(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動床反応器内に重合用固体触媒を供給するとともに、ブロワーにより流動床反応器の底部から分散板を介して所定の密度のガス状単量体を流動床反応器内に吹き込んで、流動床反応器内に流動床を形成し、該流動床内での気相重合反応によって重合体を製造するに際し、
上記流動床反応器から抜き出した粉末状重合体に含まれる塊を検出することで、上記流動床反応器内での塊形成の状態を監視する監視工程と、
この結果に基づいて、塊生成を抑制する方向に上記流動床反応器の反応条件を制御する制御工程と
を有することを特徴とする気相重合方法。
【請求項２】
上記監視工程では、上記抜き出した粉末状重合体を通す回転弁にかかる負荷を検出して、所定の大きさ以上の負荷がかかったか否かが判別されることを特徴とする請求項１に記載の気相重合方法。
【請求項３】
流動床反応器内に重合用固体触媒を供給するとともに、ブロワーにより流動床反応器の底部から分散板を介して所定の密度のガス状単量体を流動床反応器内に吹き込んで、流動床反応器内に流動床を形成し、該流動床内での気相重合反応によって重合体を得るように構成した気相重合装置において、
上記流動床反応器から抜き出した粉末状重合体に含まれる塊を検出する検出手段と、
上記検出手段で検出された結果に基づいて、塊生成を抑制する方向に上記流動床反応器の反応条件を制御する制御手段と
を有することを特徴とする気相重合装置。
【請求項４】
上記検出手段は、上記抜き出した粉末状重合体を通す回転弁と、
上記回転弁にかかる負荷を検出して、所定の大きさ以上の負荷がかかったか否かを判別する判別手段と有することを特徴とする請求項３に記載の気相重合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動床反応器内に重合用固体触媒を供給するとともに、ブロワーにより流動床反応器の底部から分散板を介してガス状単量体を流動床反応器内に吹き込んで、流動床反応器内に流動床を形成し、該流動床内での気相重合反応によって重合体を製造する気相重合方法および気相重合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばポリエチレンなどのポリオレフィンを得る場合に、エチレンなどのオレフィン単量体などをチタン系固体状触媒の存在下で気相重合させる気相重合法が用いられている。
【０００３】
このような気相重合法では、たとえば、図４に示すように、固体状触媒Ａを供給ライン１１２を介して流動床反応器１１０内に供給するとともに、供給ライン１１３を介して流動床反応器１１０の底部から、流動床反応器１１０底部近傍に配設した多孔板などからなるガス分散板１１１を介してガス状のオレフィンを吹き込んで、流動床（反応系）１１４を流動状態に維持しつつ、流動床１１４内で重合反応を行なっている。そして、流動床１１４内で重合反応して生成されたポリマー粒子は、ライン１１５を介して流動床反応器１１０から、連続的に抜き出されるようになっている。また、流動床反応器１１０の流動床１１４を通過した未反応のガス状のオレフィンなどは、流動床反応器１１０の上方部分に設けられた減速領域１１６にて流速が低減されて、流動床反応器１１０の上部に設けられたガス出口１１０Ａを介して流動床反応器１１０外に排出される。一方、流動床反応器１１０より排出された未反応のガス状のオレフィンなどは、循環ライン１１７を介して再び流動床反応器１１０内の流動床１１４内に吹き込まれるようになっている。なお、ガス状のオレフィンは、循環ライン１１７上に配設された熱交換器（冷却装置）１１９を通り冷却され、該循環ライン１１７に合流する供給ライン１２０を介してブロワー１１８に供給され、ブロワー１１８により連続的に流動床反応器１１０に供給されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、流動床１１４内で、触媒、重合体、ガス状単量体などの状態が不均一である部分が存在すると、重合体の塊が形成される。この塊は、流動床１１４内の均一な重合反応を阻害する。さらには、塊の存在により不均一部分が拡大し塊生成を助長するという悪循環となってしまう場合もある。
【０００５】
したがって、このような塊形成の有無を検出し、塊が検出された時点で流動床１１４内の状態を一定の状態に保つための制御が必要である。
塊形成の検出方法としては、例えば特開平４−３６１１５０号公報に開示されているように、流動床反応器１１０に検知箇所とその近傍の壁面との間の静電容量の変化を検知する静電容量検知手段を配設して、この静電容量の変化を検知して、流動床内に塊が形成されたことを確認する方法が挙げられる。
【０００６】
