KR910005665B1 - 유동상 중합 반응기 - Google Patents

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내용 없음.

Description

유동상 중합 반응기

제1도는 본 발명에 따라 모노머의 연속 유동상 중합을 실시하기 위한 바람직한 시스템의 도식도이고,

제2a도는 분배 플레이트장치, 혼합실 및 유동전향장치를 포함한 반응기의 낮은 부위의 단면의 정면도이며,

제2b도는, 제2a도의 선 2a-2a를 따라 절취한 유동전형 장치의 평면도이고,

제3도는 제2a도의 유입장치 및 유동전향장치의 단면의 확대한 부분 정면도이며,

제4도는 분배기 플레이트상에 위치한 캡(cap)장치의 배향을 나타낸 제2a도의 4-4선을 따라 절취한 분배기 플레이트의 평면도이고,

제5도는, 제3도의 것과는 다른 유동전향 장치의 양태를 나타내는 반응기의 유입 부위의 단면의 부분 정면도이며,

제6도는 전향장치의 또다른 양태를 나타내는 반응기의 유입부위의 단면의 부분 정면도이다.

본 발명은 유동상 중합 반응기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유동상 중합 반응기 및 이러한 반응기에 유입된 유체 분배의 개선점에 관한 것이다.

중합체의 제조를 위한 유동상 방법의 발견은 여러가지 중합체, 예를 들면, 폴리올레핀(예; 폴리에틸렌)의 제조장치에 통상적 방법과 비교하여 자본 투자 및 필요한 에너지의 막대한 감소를 제공했다. 그러나, 발열 중합방법을 수행하기 위한 유동상 반응기의 사용시 제한 인자는 열을 상으로부터 제거할 수 있는 속도이다.

통상적 유동상 반응기 공정에서 사용된 열제거의 가장 통상적 및 보편적 장치는 반응기의 외부 한 지점에서 재순환 개스스트림(stream)의 압축 및 냉각에 의한 것이다. 폴리에틸렌과 같은 중합체의 제조를 위한 상업적 규모의 유동상 반응 시스템에서, 순환시켜 중합열을 제거할 수 있는 유체량은 유동상의 지지 및 유동상에서 혼합한 적당한 고체에 대해 필요한 유체량 이상이다. 그러나, 반응기에서 유체 속도는 이것이 반응기에서 유출됨에 따라 유동 개스스트림에서 고체의 과다한 비말동반(etra-inment)을 방지할 필요 때문에 제한된다. 반드시, 순환시켜 열을 제거할 수 있는 유체량은 유사하게 제한된다.

열제거 속도를 증가시키는 하나의 방법은 반응기의 한 부위를 응축시키는 지점으로 반응기에 재 순환된 모노머성 개스를 압축 및 냉각시키는 것이다. 생성 액체 분획을 재순환시킨 모노머성 개스스트림에서 비밀동반시키고 반응기로 재순환시킨다. 이러한 조작은 중합조작의 ＂응축형태(mode)＂로서 인용되어 왔으며, 둘다 참조문헌으로 인용한, 1982년 3월 25일 제출된 선행 미합중국 특허원 제361,547호 및 ＂유동상 중합의 개선된 제조방법＂이란 명칭으로 동시 제출된 제이.엠.젠킨스등(Attorney's docket D-13, 475-2)의 미합중국 특허원에 기술되어 있다. 이 문헌에 기술되었듯이, 조작의 응축 형태를 사용할 경우, 재순환 스트림의 온도를 감소시키며 액체의 증발열과 함께, 재순환된 개스스트림의 온도를 재순환 스트림의 이슬점 이상으로 유지시킨 조작의 ＂비응축 형태＂에서 수득할 수 있는 것보다 공간-시간-수율에서 현저한 증가를 야기시켜, 여기서, 이슬점은 액체 응축물이 개스스트림에 형성되기 시작하는 온도이다.

어떤 규모의 바텀(bottom)반응기 헤드(head)로부터의 시험결과 및 상업적 중합 반응기의 경험은 개방노늘(nozzle)형태의 반응기 유입부가 응축 형태에서 유동상 반응기의 성공적 조작을 위해 바람직하며, 저수탑/원추형 캡 형태의 반응기 유입부가 반응기 조작의 비응축 형태에 대해 바람직함을 나타내었다. 저수탑/원추형 유입부는 바텀헤드에서 액체의 넘침 또는 포말형성, 재순환 스트림에서 액체의 비교적 낮은 농도에서 상업용 반응기로 경험한 현상때문에 조작의 응축 형태에 대해 바람직하지 못하다. 반대로, 개방 노즐 형태의 유입부는 바텀헤드, 특히 유입부의 구멍 둘레에서 수지고체의 과다한 빌드-업(Bullie-up)때문에, 상업용 반응기에서 조작의 비응축형태에 대해 바람직하지 않음을 나타내었다.

커다란 상업용 제조 반응기의 실제조작에서, 조작에 비응축형태로부터 조작의 응축형태로 및 역으로 연결시키는 것이 바람직하다. 과거에는 이것을 하기 위해, 상술한 이유 때문에 반응기를 셧다운(shut-down)시켜 유입부를 대체 또는 변경시켜 조작의 새로운 형태의 필요조건에 부합시키는 것이 필요하였다. 전이를 위한 반응기의 셧다운은 변경과 관련된 유지비 뿐만 아니라 비가동 시간이 현저한 생산 손실을 야기시키기 때문에 바람직하지 못하다. 몇몇 상업용 반응기에 대해, 전이는 생산 계획에 따라 자주 필요할 수 있다. 따라서, 반응기 조작의 응축 및 비응축 형태 둘다에 대한 필요조건에 부합되는 다목적용 반응기 유입부 형태를 갖는 것이 극히 바람직하다.

본 발명의 목적은, 유동성 반응기의 생산속도를 증가시키고; 이러한 반응기의 유지 및/ 또는 조작 비용을 감소시키며; 이러한 반응기가 비가동 시간의 생산손실을 야기시키지 않고 통상적 생산속도 이상으로 여러가지 중합체, 예를 들면, 에틸렌과 중 알파 올레핀의 중합체(공중합체 및 터폴리머) 및 프로필렌의 중합체[호모폴리머 및 블록 또는 랜덤(block and random)공중합체]를 생산할 수 있는 유연성을 제공하는 것이다. 본 발명의 유동전향장치는 다목적 반응기 유입부 형태를 제공하여 조작의 응축형태로부터 비응축형태로 및 역으로 전환시킬 경우 반응기의 셧다운의 필요를 제거함으로서 이들 목적에 부합되도록 도움을 준다.

본 발명에 따라, 분배기 플레이트 장치 하부의 영역에서 반응기 내의 혼합실을 한정짓는 유동상 영역 하부의 분배기 플레이트 장치 및 반응기 및 혼합실로 유체를 통과시키기 위한 하나 이상의 유입장치를 갖는 유동상 중합 반응기를 제공한다. 하나 이상의 유동전향장치는 분배기 플레이트 장치 하부에 위치하고, 하나 이상의 유입장치와 연결되어 있다. 유동전향장치를 채택하여 혼합실로 유입되는 유체를 위한 적어도 2개의 유체 유동통로를 제공하고, 여기서 두개의 통로는 혼합실의 벽을 따라 이동하는 제1의 유체 유동통로 및 조작시, 설사 있다면, 제2의 유동통로로 들어오는 고체 입자를 상부로 전달하는 제2의 상향된 유체 유동통로이며; 혼합실의 벽을 청소하여 이러한 고체 입자의 부착을 방지하고; 혼합실에서 액체의 축적을 또한 방지한다.

