、十分な溶媒が第１の液化容器１０８において気化させられ、図５に示されたシステム作動において使用される圧力よりさらに高い圧力において少なくとも５０重量％ポリマーのポリマー溶液を生成する。
【０１０８】
この実施形態でも、少なくとも１つの液化容器は、他の液化溶液よりも高い高さに位置しており、１つの液化容器から別の液化容器へのポリマー溶液の輸送を促進するために（容器間の）差圧および重力を用いる。
【０１０９】
ここで図５を参照すると、システム１００は、上記図２に記載された反応器システム１０２を備える。反応器システム１０２と第１の液化容器１０８との間に、反応器システム１０２と流体連通した任意選択的な管状反応器１０６が設けられている。管状反応器１０６は、任意選択的に、追加のモノマー、コモノマー、水素、および触媒を受け取ってもよい。管状反応器１０６は、未反応モノマーおよび／または子モノマー、または任意選択的に追加のモノマーおよび／またはコモノマーのさらなる反応を介してポリマー濃度をさらに上昇させる。管状反応器は、容積式ポンプ１０９および熱交換器１０７を介して、３つの液化容器１０８、１１０および１１２を含む液化システムと流体連通している。
【０１１０】
一実施形態では、反応器システム１０２は、断熱性または等温性であることができる少なくとも１つの反応器、連続撹拌槽型反応器、沸騰床反応器、または管状反応器を含む。２つ以上の反応器が使用される場合、これらの反応器タイプの組み合わせが使用されてもよい。２つ以上の反応器が使用される場合、複数の反応器は、直列または並列構成のいずれかであってもよい。反応器システム１０２の一例（反応器タイプ、構成、熱交換器における詳細など）は、上記の図２および４において説明されている。容積式ポンプ１０９および熱交換器１０７は、反応器システム１０２（または管状反応器１０６）の下流にあるのに対し、３つの液化容器１０８、１１０および１１２（互いに直列に流体連通している）は、圧力制御弁１０５の下流にある。一実施形態では、熱交換器１０７はシェルアンドチューブ式交換器である。別の実施形態では、熱交換器１０７は、プレートアンドフレーム式交換器であることができる。別の実施形態では、熱交換器１０７は、フラットプレート式熱交換器であることができる。
【０１１１】
ライン２１６に沿って第１の液化容器１０８と第２の液化容器１１０との間に、任意選択的な第１の圧力調整装置１２２が位置している。一実施形態では、第１の任意選択的な圧力調整装置１２２は、第１の液化容器１０８内の圧力を維持することを促進する弁である。
【０１１２】
第１の液化容器１０８は、第２の液化容器１１０より高い高さに位置する。この配置により、重力が、第１の液化容器１０８から第２の液化容器１１０へのポリマー溶液の供給を促進することができる。この配置はまた、第１の液化容器と第２の液化容器との間で容積式ポンプを使用する必要性を低減または排除する。
【０１１３】
第２の液化容器１１０には、ディストリビュータ１３０が取り付けられてもよい。ディストリビュータ１３０は容器の上部に位置し、第２の液化容器１１０内のポリマーからの溶媒の効率的な分離を促進する。
【０１１４】
液化容器１１０の下流に位置する容積式ポンプ１２５は、熱交換器１１５を通して第２の液化容器１１０からポリマー溶液を押す。一実施形態では、ヒーター１１５は、フラットプレート式ヒーターであることができる。圧力調整装置１２３は、単相（液体に）保つためにヒーター１１５における圧力を制御する。
【０１１５】
第２の液化容器１１０は、第３の液化容器１１２と直接流体連通している。第３の液化容器１１２はまた、容器の上部に位置するディストリビュータ１３１（ポリマーからの溶媒の分離を確実にする）を含んでもよい。別の実施形態では、ヒーター１１５、圧力調整装置１２３、およびディストリビュータ１３１は、単一の機器に組み合わされる。言い換えれば、ヒーター１１５、圧力調整装置１２３、およびディストリビュータ１３１は、単一の容器（図示せず）の中に位置してもよい。一実施形態では、ディストリビュータ１３１が液化容器１１２内に存在する場合、熱交換器１１５および圧力調整器１２３は設計から排除されてもよく、ディストリビュータ１３１は、交換器および最小圧力維持装置としても機能する。
【０１１６】
この設計のための溶媒およびモノマーリサイクルシステムは、図２および図４において上記で詳述されたものと同じである。第３の液化容器１１２の下流に流れ２２０が位置しており、流れ２２０は、第３の液化容器１１２から放出されたポリマーをペレット化または造粒するためのペレタイザー（図示せず）を含む。流れ２２０におけるポリマーは、第３の液化容器１１２において使用される圧力に応じて、異なる量の揮発性物質を含有してもよい。一実施形態では、流れ２２０におけるポリマーは、３００ｐｐｍ未満の揮発性物質、好ましくは２００ｐｐｍ未満の揮発性物質、より好ましくは１００ｐｐｍ未満の揮発性物質を含有してもよい。
