KR101613651B1 - 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치 - Google Patents
알파 올레핀 연속 기상 중합 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 기재의 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치는 폴리머가 1차 중합되는 제1 중합부, 상기 제1 중합부에 연결되어 폴리머가 2차 중합되는 제2 중합부, 상기 제2 중합부의 상측에 형성되어 고체와 기체를 분리시키는 기체-고체 분리부, 상기 기체-고체 분리부와 상기 제2 중합부의 경계에 형성되어 상기 기체-고체 분리부에 의해 기체가 분리된 폴리머와 혼합되어 상기 폴리머를 이동시키는 액체 베리어(Liquid Barrier Fluid)를 포함하며, 폴리머가 혼합된 액체 베리어를 상기 기체-고체 분리부로부터 상기 제2 중합부로 이송하는 베리어 유닛 및 일단은 제2 중합부에 연결되고, 타단은 상기 기체-고체 분리부에 연결되어 제2 중합부의 상부에 도달한 기체를 기체-고체 분리부로 이송하는 바이패스부를 포함한다.
Description
본 발명은 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리머를 제조하는데 사용될 수 있는 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치에 대한 것이다.
알파-올레핀 중합에는 연속 교반조 반응기, 루프 반응기, 기상 유동층 반응기 등 다양한 방법이 사용되고 있다. 그 중에서도 기상 유동층 반응기는 장치 구성이 간단하고 제열이 용이해 알파-올레핀 중합에 널리 사용되고 있다. 최근 내 충격성 폴리머에 대한 수요가 증가함에 따라 기상 유동층 반응기를 통한 코폴리머 또는 블록-코폴리머의 중합이 필요하게 되었다. 기존의 유동층 반응기를 사용하여 코폴리머 또는 블록 코폴리머를 중합하기 위해서는 2개의 반응기가 필요하게 되어, 투자비가 증가하고 장치 구성이 복잡해지는 결과를 낳게 되었다.
이를 해결하기 위한 방법으로 국제공개특허 WO 1997-004015(공개일 1997.02.06) '올레핀류의 기상 중합 방법과 장치'는 2개 이상의 중합영역을 가지는 다중 중합영역 순환 반응기(Multi-Zone-Circulating-Reactor, MZCR)를 사용하는 방법이 제안되었다. 다중 중합영역 순환 반응기는 크게 기상 유동층 반응기인 라이저와 플러그 흐름을 가지는 다운커머, 두 개의 구역으로 구성되어 있으며 두 개의 중합 구역은 상호 연결되어 있어 폴리머는 두 개의 구역을 순환하며 자라게 된다. 이러한 국제공개특허 WO 1997-004015는 단순히 라이저와 다운커머의 기상 혼합물과 체류시간을 균형 맞춤으로써 분자량 분포를 제한적으로 제어하고 있으며 중합구역 내의 가스 확산 때문에 라이저와 다운커머의 기상 조성을 다르게 하는 것은 어렵다.
국제공개특허 WO 2000-002929(공개일 2000.01.20) '기상 중합 방법 및 장치'에서는 라이저의 기체 혼합물이 다운커머로 유입되는 것을 막기 위하여 다운커머의 상부에 기체 또는 액체 모노머를 주입함으로써 베리어(Barrier)를 형성하는 방법이 제안되었다. Barrier로서 주입된 기체 Barrier Fluid는 상승하는 흐름을 가짐으로써 라이저의 기체 혼합물이 다운커머로 유입되는 것을 방지한다. 액체 Barrier Fluid는 다운커머 내에서 폴리머와 함께 하강하면서 다운커머 내의 폴리머 흐름을 원활하게 하며 폴리머의 중합열에 의해 기화되면서 다운커머의 온도를 제어하며, 다운커머 상단에 Barrier Fluid Layer를 형성함으로써 라이저 기체 혼합물이 다운커머로 유입되는 것을 방지한다. 기화된 Barrier Fluid는 다운커머 상부로 상승하면서 Barrier의 역할을 하게 된다.
