減圧式の揮発分分離装置
本発明は、高分子の製造又は処理プラントにおいて用いる減圧式の揮発分分離装置を提供する。揮発分分離装置は、高分子溶融物の導入口及び流出口、分離される揮発分が通る減圧ポート並びに撹拌軸を挿入する撹拌軸挿入ポートを有する減圧室を備えている。撹拌軸は、撹拌軸挿入ポートを通って前記減圧室に伸長し、撹拌手段を担持している。シールは、撹拌軸挿入ポートに装着され、一部が減圧室の外側に伸長している撹拌軸を密封している。揮発分分離装置は、撹拌軸を回転させるモータを前記減圧室の外側に備え、シールの減圧室の外側に伸長している部分を例えば、窒素、ヘリウム、水蒸気又は二酸化炭素などの低酸素濃度のガス又は蒸気で覆う手段を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧下で高分子の揮発分の分離装置に関する。更に、揮発分分離装置、特に減圧式の揮発分分離装置を備えた溶液重合プラントを含む高分子製造プラント又は高分子処理プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの高分子製造及び処理方法において、溶媒及び残留モノマーなどの揮発性の化合物を不揮発性の高分子から分離する必要があり、そのために様々な技術が開発されてきた。例えば、液体を分離するには、相状態図において、混合物が高分子の少ない相及び高分子に富んだ相との２相に分離されるように温度及び圧力を調整することが必要である。よく用いられる別の例は、フラッシュ槽内においての揮発分を蒸発させることであり、頂部にある蒸気が分離されて槽の底部に備えられた排出口から高分子が収集される。このようなフラッシュ槽は、溶液重合にも懸濁液重合にもよく用いられる。第三の技術として、溶媒及び残留モノマーのような揮発分を分離して高分子内の揮発分を所望の水準まで下げるために、高分子溶液を減圧下で激しく撹拌する減圧式の揮発分分離装置がある。時には、上記の方法を組み合わせることもある。
【０００３】
オレフィンの連続溶液重合は、高分子を含んでいる反応器流出物を生成する一つの方法であり、上記流出物から溶媒及び残留モノマーを分離する必要がある。
【０００４】
一般的に、連続溶液重合法は、モノマーと溶媒の混合物へ触媒を添加することが必要である。混合物は、実質的に濃度勾配を無くして、均質な高分子が生成されるように、逆混合してもよい。特許文献１には、連続的に撹拌されているタンク式反応器内において、メタロセンを用いての溶液重合が記載されている。その反応器は、種々の生成物が得られるように、反応器を連ねた構成でもよい。
【０００５】
重合反応の熱は、重合混合物に吸収させてもよいが、発熱となる。一方、冷却システム、反応槽の壁の外部から冷却又は反応槽の内部に備えられた熱交換流体により冷却された熱交換面により、反応熱を取り除くことができる。
【０００６】
重合反応においては、所定量（５０モル％以上）のモノマーが消費されて生成された高分子が溶媒に溶解していることが多い。高分子の濃度が高い程、高分子、溶媒及び未反応化合物が含まれる混合物の粘度が高くなる。重合反応器からの混合物は、仕上げ段階に送られて高分子、溶媒及び未反応のモノマーが分離される。仕上げ段階において、高分子が固体のペレット又はベール（ｂａｌｅ）へ形成できるようになるまで、混合物から溶媒及び未反応のモノマーが順次に分離される。分離された溶媒及びモノマーは重合反応器において再利用される。
【０００７】
仕上げ段階には、減圧式の揮発分分離装置を備えてもよい。
【０００８】
特許文献２及び特許文献３には、エチレン、ポリプロピレン及び他のオレフィン共重合用モノマーを含むオレフィンの連続溶液重合方法及び装置が記載されている。加圧下において、１つ以上の重合反応器において、重合反応が進行する。反応器からの流出物は仕上げ段階おいて、触媒キラーを用いて処理され、１つ以上の熱交換器により加熱されてから、流出物が高分子に富んだ相及び高分子の少ない相に分離されるように、減圧にされる。この２つの相は分離されて、高分子の少ない相は精製されて溶媒として再利用される。高分子に富んだ相は、更に分離・精製される。分離・精製には減圧式の揮発分分離装置を通過させることも含まれる。減圧式の揮発分分離装置に続いて、高分子はペレット及び／又はベールに形成されてから貯蔵又は出荷される。この方法は、異なった種類の高分子にも適している。
【０００９】
溶液重合によっては（特許文献４参照）、重合混合物は、フラッシュ蒸発によりに相に別れ、溶媒及び未反応モノマーは気相となる。ポンプによる分離段階の後の溶媒などの効率的な抽出には、低蒸気圧で気相圧縮又は凝縮が要求される。高分子をフラッシュ分離段階から最終の揮発分を除去する押出機に搬送するのにポンプが使われる。
【００１０】
溶液を扱うプラントでは、溶媒の選択、操作温度及び精製システムは、所望の重合操作に窓を有するように設計する必要がある。共重合用モノマーの量、分子量などに応じて触媒により広範な高分子を得ることができる。
【００１１】
溶液重合又は他の方法を用いて生成された高分子は柔らかく且つべとつく場合があるので、扱いに問題が生じ易い。そのため、そのように柔らかな高分子を扱えるプラント及び方法が必要となる。
【００１２】
特許文献１、特許文献５には、上記以外の背景技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】国際公開第９４／００５００号パンフレット
【特許文献２】米国特許第６８８１８００号明細書
【特許文献３】米国特許第７１６３９８９号明細書
【特許文献４】国際公開第９８／０２４７１号パンフレット
【特許文献５】国際公開第９２／１４７６６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
減圧式の揮発分分離装置自体が、高分子溶液内の残留揮発分の量を減ずるのに効果的であることは実証されているが、確実に作動させるには、特に高度なシールが必要であることが判明した。一方が固定され他方がシャフトに装着された２つの平らなディスク有し、ディスク間にシール油が充填された従来の機械的なシールは、ディスク間に入りこんだ高分子により問題が生じやすく、その結果シールが保たれずシール油が高分子中へ放出されることになる。従って、改善されたシールを備えた揮発分分離装置が必要となる。
【００１５】
更に、高分子製品、特にフィルム用高分子は、食品と接する用途の場合には、関連する規制、例えばＦＤＡに適合する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、高分子の製造又は処理プラントにおいて用いられる減圧式の揮発分分離装置を提供する。揮発分分離装置は、溶融高分子の導入口、溶融高分子の排出口、分離される揮発分が通る減圧ポート及び撹拌軸が挿入される撹拌軸挿入ポートを有する減圧室を含んで構成される。撹拌軸は、少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを通って減圧室内に伸長しており、撹拌板のような撹拌手段を備えている。撹拌軸挿入ポートには、撹拌軸を密封するシールが装着され、該シールの一部は、減圧室の外側に伸長している。揮発分分離装置は、減圧室の外側に撹拌軸を回転させるモータが備えられ、低酸素濃度のガス又は蒸気、例えば、窒素、ヘリウム、水蒸気又は二酸化炭素を用いて、撹拌軸シールの外側に伸長した部分を覆う手段を含んで構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例である、揮発分分離装置を備えた連続溶液重合プラント概略レイアウトを示す図
【図２】揮発分分離装置の詳細を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
高分子の製造又は加工プラントに用いられる本発明による減圧式の揮発分分離装置は、導入口、排出口、少なくとも１つの減圧ポート及び撹拌軸を挿入する少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを有する減圧室、少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを通って減圧室内に伸長して撹拌板のような撹拌手段を備えた撹拌軸、撹拌軸挿入ポートに装着されて一部が減圧室の外側に伸長している撹拌軸を密封するシール、並びに減圧室の外側に備えられた撹拌軸を回転させる少なくとも１つのモータを含んで構成され、更に、不活性ガスなど低酸素濃度のガスを用いて、撹拌軸用シールの外側への伸長部を覆う手段を含んで構成される。
【００１９】
従来の揮発分分離装置では、減圧室内への空気の漏れは、減圧室内の高分子を酸化して高分子中の黒いしみ及びゼリー（ｇｅｌ）などに変化すると信じられている。本発明による揮発分分離装置では、回転軸のシールの外側に伸長した部分は、低酸素濃度のガスで覆われて外気の酸素が遮断されるので、シールを通って減圧室へ漏れるガスは、高分子に対して不活性なガスであり、空気ではない。
【００２０】
本明細書において使われる「濃縮された高分子相（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｐｈａｓｅ）」とは、ポリオレフィンのような不揮発性の高分子及び高分子から分離されることが好ましい揮発分を含む高分子組成を意味する。一般的に濃縮された高分子は、少なくとも７０重量％、好ましくは少なくとも８０重量％の高分子を含んでいる。
【００２１】
「揮発分（ｖｏｌａｔｉｌｅｓ）」とは、高分子の分解温度以下の温度で加熱し減圧下において、濃縮された高分子相から分離される非高分子種を意味する。
【００２２】
減圧室の導入口及び排出口は、濃縮された高分子相の導入及び高分子の排出用である。減圧室内の濃縮された高分子相は、撹拌手段により撹拌される。撹拌手段には、従来から既知の全ての撹拌装置も含まれる。例えば、撹拌手段には、従来からある円板又は楕円板、翼、桿又はそれらの組合せも含まれる。
【００２３】
揮発分分離装置は、高分子を排出する排出口に装着されたスクリュー軸を含んで構成してもよい。この場合、減圧室は、減圧室内へスクリュー軸を通すポートを有し、そのスクリュー軸用ポートも、一部が減圧室の外側に伸長しているシールを備えている。揮発分分離装置は、低酸素濃度のガスにより撹拌軸用シールの外側への伸長部を覆うように、囲いなどの手段も備えることが好ましい。
【００２４】
撹拌軸用又はスクリュー軸用のシールの外側への伸長部は、減圧室の外側の外気に曝される部分である。本発明の第一の形態である揮発分分離装置を運転する際には、雰囲気は低酸素濃度のガス雰囲気である。
【００２５】
本発明による一実施態様では、揮発分分離装置の減圧室は、２つの撹拌軸用のポートを有し、撹拌軸はこの２つのポートを通って伸長している。別の実施態様では、減圧室は、唯一の撹拌軸用のポートを有し、撹拌軸は減圧室の途中までしか伸長していない。直接の不活性ガス流を含む、シールの外側への伸長部を低酸素濃度のガスで覆う全ての適切な手段を用いることができる。低酸素濃度のガスで覆う手段が、減圧室の外側のシールの周りに装着されて低酸素濃度のガスを備える囲いであってもよい。適切な方法により減圧室の外側に、囲いを固定することもできる。
【００２６】
揮発分分離装置を運転する際には、囲いを低酸素濃度のガスにより正圧に保ってもよい。このようにして、減圧室内への空気の漏れが防止される。
【００２７】
囲いは、点検用ハッチを備えてもよい。このハッチにより、シールが保守し易くなる。
【００２８】
回転軸用のモータは、囲いの一部を形成するハウジングを含んで構成してもよい。撹拌軸は、その各端部に備えられたモータそれぞれが囲いの一部を形成するハウジングを有してもよい。揮発分分離装置が、１つのスクリュー軸を含んで構成される場合には、スクリュー軸は１つのモータで駆動され、そのモータは、囲いの一部を形成するハウジングを含んで構成してもよい。
【００２９】