【０１１７】
一実施形態では、図５に示されたシステム１００を使用する１つの形式において、エチレンモノマー、コモノマー、触媒、共触媒、活性化剤、および水素流が、反応器システム１０２へ導入され、一般的に溶媒中に溶解される。
【０１１８】
反応器システム１０２から出たポリマー溶液の温度は、１４０〜２３０℃の範囲である。反応器システム１０２から出てくるポリマー流中のポリマー濃度は、ポリマー溶液の総重量に基づき１５〜３０重量％、好ましくは２０〜２５重量％である。
【０１１９】
触媒中和剤は、触媒中和ステーション２１２を介してポリマー溶液に添加される。中和剤は、あらゆるさらなる重合の発生を防止する。
【０１２０】
次いで、ポリマー流は、容積式ポンプ１０９によって熱交換器１０７へ圧送され、熱交換器１０７においてポリマー流の温度は上昇させられる。容積式ポンプ１０９は、ポリマー溶液の圧力を上昇させるように機能し、これにより、液化容器１０８、１１０および１１２において行われる連続するフラッシングステップにおいて溶媒および他の揮発性物質をフラッシュオフすることができる。容積式ポンプ１０９は、ポリマー溶液の圧力を７０〜１３０ｋｇｆ／ｃｍ２に上昇させる。
【０１２１】
一実施形態では、容積式ポンプ１０９は、ポリマー溶液の圧力を７５ｋｇｆ／ｃｍ２に上昇させる。さらに別の実施形態では、容積式ポンプ１０９は、ポリマー溶液の圧力を１２０ｋｇｆ／ｃｍ２に上昇させる。
【０１２２】
熱交換器１０７は、ポリマー溶液の温度を２４０〜２８０℃、好ましくは２７０℃に上昇させる。
【０１２３】
次いで、ポリマー溶液は圧力調整器１０５を通過し、第１の液化容器１０８へ放出され、第１の液化容器１０８においてポリマー溶液の圧力は８〜１２ｋｇｆ／ｃｍ２、好ましくは１０ｋｆｇ／ｃｍ２に低下させられる。圧力の低下は、溶媒のフラッシングを促進し、ポリマー溶液中のポリマー濃度を上昇させる。第１の液化容器１０８から出たポリマー溶液は、ポリマー溶液の総重量に基づき４０〜６０重量％、好ましくは５０重量％のポリマー濃度を有する。
【０１２４】
次いで、第１の液化容器１０８から出てくるポリマー溶液は第２の液化容器１１０へ放出される。第１の液化容器１０８から第２の液化容器１１０への流れは、第１の液化容器と第２の液化容器との間の差圧および重力のために生じる。圧力調整装置１２２は任意選択的である。第２の液化容器１１０内に位置するディストリビュータ１３０は、第２の液化容器１１０内のポリマーからの溶媒の分離を確実にする。
【０１２５】
第２の液化容器１１０において、圧力は０．１〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２、好ましくは０．２〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ２に低下させられる。第２の液化容器１０８におけるフラッシングは、ポリマー濃度をポリマー溶液の総重量に基づき９０〜９９重量％、好ましくは９５重量％に増大させる。第２の液化容器から出たポリマー流の温度は、１７０℃〜２１０℃、好ましくは１９０℃である。
【０１２６】
液化容器１１０の下流に位置する容積式ポンプ１２５は、熱交換器１１５を通して第２の液化容器１１０からポリマー溶液を押す。圧力調整装置１２３は、単相（液体に）保つためにヒーター１１５における圧力を制御する。
【０１２７】
次いで、ポリマー溶液は、第３の液化容器１１２へ放出される（第３の液化容器１１２はディストリビュータ１３１を含み、このディストリビュータ１３１において、ポリマー溶液の圧力は、０．００３〜０．０４０ｋｇｆ／ｃｍ２、好ましくは０．０１０ｋｇｆ／ｃｍ２にさらに低下させられる）。言い換えれば、第３の液化容器１１２は、真空下で作動させられる。第３の液化容器１１２内の圧力を変化させることによって、ポリマー中に含まれる揮発性物質の量が変化させられてもよい。例えば、第３の液化容器１１２において約０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を維持することによって、約４００ｐｐｍを含有するポリマーを、流れ２２０を介してペレタイザーへ放出することができる。別の実施形態において、第３の液化容器１１２において約０．００３ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を維持することによって、約１００ｐｐｍを含有するポリマーを、流れ２２０を介してペレタイザーへ放出することができる。
【０１２８】
液化容器１０８、１１０および１１２からの凝縮された上記は、上記で詳述したように処理され、簡略化のためにここでは繰り返さない。
【０１２９】