만약 액체 Barrier Fluid의 유량이 일정량을 넘어서게 되면 다운커머 내부에서 폴리머의 플러그 흐름을 방해하거나 유동시키게 되며 반응기 내로 과대하게 주입된 Barrier Fluid에 의해 오프가스(OFF-GAS)가 증가하게 된다. 이와 반대로, 액체 Barrier Fluid의 유량이 일정량 이하가 되게 되면 Barrier의 두께가 감소하여 라이저와 다운커머 사이의 기상 조성을 다르게 유지하는 것이 어려워진다.
국제공개특허 WO 2009-080660(공개일 2009.07.02) '올레핀의 기상 중합을 위한 공정'에서는 다운커머 내의 폴리머 흐름에는 영향을 미치지 않으면서 라이저의 기체 혼합물이 다운커머로 들어가는 것을 방지하는 Barrier Fluid의 양을 라이저와 다운커머 사이에 순환되는 폴리머 유량과 액체 Barrier Fluid의 유량의 비로 명시하였다.
이처럼 알파 올레핀의 블록 코폴리머 증합을 위해서는 Barrier가 제 역할을 하여 라이저와 다운커머의 기상 조성과 운전 조건이 달라져야 한다. 하지만, 다운커머에서 기화되어 상승한 기체 Barrier Fluid는 액체 Barrier를 통과하게 되는데 이 때, 형성된 기포에 의해 처언류(Churn Flow)가 형성되고 액체 베리어의 차단 성능이 감소하기 때문에 국제공개특허 WO 2009-080660에서 최적 유량비를 제시하였음에도 불구하고 라이저의 기체 모노머 혼합물이 다운커머으로 이동하는 것을 방지함으로써 균일한 블록 코 폴리머를 만드는 것이 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 액체 베리어의 차단 성능 저하를 방지할 수 있는 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 제품 제조 과정에서 오프가스의 발생을 감소시킬수 있는 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치는 폴리머가 1차 중합되는 제1 중합부, 상기 제1 중합부에 연결되어 폴리머가 2차 중합되는 제2 중합부, 상기 제2 중합부의 상측에 형성되어 고체와 기체를 분리시키는 기체-고체 분리부, 상기 고체-기체분리부와 상기 제2 중합부의 경계에 형성되어 상기 기체-고체 분리부에 의해 기체가 분리된 폴리머와 혼합되어 상기 폴리머를 이동시키는 액체 베리어(Liquid Barrier Fluid)를 포함하며, 폴리머가 혼합된 액체 베리어를 상기 기체-고체 분리부로부터 상기 제2 중합부로 이송하는 베리어 유닛 및 일단은 제2 중합부에 연결되고, 타단은 상기 기체-고체 분리부에 연결되어 제2 중합부의 상부에 도달한 기체를 기체-고체 분리부로 이송하는 바이패스부를 포함한다.
한편, 유입된 기체를 압축하는 순환 가스 압축부, 상기 기체-고체 분리부와 상기 순환 가스 압축부를 연결하여 기체가 상기 기체-고체 분리부로부터 상기 순환 가스 압축부로 이송될 수 있게 하는 제1 기체 순환 라인, 상기 제1 기체 순환 라인에 연결되어 상기 순환 가스 압축부에 연결되어 압축된 기체를 냉각시켜서 상기 제1 중합부로 이송하는 제1 열교환부, 상기 순환 가스 압축부에 연결되어 상기 압축된 기체의 일부를 냉각시키는 제2 열교환부, 상기 제2 열교환부에 연결되어 냉각된 대상물을 액체와 기체로 분리하여 액체 베리어를 생성하는 기체-액체 분리부, 상기 기체-액체 분리부와 상기 기체-고체 분리부를 연결하여 상기 기체-액체 분리부에서 생성된 액체 베리어를 상기 기체-고체 분리부로 공급하는 액체 베리어 주입부 및 상기 기체-액체 분리부와 상기 순환 가스 압축부를 연결하여 상기 기체-액체 분리부에서 분리된 기체를 상기 순환 가스 압축부로 이송하는 제2 기체 순환 라인을 포함할 수 있다.