揮発分分離装置は、それぞれの囲いに低酸素濃度のガスの流れを監視する流量計を備えてもよい。このようにすると、運転中に、それぞれの囲いへ流れ込む低酸素濃度のガスの流れを監視できる。低酸素濃度のガスの流量が増加した場合には、シールの破損の可能性がある。囲いが複数ある場合には、それぞれの囲いへの流れを個別に監視することが好ましい。
【００３０】
一般的に、減圧室は円筒形でその軸及び撹拌軸が水平方向に伸長しており、円筒の軸と撹拌軸が一致してもよい。
【００３１】
それぞれの軸のシールは、パッキン材が充填されたシールであり、揮発分分離装置は、パッキン材が充填されたシールへ潤滑油を注入する少なくとも１つの油注入ポンプを含んで構成される。揮発分分離装置に、油注入ポンプ用に潤滑油用に少なくとも１つの容器を備えてもよい。その容器に、食用グレードのローヤルパープル（登録商標）などの食用油を収容してもよい。
【００３２】
それぞれのシールは、ケブラー（登録商標）繊維（ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）及び黒鉛を含んで構成されるパッキン材が充填されたシールでもよい。それぞれのシールはケブラー（登録商標）又はＰＴＦＥが含浸された黒鉛を含んで構成されるパッキン材が充填されたシールでもよい。
【００３３】
本発明による装置及び方法では、低酸素濃度のガスを用いる。３重量％以下、好ましくは０．５重量％以下の酸素を含むガスであることが好ましい。実質的に酸素が無いか無酸素（０．０重量％）であれば、更に好ましい。低酸素濃度のガスには、酸素を含んでいないヘリウム、アルゴン、窒素、水蒸気、二酸化炭素又はその組み合わせが含まれるが、窒素ガスが好ましい。
【００３４】
減圧室の容積は少なくとも２ｍ３、例えば４ｍ３が好ましく、多くとも１５ｍ３、例えば１１ｍ３が好ましい。減圧室は一般的には、長さが少なくとも４ｍ、少なくとも６ｍでもよく、直径が少なくとも１ｍの円筒形である。
【００３５】
減圧式の揮発分分離装置は、１つ又は複数の減圧ポートを介して減圧室を減圧にする少なくとも１つのポンプを含んでいるか、又は少なくとも１つのポンプに連結されていることが多い。
【００３６】
本発明の第二の形態は、上記のような減圧式の揮発分分離装置を含んで構成されたポリオレフィンの製造プラントを提供することである。
【００３７】
プラントは、高分子溶融物（ｐｏｌｙｍｅｒ ｍｅｌｔ）のような濃縮された高分子相から揮発分を分離することが望ましい全ての方式のポリオレフィンの製造プラントが含まれる。プラントは、１種以上のモノマーを連続的に溶液重合するプラントであってもよい。
【００３８】
本発明の第三の形態は、濃縮された高分子相から揮発成分を分離する方法を提供することであり、その方法には、濃縮された高分子相を減圧式の揮発分分離装置へ導入する工程が含まれる。減圧式の揮発分分離装置は、導入口、排出口、少なくとも１つの減圧ポート及び撹拌軸を挿入する少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを有する減圧室、減圧室内の濃縮された高分子相を撹拌する撹拌手段を備えた撹拌軸、撹拌軸挿入ポートに装着されて一部が減圧室の外側に伸長している撹拌軸を密封するシール、並びに減圧室の外側に備えられた撹拌軸を回転させる少なくとも１つのモータを含んで構成され、更に、低酸素濃度のガスを用いて、撹拌軸用シールの外側への伸長部を覆う手段を含んで構成される。方法には、更に濃縮された高分子相を減圧室に導入する工程、撹拌軸を回転して濃縮された高分子相を撹拌中には少なくとも１つの減圧ポートを通して減圧室を減圧とする工程及び撹拌軸を密封する少なくとも１つのシールの外部を低酸素濃度のガスで覆う工程も含まれる。
【００３９】
本発明の第四の形態は、高分子の製造又は処理プラントにおいて用いられる減圧式の揮発分分離装置を提供することである。揮発分分離装置は、導入口、排出口、少なくとも１つの減圧ポートを有する減圧室及び撹拌軸を挿入する少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを有する減圧室、少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを通って減圧室内に伸長して撹拌手段を備えた撹拌軸、撹拌軸挿入ポートに装着されて撹拌軸を密封するシール、並びに減圧室の外側に備えられた撹拌軸を回転させる少なくとも１つのモータを含んで構成され、撹拌軸を密封するそれぞれのシールはパッキン材が充填されたシールであり、シールに潤滑油を注入する専用の油注入ポンプが備えられている。
【００４０】
本発明の第五の形態は、第四の目的に記載された減圧式の揮発分分離装置を含んで構成されたポリオレフィン製造プラントを提供することである。プラントは、濃縮された高分子相から揮発分を分離できる全てのプラントが含まれる。プラントは、炭化水素溶媒中の１種以上のモノマーを連続的に溶液重合するプラントであってもよい。プラントは、１つ又は複数の減圧ポートを介して減圧室を減圧にする少なくとも１つのポンプを含んでいることが多い。
【００４１】
揮発分分離装置は、高分子を減圧室から排出する排出口に装着されたスクリュー軸を含んで構成してもよい。この場合、減圧室は、減圧室内へスクリュー軸を通すスクリュー軸用ポートを備えている。このスクリュー軸用ポートは、一部が減圧室の外側に伸張しているシールも備えている。揮発分分離装置は、スクリュー軸のシールの外側に伸張した部分が低酸素濃度のガスで覆われるように、低酸素濃度のガスで満たされた囲いのような手段も含んで構成されることが好ましい。
【００４２】
第四の形態の揮発分分離装置においては、スクリュー軸のシールもパッキン材が充填されたシールであり、シールに潤滑油を注入する専用の油注入ポンプが備えられていることが好ましい。
【００４３】
従来の減圧式の揮発分分離装置では、機械的なシールが用いられることが多い。この機械的シールは、軸に取り付けられたディスクに近づけて装着するディスクを備え、ディスク間に潤滑油を保持するシールが一般的である。しかしながら、高分子がディスク間に入ってシールが損なわれ、潤滑油が減圧室内へ入り込み高分子を汚染することになる。
【００４４】
第四の形態の揮発分分離装置においては、少なくとも１つ、全ての軸のシールは、パッキン材の充填されたシールであることが好ましい。パッキン材の充填されたシールでは、ケブラー（登録商標）ロープ（編みあげたアラミド繊維）のような柔軟性のあるパッキン材を軸に対して押し付けて気密を保つ。パッキン材の充填されたシールは、シールを潤滑する手段を含んでいることが多く、第四の形態の揮発分分離装置においては、各軸のシールに油を注入する油注入ポンプが備えられている。従って、揮発分分離装置は、３つの充填シール（２つは撹拌軸、１つは高分子を揮発分分離装置から排出するスクリュー軸）を備えているので、それぞれのシールに作用する３つの油注入ポンプがある。このようにして、１つのシールが故障して油が漏れてもこのシールのみが影響を受け、他のシールにおいて油が欠乏することはない。
【００４５】
充填シールは、機械的シールよりも遥かに簡単に交換できる。
【００４６】
揮発分分離装置は、シールに注入する食用グレードの油を収容する容器を含んで構成してもよい。このようにして、減圧室に油が漏れても、高分子が食品用に受け入れられなくはならない。この油は、ローヤル・パープルから入手できる油であることが好ましい。それぞれの油注入ポンプは、圧力監視装置を含んで構成されることが好ましい。
【００４７】
シールのパッキン材には、適切なものであれば、どんな材料を用いてもよい。減圧式の揮発分分離装置における温度及び圧力下で操作しても、短期間で交換することがないパッキン材である必要がある。本発明の一実施態様では、パッキン材は、所要の長さに切断して軸の周りを包むことのできるロープの形状である。それぞれの軸のシールは、１つ又は複数のケブラー（登録商標）繊維、ＰＴＦＥ（ポリテテトラフルオロエチレン）及び黒鉛を含んで構成される充填されたパッキン材でもよい。摩擦を減らして軸の回転が円滑に回転するように、ケブラー（登録商標）繊維、アラミド繊維又は炭素繊維にＰＴＦＥ又は黒鉛を含浸してもよい。
【００４８】
それぞれのシールは、多段のシールであることが好ましい。シールは３段のシールでもよい。
【００４９】
揮発分分離装置は、油の注入を、内部と中間のパッキン材の間から中間と外部との間を周期的に切換える自動切換え装置を備えてもよい。
【００５０】
低酸素濃度のガス、好ましくは窒素を中間と外部のパッキン材の間に注入してもよい。
【００５１】
それぞれのシールを、２〜１０本、好ましくは３〜６本の編み上げたロープからなるパッキン材を含んで構成してもよい。
【００５２】
プランジャーポンプ又はシュリンジポンプを用いて、ある時間内に所定量の油を注入してもよい。
【００５３】
減圧室は、２つの撹拌軸挿入ポート及び２つを通ってポート間を伸張する撹拌軸有し、揮発分分離装置は、更にそれぞれの撹拌軸用シールのパッキン材に油を注入する２つの油注入ポンプを含んで構成してもよい。
【００５４】
それぞれの撹拌軸用シールの減圧室から外部に伸張した部分を低酸素濃度のガスで覆う手段は囲いであってもよく、この囲いはハウジングの外側に装着され、低酸素濃度のガスが供給される。
【００５５】
囲いは、周り外気に対して、低酸素濃度のガスにより正圧に保たれる。
【００５６】
それぞれの囲いには、点検用のハッチを備えてもよい。
【００５７】
揮発分分離装置は、それぞれの囲いへの低酸素濃度のガスの流れを監視する流量計を含んでもよい。
【００５８】
減圧室は円筒形でその軸が水平面上にあり、撹拌軸も水平方向に伸張し、円筒の軸と撹拌軸が一致してもよい。
【００５９】
適切な触媒を用いれば、本明細書に記載した方法の全ての態様は実行可能である。例えば、本発明の方法は全てのシングルサイト触媒（ＳＳＣ： ｓｉｎｇｌｅ ｓｉｔｅｄ ｃａｔａｌｙｓｔ）を用いることができる。これらの触媒は、周期表の３〜１０族の遷移金属、及び重合反応中に遷移金属と結合したままの少なくとも１つの補助配位子（ａｎｃｉｌｌａｒｙ ｌｉｇａｎｄ）を含んでいることが多い。遷移金属は、陽イオン状態で且つ共触媒又は活性剤により安定化させて用いることが好ましい。特に、チタン、ハフニウム又はジルコニウムなど、周期表の第４族メタロセンが好ましく、以下において詳細に説明するように、重合反応中にｄ０１価の陽イオン状態で１又は２つの付属配位子を有している。配位重合用のこのような触媒の重要な特徴は、引抜き反応ができる配位子及びエチレン（オレフィン）族が挿入できる配位子を有していることである。
【００６０】
本明細書において「メタロセン（ｍｅｔａｌｌｏｃｅｎｅ）」とは、元素の周期表の遷移金属と組合わさった１つ又は複数のシクロペンタジエニル残基（ｍｏｉｅｔｙ）を含むことを意味する。
【００６１】
メタロセンは、蒸気圧オスモメトリーにより測定された平均重合度４〜３０のアルモキサン（ａｌｕｍｏｘａｎｅ）、好ましくは メチルアルモキサンを共触媒として用いることができる。直鎖状のアルカンへ溶解されるように、アルモキサンは変性するか、又はスラリー状で用いてもよいが、通常はトルエン溶液が用いられる。このような溶液には、未反応のトリアルキルアルミニウムが含まれることがあり、アルモキサンの濃度はモルＡｌ／リットルで表示されることが多い。この濃度表示には、オリゴマーを形成しなかった未反応のトリアルキルアルミニウムも含まれている。アルモキサンを共触媒として用いる際は、遷移金属に対するモル比が５０以上、好ましくは１００以上で且つ１０００以下、好ましくは５００以下と過剰に用いられる。
【００６２】
本発明による方法及びその方法を実行するプラントは、種々の高分子及び広範な分子量が重合できるように設計される。一般には、高分子は、主要な成分（５０モル％以上）として、エチレン又はプロピレンから重合される。高分子は、その結晶度及び柔軟性に応じて５〜４５モル％の共重合用モノマーが含まれる。共重合用モノマーは、２〜２０の炭素原子を有する、エチレン、（プロピレンが主要成分の高分子の場合は）１−ブテン、１−ヘクセン及び１−オクテンなどのα−オレフィン（スチレンなどの環式オレフィンも含まれる）である。不飽和鎖及び／又は長い側鎖を形成するように、ヘキサジエン、ビニルノルボルネン、エチリデンノルボルネン（ＥＮＢ）、ノルバルナジエンなどのジエンが含まれてもよい。