本明細書に開示されたシステムは、フラットプレート式交換器において観察されるより小さな圧力降下を利用し、第１の液化化容器内で溶媒の少なくとも３分の２をフラッシングさせ（したがって、加熱を回避し、次いでポリマー溶液を冷却する）、それらのより高い作動圧力により液化容器においてより低い蒸気負荷を取り扱い、連続的により低圧のフラッシュ容器を使用することによって、より低いエネルギー要件で、より高いポリマー濃度、より高い分子量を有するポリマー、およびより少ない残留揮発性物質を有するポリマーを製造することができるという点で有利である。また、システムは、製品のニーズに応じて柔軟に構築され、競合する例よりも少ない設備投資を必要とし、より低い運転コストにつながるという点でも有利である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年1月13日(2021.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液重合のためのシステムであって、
溶媒中の少なくとも１つのモノマーを受け取り、前記モノマーを反応させてポリマーを形成するように作動可能な反応器システムと、
前記反応器システムの下流に位置する複数の液化容器であって、各液化容器は、前の液化容器よりも低い圧力で作動し、前記複数の液化容器は、前記反応器システムからポリマー溶液を受け取る、複数の液化容器と、
２つの液化容器の間に配置され、かつ前記２つの液化容器と流体連通している第１の熱交換器であって、前記第１の熱交換器は、１２０℃〜２３０℃の入口ポート温度と、２００℃〜３００℃の出口ポート温度と、３５〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ２の入口ポート圧力と、２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２の出口ポート圧力とを有し、前記ポリマー溶液は、前記第１の熱交換器における滞留中、単相のままである、第１の熱交換器と、を備える、システム。
【請求項２】
少なくとも１つの液化容器に配置されたディストリビュータをさらに含み、前記ディストリビュータは、
前記ディストリビュータに加熱流体を充填するための入り口ポートを有する第１の導管と、
第２の導管であって、前記第１の導管が、前記第１の導管と前記第２の導管との間に第１の環状空間を画定するように前記第２の導管の内側に位置しており、前記第２の導管は、前記ディストリビュータから前記加熱流体を除去するための出口ポートを有する、第２の導管と、
前記ディストリビュータの上から下まで第２の環状空間を画定するように前記第２の導管の周りに配置された複数のプレートスタックであって、各プレートスタックは複数のプレートを含み、前記複数のプレートはさらに複数の導管を画定しており、各導管は、その長さにわたって変化する幅を有しかつ中央通路から半径方向外方へ延在しており、前記複数の導管は前記第２の環状空間と流体連通しており、前記ディストリビュータは、前記ディストリビュータを通じた前記ポリマー溶液の輸送中に前記ポリマー溶液からの溶媒の分離を促進するのに有効な圧力および温度で作動させられる、複数のプレートスタックと、を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数のプレートスタックにおける連続する各スタックは、上から下まで前のスタックよりも小さい内径を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記反応器システムは、複数の反応器を含み、少なくとも１つの反応器は、等温条件下または断熱条件下で作動する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記反応器システムと流体連通している管状反応器をさらに含み、前記管状反応器は、任意選択的に追加のモノマー、コモノマー、および触媒を受け取ってもよく、前記管状反応器は、未反応のまたは任意選択的に追加のモノマーおよび／またはコモノマーのさらなる反応を介して前記ポリマー濃度をさらに上昇させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記反応器システムの下流に位置しかつ前記反応器システムと流体連通している容積式ポンプをさらに備え、前記容積式ポンプは、流れ圧力を５０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２に上昇させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記容積式ポンプと前記第１の液化容器との間に配置されかつ前記第１の液化容器と流体連通している熱交換器をさらに備え、前記熱交換器は、１００℃〜２３０℃の入口ポート温度、２３０℃〜２８０℃の出口ポート温度、４０〜１７０ｋｇｆ／ｃｍ２の入口ポート圧力、および３０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２の出口ポート圧力を有し、前記ポリマー溶液は１つまたは２つの液相に保持される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