한편, 상기 베리어 유닛은, 상기 기체-고체 분리부를 상하로 분획하면서 상기 액체 베리어를 지지하는 제1 격벽, 상기 제2 중합부와 상기 기체-고체 분리부의 경계에 형성된 제2 격벽, 일단은 상기 제1 격벽과 연통되고, 타단은 상기 제2 중합부의 내부에 위치되어 상기 액체 베리어에 유입된 폴리머가 이송되는 이송관 및 상기 이송관에서 상기 기체-고체 분리부 내부에 위치한 부분에 형성되어 상기 액체 베리어의 수위를 조절하는 수위 조절 밸브를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 격벽은 원판 형상 또는 중앙으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 원뿔 형상일수 있다.
한편, 상기 바이패스부는 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽을 관통하도록 위치될 수 있다.
한편, 상기 바이패스부의 상단으로부터 이격되게 위치된 캡부재를 포함할 수있다.
한편, 상기 바이패스부는 기체가 상기 기체-고체 분리부로부터 상기 제2 중합부로 역류하는 것을 방지하는 체크 밸브를 포함할 수 있다.
한편, 상기 바이패스부는 상기 기체-고체 분리부와 상기 제2 중합부의 외부에 위치될 수 있다.
한편, 상기 바이패스부는 복수개일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치는 베리어 유닛과 바이패스부를 포함한다. 따라서, 기체가 액체 베리어를 통과하는 것이 방지될 수 있으며, 기체에 의하여 발생할 수 있는 버블(Bubble)에 따른 차단 성능 저하를 방지할 수 있다.
그러므로 종래의 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치보다 더욱 적은 양의 액체 베리어를 사용하더라도 일정한 기체 차단 성능을 유지할 수 있게 된다. 그 결과, 균일한 바이모달(Bimodal) 제품의 생성이 가능하게 되며 제품을 통해 빠져나가는 오프가스(OFF-GAS)의 양도 감소될 수 있다.
또한, 기체-고체 분리부 상단으로 주입되는 액체 베리어에 의해 제1 기체 순환 라인으로 유입되는 미분이 감소하여 순환 가스 압축부, 제1 열교환부 및 제2 열교환부 등의 메인터넌스 횟수를 감소시킴으로써, 운전비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치에서 베리어 유닛을 발췌하여 도시한 도면이다.
도 3은 베리어 유닛의 변형예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치에서 베리어 유닛을 발췌하여 도시한 도면이다.
도 3은 베리어 유닛의 변형예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치에서 베리어 유닛을 발췌하여 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치(100)는 제1 중합부(110), 제2 중합부(120), 기체-고체 분리부(130), 베리어 유닛(140) 및 바이패스부(150)를 포함한다.
제1 중합부(110)는 폴리머가 1차 중합된다. 제1 중합부(110)의 일부분에는 촉매가 주입되는 촉매 주입부(F1)가 형성될 수 있다.
제2 중합부(120)는 상기 제1 중합부(110)에 연결된다. 제2 중합부(120)로 유입된 폴리머가 중력에 의해 하방으로 이동되면서 2차 중합될 수 있다.
기체-고체 분리부(130)는 상기 제2 중합부(120)의 상측에 형성되어 고체와 기체를 분리시킨다.
베리어 유닛(140)은 상기 기체-고체 분리부(130)와 상기 제2 중합부(120)의 경계에 형성될 수 있다. 베리어 유닛(140)은 상기 기체-고체 분리부(130)에 의해 기체가 분리된 폴리머와 혼합되어 상기 폴리머를 이동시키는 액체 베리어(145, Liquid Barrier Fluid)를 포함한다. 이러한 베리어 유닛(140)은 폴리머가 혼합된 액체 베리어(145)를 상기 기체-고체 분리부(130)로부터 상기 제2 중합부(120)로 이송한다.
바이패스부(150)는 일단은 제2 중합부(120)에 연결되고, 타단은 상기 기체-고체 분리부(130)에 연결된다. 바이패스부(150)는 제2 중합부(120)의 상부에 도달한 기체를 기체-고체 분리부(130)로 이송한다.
이러한 상기 바이패스부(150)의 형상은 일례로 상기 기체-고체 분리부(130)와 상기 제2 중합부(120)의 외부에 위치될 수 있다. 이때, 바이패스부(150)의 입구는 제2 중합부(120)의 형성되고, 출구는 기체-고체 분리부(130)의 상부에 형성될 수 있다.