바람직한 유동전향기는 중앙 상향된 유체 유동통로를 제공하기 위한 애퍼쳐(aperture) 장치 및 유동전향 장치 둘레 및 혼합실의 벽을 따라 주변을 이동하게 하는 장치를 갖는 환상유동전향기이다. 이러한 유동전향기의 조작에 의해 유입장치를 통해 혼합시로 유입되는 유체스트림을 분할하여 애퍼쳐 장치를 통한 유동통로 및 전향장치 및 혼합실의 벽사이의 외부 주변 유동통로를 형성시킨다.

연속 유동상 중합 반응기에서, 분배기 플레이트를, 상을 지지하고 유동상을 가로질러 개스를 분배하는 유동상 하부에 장치한다. 분배기 플레이트를 사용하여 분배기 플레이트 하부의 반응기 영역에서 혼합실을 한정시킨다. 혼합실의 주요기능은, 개스 및 비말동반된 응축 액체(설사 있다면)를, 개스스트림이 유동상의 기부에서 분배기 플레이트의 배출구를 통과하는 시간에 의해 혼합실의 단면을 가로질러 분배시키는 것이다. 전형적으로, 조작의 응축형태로 조작할 경우, 비말동반된 액체의 어떤 분리는 재순환된 스트림이 반응기로 유입(주로 재순환 도관의 벽상의 관성 충격 때문)되는 유체 도관의 표면상에서 일어난다. 충분히 균일한 비말동반 및 분배를 수득하기 위해서, 혼합실에 존재하는 어떤 분리된 액체가 재비말동반 및 혼합되는 것이 중요하다. 이는 분배기 플레이트 장치의 배출구를 통해 유동상으로 통과하는 개스스트림이 목적한 균일성이 되도록 성취해야만 한다. 본 발명의 유동전향장치는 목적한 분배를 제공한다.

제2a 및 3도에서 화살표에 의해 도식적으로 나타냈듯이, 본 명세서에서 기술한 바림직한 실시 양태에서, 재순환 개스스트림은 환상유동전향기(annulus)에서 중앙 애퍼처를 통해 이동하는 중앙으로 배열, 상향된 스트림 및 환상 유동전향기 둘레로 주변 또는 측면으로 이동하는 외부 스트림으로 분할된다. 환상 외부 스트림은 환상유동전향기 둘레에 주변으로 통과하여 혼합실의 벽을 청소하고; 이상의 고체 물질(수지)의 빌드-앞을 방지한다. 소량의 고체가 통상적으로 재순환 유체에서 비말동반됨을 인식해야만 한다. 화살표로 나타냈듯이, 중앙으로 배열, 상향된 스트림 및 주변의 스트림을 혼합하여 개스스트림에서 어떠한 액체 및/또는 고체 물질의 바람직한 균일한 분배를 제공한다.

하기 표 1에서 설명한 파라미터(parameter)를 사용하여 목적한 유동특성을 제공하기 위한 조작가능한 조건을 기술한다.

[표 1]

상기식에서,

A₁= 혼합실의 벽을 따라 제1의 유동통로를 통과하는 유체스트림의 면적[커튼면적(curtain area)]

A₂= 제2의 유동통로로 상향된 스트림이 이동하는 애퍼처의 면적

여기서, 제2a도 및 3도의 바람직한 환상유동전향기 장치에 대해 애퍼처의 면적 =

여기서, di =중앙오리피스의 직경

커튼면적 = πd₀H

여기서, d₀는 환상유동전향기의 외경이고, h는 환상 디스크의 낮은 외부단부에서 혼합실 벽까지의 최단거리이다.

커튼 면적을 정의함에 있어서, 지지체 또는 스페이서 32a(제2a도 및 3도에 참조)는 ＂커튼＂면적중 개방 면적에 연관되는 한정된 또는 무시할 수 있는 크기로 추정할 수 있으며, 위에서 설정한 관계의 목적을 위하여 무시할 수도 있다. 이는, 제2a도 및 제3도에서 언급된 바람직한 형태에서, 스페이서는 커튼 면적의 비교적 작은 부분을 점유한다.

(2)

상기 식에서, z는 유입관 상부의 내부단부와 유동전향기의 외부단부 사이의 수평거리를 나타내며, 제2a도 및 제3도의 환상유동전향기에서,

환상유동전향기에 대해 z는

이므로 여기서, do는 상기에서 정의된 바와 같고, de는 유입장치의 직경(제2도중의 유입관 또는 재순환 라인 22)을 표시한다.

(3) Hv 〉 0.05 psi

여기서, Hv는 혼합실의 벽을 따라 있는 제1의 유동통로의 면적(커튼 면적)과 상향된 스트림이 통과하는 제2의 유동통로의 애퍼처의 면적의 합으로서 정의된 전체 유동전향기 유동 면적을 기준으로 한 속도헤드(head)를 나타내고,여기서

Hv=ρ_gV_G²/9266^**

단, ρ_g는 개스의 밀도(lb/ft³)이고, 개스속도(V_G), (ft/sec)는 다음과 같다.

V_G= 114W_G/A_Dρ_g

여기서, W_G는 유동전향기에서 유입되는 개스의 매스(mass) 유동속도(lb/sec)이고, 제2a도 및 3도의 시스템에서, 전체 전향기 개방 면적, A_D=πd₁ ²/4+πd₀h로 표시된다. d₁, d₀및 h는 인치로 측정된 것이다.

이와 같은 조작 조건하에서, 중앙 및 환상 또는 주변 스트림의 야기된 속도 및 그들의 상대 매스 유동속도는 스트림의 친밀한 혼합과 분배기 플레이트장치를 통한 유동상으로 유입되는 상부로 유동하는 개스스트림에서 비말동반된 액체 및 고체의 계속된 현탁을 야기한다. 이들 조작 조건하에 개스로부터 액체 방울 및 고체의 영구적인 디스엔트레인먼트(disentrainment)가 없음을 밝혀내었다.

** 애퍼쳐의 단면적(A₂)은 유입장치 단면적의 약 2/3을 초과하지 않아야 한다. 액체 및 고체 각각의 디스인스트레인먼트를 초래할 수 있는 혼합실의 바람직하지 않은 액체넘침 또는 고체(수지)의 빌드앞(buil-dup)이 일어나지 않는다.

본 발명에 따라, 상향된 유체스트림의 상대매스 유동속도 및 속도와 벽을 따라 유체 유동통로의 스트림 사이의 관계를 유지함으로써, 양통로의 확실한 유동을 수득하고 혼합실의 목적 수준의 혼합을 성취한다.

혼합실은 통상적으로 길이 대 폭(직경)의 비 약 1.5 이하, 바람직하게는 약 0.7 내지 약 1.0을 갖는다. 유사하게, 혼합실의 직경대 반응기로의 유입 유입 유체장치의(입구 또는 도관) 직경비는, 일반적으로 약 10:1이하, 바람직하게는 약 5:1 내지 8:1의 범위이다.

추가로, 조작의 응축형태로 조작할 경우, 혼합실 중에서 표면의 가스 속도(Um)대 하부 혼합실에서 조작의 응축 형태의 말단 가스 속도(U₁)는, 아래에 정의되는 바와 같이 적어도 0.18 : 1 이 되는 것이 바람직하다.

적어도 0.18 : 1의 U_m/U₁비는 혼합실의 하부 지역의 넘침과 포말의 가능성을 감소시킨다. U_m는 혼합실에서 표면 가스 속도를 나타내고, U₁는 제한된 가스 속도, 즉 비말동반된 액체의 방울은 미분되고 비말동반된 액체는 개스스트림과 함께 상부로 전달되는 이상의 개스 속도이다. 후자의 속도는 다음과 같이 나타낼 수(칫수적으로는 일치된 단위이다)있다.