【００６３】
プラストマーの場合には、以下のような態様を含んだ高分子が生成される。共重合用モノマーは、好ましくは炭素数が３〜１５、より好ましくは４〜１２、更に好ましくは４−１０のα−オレフィンである。エチレンは、少なくとも２つの共重合用モノマーと重合してターポリマーを形成する。通常は、７０〜９９．９９モル％、より好ましくは７０〜９０モル％、更に好ましくは８０〜９５モル％又は９０〜９５モル％のエチレンが、０．０１〜３０モル％、好ましくは３〜３０モル％、更に好ましくは５〜２０モル％の共重合用モノマーと重合する。本発明では、高分子の分子量分布は、ウルトラ−スタイロゲル５（Ｕｌｔｒａ−ｓｔｙｒｏｇｅｌ ５）カラム及び屈折率検出器を備えたＷａｔｅｒｓのゲル浸透クロマトグラフィーにより測定した。測定器の温度は１４５℃に設定、溶離用の溶媒にはトリクロロベンゼン、且つ校正用の標準試料には、５００〜５．２百万の間で正確な分子量が判明している１６のポリスチレン及びポリエチレンの標準試料ＮＢＳ（米国規格基準局）の１４７５．１０を用いた。本明細書に記載した方法により生成したプラストマーの分子量分布（ＭＷＤ）は、「狭い（ｎａｒｒｏｗ）」と判定された。すなわち、Ｍｗ／Ｍｎが３以下、好ましくは２．５未満又は２．５であった（Ｍｗ：重量平均分子量、Ｍｎ：数平均分子量）。一般的には高分子のメルトインデックスは、０．０１〜２００ｇ／１０ｍｉｎの範囲にあるが、本発明では０．１〜１００ｇ／１０ｍｉｎ、より好ましくは０．２〜５０ｇ／１０ｍｉｎ、更に１０ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。プラストマーの目標とする密度は０．８５〜０．９３ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．８７〜０．９２ｇ／ｃｍ３、より好ましくは０．８８〜０．９１ｇ／ｃｍ３の範囲内である。
【００６４】
本発明による方法は、例えば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１，４−メチル−１−ペンテン、１−ヘクセン、１−オクテン、１−デセン及びスチレンのような環式オレフィンなどのα−オレフィンの１つ又は複数のモノマーが関与する特に共重合反応に関する。
【００６５】
エラストマーの場合には、重量平均分子量（Ｍｗ）の大きなエチレン−α−オレフィン−ジエンエラストマー（ＥＯＤＥ）及びジエン含量が０．３重量％以上、好ましくは２．０重量％の高分子が生成されると思われる。これらの高分子は、大部分が非晶質であり、融解熱が小さいか又はゼロである。ここでの用語「ＥＯＤＥ」には、エチレン、α−オレフィン及び１つ又は複数の非共役ジエンのモノマーから成るエラストマー状の高分子も包含される。非共役ジエンのモノマーは、炭素数６〜１５の直鎖状炭化水素、側鎖を有する炭化水素又は環式のジエン炭化水素である。適当な非共役ジエンは、例えば、１，４−ヘキサジエン及び１，６−オクタジエンのような非環式直鎖状ジエン、５−メチル−１，４−ヘキサジエン、３，７−ジメチル−１，６−オクタジエン、３，７−ジメチル−１，７−オクタジエン及びジヒドロミルセンとジヒドロオシメンの異性体のような非環式側鎖を有するジエン、１，４−シクロヘキサジエン及び１，５−シクロドデカジエンのような単環の脂環式ジエン、並びにテトラヒドロインデン、メチルテトラヒドロインデン、ジシクロペンタジエン、ビシクロ−１，５−（２，２，１）−ヘプタ−２，５−ジエンのような多環の脂環式の融合、架橋した環式ジエン、５−メチレン−２−ノルボルネン（ＭＮＢ）、５−プロペニル−２−ノルボルネン、５−イソプロピリデン−２−ノルボルネン、５−（４−シクロペンテニル）−２−ノルボルネン、５−シクロヘキシリデン−２−ノルボルネン、５−ビニル−２−ノルボルネン及びノルボナジエンのようなアルケニル、アルキリデン，シクロアルキリデン，シクロアルキリデン・ノルボルネンである。
【００６６】
ＥＰＤＭを調整するのに好ましいジエンは、１，４−ヘキサジエン（ＨＤ）、５−エチリデン−２−ノルボルネン（ＥＮＢ）、５−ビニリデン−２−ノルボルネン（ＶＮＢ）、５−メチレン−２−ノルボルネン（ＭＮＢ）及び５−メチレン−２−ノルボルネン（ＭＮＢ）ジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）である。特に好ましいジエンは、５−エチリデン−２−ノルボルネン（ＥＮＢ）及び１，４−ヘキサジエン（ＨＤ）である。ＥＯＤエラストマーは、２０〜９０重量％、好ましくは３０〜８５重量％、更に好ましくは３５〜８０重量％のエチレンを含んでいる。エチレン及びジエンと共に使用してエラストマーを調整するのに適したα−オレフィンは、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘクセン及び１−ドデカンである。α−オレフィンは、その１０〜８０重量％、好ましくは２０〜６５重量％がＥＯＤエラストマーに組み込まれる。非共役ジエンは、その０．５〜２０、３５重量％、好ましくは１〜１５重量％、より好ましくは２〜１２重量％がＥＯＤエラストマーに組み込まれる。必要に応じて、全ジエン量を上記の範囲内保って、２つ以上のジエン、例えばＨＤ及びＥＮＢを同時にＥＯＤエラストマーに組み込んでもよい。
【００６７】
エラストマーは、ジエンを含まずに２つのモノマーの共重合体でもよい。そのような共重合体は、Ｍｗ（重量平均分子量）の大きなエラストマーで、結晶度が低く、灰分が少ない。共重合体は、Ｍｗの大きなエチレン−α−オレフィン共重合体（ＥＰＣ）でもよい。ここで用いる用語「ＥＰＣ」は、エチレンとα−オレフィンの共重合体を意味し、エラストマーの特性を示すプロピレンである必要はない。エチレンと共に用いてエラストマーを調整するのに適したα−オレフィンは、Ｃ３〜Ｃ１０のα−オレフィンが好ましい。そのようなα−オレフィンの非限定的な例は、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘクセン、１−オクテン及び１−ドデセンである。必要に応じて、２つ以上のα−オレフィンを組み込んでもよい。ＥＰＣエラストマーは、２０〜９０重量％、好ましくは３０〜８５重量％、より好ましくは３５〜８０重量％のエチレンを含んでいる。
【００６８】
プロピレン由来の化合物が主体の高分子の場合には、鎖中にアイソタクチックなプロピレン配列があるために、高分子は以下のような特徴を有する。
【００６９】
一実施態様において、プロピレンと少なくとも１つのモノマーとの共重合体では、共重合用モノマーはエチレン又はα−オレフィンである。共重合用モノマーには、エチレン及び直鎖状又は側鎖を有するＣ４〜Ｃ３０のα−オレフィン、又はそれらの組み合わせが含まれる。α−オレフィンには、エチレン及びＣ４〜Ｃ８のα−オレフィン、より好ましくは、エチレン、１−ブテン、１−ヘクセン及び１−オクテン、更に好ましくは、エチレン又は１−ブテンが含まれる。側鎖を有する好ましいα−オレフィンには、４−メチル−１−ペンテン、３−メチル−１−ペンテン及び３，５，５−トリメチルー１−ヘクセンが含まれる。以下に定義するように、プロピレン共重合体は不規則（ｒａｎｄｏｍ）な共重合体であることが好ましい。
【００７０】
プロピレン共重合体は、２〜６５％の結晶度を有する。この範囲内において、結晶度の下限は５％又は１０％、上限は５０、４５又は４０％でもよい。
【００７１】
ポリプロピレン共重合体の結晶度は、共重合体中のポリプロピレンのアイソタクチック（又はシンジオタクチック）配列に由来する。プロピレンの量は６５〜９５重量％である。この範囲内において、プロピレンの量の下限は７０又は８０重量％で、上限は９２．５、９０又は８９重量％である。
【００７２】
半晶質のポリプロピレン共重合体は測定できる結晶度を有するため、融解熱が必ずしもゼロとはならない。結晶度１００％の融解熱を１８９Ｊ／ｇとして、融解熱と結晶度の直線関係により、結晶度から融解熱を算定できる（例えば、Ｂ． Ｗｕｎｄｅｌｉｃｈ， Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ｖｏｌ．３， Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ （１９８０）の特に８．４．２．章参照）。
【００７３】
ポリプロピレン共重合体は、単一の広い融解転移（ｓｉｎｇｌｅ ｂｒｏａｄ ｍｅｌｔｉｎｇ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）を有する。一般に、ポリプロピレン共重合体の試料は、主融解ピークに隣接して第二次融解ピーク又は肩を有し、これらを組合せて単一の融点（ｓｉｎｇｌｅ ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）、すなわち単一の広い融解転移と見なしている。これらの内最も高いピークを融点と見なしている。ポリプロピレン共重合体は、２５〜１１０℃の融点を有することが好ましい。この範囲において、下限は３０又は３５℃で、上限は１０５又は９５℃が好ましい。
【００７４】
ポリプロピレン共重合体のＭｗ（重量平均分子量）は、１０，０００〜５，０００，０００ｇ／モル、好ましくは８０，０００〜５００，０００ｇ／モルである。分子量分布（ＭＷＤ）は２以上であることが好ましい。ＭＷＤは４０以下、５以下が好ましく、３以下がより好ましい。別の実施態様では、ポリプロピレン共重合体は、ＭＬ（１＋４）＠１２５℃が１００以下、好ましくは７５以下、より好ましくは６０、更に好ましくは３０以下である。
【００７５】
本発明の方法により生成したポリプロピレン共重合体は、狭い組成分布を有する不規則（ｒａｎｄｏｍ）で結晶化可能な共重合体であることが好ましい。高分子の分子間組成分布は、溶媒中の熱分留により決まる。代表的な溶媒は、ヘキサン又はヘプタンのような飽和炭化水素である。以下、熱分留法を説明する。通常は、約７５重量％、より好ましくは８５重量％の高分子が、１つ又は隣接した２つの可溶な留分として分離され、残部がそれに続く留分である。これら留分のそれぞれのエチレンの含有量（重量％）は、ポリプロピレン共重合体のエチレン含有量の平均重量％との（相対的な）差が２０％、より好ましくは１０％以下である。上記の分留の分布に合えば、ポリプロピレン共重合体は、「狭い」組成分布を有していると見なされる。
【００７６】
好適なポリプロピレン共重合体における、立体規則性のポリプロピレン配列の長さ及び分布は、実質的に不規則で統計的な共重合と矛盾しない。配列の長さ及び分布は、共重合の反応性比（ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ ｒａｔｉｏ）に関連することは周知である。「実質的に不規則な（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｒａｎｄｏｍ）」とは、共重合体の製品の反応性比が２又はそれ以下であることを意味する。対照的に、ステレオブロック構造においては、ポリプロピレン配列の平均長さは、同じ組成の場合、実質的に不規則な共重合体よりも長い。ステレオブロック構造を有する従来のポリプロピレンは、その配列の分布がこの不規則というよりは、実質的に統計的な分布のブロック構造と矛盾しない。
【００７７】
高分子の反応性比及び配列の分布は、エチレン残分（ｒｅｓｉｄｕｅ）及びポリプロピレン残分の位置を同定するＣ−１３ＮＭＲにより決められる。所望の不規則性及び狭い組成分布を有する結晶化可能な共重合体を生成するには、次の２つを用いることが望ましい。（１）シングルサイト触媒。（２）好ましいポリプロピレン共重合体の実質的に全ての高分子鎖に対して単一重合状態のみが可能な、十分に混合されて連続流の撹拌槽式の重合反応器。