한편, 이러한 본 발명의 일실시예에 따른 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치(100)의 구조는 일례로, 순환 가스 압축부(160), 제1 기체 순환 라인(C1), 제1 열교환부(171), 제2 열교환부(172), 기체-액체 분리부(180), 액체 베리어 주입부(190) 및 제2 기체 순환 라인(C2)을 포함할 수 있다.
순환 가스 압축부(160)는 유입된 기체를 압축한다. 순환 가스 압축부(160)는 일례로 기체를 압축하는데 사용되는 압축기일 수 있다.
제1 기체 순환 라인(C1)은 상기 기체-고체 분리부(130)와 상기 순환 가스 압축부(160)를 연결하여 기체가 상기 기체-고체 분리부(130)로부터 상기 순환 가스 압축부(160)로 이송될 수 있게 한다. 제1 기체 순환 라인(C1)에는 적어도 하나의 압력 컨트롤 밸브(V)가 설치될 수 있다. 압력 컨트롤 밸브(V)는 기체-고체 분리부(130) 내부의 압력을 조절할 수 있다.
제1 열교환부(171)는 상기 순환 가스 압축부(160)에 연결된다. 제1 열교환부(171)는 압축된 기체를 냉각시켜서 상기 제1 중합부(110)로 이송한다. 제1 열교환부(171)와 제1 중합부(110)는 제3 연결 라인(L3)에 의해연결될 수 있다.
제3 연결 라인(L3) 상에는 모노머 주입부(F2)가 형성될 수 있다. 폴리머 제조에 사용되는 모노머가 모노머 주입부(F2)를 통하여 주입될 수 있다.
제2 열교환부(172)는 상기 순환 가스 압축부(160)에 연결되어 상기 압축된 기체의 일부를 냉각한다.
기체-액체 분리부(180)는 상기 제2 열교환부(172)에 연결되어 냉각된 대상물을 액체와 기체로 분리하여 액체 베리어(145)를 생성한다.
액체 베리어 주입부(190)는 상기 기체-액체 분리부(180)와 상기 기체-고체 분리부(130)를 연결한다. 액체 베리어 주입부(190)는 상기 기체-액체 분리부(180)에서 생성된 액체 베리어(145)를 상기 기체-고체 분리부(130)로 공급한다.
제2 기체 순환 라인(C2)은 상기 기체-액체 분리부(180)와 상기 순환 가스 압축부(160)를 연결한다. 제2 기체 순환 라인(C2)은 상기 기체-액체 분리부(180)에서 분리된 기체를 상기 순환 가스 압축부(160)로 이송한다.
한편, 상기 베리어 유닛(140)의 구조는 일례로, 제1 격벽(141), 제2 격벽(142), 이송관(143) 및 수위 조절 밸브(144)를 포함할 수 있다.
제1 격벽(141)은 상기 기체-고체 분리부(130)를 상하로 분획하면서 상기 액체 베리어(145)를 지지한다.
제2 격벽(142)은 상기 제2 중합부(120)와 상기 기체-고체 분리부(130)의 경계에 형성된다.
이송관(143)의 일단은 상기 제1 격벽(141)과 연통된다. 그리고, 이송관(143)의 타단은 상기 제2 중합부(120)의 내부에 위치되어 상기 액체 베리어(145)에 유입된 폴리머가 이송될 수 있다.
한편, 이송관(143)을 따라 이송된 액체 베리어(145) 및 폴리머가 제2 중합부(120)로만 이송되고 바이패스부(150)로는 유입되지 않도록, 바이패스부(150)에서 제2 중합부(120)에 연결된 부분은 이송관(143)과 거리를 두어 설치될 수 있다.
수위 조절 밸브(144)는 상기 이송관(143)에서 상기 기체-고체 분리부(130) 내부에 위치한 부분에 형성되어 상기 액체 베리어(145)의 수위를 조절한다.
상기 제1 격벽(141)의 형상은 일례로 원판 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 격벽(141)의 형상은 일례로 중앙으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 원뿔 형상일 수 있다.