U₁= 2.0(gσ₁Δρ/ρ_g²)^0.25

상기 식에서, g는 중력 가속도이고, σ₁는 액체의 표면장력이며, Δρ는 액체와 가스 사이의 밀도차이고, ρg는 가스의 밀도를 나타낸다.

일반적인 조작의 응축 형태에서 재순환 가스 스트림중에 비말 동반된 응축액의 중량분획은 약 0.2(20중량%)이하, 바람직하게는 약 2 내지 20중량%일 수 있으며, 특정 중량%는 생성되는 특정 폴리머에 따라 결정된다.

본 발명에 따른, 특히 폴리올레핀 수지 제조에 적절한 유동상 반응체는 도면에 나타나 있다. 제1도를 참조로 하여, 반응기 10은 반응영역 12와 속도 감소영역 14로 이루어진다.

일반적으로 반응영역의 높이 대 직경비는 약 2.7 : 1 내지 약 4.6 : 1이다. 이 범위는 목적하는 생산용량에 따라 크게 또는 적은 비율로 다양하게 정할 수 있다. 속도 감속영역 14의 단면적은 대표적으로 반응영역 12의 단면적을 곱한 약 2.6 내지 2.8이다.

반응영역 12는 성장하는 중합체 입자의 상, 형성된 중합체 입자 및 부분 또는 전체적으로 활성화된 전구체 조성물 및/또는 촉매(이후 총괄하여 촉매라 함)소량, 반응영역을 통한 재순환 유체 및 메이크-앞 피드(make-up feed) 형태의 중합성 및 개질된 개스상 성분의 연속적 유동에 의해 유동화되는 모든 것을 포함한다.

존재할 수 있는 유동상을 유지하기 위하여 상을 통한 표면 가스 속도(SGV)는 유동화에 필요한 최소의 유동을 초과하여야만 하며, 이는 전형적으로 약 0.2 내지 약 0.5ft/sec이다. 바람직하게는, SGV는 유동화에 소요되는 최소한의 흐름보다 적어도 0.2ft/sec 이상, 즉 대표적으로 약 0.4 내지 07ft/sec이다. 통상적으로 SGV는 5.0ft/sec를 초과하지 않으며 보통 2.5ft/sec이하이다.

상에서 입자는 국부 핫 스폿츠(hot spots)의 형성을 방지하는데 도움을 주며 반응지역 전체로 미립상 촉배를 엔트랩(entrap) 및 분배시키는데 도음을 준다. 따라서, 시작시, 반응기를, 개스 흐름이 시작되기 전, 입자상 중합체 입자의 기본물질로 채운다. 이러한 입자는 형성될 중합체와 동일하거나 상이할 수 있다. 상이할 경우, 이들은 첫번째 생성물로서 목적한 새롭게 형성된 중합체 입자로 회수된다. 결과적으로 목적한 중합체 입자로 구성된 유동상은 출발상(start-up bed)으로 대체된다.

사용된 촉매는 산소에 자주 민감해서, 유동상에서 중합체를 제조하기 위해 사용된 촉매는 저장 물질에 불활성인 개스(질소 또는 아르곤)의 블랭키트(blanket)하에 저장소 16에 저장하는 것이 바람직하다.

유동화는 상을 통해 및 상으로 고속의 유체 재순환, 전형적으로 메이크-앞(make-up) 유체 공급속도 의 약 50배로 이루어진다. 유동상은 상을 통한 개스의 여과에 의해 형성된 개별적으로 운동하는 입자의 농밀한 덩어리를 갖는 통상적 형태를 갖는다. 상을 통한 압력 강하는 단면적으로 분할된 상의 중량과 동일하거나 약간 크다. 따라서 이는 반응기의 구조에 따라 달라진다.

메이크-앞 유체는 재순환 라인 22를 통해 점 18에서 반응기 시스템에 공급된다. 재순환 스트림의 조성은 개스 분석기 21에 의해 측정되며 이어서 메이크-앞 스트림의 조성 및 양을 조절하여 반응영역 내에서 거의 정상 상태 개스상 조성물을 유지시킨다.

개스 분석기는 통상적 방법으로 조작하여 재순환 스트림 조성을 나타내며 이를 채택하여 공급을 규격화하고 여러가지 생산회사가 시판하고 있는 통상적 개스 분석기이다. 개스 분석기 21은 속도 감소영역 14 및 열교환기 24 바람직하게는 압축기 30 및 열교환기 24 사이의 한 지점으로부터 개스를 수용하는 곳에 위치할 수 있다.

필요한 경우, 적당한 배분기 38로부터 라인 40을 통해 다른 첨가제를 재순환 라인 22에 첨가할 수 있다.

완전히 유동화시키기 위해서, 재순환 스트림 및 필요한 경우, 메이크-앞 스트림의 분획을 상하부 지점 26에서 재순환 라인 22를 통해 반응기로 되돌린다. 바람직하게는, 상을 균일하게 유동화시키는데 도움을 주고 시스템을 셧다운시킬 경우 또는 시작하기 전, 고체입자를 지지하기 위한 역류점상의 개스 분배기 플레이트 28이 있다. 상을 통해 상부로 이동하는 스트림은 중합 반응으로 발생한 반응열을 흡수한다.

상에서 반응하지 않는 유동상을 통해 이동하는 개스상 스트림의 분획은 반응영역 12에 남아서 비말 동반된 입자의 다량의 분획이 상으로 다시 낙하하여 고체 입자의 캐리오버(carryover)를 감소시키는 상 상부의 속도 감속영역 14를 통과하는 재순환 스트림이다.

통상적 의미에서, 수지, 특히 모노머로 제조된 중합체의 통상적 유동상 제조방법은 하나 이상의 모노머를 함유하는 개스상 스트림을 반응 조건하에 및 현탁조건에서 고체 입자의 상을 유지시키기에 충분한 속도로 촉매의 존재하에 연속적으로 유동상 반응기를 통해 통과시켜 수행한다. 비반응된 개스상 모노머를 함유한 개스상 스트림은 연속적으로 반응기로부터 회수되고 압축 및 냉각되어 반응기로 재순환된다. 생성물은 반응기로부터 회수되며 메이크-앞 모노머는 재순환 스트림에 첨가된다. 유동상 반응기를 통해 개스상 스트림을 청소하여 현탁상태의 상을 유지시키는 동안, 상에 존재하는 소량의 고체 입자를 반응기로 재순환되는 개스상 스트림으로 반응기로부터 전달할 수 있다. 이들 입자는 가열되어 있으며 촉매를 함유하기 때문에, 이들은 이들이 재순환 시스템을 통해 전달됨에 따라, 모노머 개스와의 추가반응에 의해 계속 성장하여 잠재적으로 고체 덩어리로 괴상되거나 재순환라인의 벽 및 열교환기에 부착됨으로서 문제를 야기시킬 것이다. 이는 궁극적으로 재순환 라인 또는 열교환기의 막힘을 야기시켜 셧다운이 일어난다. 따라서, 재순환 스트림에서 입자의 캐리오버를 국소화시키는 것이 중요하다.