【００７８】
以下、本発明の利点、特徴及び詳細について、図面を用いて説明する。
【００７９】
［重合及び高分子と溶媒の初期分離］
重合原料は、遠心ポンプ３により導管２を通って反応器８に供給される。重合原料は、Ａ）溶媒としてのヘキサン、Ｂ）モノマー（一般には、エチレン又はプロピレンが多い）、Ｃ）共重合用モノマー（共重合可能なα−オレフィンでもよい）及びジエン又は他のポリエン又は共重合可能な環式化合物を含む。重合原料は、連続的に撹拌される並列的に運転される２つ反応器８（単純化するため図１では１つしか図示していない）内における断熱重合のために冷却装置又は冷却器６を通過する際に低温に冷却される。活性化剤及びメタロセン触媒を、予備混合してから１つ反応器８に添加してもよい（矢印５、７で示す）。原料中の毒及び反応器における触媒の活性への毒の影響を最小化するために、一般的には、トリイソブチルアルミニウム又はトリｎオクチルアルミニウムのような、アルキルアルミニウムを捕捉剤として添加する（矢印４で示す）。
【００８０】
原料の温度は、発熱量及びモノマーの所望の変換度に応じ重合温度によって変動する。温度は、４０℃以下、場合によっては２０℃以下、０℃以下、−２０℃以下、例えば−２０℃〜−４０℃であることが好ましい。
【００８１】
重合温度の制御による分子量の調整を完全にするため、１つ又は双方の反応器に導管（不図示）を通して水素を添加してもよい。
【００８２】
反応器内の操作圧力は、８０バール以上、９０バール以上、９５バール以上、特に１２０バール以上、又は１４０バール以上でもよい。圧力の上限の規制はないが、一般には２００バール以下、１４０バール以下、又は１２０バール以下が好ましい。反応器内の圧力は、溶液が単相状態であれば十分であり、減圧手段１８により、流体がプラント内を圧送できる圧力に調節される。
【００８３】
反応器８から導管１１を通過して流出する高分子を含んでいるヘキサン溶液は、重合反応を終了させるように、導管１１の１０の位置から、最初に触媒キラー、好ましくは水、場合によってはメタノールが添加されて処理される。熱管理系の一部としての熱交換器１２は、液相分離装置１４の上部相２０からの高分子の少ない相により加熱され、導管１１内の高分子溶液の温度を上昇させる。高分子溶液は、水蒸気、加熱油又は他の高温流体を用いて操作されるトリム熱交換器１６により、更に液相分離に適した温度まで昇温される。次いで、高分子溶液は、減圧弁１８を通過することにより、高分子の少ない上部相２０及び高分子に富んだ下部相２２に分離される。
【００８４】
［高分子の少ない相の処理］
上述したように、熱交換器１２により冷却された上部相２０は、冷却装置２４により更に冷却されて、水素の抽出に適用されるサージタンク２６を通過してから、導管４３においてインラインで化学分析され、溶媒中のモノマー及び共重合用モノマーの濃度が算定される。高分子の少ない冷却された上部相２０は、３０から新たに供給された溶媒及びモノマーにより、所望の濃度とされてから、触媒キラーとしての未反応の水又は新たに供給された溶媒及びモノマー中の水、又は再循環される溶媒及びモノマー中の不純物を除去するために、乾燥器３２を通過させる。
【００８５】
サージタンク２６は、特許引用文献２の図３に示すように、抽出用蒸気としてのエチレンにより水素を抽出するのに適した形状の容器に形成される。
【００８６】
サージタンク２６からの蒸気は、精留塔３６の環流ドラム３９へと送られる。その蒸気の一部は、精留塔３６及びその塔頂留出蒸気の圧縮・凝結システムにより処理されて、主としてエチレン、プロピレンなどの有用な成分が回収されて乾燥器３２の導入口側の導管４３に再循環される。主として水素及び凝結されない成分が含まれる蒸気は、１１２の位置において焼却される。
【００８７】
［高分子に富んだ相の処理］
低圧のフラッシュタンクである液相分離装置１４からの高分子に富んだ下部相２２は、低圧分離装置３４に送られて、溶媒及びモノマーの蒸気が分離され、高分子相が濃縮される。濃縮された高分子相は、例えば、高分子が７０〜９５重量％を含み、残部が溶媒及び残留モノマーである。
【００８８】
溶媒及びモノマーの蒸気は、導管３５を介して精留塔３６に送られ、高揮発性の溶媒及び未反応のエチレン、プロピレンなどの軽い成分と、触媒又は活性化剤を溶解させるヘキサン、トルエン及び未反応のジエン状の共重合用モノマーなどの重い成分に分離するために蒸留される。触媒の成分、並びに触媒の溶解度を上げるために溶液温度を上げるなど触媒の調整条件により、トルエンの使用量を減ずることができ、トルエンを分離する工程が不要となる。
【００８９】
低圧分離装置３４において濃縮された高分子は、ギアポンプ３８により、図２に詳細が図示された減圧式の揮発分分離装置４０に送られる。揮発分分離装置４０において、蒸気相が取り出されて凝結され、ポンプにより精製塔５０に送られる。この精製塔５０により、重い成分である触媒の溶媒として使われるトルエン、並びにエチレンノルバルナジエン（ＥＮＢ）共重合用モノマー又は１−オクテン共重合用モノマーが回収される。ＥＮＢ又はオクテンは、排出導管５４を介して再循環することが可能である。ＥＮＢ及びオクテンなどの重い共重合用モノマーは、結果として有用な未反応の共重合用モノマーの回収することになるが、異なった製品群（例えば、ＥＰＤＭ，ＥＯプラストマー）間の切り換えが、迅速に行えるように、貯蔵容器５５、５６に個別に貯蔵してもよい。
【００９０】
揮発分分離装置４０からの高分子溶融物は、熱交換器４２により冷却された水中においてペッレット化されて、袋詰めできるように洗浄してから図１の４４において回転乾燥されるか又はペレット化装置４６においてベール化される。
【００９１】
図２は、揮発分分離装置の詳細を示す模式図である。揮発分分離装置４０は、減圧室２０１及び２つの減圧ポート２０４、２０５を含んで構成される。減圧室２０１は、ギアポンプ３８を介して液相分離装置１４から移送される濃縮された高分子相の導入口２０２、並びに濃縮された高分子をペレタイザー４６（図２には示されていない）へと流送する流出口２０３を備えている。減圧ポート２０４、２０５は、導管（不図示）によりポンプを含んで構成される減圧システムへ連結されている。減圧室２０１は、長さが２〜１０ｍ、直径が１ｍ以上の円筒であることが多い。減圧室２０１は、水平に配置され、両端に撹拌軸挿入ポート２０６、２０７を備えている。更に、減圧室２０１には、ポート２０６、２０７の水平方向の延長線上に撹拌軸２０８が同心に備えられている。ポート２０６には、減圧室２０１と撹拌軸２０８の間を密閉するシール２０９が備えられている。同様に、ポート２０７には、シール２１０が備えられている。シール２０９、２１０の機能は、外気が減圧室２０１内に侵入するのを防ぐことである。減圧式の揮発分分離装置４０には、撹拌軸２０８の末端に装着された２つの油圧モータ２１１、２１２も含まれる。モータ２１１、２１２は、それぞれの油圧装置２１３、２１４により動力が供給される。撹拌軸２０８の長さ方向に沿って、減圧室２０１の内部の高分子を撹拌する多数の撹拌板２１５が備えられている。
【００９２】
減圧室２０１の導入口２０２から離れた側に、スクリュー軸２１６が撹拌軸２０８に対して垂直に、水平に載置されている（図２では、判り易いように垂直に載置されているように図示されている）。スクリュー軸２１６は、油圧装置２１４により動力が供給される油圧モータ２１７により駆動される。スクリュー軸２１６の機能は、高分子を減圧室２０１から排出口２０３を通過して下流のペレット化装置に排出させることである。スクリュー軸２１６は、減圧室にポート２１８から挿入されてシール２１９により密閉されている。
【００９３】
シール２０９、２１０及び２１９のそれぞれは、ＰＴＦＥ及び黒鉛を含浸させた編んだケブラー（登録商標）繊維を主としてパッキン材が充填された３段シールである。シール２０９は、減圧室２０１の外側に伸長する部分２０９ａを有する。シール２０９の伸長部２０９ａは、減圧室２０１の末端からモータ２１１のハウジングまで伸長している円筒形の囲い２２０内に収容されている。揮発分分離装置４０が操作されている際には、囲い２２０内を不活性雰囲気に保つように、窒素源（不図示）から窒素が供給されてシール２０９の伸長部２０９ａが不活性雰囲気で覆われる。このようにして、シール２０９の漏れがあっても、減圧室２０１には、空気ではなく窒素が吸引される。囲い２２０への窒素の供給がモニター（不図示）により監視されているので、囲い２２０からの窒素の流れの急激な上昇は、シール２０９の漏れの可能性の徴候として検出される。同様に、シール２１０も外側に伸長する部分があり、その部分は窒素が満たされた囲い２２１で覆われている。また、シール２１９も外側に伸長する部分があり、その部分は窒素が満たされた囲い２２２で覆われている。囲い２２１、２２２のそれぞれには、独立した窒素が供給され、窒素流の急激な上昇を検出する独立したモニター（不図示）を有している。
【００９４】
図２から判るように、モータ２１１、２１２、２１７は、それぞれの囲い２２０、２２１、２２２の一部を形成しているハウジングを有している。
【００９５】
各々の囲い２２０、２２１及び２２２には、運転員が整備及び再充填のためシール２０９、２１０及び２１１を扱えるように点検用ハッチ（不図示）も備えられている。
【００９６】
シール２０９には、シール材のシール効果を改善し耐用期間を延ばすシール油として潤滑油ロイヤルパープル（登録商標）をシール２０９に供給する専用のシール油注入ポンプ２２３が備えられている。ポンプ２２３は、１工程毎の油量を正確に計量して過剰の油がシール２０９に供給されないように作動する、空気駆動のプランジャーポンプである。食品包装に使われる可能性のある高分子への油の混入は、注意深く制御される。代わりに、潤滑油は、導管２２４を通して供給される窒素により所定の圧力に加圧されて、シール２０９に圧入してもよい。
【００９７】
シール２０９の油漏れが検出できるように、ポンプ２２３からシール２０９への配管に油流量計（不図示）を備えることもできる。同様に、シール２１０には、ポンプ２２５及びその空気源又は窒素源２２６が備えられ、シール２１９には、ポンプ２２７及びその空気源又は窒素源２２８が備えられている。
【００９８】
撹拌軸の両端及びスクリュー軸のそれぞれの３段シールは、第１段と第２段の間と、第２段と第３段の間に２つのポートを有している。揮発分分離装置の圧力が雰囲気の圧力よりも低くなると、シール油が第２のポートから注入される。このように、シール油は優先的に中段に向かって引き込まれその部分を潤滑する。例えば、１０分〜１２時間、好ましくは１０分〜２時間経つと、シール油が第１のポートから注入され、第１段が潤滑される。１分〜１２時間、好ましくは１分〜１時間経つと、自動弁によりシール油の注入は第２ポートに切り換わる。装置の運転中はこの切り換えサイクルが繰り返されるので、シールは良好に潤滑される。例えば、高分子の種類の切り換え、又はプラントの整備などで、揮発分分離装置が高分子を処理しない場合には、減圧室は、０．２５〜１０ｐｓｉｇ（１．７２〜６８．９５キロパスカル）、より好ましくは、０．５〜５ｐｓｉｇ（３．４５〜３４．４７キロパスカル）だけ雰囲気よりも高い正圧とされ、その間は、シール油が第１と第２段の間に注入され、第２段が潤滑される。
【００９９】
第２のポート、すなわち中段と外側の段の間、すなわち減圧室から離れたポートから低酸素濃度のガス、好ましくは窒素が注入される。これにより、シールと回転軸の間からの漏れは、酸素及湿気を含まない外気である。湿気を含んだ空気は、炭化水素回収系内において、凝結して氷を生成するので、問題である。酸素は、高分子を劣化させ且つ安全を損なう危険があるので問題である。
【０１００】