제1 격벽(141)이 원뿔 형상으로 이루어짐으로써, 폴리머가 원뿔 형상의 제1 격벽(141)을 따라 이송관(143)으로 더욱 용이하게 이송될 수 있다. 이러한 원뿔 형상의 제1 격벽(141)의 경사각은 특정 각도로 한정하지는 않으며, 제조사의 설계에 따라 변경될 수 있다. 다만, 원뿔 형상의 제1 격벽(141)의 경사각이 증가할수록 폴리머가 제1 격벽(141)을 따라 더욱 원활하게 이송될 수 있다.
한편, 상기 바이패스부(150)는 체크 밸브(151)를 포함할 수 있다. 체크 밸브(151)는 기체가 상기 기체-고체 분리부(130)로부터 상기 제2 중합부(120)로 역류하는 것을 방지한다.
도 3은 베리어 유닛의 변형예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 전술한 상기 바이패스부(250)는 변형예로 상기 제1 격벽(141)과 상기 제2 격벽(142)을 관통하도록 위치되는 것도 가능할 수 있다. 즉, 바이패스부(250)는 제2 중합부(120)와 기체-고체 분리부(130)의 내부에 위치될 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치(100)는 캡부재(252)를 포함할 수 있다.
캡부재(252)는 상기 바이패스부(250)의 상단으로부터 이격되게 위치될 수 있다. 즉, 캡부재(252)와 바이패스부(250)의 상단으로 틈이 형성될 수 있으며, 상기 틈으로 기체가 배출될 수 있다. 이러한 캡부재(252)는 바이패스부(250) 내부로 액체 베리어(145) 및 폴리머가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 전술한 상기 바이패스부(250)는 복수개인 것도 가능할 수 있다. 예를 들어, 바이패스부(250)는 이송관(143)을 중심으로 일정 각도마다 위치될 수 있다. 바이패스부(250)가 2개인 경우, 이송관(143)을 중심으로 서로 대칭이 되도록 위치될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
한편, 도 1로 되돌아가서, 전술한 구조로 이루어진 본 발명의 일실시예에 따른 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치(100)의 동작 과정에 대하여 설명한다.
모노머가 모노머 주입부(F2)를 통하여 주입된다. 그리고 촉매가 촉매 주입부(F1)를 통하여 주입된다. 제1 중합부(110)에서 폴리머는 유동화 조건하에 1차적으로 중합이 진행된다. 중합된 폴리머는 제1 연결 라인(L1)을 통하여 기체-고체 분리부(130)로 이송된다. 중합된 폴리머(고체)는 제2 중합부(120)로 이송되고, 모노머(기체)는 제1 기체 순환 라인(C1)으로 이송된다.
폴리머는 제2 중합부(120)내에서 천천히 하강하며 추가적인 중합이 진행된 후, 일부는 토출부(121)를 통하여 배출되고, 일부는 제2 연결 라인(L2)을 통하여 제1 중합부(110)로 재이송되어 중합이 진행된다. 그리고, 기체-고체 분리부(130)에서 분리된 기체는 순환 가스 압축부(160)를 거쳐 손실된 압력을 회복한 후 제2 열교환부(172)를 거치면서 폴리머 중합열이 제거될 수 있다.
그 후 폴리머는 다시 제1 중합부(110)로 이송된다. 이처럼 폴리머는 제1 중합부(110)와 제2 중합부(120)를 순환하며 중합되고, 기체 모노머 혼합물은 제1 중합부(110), 순환 가스 압축부(160) 및 제1 열교환기를 순환한다.
한편, 전술한 바와 같이 액체 베리어 주입부(190)로부터 액체 베리어(145)가 지속적으로 주입되는 상태에서, 기체-고체 분리부(130)로 이송된 폴리머가 기체-고체 분리부(130)의 하부로 이송된다. 따라서, 폴리머는 액체 베리어(145)에 혼합될 수 있다.