거의 모든 고체입자의 캐리오버를 제거할 수 있지만 이를 수행하기 위한 보조장치, 예를 들면, 사이클론(cyclone)에 대한 실질적으로 증가된 총비용 및 이 보조장치의 유지 및 조작에 대한 증가된 비용의 악조건이 생긴다. 재순환 스트림에서 소량의 고체 입자의 캐리오버는 처리하기 쉽기 때문에, 이를 완전히 제거하기 보다는 극소량의 고체입자의 캐리오버를 인정하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에 따라 응축형태로 조작할 경우, 후술할 ＂머드(mud)＂의 추가적 문제가 발생할 수 있다.

중합체-형성 반응은 발열반응이며, 어떤 형태로, 수지 및 촉매 열락온도 이하의 온도에서 뿐만 아니라 중합 반응동안 제조된 수지 입자의 용융 또는 접착 온도이하의 온도에서 반응기 내부의 개스스트림의 온도를 유지시키는 것이 필요하다. 이는 연속적 형태로 생성물로서 제거할 수 없는 중합체 정크(chunk)의 급속한 성장 때문에 반응기의 막힘을 방지하는 것이 필요하다. 따라서, 특정시간에 특정크기의 유도상 반응기에서 조작할 수 있는 중합체량은 직접적으로 유동상으로부터 회수할 수 있는 열의 양과 관계된다.

조작의 응축형태로 조작할 경우, 재순환 개스스트림은 계획적으로 재순환 개스스트림의 이슬점 이하의 온도로 냉각시켜 액상 및 개스상으로 이루어지고 또한 소량의 고체입자를 함유할 수 있는 혼합물을 형성시킨다.

응축형태로 조작할 경우, 몇몇 예로서 재순환 개스스트림의 이슬점을 상승시켜 추가로 열제거를 증가시키는 것이 바림직할 수 있다. 재순환 스트림의 이슬점은 반응 시스템의 조직 압력을 상승시키고; 재순환 스트림에서 응축성 유체의 농도를 증가시키며 /시키거나; 재순환 스트림에서 비응축성 개스의 농도를 감소시킴으로써 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 재순환 스트림의 이슬점은 촉매, 반응물 및 중합반응의 생성물에 불활성인 재순환 스트림에 응축성 유체를 첨가시킴으로서 증가시킬 수 있다. 유체는 재순환 스트림중에 메이크-앞 유체와 함께 또는 어떤 다른 장치에 의해 또는 시스템에서 어떤 다른 지점에서 도입될 수 있다. 이러한 유체의 예는 포화탄화수소, 부탄, 펜탄 또는 헥산이다.

재순환 개스 스트림이 이슬점 이하로 냉각될 수 있는 정도의 기본적 제한은, 액체가 증발될 때까지 개스 대 액체의 비가 비밀동반 또는 현탁된 상태에서 혼합물의 액상을 유지시키기에 충분한 수준으로 유지되어야 하는 것이 필수조건이다. 개스 분배기 플레이트 상부의 상부로 이동하는 유체 스트림의 속도가 충분하여 현탁상태에서 유동상을 유지시켜야 함이 필요하다.

재순환 스트림의 액체 함량은 매우 높지만, 통상적으로, 개스상에 함유된 응축액의 양은 분배기 플레이트를 통한 통과지점에서 약 20중량%를 초과하지 않아야 한다(재순환 스트림의 총중량을 기준으로). 액체함량이 2중량% 이하일 경우, 수득된 이익은 제한된다.

반응기에서 유출되는 개스상 스트림에서 고체 입자가 캐리오버되는 한도까지, 응축형태로 조작할 경우, 재순환 스트림에서 존재하는 액체의 양이 충분하여 머드의 형성을 피하는 것이 중요하다. 바람직하지 못한 머드는 고체입자의 습윤, 괴상 및 디스엔트레인먼트로부터 야기될 수 있어서 시스템에서 비교적 낮은 속도의 영역, 예를 들면, 열교환기 또는 재순환 라인에서 그밖의 영역에서 축적 및 적층을 야기시킬 수 있다. 반응기로부터 유출되는 개스상 스트림에서 고체의 양은 전형적으로 작은데, 예를 들면, 약 0.1 내지 약 0.5 중량%(스트림의 총중량을 기준으로)이다. 그러나, 1중량% 이상의 많은 양이 발생할 수 있다. 머드를 형성할 수 있는 액체 대 고체 입자의 비는 다소 변화할 수 있으며(추정할 경우, 적어도 대부분에서, 입자형태 및 분포를 기준으로), 재순환 스트림에서 액체 대 고체 입자의 중량비는 약 2대 1 이상, 바람직하게는 약 5대 1이상, 가장 바람직하게는 10대 1이상으로 유지시켜 이의 잠재적 문제를 피해야 한다. 후자의 높은 비는 반응기로부터 유출되는 개스상 스트림에서 일시적으로 높은 고체의 캐리오버를 야기시킬 수 있는 조작에서의 오차의 방지를 제공한다.

과량의 액체를 사용하여 그렇지 않다면 고체가 괴상되는 시스템의 어떤 지점에서 시스템에서의 고체의 축적을 방지시켜 시스템을 깨끗이 청소시키도록 한다. 유입되는 재순환 스트림에서 액체의 양이 2 내지 약 20 중량%의 목적한 조작 범위일 경우, 어떠한 경우든 비가 약 2대 1이하로 떨어지지 않아야만 한다.

비응축형태로 조작될 경우, 즉 재순환에서 액체가 없을 경우 또는 존재하는 액체의 양이 적을 경우 재순환 스트림에서 액체 대 고체 입자의 비는, 고체가 현저한 정도로 습윤되지 않고 머드의 형성이 문제가 되지 않기 때문에, 중요하지 않다.

재순환 스트림은 압축기 30에서 압축된 다음, 재순환 스트림이 상으로 되돌아가기 전, 반응력이 재순환 스트림으로부터 제거되는 열교환 영역을 통과한다. 열교환 영역은 수평 또는 수직 형태일 수 있는 통상적 열교환기 24일 수 있다. 열교환 영역으로부터 유출된 재순환 스트림은 반응기의 기부 26에서 반응기 및 혼합실 26a 및 개스 분배기 플레이트 28을 통해 유도상으로 되돌아간다. 제1도 내지 3도에서 도시된 바람직한 실시 양태에서, 환상 디스크 전향 장치는 혼합실 26a의 기부에서 입구로부터 반응기까지의 스탠드-오프(stand-off) 거리에 위치한다.

제2a 및 3도에 도시된 바람직한 환상유동전향장치는 스페이서(spacer) 32a에 의해 반응기 유입부 26상부의 스탠드 오프거리에서 지지된 애뉼러스(annulus) 32가 유입되는 재순환 스트림을 중앙 상부의 유동스트림 33 및 반응기의 낮은 측벽을 따라 이동하는 주변 환상유동 스트림 32a로 분할시킴을 특징으로 한다. 스트림은 혼합되어 분배기 플레이트의 상부 표면에 고착시킨 앵글(angle) 캡 36a 및 36b, 분배기 플레이트 28의 구멍 또는 배출구 29 및 보호스크린 27을 통해 통과한 다음 유동상으로 유입된다. 흐름은 반응기 조작의 비응축 형태에 대한 개스 및 통상적으로 소량의 고체입자(수지)의 혼합물이다.