しかしながら、この方法では、静電容量検知手段の設置に費用がかかり、かつ、高圧ガスの洩れや防爆対策の必要性など安全上の問題がある。さらに、検知手段の配設位置によって塊検出の感度が異なること、静電容量が塊形成以外の要因、例えば原料ガス中に混在する水素、一酸化炭素や炭水化物などの不純物に影響を受けて変動することなどにより、得られたデータを客観的に評価することが困難であった。
【０００７】
また、塊形成の検出方法の他の例としては、流動床反応器内に赤外線センサを配設し、この赤外線センサを用いて粉末状重合体の密度を監視し、密状態で観測される感度が得られたときに、塊が形成されたことを確認する方法が挙げられる。
【０００８】
しかしながら、この方法では、赤外線センサを用いるため費用がかかるという点が問題である。さらに、単に赤外線センサを用いて得られた粉末が密か疎かを判別するだけなので、塊が形成されたのか、あるいは粉末が密なだけなのかを区別するのが困難であるため、得られたデータを客観的に評価することが困難であった。
【０００９】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、流動床内で形成される重合体の塊の形成を正確に検出し、この検出結果に応じて流動床反応器の動作を制御する気相重合方法および気相重合装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る気相重合方法は、上述の問題を解決するため、流動床反応器内に重合用固体触媒を供給するとともに、ブロワーにより流動床反応器の底部から分散板を介して所定の密度のガス状単量体を流動床反応器内に吹き込んで、流動床反応器内に流動床を形成し、該流動床内での気相重合反応によって重合体を製造するに際し、
上記流動床反応器から抜き出した粉末状重合体に含まれる塊を検出することで、上記流動床反応器内での塊形成の状態を監視する監視工程と、
この結果に基づいて、塊生成を抑制する方向に上記流動床反応器の反応条件を制御する制御工程とを有するものである。
【００１１】
また、上記監視工程は、上記抜き出した粉末状重合体を通す回転弁にかかる負荷を検出して、所定の大きさ以上の負荷がかかったか否かを判別する工程であることが好ましい。
【００１２】
上記気相重合方法によれば、監視工程では、流動床反応器で生成し、抜き出された粉末状重合体中に塊が含まれているか否かが、適当な判別手段を用いて判別され、この判別結果に応じて流動床反応器内の塊形成の状態を間接的に監視する。制御工程では、監視工程にて得られた判別結果に基づいて、塊形成が確認されたときに、流動床反応器の反応条件を、塊の生成を抑制する方向、例えば循環ガス量（空塔速度）を上げて粉末レベルを低減することによる流動状態を改善する方向、オレフィンの分圧を低減する方向、重合温度を下げる方向、触媒供給量を低減する方向などの重合反応をマイルドにする方向に制御する。
【００１３】
また、上記適当な判別手段として、例えば回転弁を用いた場合には、下記のようにして塊が検出される。すなわち、回転弁は単位時間につき一定量の粉末状重合体を通すように動作するため、この回転弁に重合体の塊が噛んだとき、この動作を維持するために回転弁のモータに負荷がかかる。この負荷をモータに供給する電力、電流などの電気信号として検出する。したがって、この電気信号が変化して所定の大きさになったときに、重合体の塊が回転弁を通ったことが判断される。このようにして、流動床反応器内に重合体の塊形成が起こったことを確認することができる。
【００１４】
また、本発明に係る気相重合装置は、流動床反応器内に重合用固体触媒を供給するとともに、ブロワーにより流動床反応器の底部から分散板を介して所定の密度のガス状単量体を流動床反応器内に吹き込んで、流動床反応器内に流動床を形成し、該流動床内での気相重合反応によって重合体を得るように構成した気相重合装置において、
上記流動床反応器から抜き出した粉末状重合体に含まれる塊を検出する検出手段と、
上記検出手段で検出された結果に基づいて、塊の生成を抑制する方向に上記流動床反応器の反応条件を制御する制御手段とを有するものである。
【００１５】
また、上記検出手段は、上記抜き出した粉末状重合体を通す回転弁と、
上記回転弁にかかる負荷を検出して、所定の大きさ以上の負荷がかかったか否かを判別する判別手段と有することが好ましい。
【００１６】
上記気相重合装置によれば、検出手段は、流動床反応器で生成し、抜き出された粉末状重合体中に塊が含まれているか否か検出して、この検出結果に応じて流動床反応器内の塊検出の状態を間接的に監視する。制御手段は、検出手段にて得られた検出結果に基づいて、塊形成が確認されたときに、流動床反応器の反応条件を、塊の生成を抑制する方向、例えば循環ガス量（空塔速度）を上げて粉末レベルを低減することによる流動状態を改善する方向、オレフィンの分圧を低減する方向、重合温度を下げる方向、触媒供給量を低減する方向などの重合反応をマイルドにする方向に制御する。