액체 베리어(145)는 폴리머에 포함된 미분이 외부로 유출되는 것을 방지한다. 그러므로, 액체 베리어(145)는 미분이 순환 가스 압축부(160)로 유입되는 것을 방지하면서, 폴리머가 제2 중합부(120)로 이송될 수 있게 한다. 즉, 폴리머는 액체 베리어(145)와 함께 수위 조절 밸브(144, 도 2 참조)를 통과하여 제2 중합부(120)로 이송된다.
수위 조절 밸브(144, 도 2 참조)는 일정 높이의 액체 베리어(145)가 제1 격벽(141, 도 2 참조) 상에 항상 채워질 수 있도록 한다. 이러한 액체 베리어(145)는 제1 중합부(110)의 기체 모노머 혼합물이 제2 중합부(120)로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.
전술한 바와 같이 액체 베리어(145)와 폴리머는 제2 중합부(120)로 이송되어 추가적인 중합이 발생하며, 이때 발생하는 중합 열에 의해 액체 베리어(145)는 기화되어 제2 중합부(120)의 상부로 이동하게 된다. 상부에 도달한 기체 모노머 혼합물은 바이패스부(150)를 통하여 기체-고체 분리부(130)로 유입된다. 이때, 바이패스부(150)에 설치된 체크 밸브(151)에 의하여 기체-고체 분리부(130) 내부의 기체 모노머 혼합물이 제2 중합부(120)로 역류하는 것이 방지될 수 있다.
기체-고체 분리부(130)에서 분리된 기체는 압력 컨트롤 밸브(V)를 통과하여 순환 가스 압축부(160)로 이동한다. 압력 컨트롤 밸브(V)는 기체-고체분리부(130)의 압력을 조절하여 제2 중합부(120) 내부의 기체 모노머 혼합물을 기체-고체 분리부(130)로 용이하게 이송될 수 있게 하는 역할을 한다. 이때, 압력 컨트롤 밸브(V)는 하나 또는 복수개일 수 있으며, 압력 컨트롤 밸브(V) 중 어느 하나는 항시 개방되어 있어서 모노머의 순환이 끊어지지 않도록 할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치(100)는 베리어 유닛(140)과 바이패스부(150)를 포함한다. 따라서, 기체가 액체 베리어(145)를 통과하는 것이 방지될 수 있으며, 기체에 의하여 발생할 수 있는 버블(Bubble)에 따른 차단 성능 저하를 방지할 수 있다.
그러므로, 종래의 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치보다 더욱 적은 양의 액체 베리어(145)를 사용하더라도 일정한 기체 차단 성능을 유지할 수 있게 된다. 그 결과, 균일한 바이모달(Bimodal) 제품의 생성이 가능하게 되며 제품을 통해 빠져나가는 오프가스(OFF-GAS)의 양도 감소될 수 있다.
또한, 기체-고체 분리부 상단으로 주입되는 액체 베리어(145)에 의해 제1 기체 순환 라인(C1)으로 유입되는 미분이 감소하여 순환 가스 압축부(160), 제1 열교환부(171) 및 제2 열교환부(172) 등의 메인터넌스 횟수를 감소시킴으로써, 운전비용이 절감될 수 있다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치
110: 제1 중합부 120: 제2 중합부
121: 토출부 130: 기체-고체 분리부
140: 베리어 유닛 141: 제1 격벽
142: 제2 격벽 143: 이송관
144: 수위 조절 밸브 145: 액체 베리어
150, 250: 바이패스부 151: 체크 밸브
252: 캡부재 160: 순환 가스 압축부
171: 제1 열교환부 172: 제2 열교환부
180: 기체-액체 분리부 190: 액체 베리어 주입부
C1: 제1 기체 순환 라인 C2: 제2 기체 순환 라인
L1: 제1 연결 라인 L2: 제2 연결 라인
L3: 제3 연결 라인 V: 압력 컨트롤 밸브
F1: 촉매 주입부 F2: 모노머 주입부
110: 제1 중합부 120: 제2 중합부
121: 토출부 130: 기체-고체 분리부
140: 베리어 유닛 141: 제1 격벽
142: 제2 격벽 143: 이송관
144: 수위 조절 밸브 145: 액체 베리어
150, 250: 바이패스부 151: 체크 밸브
252: 캡부재 160: 순환 가스 압축부
171: 제1 열교환부 172: 제2 열교환부
180: 기체-액체 분리부 190: 액체 베리어 주입부
C1: 제1 기체 순환 라인 C2: 제2 기체 순환 라인