반응기 조작의 응축형태를 위해, 흐름은 개스, 액체방울 및 통상적으로 약간의 고체입자(수지)의 혼합물이다. 혼합실 26a에서 중앙의 상부 유동 스트림 33은 바텀헤드 또는 혼합실에서 액체 방울의 비말동반 및 조작의 응축형태 동안 비말동반된 액체를 유동상 부분에 전달시키는데 도움을 준다. 주변 흐름 33a는 이것이 반응기벽의 내표면을 청소하기 때문에 반응기 조작의 두가지 형태동안 바텀헤드에서 고체 입자의 빌드-앞을 제한시키는데 도움을 준다. 주변 흐름은 또한 벽에서 디스에트레인될 수 있거나 응축형태 조작동안, 특히 시스템에서 과량의 액체가 존재할 경우 축적될 수 있는 어떤 액체의 재애토마이제이숀(re-atomization) 및 재비말동반(re-entrainment)에 기여한다. 혼합실에서 중앙 상부의 흐름 및 외부 주변 흐름들을 제어함으로서, 유동전향 장치 32는 반응기가 반응기의 저부에서 액체의 넘침 또는 수지의 과다한 빌드-앞의 문제없이 응축 또는 비응축형태로 조작할 수 있게 한다.

상의 온도 기본적으로 세개의 인자; (1) 중합속도 및 열발생의 부수적 속도를 조절하는 촉매 주입속도, (2) 개스 재순환 스트림의 온도 및 (3) 유동상을 통과하는 재순환 스트림의 부피에 따라 달라진다. 물론, 재순환 스트림과 함께 및/또는 분리주입에 의해 상으로 도입된 액체의 양은, 이 액체가 상에서 증발되며 온도를 감소시키는데 사용되기 때문에 온도에 영향을 기친다.

통상적으로 촉매 주입속도를 이용하여 중합체 생산속도를 조절한다. 상의 온도를 일정하게 반응열을 제거함으로서 정상상태 조건하에 거의 일정한 온도로 조절한다. 어떠한 감지할 수 있는 온도 구배도 상의 상부내에 존재하기 위해 나타나지 않는다. 온도 구배는 입구 유체의 온도와 상의 잔류물의 온도 사이의 온도차의 결과로서, 분배 플레이트상으로 확장된 층 또는 영역, 예를 들면 약 6 내지 12인치에서 상의 저부에 존재할 것이다. 그러나 이 저부층 상부의 상부 부분 또는 영역에서 상의 온도는 최대로 목적한 온도에서 거의 일정하다.

훌륭한 개스 분포는 반응기의 효율적인 조작에 중요한 역할을 한다. 유동상은 성장하며 형성된 미립상 중합체 입자뿐만 아니라 촉매입자를 함유한다. 중합체 입자는 가열되어 있고 활성이기 때문에, 이들의 침강을 방지해야만 하는데, 왜냐하면 비활성 덩어리가 존재할 경우 존재하는 활성촉매는 계속 반응하여 중합체 입자를 용융시켜, 반응기에서 고체 덩어리의 형성을 야기시키며 이는 극히 어렵게 제거할 수 있고 연장된 비가동시간을 감수하며 단지 제거할 수 있다. 전형적 산업용 크기의 반응기에서 유동상은 특정시간에 수천 파운드의 고체를 함유할 수 있기 때문에, 이러한 크기의 고체 덩어리를 제거하는데는 상당한 노력이 필요하다. 상을 통해 유도화를 충분히 유지시키는 속도로 상을 통해 재순환 유체의 분산은 필수적이다.

개스 분배기 플레이트 28은 우수한 개스 분배를 시키기 위한 바람직한 장치이다. 이는 스크린, 슬로트(slot)된 플레이트, 천공(perforate)된 플레이트, 버블캡 형의 플레이트 등이다. 플레이트의 부재는 모두 정지되어 있거나 미합중국 특허 제3,298,792호에 기술된 유동형태일 수 있다. 이의 디자인이 어떻든, 이는 상의 기부에서 입자를 통해 재순환 유체를 분산시켜 상의 유동화 상태를 유지시키고 또한 반응이 조작되지 않을 경우, 이를 사용하여 수지 입자의 정체상을 지지해야만 한다. 바람직하게는, 보호 스크린 27은 분배기 플레이트 28 하부에 위치하여, 개스 재순환 스트림이 상부로 칩(chip)을 전달함에 따라 플레이트 상에 충돌하는 수지 칩에 의해 플레이트가 막힐 가능성을 감소시킨다.

바람직한 형태의 개스 분배기 플레이트 28은 통상적으로 금속으로 제조되며 이의 표면을 가로질러 분포된 구멍을 갖는 형태이다. 구멍은 통상적으로 약 1/2인치의 직경을 갖는다. 구멍은 플레이트를 통해 확장되며 구멍너머에서는 플레이트 28에 단단히 고정되어 있는 제1도에 참조번호 36a 및 36b로 표시된 앵글아이언즈(angle irons)가 위치한다. 앵글아이언즈의 교호열은 제4도에 나타난 교호 평행 배열에서 서로, 바람직하게는 60도 각도로 배향되어 있다. 이들을 사용하여 플레이트의 표면을 따라 유체의 흐름을 분배시켜 고체의 정체 지역을 피하도록 한다. 이외에, 상이 괴상되거나 정체될 경우, 이들로 하여금 수지 입자가 구멍을 통해 떨어지지 않도록 방지한다.

폴리올레핀 수지 제조용 유도상 반응기는 약 1000spig 이하에서 조작할 수 있지만, 바람직하게는 약 250 psig 내지 약 5000 psig에서 조작된다.

부분적으로 또는 총체적으로 활성화된 촉매를 분배기 플레이트 28 상부의 지점 42에서 목적한 속도로 상중에 간헐적으로 또는 연속적으로 주입한다. 바람직하게는, 촉매는 중합체 입자와의 우수한 혼합이 일어나는 상주의 어떤 지점에 주입한다.

촉매를 여러가지 기술에 의해 반응기 중에 주입할 수 있다. 에틸렌 중합에 대해서는 미합중국 특허 제3,779,712호에 기술된 촉매 공급기를 이용하여 반응기중에 촉매를 연속적으로 공급하는 것이 바람직하다. 촉매는 반응기 벽으로부터 반응기 직경의 20 내지 40% 떨어진 지점에서 및 유동상의 높이 약 5 내지 약 30%와 동등한 상저부 상부의 높이에서 반응기중에 바람직하게 공급된다.

촉매에 불활성인 개스(예; 질소 또는 아르곤)을 사용하여 촉매를 상중에 전달하는 것이 바람직하다.

상에서 중합체 제조 속도는 촉매 주입 속도 및 재순환 스트림에서 모노머의 농도에 따라 달라진다. 제조 속도는 촉매 주입 속도를 간단히 조절함으로서 편리하게 조절된다.

상술하였듯이, 분배기 플레이트 막힘의 문제를 극소화시키기 위해서, 매쉬 스크린 27을 플레이트 하부에 설치하여 재순환 스트림으로부터 수지 칩(괴상된 고체)에 의해 플레이트 중의 뚫린 구멍이 막히지 않도록 방지하는 것이 바람직하다. 반응기 10으로부터 입자상 중합체 생성물의 방출시, 생성물로부터 유체를 분리하여 재순환 라인 22로 유체를 되돌리는 것이 바람직하다. 이를 수행하기 위한 여러가지 공지된 방법이 있다. 따라서, 유체 및 생성물은 라인 44를 통해 반응기 10에 남고 개방될 경우, 흐름에 최소한의 제한을 기하도록 고안된 밸브 48, 예를 들면, 볼 밸브를 통해 생성물 방출 탱크 46으로 유입된다. 생성물 방출 탱크 46상부 및 하부에 통상적 밸브 50, 52가 위치하며 후자를 채택하여 생성물이 생성물 서지(surge) 탱크 54를 통과하도록 한다. 생성물 서지탱크 54는 라인 56에 의해 도시된 배기장치 및 라인 58에 의해 도시된 개스 유입 장치를 갖는다. 또한 생성물 서지 탱크 54의 기부에 방출 밸브 60이 위치하며 개방될 경우, 저장소에 운반된 생성물을 방출한다. 개방될 경우, 밸브 50은 유체를 서지 탱크 62로 방출한다. 생성물 방출 탱크 46으로부터 유체는 여과기 64로 유입된 다음 서지 탱크 62를 통해 압축기 66에 유입되고 라인 68을 통해 재순환 라인 22로 유입된다.