各熱交換器と後続の液化容器との間に配置された圧力調整装置をさらに備え、前記圧力調整装置は、前記熱交換器において前記ポリマー溶液が１つまたは２つの液相に保持されることを確実にし、かつ後続の液化容器における前記溶媒の一部の除去を促進する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記反応器システムは、４０ｋｇｆ／ｃｍ２よりも高い圧力および１３０〜２１０℃の温度で作動する、ループ反応器または連続撹拌槽型反応器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記複数の液化容器は、少なくとも２つの液化容器を含み、前記第１の熱交換器は、第１の液化容器と第２の液化容器との間に配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
第２の熱交換器は、前記第２の液化容器と第３の液化容器との間に配置されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ディストリビュータ、前記熱交換器および圧力調整装置は、単一の機器に組み合わされている、請求項２に記載のシステム。
【請求項１３】
方法であって、
反応器システムにモノマー、溶媒および触媒を充填することと、
前記モノマーを反応させてポリマーを形成することであって、前記ポリマーを形成するための前記反応は、断熱的または等温的のいずれかで行われ、前記ポリマーは、ポリマー溶液中に分散させられる、形成することと、
前記反応器システムから、前記反応器システムの下流に位置する複数の液化容器へ前記ポリマー溶液を放出することであって、各液化容器は、前の液化容器よりも低い圧力で作動する、放出することと、
少なくとも１つの液化容器から第１の熱交換器へ前記ポリマー溶液を放出することと、
前記熱交換器において前記ポリマー溶液を加熱することであって、前記熱交換器は、１２０℃〜２３０℃の入口ポート温度、２００℃から３００℃の出口ポート温度、３５〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ２の入口ポート圧力、および２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２の出口ポート圧力で前記ポリマー溶液を受け取り、前記ポリマー溶液は、前記第１の熱交換器における滞留中に単相のままである、加熱することと、を含む、方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの液化容器に含まれたディストリビュータにおいて前記ポリマー溶液から前記ポリマーを分離させることであって、前記ディストリビュータは、
前記ディストリビュータに加熱流体を充填するための入口ポートを有する第１の導管と、
第２の導管であって、前記第１の導管が、前記第１の導管と前記第２の導管との間に第１の環状空間を画定するように前記第２の導管の内側に位置しており、前記第２の導管は、前記ディストリビュータから前記加熱流体を除去するための出口ポートを有する、第２の導管と、
前記ディストリビュータの上から下まで第２の環状空間を画定するように前記第２の導管の周りに配置された複数のプレートスタックであって、各プレートスタックは複数のプレートを含み、前記複数のプレートはさらに複数の導管を画定しており、各導管は、その長さにわたって変化する幅を有しかつ中央通路から半径方向外方へ延在しており、前記複数の導管は前記第２の環状空間と流体連通しており、前記ディストリビュータは、前記ディストリビュータを通じた前記ポリマー溶液の輸送中に前記ポリマー溶液からの溶媒の分離を促進するのに有効な圧力および温度で作動させられる、複数のプレートスタックと、を備える、分離させることと、
前記複数の液化容器からペレット化、造粒、または固化装置へポリマーを放出することであって、前記ポリマーは、３００ｐｐｍ未満の揮発性物質を含有する、放出することと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記反応器システムの下流に位置する管状反応器へ前記ポリマー溶液を放出することと、前記管状反応器において前記ポリマー溶液の温度およびポリマー濃度を上昇させることと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【国際調査報告】
2021525290.tif 000013
2021525290.tif 000014
2021525290.tif 000015