【００１７】
また、上記検出手段として、例えば回転弁と適当な判別手段とを用いた場合には、下記のようにして塊が検出される。すなわち、回転弁は、単位時間につき一定量の粉末状重合体を通すように動作するため、回転弁に重合体の塊が噛んだとき、この動作を維持させるために回転弁のモータに負荷がかかる。判別手段は、この負荷をモータに供給する電力、電流などの電気信号として検出し、この電気信号が所定の大きさであるか否かを判別する。したがって、この電気信号が変化して所定の大きさになったときに、重合体の塊が回転弁を通ったと判断することができる。このようにして、回転弁と適当な判別手段とを用いることで、流動床反応器内に重合体の塊形成が起こったことを確認することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る気相重合方法およびこれを適用した気相重合装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
なお、本発明において、「重合」という語は単独重合のみならず、共重合を包含した意味で用いられることがあり、また「重合体」という語は、単独重合体のみならず、共重合体を包含した意味で用いられることがある。また、共重合を行なう場合のガス状単量体は、複数のガス単量体の混合物をいう。
【００２０】
図１は、本発明に係る気相重合方法を適用した気相重合装置の概略図である。図１に示すように、気相重合装置は、流動床反応器１内に重合用固体触媒Ａを供給するとともに、ブロワー８により流動床反応器１の底部からガス分散板１１を介してガス状単量体を流動床反応器１内に吹き込んで、流動床反応器１内に流動床４を形成し、該流動床４内での気相重合反応によって重合体もしくは共重合体を得るように構成されている。ここでガス状単量体は、重合用固体触媒の作用で重合する一種またはそれ以上の単量体（モノマー、コモノマー）であり、重合系へは水素のような分子量制御剤、窒素や炭化水素のような不活性ガスとともに供給されてもよい。
【００２１】
また、上記気相重合装置では、固体状触媒Ａを供給ライン２を介して流動床反応器１内に供給する一方、ガス状のオレフィンなどの単量体を、供給ライン３を介して流動床反応器１の底部から、流動床反応器１底部近傍に配設した多孔板などからなるガス分散板１１を介して吹き込んで、流動床（反応系）４を流動状態に維持しつつ、流動床４内で重合反応が行なわれる。なお、原料調製部２１で調製されたガス状単量体は、循環ライン７に合流する供給ライン２０を介して連続的に供給されるようになっている。
【００２２】
そして、流動床４内で重合反応が進んで生成された粉末状重合体（ポリマー粉末）は、ライン５を介して流動床反応器１から連続的に抜き出されるようになっている。
【００２３】
一方、流動床４を通過した未反応のガス状単量体は、流動床反応器１の上方部分に設けられた減速領域６にて流速が低減されて、流動床反応器１の上部に設けられたガス出口１０Ａを介して流動床反応器１外に排出されるようになっている。
【００２４】
ところで、流動床反応器１より排出された未反応の単量体は、再び流動床反応器１内の流動床４内に吹き込む前にその重合反応熱を除去する必要があるため、循環ライン７の上流側に接続された熱交換器（冷却装置）９に導入され冷却されるようになっている。
【００２５】
熱交換器９によって冷却された単量体のガスは、続いて、循環ライン７の下流側に配設されたブロワー８および供給ライン３を介し、流動床反応器１の底部からガス分散板１１を通して再び流動床反応器１内の流動床４内に吹き込まれるように構成されている。
【００２６】
ここで、上記流動床反応器１内で重合体の塊が形成されると、流動床４で行われる重合反応が効率良く行われない虞があるので、この塊形成の有無を検出して、この検出結果に応じて流動床反応器１の動作を、後述のように塊の生成を抑制する方向に制御するようにしている。
【００２７】
ライン５から取り出されたポリマー粉末は、パージビン３１、３２にて固気分離された後、回転弁１３によって抜き出される。なお、パージビンを二段設けて固気分離を行うのは、効果的に固気分離を行うためであって、一段あるいは三段以上のパージビンを直列に接続して固気分離を行ってもよいし、パージビンが無くてもよく、いずれにおいても本発明の効果が得られることは言うまでもない。
【００２８】
このようにして、流動床反応器１から抜き出されたポリマー粉末に含まれる塊を、回転弁および適当な判別手段としての判別部からなる検出手段にて検出する。
【００２９】