조작의 전형적 형태에서 밸브 48은 개방되고, 밸브 50, 52는 폐쇄되어 생성물 및 유체 생성물 방출 탱크 46으로 유입된다. 밸브 48이 폐쇄되고 생성물은 생성물 방출 탱크 46에 침전하게 된다. 이어어 밸브 50을 개방하여 유체가 생성물 방출 탱크 46으로부터 서지 탱크 62로 흐르게 하여 재순환 라인 22로 되돌아가 연속적으로 압출된다. 이어서 밸브 50을 폐쇄하고 밸브 52를 개방하며 생성물 방출 탱크 46의 생성물이 생성물 서지 탱크 54로 유입된다. 이어서 밸브 52를 폐쇄시킨다. 생성물을 라인 58을 통해 생성물 서지 탱크 54로 유입된 불활성 개스(예; 질소)로 세정하고 라인 56을 통해 배기시킨다. 이어서 생성물 밸브 60을 통해 생성물 서지 탱크 54로부터 방출시켜 라인 20을 통해 저장소로 운반한다.

다른 방법에서 사용할 수 있는 바람직한 생성물 방출 시스템은 ＂유동상 방출 방법＂이란 명칭의 1981년 7월 28일 제출된 로버트 지. 아론슨의 계류중인 미합중국 특허원 제287,815호(published as EPA Application No. 0071430 on February 9, 1983)에 기술된 것이다. 이러한 시스템은 직렬로 배열된 침전 탱크 및 전달 탱크로 이루어지며 침전 탱크의 상부로부터 유동상의 상부 가까운 반응기의 한 지점으로 되돌아온 분리된 개스상을 갖는 적어도 한쌍의 탱크( 및 바람직하게는 병렬의 2쌍 이상의 탱크)를 사용한다. 이러한 다른 바람직한 생성물 방출 시스템은 도면의 시스템에 나타난 재압축라인 64,66,68이 제거된다.

본 발명의 방법을 수행하기 위한 시스템의 기본적 실시 양태에서, 반응용기는 유동하는 고체 입자의 상을 가지며, 개스 스트림은 저부의 유입 라인으로 유입되어 상부의 배기 라인을 통해 유출된다. 외부 및 바람직하게는 유동성 하부에 위치한 배기된 침전 탱크는 방출 라인 및 배기 라인에 의해 상과 연결된다. 배기 라인은 유동상의 상부에 가까운 반응용기에 직접 연결되며 고체 방출 라인은 용기의 낮은 부위, 바람직하게는 분배기 플레이트 가까운 곳에 연결된다. 전달 탱크는 하부에 위치하며 침전 탱크의 저부에 라인에 의해 연결되고 다운스트림(downstream) 가공장치에 방출 라인을 통해 연결된다. 초기에, 반응 용기 및 침전 및 전달 탱크는 서로 및 밸브에 의한 다운스트림 장치로부터 분리된다. 고체 및 개스는 침전 탱크 유출 밸브를 폐쇄시키면서, 방출 및 배기 라인밸브를 개방함으로서 반응 용기로부터 침전 탱크로 방출된다. 침전 탱크 압력은 초기에 반응용기의 저부에서 압력과 거의 같게 증가시킨 다음 고체의 유동상을 가로지른 차압(differential pressure)은 방출 라인을 통해 흐르는 고체 및 개스에 대한 추진력이다. 이 유동 개스 및 고체의 분획은 고체의 유동상을 통한 유동통로와 비교되는 낮은 저항 유동통로 때문에 방출 라인을 통해 침전 탱크로 흐른다. 고체 및 개스는 침전 탱크에서 분리되며 개스는 침전 탱크로 유입되는 추가의 고체 및 개스로 대체됨으로서 배기 라인을 통해 반응용기로 되돌아간다. 침전 탱크가 침전된 고체 및 약간의 개스로 충진된 다음, 침전 탱크는 방출 및 배기 라인 밸브를 폐쇄시킴으로서 반응 용기로부터 분리된다. 이어서 고체가 압력차 및 중력에 의해 라인속의 밸브를 개방함으로서 라인을 통해 침전 탱크로부터 전달 탱크로 전달된다. 전달 탱크에서 고체 및 동등하게 된 탱크압력으로 라인밸브가 폐쇄된다. 침전 탱크는 현재 다른 방출 사이클을 시작할 준비를 하거나 전달 탱크가 고체를 다운 스트림 장치로 절단을 종결시킬 때까지 기다릴 수 있다. 이어서 고체는 유출밸브를 개방함으로서 낮은 압력에서 전달 탱크로부터 다운스트림 장치로 수송된다.

고체는 통상적 고체처리장치 또는 고체와 비말동반된 가압개스를 사용한(추가의 개스가 필요할 수 있다) 고압전달장치에 의해 전달될 수 있다. 고체가 전달 탱크로부터 수송된 다음, 유출밸브는 폐쇄되며 전달 탱크는 다른 사이클을 위한 준비상태가 된다.

다른 바람직한 실시양태에서, 고체는 병렬로 조작된 기본 침전 및 전달 탱크 두쌍을 사용하고 이어서, 고체를 저압으로 방출시키기 전 고체로부터 배기된 개스로 병렬 및 연속적으로 조작하는 방법을 사용한 고체의 유동상을 포함하고 있는 고압 용기로부터 간헐적으로 방출된다. 제1의 배기된 침전 탱크를 사용하여 유동상으로부터 방출된 고체 및 개스를 수용한다. 팅크가 고체로 충진된 다음, 고체로 비말동반된 개스 약간을 일시적 개스 수용체로서 사용하는 제2의 침전 탱크로 배기시킨 다음 반응 용기로 간접적으로 배기시킨다. 이어서, 고체를 개스 손실을 극소화시키면서, 침전 탱크로부터 저압 전달 탱크로 전달시킨다. 방출조작을 유동상으로부터 고체 및 개스 스트림을 수용하는 병렬 침전 탱크 사이에서 교대로 계속한다.

유동상 반응기는 적당한 배기 시스템이 장치되어 출발 및 셧다운시 상을 배기시킨다. 반응기는 교반 및/또는 벽 스크래핑(scraping)의 사용이 필요하지 않다. 재순환 라인 22 및 부재(압축기 30, 열교환기 24중의)는 부드러운 표면이어야만 하며 불필요한 장애물이 없어 재순환 유체 또는 비말동반된 입자의 유동을 방해하지 않아야만 한다.

[실시예]

상업적으로 유동상 올레핀 중합 반응기의 저부에 제2a도 및 3도에 나타난 형태의 환상유동전환기를 사용한 상업용 유동상 올레핀 중합반응기를 문제없이 응축 및 비응축 형태로 조작하였다. 칫수는 다음과 같다 :

d_m= 혼합실의 직경 11.5피트(3.51미터)

L = 혼합실의 높이 8.3피트(2.54미터)

d_e= 유입구 직경 23인치(0.58미터)

d₀= 전향기의 외경 38인치(0.97미터)

d₁= 전향기의 내경 13.9인치(0.36미터)

h = 전향기 스탠드 오프 거리 3.9인치(0.10미터)

4개의 스페이서를 사용하여 애널스(annuls)의 외단부와 반응기 저부사이의 스탠드 오프 거리 극간(h)을 유지하고 애널스를 지지시킨다. 환상 디스크에서 A₂/A₁는 0.33, z/h는 1.9 및 hv는 1.0psi이다.