L1: 제1 연결 라인 L2: 제2 연결 라인
L3: 제3 연결 라인 V: 압력 컨트롤 밸브
F1: 촉매 주입부 F2: 모노머 주입부
Claims (9)
- 폴리머가 1차 중합되는 제1 중합부;
상기 제1 중합부에 연결되어 폴리머가 2차 중합되는 제2 중합부;
상기 제2 중합부의 상측에 형성되어 고체와 기체를 분리시키는 기체-고체 분리부;
상기 기체-고체 분리부와 상기 제2 중합부의 경계에 형성되어 상기 기체-고체 분리부에 의해 기체가 분리된 폴리머와 혼합되어 상기 폴리머를 이동시키는 액체 베리어(Liquid Barrier Fluid)를 포함하며, 폴리머가 혼합된 액체 베리어를 상기 기체-고체 분리부로부터 상기 제2 중합부로 이송하는 베리어 유닛; 및
일단은 제2 중합부에 연결되고, 타단은 상기 기체-고체 분리부에 연결되어 제2 중합부의 상부에 도달한 기체를 기체-고체 분리부로 이송하는 바이패스부;
를 포함하는 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치. - 제1항에 있어서,
유입된 기체를 압축하는 순환 가스 압축부;
상기 기체-고체 분리부와 상기 순환 가스 압축부를 연결하여 기체가 상기 기체-고체 분리부로부터 상기 순환 가스 압축부로 이송될 수 있게 하는 제1 기체 순환 라인;
상기 제1 기체 순환 라인에 연결되어 상기 순환 가스 압축부에 연결되어 압축된 기체를 냉각시켜서 상기 제1 중합부로 이송하는 제1 열교환부;
상기 순환 가스 압축부에 연결되어 상기 압축된 기체의 일부를 냉각시키는 제2 열교환부;
상기 제2 열교환부에 연결되어 냉각된 대상물을 액체와 기체로 분리하여 액체 베리어를 생성하는 기체-액체 분리부;
상기 기체-액체 분리부와 상기 기체-고체 분리부를 연결하여 상기 기체-액체 분리부에서 생성된 액체 베리어를 상기 기체-고체 분리부로 공급하는 액체 베리어 주입부; 및
상기 기체-액체 분리부와 상기 순환 가스 압축부를 연결하여 상기 기체-액체 분리부에서 분리된 기체를 상기 순환 가스 압축부로 이송하는 제2 기체 순환 라인;
을 포함하는 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치. - 제1항에 있어서,
상기 베리어 유닛은,
상기 기체-고체 분리부를 상하로 분획하면서 상기 액체 베리어를 지지하는 제1 격벽;
상기 제2 중합부와 상기 기체-고체 분리부의 경계에 형성된 제2 격벽;
일단은 상기 제1 격벽과 연통되고, 타단은 상기 제2 중합부의 내부에 위치되어 상기 액체 베리어에 유입된 폴리머가 이송되는 이송관; 및
상기 이송관에서 상기 기체-고체 분리부 내부에 위치한 부분에 형성되어 상기 액체 베리어의 수위를 조절하는 수위 조절 밸브;
를 포함하는 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제1 격벽은 원판 형상 또는 중앙으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 원뿔 형상인 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치. - 제3항에 있어서,
상기 바이패스부는 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽을 관통하는 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치. - 제5항에 있어서,
상기 바이패스부의 상단으로부터 이격되게 위치된 캡부재를 포함하는 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치. - 제1항에 있어서,
상기 바이패스부는 기체가 상기 기체-고체 분리부로부터 상기 제2 중합부로 역류하는 것을 방지하는 체크 밸브를 포함하는 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치. - 제1항에 있어서,
상기 바이패스부는 상기 기체-고체 분리부와 상기 제2 중합부의 외부에 위치된 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치. - 제1항에 있어서,
상기 바이패스부는 복수개인 알파 올레핀 연속 기상 중합 장치.
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