揮発分分離装置４０を運転中は、１０〜３０重量％の揮発分（少量の残留モノマーを含む溶媒が主体）を含む濃縮された高分子相は、ギアポンプ３８により、低圧の液相分離装置１４の底部から減圧室２１の導入口２０２へ流入する。減圧室内において、濃縮された高分子相は、２０〜４５ｒｐｍの速度で回転する撹拌軸２０８に固定された撹拌板２１５により撹拌される。撹拌により、減圧室２０１内にある高分子の新たな面が連続的に露出されて揮発分は２つの減圧ポート２０４、２０５を通して（不図示の）減圧システムに向けて吸引される。減圧室２０１内の圧力は約２０ｍｍＨｇに保たれる。高分子は減圧室の撹拌軸に沿って流れ、末端の回転するスクリュー軸２１６により、排出口２０３を通って、下流のペレット化装置４６へと向かう。
【０１０１】
撹拌軸２０８が回転する際に、シール２０９及び２１０を通って僅かな気体が漏れる、それにより囲い２２０及び２２１の窒素が減圧室２０１に吸引される。囲い２２０及び２２１が存在することにより、シール２０９及び２１０を通って減圧室２０１内に外部から酸素が入り込むのを防いでいる。同様に、囲い２２２は、シール２１９を通って空気が引き込まれるのを防いでいる。
【０１０２】
撹拌軸２０８及びスクリュー軸２１６が回転している間は、シール油注入専用のポンプ２２３、２２５及び２２７によりそれぞれのシールに潤滑油が供給される。これらのシールが十分に機能しないと、シールへの潤滑油の供給圧が低下し流量が増加するので、漏れが早期に検出できる。この場合、他のシールへの流量には影響を及ぼさない。
【０１０３】
第１ポート及び第２ポートへのシール油の注入は、交互に定期的に切り換えられ、このサイクルが繰り返される。
【０１０４】
第２段と第３段のシールの間にも、第２ポート又はシール油注入ポートを通して、窒素又は酸素の含有量が低い気体が注入される。
【符号の説明】
【０１０５】
２ 導管
３ 遠心ポンプ
６ 冷却器
８ 反応器
９ 重力式分離装置
１１ 導管
１２ 熱交換器
１４ 液相分離装置
１６ トリム熱交換器
１８ 減圧弁
２０ 上部相
２２ 下部相
２４ 冷却装置
２６ サージタンク
３２ 乾燥器
３４ 低圧分離装置
３５ 導管
３６ 精留塔
３８ ギアポンプ
３９ 環流ドラム
４０ 揮発分分離装置
４２ 熱交換器
４３ 導管
４６ ペレタイザー
５０ 精製塔
５４ 排出導管
５５、５６ 貯蔵容器
２０１ 減圧室
２０２ 導入口
２０３ 流出口
２０４、２０５ 減圧ポート
２０６、２０７ （撹拌軸用）ポート
２０８ 撹拌軸
２０９、２１０ シール
２１１、２１２ 油圧モータ
２１３、２１４ 油圧装置
２１５ 撹拌板
２１６ スクリュー軸
２１７ 油圧モータ
２１８ （スクリュー軸用）ポート
２１９ シール
２２０、２２１、２２２ 囲い
２２３ ポンプ
２２４ 導管
２２５ ポンプ
２２６ 窒素源
２２７ ポンプ
２２８ 窒素源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧下で高分子の揮発分の分離装置に関する。更に、揮発分分離装置、特に減圧式の揮発分分離装置を備えた溶液重合プラントを含む高分子製造プラント又は高分子処理プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの高分子製造及び処理方法において、溶媒及び残留モノマーなどの揮発性の化合物を不揮発性の高分子から分離する必要があり、そのために様々な技術が開発されてきた。例えば、液体を分離するには、相状態図において、混合物が高分子の少ない相及び高分子に富んだ相との２相に分離されるように温度及び圧力を調整することが必要である。よく用いられる別の例は、フラッシュ槽内においての揮発分を蒸発させることであり、頂部にある蒸気が分離されて槽の底部に備えられた排出口から高分子が収集される。このようなフラッシュ槽は、溶液重合にも懸濁液重合にもよく用いられる。第三の技術として、溶媒及び残留モノマーのような揮発分を分離して高分子内の揮発分を所望の水準まで下げるために、高分子溶液を減圧下で激しく撹拌する減圧式の揮発分分離装置がある。時には、上記の方法を組み合わせることもある。
【０００３】
オレフィンの連続溶液重合は、高分子を含んでいる反応器流出物を生成する一つの方法であり、上記流出物から溶媒及び残留モノマーを分離する必要がある。
【０００４】
一般的に、連続溶液重合法は、モノマーと溶媒の混合物へ触媒を添加することが必要である。混合物は、実質的に濃度勾配を無くして、均質な高分子が生成されるように、逆混合してもよい。特許文献１には、連続的に撹拌されているタンク式反応器内において、メタロセンを用いての溶液重合が記載されている。その反応器は、種々の生成物が得られるように、反応器を連ねた構成でもよい。
【０００５】
重合反応の熱は、重合混合物に吸収させてもよいが、発熱となる。一方、冷却システム、反応槽の壁の外部から冷却又は反応槽の内部に備えられた熱交換流体により冷却された熱交換面により、反応熱を取り除くことができる。
【０００６】
重合反応においては、所定量（５０モル％以上）のモノマーが消費されて生成された高分子が溶媒に溶解していることが多い。高分子の濃度が高い程、高分子、溶媒及び未反応化合物が含まれる混合物の粘度が高くなる。重合反応器からの混合物は、仕上げ段階に送られて高分子、溶媒及び未反応のモノマーが分離される。仕上げ段階において、高分子が固体のペレット又はベール（ｂａｌｅ）へ形成できるようになるまで、混合物から溶媒及び未反応のモノマーが順次に分離される。分離された溶媒及びモノマーは重合反応器において再利用される。
【０００７】
仕上げ段階には、減圧式の揮発分分離装置を備えてもよい。
【０００８】
特許文献２及び特許文献３には、エチレン、ポリプロピレン及び他のオレフィン共重合用モノマーを含むオレフィンの連続溶液重合方法及び装置が記載されている。加圧下において、１つ以上の重合反応器において、重合反応が進行する。反応器からの流出物は仕上げ段階おいて、触媒キラーを用いて処理され、１つ以上の熱交換器により加熱されてから、流出物が高分子に富んだ相及び高分子の少ない相に分離されるように、減圧にされる。この２つの相は分離されて、高分子の少ない相は精製されて溶媒として再利用される。高分子に富んだ相は、更に分離・精製される。分離・精製には減圧式の揮発分分離装置を通過させることも含まれる。減圧式の揮発分分離装置に続いて、高分子はペレット及び／又はベールに形成されてから貯蔵又は出荷される。この方法は、異なった種類の高分子にも適している。
【０００９】
溶液重合によっては（特許文献４参照）、重合混合物は、フラッシュ蒸発によりに相に別れ、溶媒及び未反応モノマーは気相となる。ポンプによる分離段階の後の溶媒などの効率的な抽出には、低蒸気圧で気相圧縮又は凝縮が要求される。高分子をフラッシュ分離段階から最終の揮発分を除去する押出機に搬送するのにポンプが使われる。
【００１０】
溶液を扱うプラントでは、溶媒の選択、操作温度及び精製システムは、所望の重合操作に窓を有するように設計する必要がある。共重合用モノマーの量、分子量などに応じて触媒により広範な高分子を得ることができる。
【００１１】
溶液重合又は他の方法を用いて生成された高分子は柔らかく且つべとつく場合があるので、扱いに問題が生じ易い。そのため、そのように柔らかな高分子を扱えるプラント及び方法が必要となる。
【００１２】
特許文献１、特許文献５には、上記以外の背景技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】国際公開第９４／００５００号パンフレット
【特許文献２】米国特許第６８８１８００号明細書
【特許文献３】米国特許第７１６３９８９号明細書
【特許文献４】国際公開第９８／０２４７１号パンフレット
【特許文献５】国際公開第９２／１４７６６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
減圧式の揮発分分離装置自体が、高分子溶液内の残留揮発分の量を減ずるのに効果的であることは実証されているが、確実に作動させるには、特に高度なシールが必要であることが判明した。一方が固定され他方がシャフトに装着された２つの平らなディスク有し、ディスク間にシール油が充填された従来の機械的なシールは、ディスク間に入りこんだ高分子により問題が生じやすく、その結果シールが保たれずシール油が高分子中へ放出されることになる。従って、改善されたシールを備えた揮発分分離装置が必要となる。
【００１５】
更に、高分子製品、特にフィルム用高分子は、食品と接する用途の場合には、関連する規制、例えばＦＤＡに適合する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、高分子の製造又は処理プラントにおいて用いられる減圧式の揮発分分離装置を提供する。揮発分分離装置は、溶融高分子の導入口、溶融高分子の排出口、分離される揮発分が通る減圧ポート及び撹拌軸が挿入される撹拌軸挿入ポートを有する減圧室を含んで構成される。撹拌軸は、少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを通って減圧室内に伸長しており、撹拌板のような撹拌手段を備えている。撹拌軸挿入ポートには、撹拌軸を密封するシールが装着され、該シールの一部は、減圧室の外側に伸長している。揮発分分離装置は、減圧室の外側に撹拌軸を回転させるモータが備えられ、低酸素濃度のガス又は蒸気、例えば、窒素、ヘリウム、水蒸気又は二酸化炭素を用いて、撹拌軸シールの外側に伸長した部分を覆う手段を含んで構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例である、揮発分分離装置を備えた連続溶液重合プラント概略レイアウトを示す図
【図２】揮発分分離装置の詳細を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
高分子の製造又は加工プラントに用いられる本発明による減圧式の揮発分分離装置は、導入口、排出口、少なくとも１つの減圧ポート及び撹拌軸を挿入する少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを有する減圧室、少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを通って減圧室内に伸長して撹拌板のような撹拌手段を備えた撹拌軸、撹拌軸挿入ポートに装着されて一部が減圧室の外側に伸長している撹拌軸を密封するシール、並びに減圧室の外側に備えられた撹拌軸を回転させる少なくとも１つのモータを含んで構成され、更に、不活性ガスなど低酸素濃度のガスを用いて、撹拌軸用シールの外側への伸長部を覆う手段を含んで構成される。
【００１９】
従来の揮発分分離装置では、減圧室内への空気の漏れは、減圧室内の高分子を酸化して高分子中の黒いしみ及びゼリー（ｇｅｌ）などに変化すると信じられている。本発明による揮発分分離装置では、回転軸のシールの外側に伸長した部分は、低酸素濃度のガスで覆われて外気の酸素が遮断されるので、シールを通って減圧室へ漏れるガスは、高分子に対して不活性なガスであり、空気ではない。
【００２０】
本明細書において使われる「濃縮された高分子相（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｐｈａｓｅ）」とは、ポリオレフィンのような不揮発性の高分子及び高分子から分離されることが好ましい揮発分を含む高分子組成を意味する。一般的に濃縮された高分子は、少なくとも７０重量％、好ましくは少なくとも８０重量％の高分子を含んでいる。
【００２１】
「揮発分（ｖｏｌａｔｉｌｅｓ）」とは、高分子の分解温度以下の温度で加熱し減圧下において、濃縮された高分子相から分離される非高分子種を意味する。
【００２２】
減圧室の導入口及び排出口は、濃縮された高分子相の導入及び高分子の排出用である。減圧室内の濃縮された高分子相は、撹拌手段により撹拌される。撹拌手段には、従来から既知の全ての撹拌装置も含まれる。例えば、撹拌手段には、従来からある円板又は楕円板、翼、桿又はそれらの組合せも含まれる。
【００２３】