반응기를 응축형태와 비응축형태의 에틸렌 공중합체 및 비응축형태의 에틸렌 단일 중합체의 제조에 사용하였다. 제조된 생성물에 따라 반응기의 조건을 정할 수 있으며, 예를 들면 다음과 같다 :

반응기온도, T상 : 89 내지 95℃

반응기압력, P상 : 300 내지 305 Psig (20.7 내지 21.0bar)

U_S는 유동상의 표면 개스 속도로서, 1.8 내지 2.3ft/sec(0.55 내지 0.70 m/sec) 유동상 높이, H_fb, 39ft/11.9m) 반응기 유입구에서 최고속도의 응축, W_max: 11중량%

반응기의 생산속도 : 21,000 내지 40,000 lb/hr(9.526 내지 18,145kg/hr)

유동전향기장치로 인하여, 반응기 조작에 문제가 없었으며 또한 생성물 품질에 대한 역효과도 없었다. 반응기가 직면하는 최고 응축물(반응기 유입구에서 11중량%)에도 반응기 운전중의 불안정성은 없었다. 이것은 응축 수준에서 액체는 양호하게 비말 동반되어 바텀헤드에서 축적 및 넘침이 없이 방울로서 유동상중에 전달됨을 나타낸다. 반응기를 자주 검사하였으나, 고체수지의 과잉의 빌드-앞으로 인한 오염은 관찰되지 않았다. 내부 표면은 깨긋하였으며, 통상적인 저수탑/원 캡-형 반응기 유입부를 사용했을 경우, 보다 깨끗하였다. 따라서, 본 발명에 유동전향기를 사용할 경우 생성물의 특성 또는 품질에 역효과를 야기시키지 않고 조작의 응측 및 비응축형태 둘다의 조작방법을 제공한다.

다음 표는 조작이 응축 또는 비응축형태를 사용한 에틸렌 중합체의 중합에 의한 생산예를 나타낸다. 사용된 상업용 중합 반응기는 상술한 반응기이다. 운전을 실시하여 상술한 조작의 형태에서 표 2에 기재한 생성물 및 언급한 응축량을 생산한다. 두번의 운전에 대한 완전한 조작 조건은 표 3에 기재한 자료중에 있다.

[표 2]

[표 3]

*ΔP저부는, 유동전향기와 분배기 플레이트를 가로지르는 압력강하의 힘을 나타낸다.

주 : Ⅰ= 에틸렌과 헥센의 공중합체

Ⅱ= 에틸렌과 부텐의 공중합체

도면의 제5도 및 제6도에 도시된 바와 같이 유동전향기장치는 평면 및 수평면으로 배향될(제2a도 및 3도의 유동전향기에 도시된 바와 같이) 필요성이 없다. 예를 들면, 제5도 및 6도에 설명된 유동전향기는 분배기 플레이트에 대하여 각각 블록과 오목으로 나타나는 제2도의 바람직한 유동전향기로 대체할 수 있다.

제2a도 및 제3도에 도시된 유동전향기와 유사한 방법으로, 저부유입장치 26상에 위치할 경우 제5도 및 제6도의 유동전향기는, 혼합실의 벽을 따라 제1의 유체유동통로 및 유동전향기장치의 중앙 애퍼처를 통한 제2의 중앙 상향된 유체유동통로를 제공한다.

전향기장치의 수직 높이와 두께는 중요하지 않으며, 다만 반응기 제조시 요구되는 구조상의 두께면 된다. 비교적 얇은 전향기도 두꺼운 전향기와 동일하게 기능을 발휘하여 본질적으로 거의 동일한 결과를 얻는다. 따라서, 전향기의 일반적인 수평 설치시 중요성 및 블록 또는 오목 형태에 관계없이 성공적으로 조작할 수 있는 이의 능력의 부족이외에, 전향기의 두께 역시 중요하지 않음을 알았다.

상업용 유동상 반응기의 기부 또는 바텀헤드는 통상적으로 직선 부분과 연결되는 타원형 또는 반구형 접시이지만, 본 발명에서는 다른 배열을 사용할 수도 있다. 도면에 도시된 바와 같이 평면 및 블록형태의 환상 전향기는 오목형태의 환상 유동전향기보다 타원 및 반구형 저부 반응기에 바람직하다.

[공업적인 적용성]

본 발명은 유동상 중합 반응기계에 다양하게 사용된다. 본 발명은 조작의 응축형태에서 비증폭형태로 또는 역으로 연결시키는 것이 바람직한, 유동상 반응기의 조작에 적절하다. 본 발명은 특히, 예를 들면 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 및 그들의 코노모머와 같은 폴리올레핀의 유동상 중합에 적절하다.

Claims (16)