回転弁は、固気分離済みのポリマー粉末を送り出す。判別部は、ポリマー粉末を送る出す際に回転弁を駆動するためのモータにかかる負荷を、モータに供給する電力あるいは電流として検出し、この検出電力あるいは電流が所定の大きさの閾値電力あるいは電流よりも大きいか否かを判別することで、所定の大きさ以上の負荷がかかった否かを判別し、この判別結果に応じて塊形成を検出する。
【００３０】
具体的には、図１において、下流側のパージビン３２の取り出し口に回転弁１３を配設し、この回転弁１３を単位時間につき一定量の粉末状重合体（ポリマー粉末）を送り出すように動作させる。また、判別部（シーケンサ）１４を回転弁１３に供給される電力あるいは電流を検出し、この検出電力あるいは電流に応じて所定の判別を行った結果を、後述する監視および制御部（ＤＣＳ）１５に出力できるように接続される。
【００３１】
なお、重合体の塊を検出するのに、回転弁１３に供給される電力あるいは電流をモニタするのは、形成した塊が回転弁１３に噛むと、回転弁１３の一定動作を維持するために、回転弁１３駆動用のモータに負荷がかかり、この結果多くの電力あるいは電流を必要とする。したがって、この電力あるいは電流をモニタしてこの変化を追うことで塊の検出を行うことができるからである。
【００３２】
監視および制御部１５は、触媒供給ライン２、ブロワー８、原料調製部２１、弁３３などの上記気相重合装置の各部材およびその周辺機材の動作を制御するものである。
【００３３】
原料調製部２１は、原料となるガス状単量体を調製する。また、ガス状単量体が複数のガスの混合物である場合には、各ガスの供給源の出力を調節して一定の組成のガス状単量体を調製する。
【００３４】
図２に、本発明の気相重合方法における監視工程（ステップＳ３〜Ｓ５）、制御工程（ステップＳ６）の要部を説明するためのフローチャートを示す。
なお、上記監視工程は、上記検出手段にて行われる工程であり、上記制御工程は、監視および制御部１５にて行われる工程である。
【００３５】
ステップＳ１では、流動床反応器１内で気相重合が進行してポリマー粉末が形成され、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、ポリマー粉末をライン５から抜き取って、パージビン３１、３２にて固気分離を行って、ステップＳ３に進む。
【００３６】
ステップＳ３は、回転弁１３に供給する電力を検出する検出工程である。ここでは、電力計などの適当な検出手段を用いて電力を検出して、ステップＳ４に進む。ここで検出する情報としては、電力の他には上記のようにモータに印加する電流などが挙げられる。
【００３７】
ステップＳ４は、検出工程で得られた検出電力が所定の閾値よりも大か否かを判別部１４で判別する判別工程である。ここでは、ステップＳ３で得られた検出電力が所定の大きさの電力、すなわち閾値電力よりも大きいか否かを判別する。
【００３８】
図３に、検出電力の時間変化を示す。なお、縦軸は電力、横軸は時間を表す。この判別工程においては、時間ｔ0にて電力の検出およびモニタを開始し、時間ｔ1までは検出電力が閾値電力Ｐtを下回るため、ＮＯの判別結果を出力する。すなわち、検出電力が所定の大きさの電力よりも小さいと判別され、図２のステップＳ１に戻る。なお、この閾値電力は、予め設定される値であるが、反応の進行具合などでその都度変更することができる。
【００３９】
時間ｔ1から時間ｔ2までは検出電力が閾値電力Ｐtを超えるため、ＹＥＳの判別結果を出力する。すなわち、検出電力が所定の大きさの電力よりも大きいと判別され、図２のステップＳ５に進む。
【００４０】
時間ｔ2から後は、検出電力が閾値電力Ｐtを下回るため、ＮＯの判別結果を出力する。すなわち、検出電力が所定の大きさの電力よりも小さいと判別され、図２のステップＳ１に戻る。
【００４１】
ステップＳ５では、上記判別工程でＹＥＳの判別結果が出力されたときに重合体の塊が形成されたことを検出する。
なお、ステップＳ４において、供給電力の大きさは回転弁１３にかかる負荷の大きさに依存する。すなわち、ステップＳ５において検出される塊の大きさと密接な関係があり、検出電力が大きいときには検出される塊は大きく、検出電力が小さいときには検出される塊は小さい。また、検出電力が閾値電力を超える時間は、所定の大きさの塊が生じた頻度が高くなると長くなり、低くなると短くなる関係がある。
【００４２】
従来におけるいずれの方法も、この両方を相関させたデータを得ることが困難であった。
続いて、ステップＳ６では、ステップＳ４で検出電力が所定の大きさの電力よりも大きいと判別され、ステップＳ５で塊形成が検出されたときに、前記監視および制御部１５の動作に基づいて、流動床反応器１内の重合反応の条件を、塊の生成を抑制する方向、例えば循環ガス量（空塔速度）を上げて粉末レベルを低減することによる流動状態を改善する方向、オレフィンの分圧を低減する方向、重合温度を下げる方向、触媒供給量を低減する方向などの重合反応をマイルドにする方向に制御する。