揮発分分離装置は、高分子を排出する排出口に装着されたスクリュー軸を含んで構成してもよい。この場合、減圧室は、減圧室内へスクリュー軸を通すポートを有し、そのスクリュー軸用ポートも、一部が減圧室の外側に伸長しているシールを備えている。揮発分分離装置は、低酸素濃度のガスにより撹拌軸用シールの外側への伸長部を覆うように、囲いなどの手段も備えることが好ましい。
【００２４】
撹拌軸用又はスクリュー軸用のシールの外側への伸長部は、減圧室の外側の外気に曝される部分である。本発明の第一の形態である揮発分分離装置を運転する際には、雰囲気は低酸素濃度のガス雰囲気である。
【００２５】
本発明による一実施態様では、揮発分分離装置の減圧室は、２つの撹拌軸用のポートを有し、撹拌軸はこの２つのポートを通って伸長している。別の実施態様では、減圧室は、唯一の撹拌軸用のポートを有し、撹拌軸は減圧室の途中までしか伸長していない。直接の不活性ガス流を含む、シールの外側への伸長部を低酸素濃度のガスで覆う全ての適切な手段を用いることができる。低酸素濃度のガスで覆う手段が、減圧室の外側のシールの周りに装着されて低酸素濃度のガスを備える囲いであってもよい。適切な方法により減圧室の外側に、囲いを固定することもできる。
【００２６】
揮発分分離装置を運転する際には、囲いを低酸素濃度のガスにより正圧に保ってもよい。このようにして、減圧室内への空気の漏れが防止される。
【００２７】
囲いは、点検用ハッチを備えてもよい。このハッチにより、シールが保守し易くなる。
【００２８】
回転軸用のモータは、囲いの一部を形成するハウジングを含んで構成してもよい。撹拌軸は、その各端部に備えられたモータそれぞれが囲いの一部を形成するハウジングを有してもよい。揮発分分離装置が、１つのスクリュー軸を含んで構成される場合には、スクリュー軸は１つのモータで駆動され、そのモータは、囲いの一部を形成するハウジングを含んで構成してもよい。
【００２９】
揮発分分離装置は、それぞれの囲いに低酸素濃度のガスの流れを監視する流量計を備えてもよい。このようにすると、運転中に、それぞれの囲いへ流れ込む低酸素濃度のガスの流れを監視できる。低酸素濃度のガスの流量が増加した場合には、シールの破損の可能性がある。囲いが複数ある場合には、それぞれの囲いへの流れを個別に監視することが好ましい。
【００３０】
一般的に、減圧室は円筒形でその軸及び撹拌軸が水平方向に伸長しており、円筒の軸と撹拌軸が一致してもよい。
【００３１】
それぞれの軸のシールは、パッキン材が充填されたシールであり、揮発分分離装置は、パッキン材が充填されたシールへ潤滑油を注入する少なくとも１つの油注入ポンプを含んで構成される。揮発分分離装置に、油注入ポンプ用に潤滑油用に少なくとも１つの容器を備えてもよい。その容器に、食用グレードのローヤルパープル（登録商標）などの食用油を収容してもよい。
【００３２】
それぞれのシールは、ケブラー（登録商標）繊維（ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）及び黒鉛を含んで構成されるパッキン材が充填されたシールでもよい。それぞれのシールはケブラー（登録商標）又はＰＴＦＥが含浸された黒鉛を含んで構成されるパッキン材が充填されたシールでもよい。
【００３３】
本発明による装置及び方法では、低酸素濃度のガスを用いる。３重量％以下、好ましくは０．５重量％以下の酸素を含むガスであることが好ましい。実質的に酸素が無いか無酸素（０．０重量％）であれば、更に好ましい。低酸素濃度のガスには、酸素を含んでいないヘリウム、アルゴン、窒素、水蒸気、二酸化炭素又はその組み合わせが含まれるが、窒素ガスが好ましい。
【００３４】
減圧室の容積は少なくとも２ｍ３、例えば４ｍ３が好ましく、多くとも１５ｍ３、例えば１１ｍ３が好ましい。減圧室は一般的には、長さが少なくとも４ｍ、少なくとも６ｍでもよく、直径が少なくとも１ｍの円筒形である。
【００３５】
減圧式の揮発分分離装置は、１つ又は複数の減圧ポートを介して減圧室を減圧にする少なくとも１つのポンプを含んでいるか、又は少なくとも１つのポンプに連結されていることが多い。
【００３６】
本発明の第二の形態は、上記のような減圧式の揮発分分離装置を含んで構成されたポリオレフィンの製造プラントを提供することである。
【００３７】
プラントは、高分子溶融物（ｐｏｌｙｍｅｒ ｍｅｌｔ）のような濃縮された高分子相から揮発分を分離することが望ましい全ての方式のポリオレフィンの製造プラントが含まれる。プラントは、１種以上のモノマーを連続的に溶液重合するプラントであってもよい。
【００３８】
本発明の第三の形態は、濃縮された高分子相から揮発成分を分離する方法を提供することであり、その方法には、濃縮された高分子相を減圧式の揮発分分離装置へ導入する工程が含まれる。減圧式の揮発分分離装置は、導入口、排出口、少なくとも１つの減圧ポート及び撹拌軸を挿入する少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを有する減圧室、減圧室内の濃縮された高分子相を撹拌する撹拌手段を備えた撹拌軸、撹拌軸挿入ポートに装着されて一部が減圧室の外側に伸長している撹拌軸を密封するシール、並びに減圧室の外側に備えられた撹拌軸を回転させる少なくとも１つのモータを含んで構成され、更に、低酸素濃度のガスを用いて、撹拌軸用シールの外側への伸長部を覆う手段を含んで構成される。方法には、更に濃縮された高分子相を減圧室に導入する工程、撹拌軸を回転して濃縮された高分子相を撹拌中には少なくとも１つの減圧ポートを通して減圧室を減圧とする工程及び撹拌軸を密封する少なくとも１つのシールの外部を低酸素濃度のガスで覆う工程も含まれる。
【００３９】
本発明の第四の形態は、高分子の製造又は処理プラントにおいて用いられる減圧式の揮発分分離装置を提供することである。揮発分分離装置は、導入口、排出口、少なくとも１つの減圧ポートを有する減圧室及び撹拌軸を挿入する少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを有する減圧室、少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを通って減圧室内に伸長して撹拌手段を備えた撹拌軸、撹拌軸挿入ポートに装着されて撹拌軸を密封するシール、並びに減圧室の外側に備えられた撹拌軸を回転させる少なくとも１つのモータを含んで構成され、撹拌軸を密封するそれぞれのシールはパッキン材が充填されたシールであり、シールに潤滑油を注入する専用の油注入ポンプが備えられている。
【００４０】
本発明の第五の形態は、第四の目的に記載された減圧式の揮発分分離装置を含んで構成されたポリオレフィン製造プラントを提供することである。プラントは、濃縮された高分子相から揮発分を分離できる全てのプラントが含まれる。プラントは、炭化水素溶媒中の１種以上のモノマーを連続的に溶液重合するプラントであってもよい。プラントは、１つ又は複数の減圧ポートを介して減圧室を減圧にする少なくとも１つのポンプを含んでいることが多い。
【００４１】
揮発分分離装置は、高分子を減圧室から排出する排出口に装着されたスクリュー軸を含んで構成してもよい。この場合、減圧室は、減圧室内へスクリュー軸を通すスクリュー軸用ポートを備えている。このスクリュー軸用ポートは、一部が減圧室の外側に伸張しているシールも備えている。揮発分分離装置は、スクリュー軸のシールの外側に伸張した部分が低酸素濃度のガスで覆われるように、低酸素濃度のガスで満たされた囲いのような手段も含んで構成されることが好ましい。
【００４２】
第四の形態の揮発分分離装置においては、スクリュー軸のシールもパッキン材が充填されたシールであり、シールに潤滑油を注入する専用の油注入ポンプが備えられていることが好ましい。
【００４３】
従来の減圧式の揮発分分離装置では、機械的なシールが用いられることが多い。この機械的シールは、軸に取り付けられたディスクに近づけて装着するディスクを備え、ディスク間に潤滑油を保持するシールが一般的である。しかしながら、高分子がディスク間に入ってシールが損なわれ、潤滑油が減圧室内へ入り込み高分子を汚染することになる。
【００４４】
第四の形態の揮発分分離装置においては、少なくとも１つ、全ての軸のシールは、パッキン材の充填されたシールであることが好ましい。パッキン材の充填されたシールでは、ケブラー（登録商標）ロープ（編みあげたアラミド繊維）のような柔軟性のあるパッキン材を軸に対して押し付けて気密を保つ。パッキン材の充填されたシールは、シールを潤滑する手段を含んでいることが多く、第四の形態の揮発分分離装置においては、各軸のシールに油を注入する油注入ポンプが備えられている。従って、揮発分分離装置は、３つの充填シール（２つは撹拌軸、１つは高分子を揮発分分離装置から排出するスクリュー軸）を備えているので、それぞれのシールに作用する３つの油注入ポンプがある。このようにして、１つのシールが故障して油が漏れてもこのシールのみが影響を受け、他のシールにおいて油が欠乏することはない。
【００４５】
充填シールは、機械的シールよりも遥かに簡単に交換できる。
【００４６】
揮発分分離装置は、シールに注入する食用グレードの油を収容する容器を含んで構成してもよい。このようにして、減圧室に油が漏れても、高分子が食品用に受け入れられなくはならない。この油は、ローヤル・パープルから入手できる油であることが好ましい。それぞれの油注入ポンプは、圧力監視装置を含んで構成されることが好ましい。
【００４７】
シールのパッキン材には、適切なものであれば、どんな材料を用いてもよい。減圧式の揮発分分離装置における温度及び圧力下で操作しても、短期間で交換することがないパッキン材である必要がある。本発明の一実施態様では、パッキン材は、所要の長さに切断して軸の周りを包むことのできるロープの形状である。それぞれの軸のシールは、１つ又は複数のケブラー（登録商標）繊維、ＰＴＦＥ（ポリテテトラフルオロエチレン）及び黒鉛を含んで構成される充填されたパッキン材でもよい。摩擦を減らして軸の回転が円滑に回転するように、ケブラー（登録商標）繊維、アラミド繊維又は炭素繊維にＰＴＦＥ又は黒鉛を含浸してもよい。
【００４８】
それぞれのシールは、多段のシールであることが好ましい。シールは３段のシールでもよい。
【００４９】
揮発分分離装置は、油の注入を、内部と中間のパッキン材の間から中間と外部との間を周期的に切換える自動切換え装置を備えてもよい。
【００５０】
低酸素濃度のガス、好ましくは窒素を中間と外部のパッキン材の間に注入してもよい。
【００５１】
それぞれのシールを、２〜１０本、好ましくは３〜６本の編み上げたロープからなるパッキン材を含んで構成してもよい。
【００５２】
プランジャーポンプ又はシュリンジポンプを用いて、ある時間内に所定量の油を注入してもよい。
【００５３】
減圧室は、２つの撹拌軸挿入ポート及び２つを通ってポート間を伸張する撹拌軸有し、揮発分分離装置は、更にそれぞれの撹拌軸用シールのパッキン材に油を注入する２つの油注入ポンプを含んで構成してもよい。
【００５４】
それぞれの撹拌軸用シールの減圧室から外部に伸張した部分を低酸素濃度のガスで覆う手段は囲いであってもよく、この囲いはハウジングの外側に装着され、低酸素濃度のガスが供給される。
【００５５】
囲いは、周り外気に対して、低酸素濃度のガスにより正圧に保たれる。
【００５６】
それぞれの囲いには、点検用のハッチを備えてもよい。
【００５７】
揮発分分離装置は、それぞれの囲いへの低酸素濃度のガスの流れを監視する流量計を含んでもよい。
【００５８】
減圧室は円筒形でその軸が水平面上にあり、撹拌軸も水平方向に伸張し、円筒の軸と撹拌軸が一致してもよい。
【００５９】