1. 분배기 플레이트 장치 하부의 영역에서 유동상 중합 반응기내의 혼합실을 한정하는 유동상 영역 하부의 분배기 플레이트 장치, 및 반응기와 혼합실로 유체를 통과시키기 위한 하나 이상의 유입장치를 갖는 유동상 중합반응기에 있어서, 혼합실로 유입되는 유체를 위한 적어도 2개의 유체유동통로, 즉, 혼합실의 벽을 따라 이동한는 제1유체유동통로 및 제2상향 유체유동통로를 제공하도록 설계되고, 적어도 하나의 유입장치와 연결되어 있으며, 분배기 플레이트 장치 하부에 위치한 적어도 하나의 유동전향장치를 포함(여기에서 반응기 조작시 제2유동 통로내로 도입되거나 자체내에 존재하는 고체입자는 상부로 운반되고, 혼합실의 벽이 청소되어 고체입자는 부착이 방지되며, 혼합실내에서 액체의 축적도 역시 방지된다)함을 특징으로 하는 유동상 중합 반응기.
2. 분배기 플레이트 장치 하부의 영역에서 유동상 중합 반응기내의 혼합실을 한정하는 유동상 영역 하부의 분배기 플레이트 장치, 및 반응기와 혼합실로 유체를 통과시키기 위한, 반응기의 기부 또는 기부근처에 하나 이상의 유입장치를 갖는 유동상 중합반응기에 있어서, 혼합실로 유입되는 유체를 위한 적어도 2개의 유체유동통로, 즉, 혼합실의 벽을 따라 이동하는 제1유체유동통로 및 제2상향 유체유동통로를 제공하도록 설계되고, 적어도 하나의 유입장치와 연결되어 있으며, 혼합실내에 위치한 적어도 하나의 유동전향장치를 포함(여기에서 반응기조작시 제2유동 통로내로 도입되거나 자체내에 존재하는 고체입자는 상부로 운반되고, 혼합실의 벽이 청소되어 고체 입자의 부착이 방지되며, 혼합실내에서 액체의 축적도 역시 방지된다)함을 특징으로 하는 유동상 중합 반응기.
3. 제2항에 있어서, 유동전향장치가 통상적으로 환상 형태이고 유입장치 상부의 특정 이격거리에 위치하며, 이에 의하여, 제1유체유동통로가 유동전향 장치 하부의 커튼 영역을 통과하고, 제2유동통로가 유동전향장치내의 애퍼처 부재(aperture means)를 통과하게 되는 유동상 반응기.
4. 제3항에 있어서, 유동전향장치가 통상적으로 반응기의 축에 수직으로 위치한 유동상 반응기.
5. 제3항에 있어서, 유동전향장치가 분배기 플레이트 장치에 대하여 오목하게 위치한 유동상 반응기.
6. 제3항에 있어서, 유동전향장치가 분배기 플레이트 장치에 대하여 볼록하게 위치한 유동상 반응기.
7. 제3항에 있어서, 혼합실의 길이 대 직경비 약 1.5이하를 갖는 유동상 반응기.
8. 제7항에 있어서, 길이 대 직경비가 약 0.7 내지 약 1.0인 유동상 반응기.
9. 제3항에 있어서, 애퍼처 부재(A₂)의면적 대 커튼면적 (A₁)의 비가 관계식 0.1≤A₂/A₁≤0.75 : 및 0.5≤(d_o-d_e)/2h≤5[여기서, do는 환상유동전향기의 직경이고, d는 유입장치의 직경이며, h는 환상유동전향기의 낮은 외단부로부터 혼합실 벽까지의 최단 거리이다]를 만족시키며, 조작시 Hv〉0.05psi[여기서, Hv는 유동전향기 총 유동면적을 기준으로 한 속도헤드이다]인 유동상 반응기.
10. 제9항에 있어서의, 비 A₂/A₁은 약 0.3이고, (d_o-d_e)/2h는 약 2이며, 조작시, H_v〉0.2psi인 유동상 반응기.
11. 유체의 분배 및 유동상에 대한 물리적 지지를 제공하는, 상하부에 위치한 분배기 플레이트 장치, 유체를 반응기 내로 통과시키기 위한, 반응기 기부 또는 기부 근처에 위치한 유입장치 및 분배기 플레이트 장치와 유입 장치 사이에 위치한 혼합실을 가지며, 개스를 함유하는 유체 스트림이 반응기에 연속적으로 도입되어 혼합실, 분배기 플레이트 장치 및 유동상을 경유하여 상향 유동하는 유동상 중합 반응기의 조작 방법에 있어서, 유입되는 유체 스트림을 적어도 2개의 스트림, 즉, 혼합실의 벽을 따라 상향 및 외향주변 유동통로에서 유동하는 제1스트림 및, 분배기 플레이트 장치에 일반적으로 수직인 유체유동통로내에서 상향 유동하는 제2스트림으로 분할함을 특징으로 하는 방법.
12. 제2항에 있어서, 환상유동전향장치가 H_v〉0.05psig[여기서, Hv는 유동전향기 총 유동면적을 기준으로한 속도헤드이다]인 크기를 갖는 유동상 반응기.
13. 제12항에 있어서, H_v〉0.2psig인 유동상 반응기.
14. 유체의 분배 및 유동상에 대한 물리적 지지를 제공하는, 상하부에 위치한 분배기 플레이트 장치, 유체를 반응기내로 통과시키기 위한, 반응기 기부 또는 기부근처에 위치한 유입장치, 유입장치와 연결된 일반적으로 환상인 유체유동전향기장치, 및 분배기 플레이트 장치와 유입장치 사이에 위치한 혼합실을 가지며, 개스를 함유하는 유체 스트림이 유입장치를 통해 반응기에 연속적으로 도입되어, 혼합실, 분배기, 플레이트 장치 및 유동상을 통과하여 상향 유동하는 유동상 중합 반응기의 조작 방법에 있어서, 유입되는 유체 스트림을 적어도 2개의 스트림, 즉, 환상전향장치와 혼합실벽 사이의 주변 유체 유동통로내에서 유동하는 제2스트림으로 분할하며, 모든 유체유동통로의 통합 속도 및 배향이 혼합실로부터의 고체입자 및 액체를 분배기 플레이트 장치를 통과하여 유동상으로 비말동반 및 통과시킬 수 있음을 특징으로 하는 방법
15. 통상 실린더형 용기; 용기의 축과 일반넉으로 수직으로 용기중에 위치하는 분배기 플레이트장치(여기에서 이 분배기 플레이트장치 상부를 유동상 영역으로, 분배기 플레이트장치 하부를 혼합실 영역으로 한정한다); 유동상 영역에서 입자를 현탁화 및 유동화 상태로 유지시키기에 충분한 개스 속도로 중합성 유체 스트림을 혼합실내로 연속도입시키는 유입장치; 유동상 영역으로부터 미반응 중합성 개스를 연속적으로 제거하는 유출장치; 유동상 영역으로 중합촉매를 도입시키는 촉매 주입장치; 유동상 영역으로부터 고체 입자상 중합체 생성물을 배출하기 위한 생성물 배출장치; 유입장치에 연결되어 있으며, 유입장치를 통해 흐르는 중합성 유체 스트림을 적어도 2개의 유체유동통로내에서 유동하는 적어도 2개의 스트림으로 분할하고, 이들 통로중 적어도 1개의 유동통로는 혼합실 벽을 따라 상부 및 외부로 향해 있으며, 적어도 1개의 유동통로는 혼합실의 중앙축을 따라 일반적으로 상부로 향해 있는 유동전향장치(여기에서 스트림의 분할을 혼합실 벽을 따라 상향 유동하는 유체의 속도가 고체입자를 비말동반시켜 이를 비말동반된 유체내에 유지하고 혼합실 벽에 고체 입자상 중합체 생성물의 부착을 방지하기에 충분하며, 혼합실의 중앙축을 따라 상향 유동하는 유체의 속도는 고체 입자상 중합체의 생성물이 유압장치로 낙하하는 것을 방지하기에 충분하고, 혼합실에서 액체의 축적도 또한 방지하며, 유동통로로 흐르는 유체의 통합 전체 속도 및 방향은 유동상 영역으로 유입되는 중합성 유체의 통상적 균일성 및 분포를 보장하기에 충분한 혼합물을 제공한다)로 이루어진 유동상 중합 반응기.
16. (A) 입자상을 유동화 및 현탁화 상태로 유지시키기에 충분한 속도로 중합성 유체 스트림을 유입구를 통해 혼합실로 연속적으로 도입시키고; (B) 유체 스트림을 적어도 2개의 유체 유동통로로 흐르는 적어도 2개의 스트림을 분할하고; 유동통로중의 적어도 하나의 유체를 혼합실 벽을 따라 상부 및 외부로 향하게 하고 유동통로중의 적어도 하나의 유체를 혼합실의 중앙축을 따라 상부로 향하게 하여 혼합실의 벽을 따라 상부로 유체의 충분한 흐름을 야기시켜 고체 입자를 비말동반시키고, 입자를 비말동반된 유체내에 유지시키고, 혼합실의 벽에 고체 입자상 중합체 생성물이 부착되는 것을 방지시키고, 혼합실에서 액체의 축적도 또한 방지하고; 혼합실의 중앙축을 따라 유체의 상향유동이 고체입자상 중합체 생성물이 유입구로 낙하하는 것을 방지하기에 충분하며, 스트림의 통합 속도 및 배향이 혼합실의 상부 지역에 결합 스트림이 도달하는 시간에 의해 통합 유체 스트림의 일반적으로 균일한 혼합 및 분포를 야기시키기에 충분하고; (C) 일반적으로 균일한 형태로 결합 스트림을, 고체 중합체 입자의 상을 현탁화 및 유동화 상태에서 유지시키기에 충분한 전체 속도로 일반적으로 수평인 개스 분배기 플레이트를 통해 혼합실 및 개스 분배기 플레이트 상부에 위치한 유동상 영역으로 통과시킴을 특징으로 하는, 유동상 중합 공정의 조작방법.

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