【００４３】
例えば、オレフィンの分圧を低減させる場合、監視および制御部１５から原料調製部２１に、ガス状単量体中の所定のモノマーガス、例えばエチレン、プロピレンなどのガス分圧を減少させる旨の制御データを送る。この制御データは、所定のモノマーガスの分圧を所定値まで下げるよう指示する旨のデータあっても、塊が検出されなくなるまで所定のモノマーガスの分圧を下げ続けるよう指示する旨のデータであってもよい。原料調製部２１は、この制御データに応じて所定のモノマーガスの分圧を下げる。
【００４４】
また例えば、循環ガス量（空塔速度）を上げて粉末レベルを低減することによる流動状態を改善する場合、監視および制御部１５から、例えばブロワー８に羽根車の回転数を変更するよう指示する制御データを送る。また、ブロワー８の吸引側に吸込ベーンを配設した場合には、この吸込ベーンを開度を調節するように制御してもよい。また、必要に応じて、二つのパージビン３１、３２の間に挿入接続された弁３３の開度を調節してもよい。
【００４５】
ステップＳ７では、ポリマーの生成をさらに続けるか否かが判断される。さらに、ポリマー生成を続ける場合には、ステップＳ１に戻り、続けない場合には、気相重合装置の動作を停止して、終了する。
【００４６】
図２によれば、ステップＳ４にて検出電力が所定の大きさの閾値電力よりも大きいと判別されない限り、ポリマー粉末生成が継続される。また、ポリマー粉末中に所定の大きさ以上の塊が混在することが検出された（ステップＳ５）場合は、塊形成を抑制するように、流動床反応器１の動作を制御する。
【００４７】
なお、図２においては、塊形成が検出された場合にのみ、ポリマー生成の継続が問われ、ポリマー生成の終了、すなわち流動床反応器１の動作を停止する流れになっているが、塊形成の検出がなされない場合においても任意に流動床反応器１の動作を停止してもよいことは言うまでもない。
【００４８】
また、これら制御自体を自動で行ってもよいし、手動で行ってもよい。
以上、説明したように、本発明に係る気相重合方法および気相重合装置によれば、流動床反応器内の状態を直接モニタするわけではなく、生成したポリマー粉末を取り出して塊検出を行うので、流動床反応器に特別な部材を配設する必要がないため、コストがかからない上に、現状の流動床反応器の外側に簡便な部材を追加するだけで、塊検出を行うことができる。
【００４９】
さらに、ポリマー粉末に混在する塊の有無を直接検出するため、確実に塊形成検出ができる。また、生成したポリマー粉末の状態を直接モニタすることは、流動床反応器内の状態を間接的にモニタすることになるため、ポリマー粉末内の塊形成検出することで、流動床内の状態を正確に反映した塊形成の検出を行うことができる。したがって、流動床内で形成される重合体の塊の形成を正確に検出することが可能になり、このような正確な情報に応じて流動層反応器の動作を制御することが可能になる。
【００５０】
また、ポリマー粉末の塊を検出する検出手段として、回転弁および適当な判別部を用いることで、簡単な構成を追加するだけで上記塊検出が可能になる。
以上、本発明の好ましい実施態様を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係る気相重合方法および気相重合装置によれば、通常用いられる流動床反応器に特別な部材を配設する必要がないため、コストがかからない上に、流動床反応器に簡便な部材を追加するだけで、塊検出を行うことができる。また、流動床内の状態を正確に反映して塊検出を行うことができるため、流動床内の状態を正確に把握できるとともに、正確な情報に基づいて流動床反応器の動作を制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る気相重合装置の要部を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明に係る気相重合方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図３は、上記気相重合方法を説明するための説明図である。
【図４】図４は、従来の気相重合装置の要部を示す概略図である。
【符号の説明】
１  流動床反応器
４  流動床（反応系）
８  ブロワー
１１  ガス分散板
１３  回転弁
１４  判別部（シーケンサ）
１５  監視および制御部
２１  原料調製部
【図１】
0003907879.tif 000002
【図２】
0003907879.tif 000003
【図３】
0003907879.tif 000004
【図４】
0003907879.tif 000005