適切な触媒を用いれば、本明細書に記載した方法の全ての態様は実行可能である。例えば、本発明の方法は全てのシングルサイト触媒（ＳＳＣ： ｓｉｎｇｌｅ ｓｉｔｅｄ ｃａｔａｌｙｓｔ）を用いることができる。これらの触媒は、周期表の３〜１０族の遷移金属、及び重合反応中に遷移金属と結合したままの少なくとも１つの補助配位子（ａｎｃｉｌｌａｒｙ ｌｉｇａｎｄ）を含んでいることが多い。遷移金属は、陽イオン状態で且つ共触媒又は活性剤により安定化させて用いることが好ましい。特に、チタン、ハフニウム又はジルコニウムなど、周期表の第４族メタロセンが好ましく、以下において詳細に説明するように、重合反応中にｄ０１価の陽イオン状態で１又は２つの付属配位子を有している。配位重合用のこのような触媒の重要な特徴は、引抜き反応ができる配位子及びエチレン（オレフィン）族が挿入できる配位子を有していることである。
【００６０】
本明細書において「メタロセン（ｍｅｔａｌｌｏｃｅｎｅ）」とは、元素の周期表の遷移金属と組合わさった１つ又は複数のシクロペンタジエニル残基（ｍｏｉｅｔｙ）を含むことを意味する。
【００６１】
メタロセンは、蒸気圧オスモメトリーにより測定された平均重合度４〜３０のアルモキサン（ａｌｕｍｏｘａｎｅ）、好ましくは メチルアルモキサンを共触媒として用いることができる。直鎖状のアルカンへ溶解されるように、アルモキサンは変性するか、又はスラリー状で用いてもよいが、通常はトルエン溶液が用いられる。このような溶液には、未反応のトリアルキルアルミニウムが含まれることがあり、アルモキサンの濃度はモルＡｌ／リットルで表示されることが多い。この濃度表示には、オリゴマーを形成しなかった未反応のトリアルキルアルミニウムも含まれている。アルモキサンを共触媒として用いる際は、遷移金属に対するモル比が５０以上、好ましくは１００以上で且つ１０００以下、好ましくは５００以下と過剰に用いられる。
【００６２】
本発明による方法及びその方法を実行するプラントは、種々の高分子及び広範な分子量が重合できるように設計される。一般には、高分子は、主要な成分（５０モル％以上）として、エチレン又はプロピレンから重合される。高分子は、その結晶度及び柔軟性に応じて５〜４５モル％の共重合用モノマーが含まれる。共重合用モノマーは、２〜２０の炭素原子を有する、エチレン、（プロピレンが主要成分の高分子の場合は）１−ブテン、１−ヘクセン及び１−オクテンなどのα−オレフィン（スチレンなどの環式オレフィンも含まれる）である。不飽和鎖及び／又は長い側鎖を形成するように、ヘキサジエン、ビニルノルボルネン、エチリデンノルボルネン（ＥＮＢ）、ノルバルナジエンなどのジエンが含まれてもよい。
【００６３】
プラストマーの場合には、以下のような態様を含んだ高分子が生成される。共重合用モノマーは、好ましくは炭素数が３〜１５、より好ましくは４〜１２、更に好ましくは４−１０のα−オレフィンである。エチレンは、少なくとも２つの共重合用モノマーと重合してターポリマーを形成する。通常は、７０〜９９．９９モル％、より好ましくは７０〜９０モル％、更に好ましくは８０〜９５モル％又は９０〜９５モル％のエチレンが、０．０１〜３０モル％、好ましくは３〜３０モル％、更に好ましくは５〜２０モル％の共重合用モノマーと重合する。本発明では、高分子の分子量分布は、ウルトラ−スタイロゲル５（Ｕｌｔｒａ−ｓｔｙｒｏｇｅｌ ５）カラム及び屈折率検出器を備えたＷａｔｅｒｓのゲル浸透クロマトグラフィーにより測定した。測定器の温度は１４５℃に設定、溶離用の溶媒にはトリクロロベンゼン、且つ校正用の標準試料には、５００〜５．２百万の間で正確な分子量が判明している１６のポリスチレン及びポリエチレンの標準試料ＮＢＳ（米国規格基準局）の１４７５．１０を用いた。本明細書に記載した方法により生成したプラストマーの分子量分布（ＭＷＤ）は、「狭い（ｎａｒｒｏｗ）」と判定された。すなわち、Ｍｗ／Ｍｎが３以下、好ましくは２．５未満又は２．５であった（Ｍｗ：重量平均分子量、Ｍｎ：数平均分子量）。一般的には高分子のメルトインデックスは、０．０１〜２００ｇ／１０ｍｉｎの範囲にあるが、本発明では０．１〜１００ｇ／１０ｍｉｎ、より好ましくは０．２〜５０ｇ／１０ｍｉｎ、更に１０ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。プラストマーの目標とする密度は０．８５〜０．９３ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．８７〜０．９２ｇ／ｃｍ３、より好ましくは０．８８〜０．９１ｇ／ｃｍ３の範囲内である。
【００６４】
本発明による方法は、例えば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１，４−メチル−１−ペンテン、１−ヘクセン、１−オクテン、１−デセン及びスチレンのような環式オレフィンなどのα−オレフィンの１つ又は複数のモノマーが関与する特に共重合反応に関する。
【００６５】
エラストマーの場合には、重量平均分子量（Ｍｗ）の大きなエチレン−α−オレフィン−ジエンエラストマー（ＥＯＤＥ）及びジエン含量が０．３重量％以上、好ましくは２．０重量％の高分子が生成されると思われる。これらの高分子は、大部分が非晶質であり、融解熱が小さいか又はゼロである。ここでの用語「ＥＯＤＥ」には、エチレン、α−オレフィン及び１つ又は複数の非共役ジエンのモノマーから成るエラストマー状の高分子も包含される。非共役ジエンのモノマーは、炭素数６〜１５の直鎖状炭化水素、側鎖を有する炭化水素又は環式のジエン炭化水素である。適当な非共役ジエンは、例えば、１，４−ヘキサジエン及び１，６−オクタジエンのような非環式直鎖状ジエン、５−メチル−１，４−ヘキサジエン、３，７−ジメチル−１，６−オクタジエン、３，７−ジメチル−１，７−オクタジエン及びジヒドロミルセンとジヒドロオシメンの異性体のような非環式側鎖を有するジエン、１，４−シクロヘキサジエン及び１，５−シクロドデカジエンのような単環の脂環式ジエン、並びにテトラヒドロインデン、メチルテトラヒドロインデン、ジシクロペンタジエン、ビシクロ−１，５−（２，２，１）−ヘプタ−２，５−ジエンのような多環の脂環式の融合、架橋した環式ジエン、５−メチレン−２−ノルボルネン（ＭＮＢ）、５−プロペニル−２−ノルボルネン、５−イソプロピリデン−２−ノルボルネン、５−（４−シクロペンテニル）−２−ノルボルネン、５−シクロヘキシリデン−２−ノルボルネン、５−ビニル−２−ノルボルネン及びノルボナジエンのようなアルケニル、アルキリデン，シクロアルキリデン，シクロアルキリデン・ノルボルネンである。
【００６６】
ＥＰＤＭを調整するのに好ましいジエンは、１，４−ヘキサジエン（ＨＤ）、５−エチリデン−２−ノルボルネン（ＥＮＢ）、５−ビニリデン−２−ノルボルネン（ＶＮＢ）、５−メチレン−２−ノルボルネン（ＭＮＢ）及び５−メチレン−２−ノルボルネン（ＭＮＢ）ジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）である。特に好ましいジエンは、５−エチリデン−２−ノルボルネン（ＥＮＢ）及び１，４−ヘキサジエン（ＨＤ）である。ＥＯＤエラストマーは、２０〜９０重量％、好ましくは３０〜８５重量％、更に好ましくは３５〜８０重量％のエチレンを含んでいる。エチレン及びジエンと共に使用してエラストマーを調整するのに適したα−オレフィンは、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘクセン及び１−ドデカンである。α−オレフィンは、その１０〜８０重量％、好ましくは２０〜６５重量％がＥＯＤエラストマーに組み込まれる。非共役ジエンは、その０．５〜２０、３５重量％、好ましくは１〜１５重量％、より好ましくは２〜１２重量％がＥＯＤエラストマーに組み込まれる。必要に応じて、全ジエン量を上記の範囲内保って、２つ以上のジエン、例えばＨＤ及びＥＮＢを同時にＥＯＤエラストマーに組み込んでもよい。
【００６７】
エラストマーは、ジエンを含まずに２つのモノマーの共重合体でもよい。そのような共重合体は、Ｍｗ（重量平均分子量）の大きなエラストマーで、結晶度が低く、灰分が少ない。共重合体は、Ｍｗの大きなエチレン−α−オレフィン共重合体（ＥＰＣ）でもよい。ここで用いる用語「ＥＰＣ」は、エチレンとα−オレフィンの共重合体を意味し、エラストマーの特性を示すプロピレンである必要はない。エチレンと共に用いてエラストマーを調整するのに適したα−オレフィンは、Ｃ３〜Ｃ１０のα−オレフィンが好ましい。そのようなα−オレフィンの非限定的な例は、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘクセン、１−オクテン及び１−ドデセンである。必要に応じて、２つ以上のα−オレフィンを組み込んでもよい。ＥＰＣエラストマーは、２０〜９０重量％、好ましくは３０〜８５重量％、より好ましくは３５〜８０重量％のエチレンを含んでいる。
【００６８】
プロピレン由来の化合物が主体の高分子の場合には、鎖中にアイソタクチックなプロピレン配列があるために、高分子は以下のような特徴を有する。
【００６９】
一実施態様において、プロピレンと少なくとも１つのモノマーとの共重合体では、共重合用モノマーはエチレン又はα−オレフィンである。共重合用モノマーには、エチレン及び直鎖状又は側鎖を有するＣ４〜Ｃ３０のα−オレフィン、又はそれらの組み合わせが含まれる。α−オレフィンには、エチレン及びＣ４〜Ｃ８のα−オレフィン、より好ましくは、エチレン、１−ブテン、１−ヘクセン及び１−オクテン、更に好ましくは、エチレン又は１−ブテンが含まれる。側鎖を有する好ましいα−オレフィンには、４−メチル−１−ペンテン、３−メチル−１−ペンテン及び３，５，５−トリメチルー１−ヘクセンが含まれる。以下に定義するように、プロピレン共重合体は不規則（ｒａｎｄｏｍ）な共重合体であることが好ましい。
【００７０】
プロピレン共重合体は、２〜６５％の結晶度を有する。この範囲内において、結晶度の下限は５％又は１０％、上限は５０、４５又は４０％でもよい。
【００７１】
ポリプロピレン共重合体の結晶度は、共重合体中のポリプロピレンのアイソタクチック（又はシンジオタクチック）配列に由来する。プロピレンの量は６５〜９５重量％である。この範囲内において、プロピレンの量の下限は７０又は８０重量％で、上限は９２．５、９０又は８９重量％である。
【００７２】
半晶質のポリプロピレン共重合体は測定できる結晶度を有するため、融解熱が必ずしもゼロとはならない。結晶度１００％の融解熱を１８９Ｊ／ｇとして、融解熱と結晶度の直線関係により、結晶度から融解熱を算定できる（例えば、Ｂ． Ｗｕｎｄｅｌｉｃｈ， Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ｖｏｌ．３， Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ （１９８０）の特に８．４．２．章参照）。
【００７３】
ポリプロピレン共重合体は、単一の広い融解転移（ｓｉｎｇｌｅ ｂｒｏａｄ ｍｅｌｔｉｎｇ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）を有する。一般に、ポリプロピレン共重合体の試料は、主融解ピークに隣接して第二次融解ピーク又は肩を有し、これらを組合せて単一の融点（ｓｉｎｇｌｅ ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）、すなわち単一の広い融解転移と見なしている。これらの内最も高いピークを融点と見なしている。ポリプロピレン共重合体は、２５〜１１０℃の融点を有することが好ましい。この範囲において、下限は３０又は３５℃で、上限は１０５又は９５℃が好ましい。
【００７４】
ポリプロピレン共重合体のＭｗ（重量平均分子量）は、１０，０００〜５，０００，０００ｇ／モル、好ましくは８０，０００〜５００，０００ｇ／モルである。分子量分布（ＭＷＤ）は２以上であることが好ましい。ＭＷＤは４０以下、５以下が好ましく、３以下がより好ましい。別の実施態様では、ポリプロピレン共重合体は、ＭＬ（１＋４）＠１２５℃が１００以下、好ましくは７５以下、より好ましくは６０、更に好ましくは３０以下である。
【００７５】
本発明の方法により生成したポリプロピレン共重合体は、狭い組成分布を有する不規則（ｒａｎｄｏｍ）で結晶化可能な共重合体であることが好ましい。高分子の分子間組成分布は、溶媒中の熱分留により決まる。代表的な溶媒は、ヘキサン又はヘプタンのような飽和炭化水素である。以下、熱分留法を説明する。通常は、約７５重量％、より好ましくは８５重量％の高分子が、１つ又は隣接した２つの可溶な留分として分離され、残部がそれに続く留分である。これら留分のそれぞれのエチレンの含有量（重量％）は、ポリプロピレン共重合体のエチレン含有量の平均重量％との（相対的な）差が２０％、より好ましくは１０％以下である。上記の分留の分布に合えば、ポリプロピレン共重合体は、「狭い」組成分布を有していると見なされる。
【００７６】
好適なポリプロピレン共重合体における、立体規則性のポリプロピレン配列の長さ及び分布は、実質的に不規則で統計的な共重合と矛盾しない。配列の長さ及び分布は、共重合の反応性比（ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ ｒａｔｉｏ）に関連することは周知である。「実質的に不規則な（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｒａｎｄｏｍ）」とは、共重合体の製品の反応性比が２又はそれ以下であることを意味する。対照的に、ステレオブロック構造においては、ポリプロピレン配列の平均長さは、同じ組成の場合、実質的に不規則な共重合体よりも長い。ステレオブロック構造を有する従来のポリプロピレンは、その配列の分布がこの不規則というよりは、実質的に統計的な分布のブロック構造と矛盾しない。
【００７７】
高分子の反応性比及び配列の分布は、エチレン残分（ｒｅｓｉｄｕｅ）及びポリプロピレン残分の位置を同定するＣ−１３ＮＭＲにより決められる。所望の不規則性及び狭い組成分布を有する結晶化可能な共重合体を生成するには、次の２つを用いることが望ましい。（１）シングルサイト触媒。（２）好ましいポリプロピレン共重合体の実質的に全ての高分子鎖に対して単一重合状態のみが可能な、十分に混合されて連続流の撹拌槽式の重合反応器。
【００７８】
以下、本発明の利点、特徴及び詳細について、図面を用いて説明する。
【００７９】
［重合及び高分子と溶媒の初期分離］
重合原料は、遠心ポンプ３により導管２を通って反応器８に供給される。重合原料は、Ａ）溶媒としてのヘキサン、Ｂ）モノマー（一般には、エチレン又はプロピレンが多い）、Ｃ）共重合用モノマー（共重合可能なα−オレフィンでもよい）及びジエン又は他のポリエン又は共重合可能な環式化合物を含む。重合原料は、連続的に撹拌される並列的に運転される２つ反応器８（単純化するため図１では１つしか図示していない）内における断熱重合のために冷却装置又は冷却器６を通過する際に低温に冷却される。活性化剤及びメタロセン触媒を、予備混合してから１つ反応器８に添加してもよい（矢印５、７で示す）。原料中の毒及び反応器における触媒の活性への毒の影響を最小化するために、一般的には、トリイソブチルアルミニウム又はトリｎオクチルアルミニウムのような、アルキルアルミニウムを捕捉剤として添加する（矢印４で示す）。
【００８０】
原料の温度は、発熱量及びモノマーの所望の変換度に応じ重合温度によって変動する。温度は、４０℃以下、場合によっては２０℃以下、０℃以下、−２０℃以下、例えば−２０℃〜−４０℃であることが好ましい。
【００８１】
重合温度の制御による分子量の調整を完全にするため、１つ又は双方の反応器に導管（不図示）を通して水素を添加してもよい。
【００８２】
反応器内の操作圧力は、８０バール以上、９０バール以上、９５バール以上、特に１２０バール以上、又は１４０バール以上でもよい。圧力の上限の規制はないが、一般には２００バール以下、１４０バール以下、又は１２０バール以下が好ましい。反応器内の圧力は、溶液が単相状態であれば十分であり、減圧手段１８により、流体がプラント内を圧送できる圧力に調節される。
【００８３】
反応器８から導管１１を通過して流出する高分子を含んでいるヘキサン溶液は、重合反応を終了させるように、導管１１の１０の位置から、最初に触媒キラー、好ましくは水、場合によってはメタノールが添加されて処理される。熱管理系の一部としての熱交換器１２は、液相分離装置１４の上部相２０からの高分子の少ない相により加熱され、導管１１内の高分子溶液の温度を上昇させる。高分子溶液は、水蒸気、加熱油又は他の高温流体を用いて操作されるトリム熱交換器１６により、更に液相分離に適した温度まで昇温される。次いで、高分子溶液は、減圧弁１８を通過することにより、高分子の少ない上部相２０及び高分子に富んだ下部相２２に分離される。
【００８４】
［高分子の少ない相の処理］
上述したように、熱交換器１２により冷却された上部相２０は、冷却装置２４により更に冷却されて、水素の抽出に適用されるサージタンク２６を通過してから、導管４３においてインラインで化学分析され、溶媒中のモノマー及び共重合用モノマーの濃度が算定される。高分子の少ない冷却された上部相２０は、３０から新たに供給された溶媒及びモノマーにより、所望の濃度とされてから、触媒キラーとしての未反応の水又は新たに供給された溶媒及びモノマー中の水、又は再循環される溶媒及びモノマー中の不純物を除去するために、乾燥器３２を通過させる。
【００８５】
サージタンク２６は、特許引用文献２の図３に示すように、抽出用蒸気としてのエチレンにより水素を抽出するのに適した形状の容器に形成される。
【００８６】
サージタンク２６からの蒸気は、精留塔３６の環流ドラム３９へと送られる。その蒸気の一部は、精留塔３６及びその塔頂留出蒸気の圧縮・凝結システムにより処理されて、主としてエチレン、プロピレンなどの有用な成分が回収されて乾燥器３２の導入口側の導管４３に再循環される。主として水素及び凝結されない成分が含まれる蒸気は、１１２の位置において焼却される。
【００８７】
［高分子に富んだ相の処理］
低圧のフラッシュタンクである液相分離装置１４からの高分子に富んだ下部相２２は、低圧分離装置３４に送られて、溶媒及びモノマーの蒸気が分離され、高分子相が濃縮される。濃縮された高分子相は、例えば、高分子が７０〜９５重量％を含み、残部が溶媒及び残留モノマーである。
【００８８】
溶媒及びモノマーの蒸気は、導管３５を介して精留塔３６に送られ、高揮発性の溶媒及び未反応のエチレン、プロピレンなどの軽い成分と、触媒又は活性化剤を溶解させるヘキサン、トルエン及び未反応のジエン状の共重合用モノマーなどの重い成分に分離するために蒸留される。触媒の成分、並びに触媒の溶解度を上げるために溶液温度を上げるなど触媒の調整条件により、トルエンの使用量を減ずることができ、トルエンを分離する工程が不要となる。
【００８９】
低圧分離装置３４において濃縮された高分子は、ギアポンプ３８により、図２に詳細が図示された減圧式の揮発分分離装置４０に送られる。揮発分分離装置４０において、蒸気相が取り出されて凝結され、ポンプにより精製塔５０に送られる。この精製塔５０により、重い成分である触媒の溶媒として使われるトルエン、並びにエチレンノルバルナジエン（ＥＮＢ）共重合用モノマー又は１−オクテン共重合用モノマーが回収される。ＥＮＢ又はオクテンは、排出導管５４を介して再循環することが可能である。ＥＮＢ及びオクテンなどの重い共重合用モノマーは、結果として有用な未反応の共重合用モノマーの回収することになるが、異なった製品群（例えば、ＥＰＤＭ，ＥＯプラストマー）間の切り換えが、迅速に行えるように、貯蔵容器５５、５６に個別に貯蔵してもよい。
【００９０】
揮発分分離装置４０からの高分子溶融物は、熱交換器４２により冷却された水中においてペッレット化されて、袋詰めできるように洗浄してから図１の４４において回転乾燥されるか又はペレット化装置４６においてベール化される。
【００９１】
図２は、揮発分分離装置の詳細を示す模式図である。揮発分分離装置４０は、減圧室２０１及び２つの減圧ポート２０４、２０５を含んで構成される。減圧室２０１は、ギアポンプ３８を介して液相分離装置１４から移送される濃縮された高分子相の導入口２０２、並びに濃縮された高分子をペレタイザー４６（図２には示されていない）へと流送する流出口２０３を備えている。減圧ポート２０４、２０５は、導管（不図示）によりポンプを含んで構成される減圧システムへ連結されている。減圧室２０１は、長さが２〜１０ｍ、直径が１ｍ以上の円筒であることが多い。減圧室２０１は、水平に配置され、両端に撹拌軸挿入ポート２０６、２０７を備えている。更に、減圧室２０１には、ポート２０６、２０７の水平方向の延長線上に撹拌軸２０８が同心に備えられている。ポート２０６には、減圧室２０１と撹拌軸２０８の間を密閉するシール２０９が備えられている。同様に、ポート２０７には、シール２１０が備えられている。シール２０９、２１０の機能は、外気が減圧室２０１内に侵入するのを防ぐことである。減圧式の揮発分分離装置４０には、撹拌軸２０８の末端に装着された２つの油圧モータ２１１、２１２も含まれる。モータ２１１、２１２は、それぞれの油圧装置２１３、２１４により動力が供給される。撹拌軸２０８の長さ方向に沿って、減圧室２０１の内部の高分子を撹拌する多数の撹拌板２１５が備えられている。
【００９２】
減圧室２０１の導入口２０２から離れた側に、スクリュー軸２１６が撹拌軸２０８に対して垂直に、水平に載置されている（図２では、判り易いように垂直に載置されているように図示されている）。スクリュー軸２１６は、油圧装置２１４により動力が供給される油圧モータ２１７により駆動される。スクリュー軸２１６の機能は、高分子を減圧室２０１から排出口２０３を通過して下流のペレット化装置に排出させることである。スクリュー軸２１６は、減圧室にポート２１８から挿入されてシール２１９により密閉されている。
【００９３】
シール２０９、２１０及び２１９のそれぞれは、ＰＴＦＥ及び黒鉛を含浸させた編んだケブラー（登録商標）繊維を主としてパッキン材が充填された３段シールである。シール２０９は、減圧室２０１の外側に伸長する部分２０９ａを有する。シール２０９の伸長部２０９ａは、減圧室２０１の末端からモータ２１１のハウジングまで伸長している円筒形の囲い２２０内に収容されている。揮発分分離装置４０が操作されている際には、囲い２２０内を不活性雰囲気に保つように、窒素源（不図示）から窒素が供給されてシール２０９の伸長部２０９ａが不活性雰囲気で覆われる。このようにして、シール２０９の漏れがあっても、減圧室２０１には、空気ではなく窒素が吸引される。囲い２２０への窒素の供給がモニター（不図示）により監視されているので、囲い２２０からの窒素の流れの急激な上昇は、シール２０９の漏れの可能性の徴候として検出される。同様に、シール２１０も外側に伸長する部分があり、その部分は窒素が満たされた囲い２２１で覆われている。また、シール２１９も外側に伸長する部分があり、その部分は窒素が満たされた囲い２２２で覆われている。囲い２２１、２２２のそれぞれには、独立した窒素が供給され、窒素流の急激な上昇を検出する独立したモニター（不図示）を有している。
【００９４】
図２から判るように、モータ２１１、２１２、２１７は、それぞれの囲い２２０、２２１、２２２の一部を形成しているハウジングを有している。
【００９５】
各々の囲い２２０、２２１及び２２２には、運転員が整備及び再充填のためシール２０９、２１０及び２１１を扱えるように点検用ハッチ（不図示）も備えられている。
【００９６】
シール２０９には、シール材のシール効果を改善し耐用期間を延ばすシール油として潤滑油ロイヤルパープル（登録商標）をシール２０９に供給する専用のシール油注入ポンプ２２３が備えられている。ポンプ２２３は、１工程毎の油量を正確に計量して過剰の油がシール２０９に供給されないように作動する、空気駆動のプランジャーポンプである。食品包装に使われる可能性のある高分子への油の混入は、注意深く制御される。代わりに、潤滑油は、導管２２４を通して供給される窒素により所定の圧力に加圧されて、シール２０９に圧入してもよい。
【００９７】
シール２０９の油漏れが検出できるように、ポンプ２２３からシール２０９への配管に油流量計（不図示）を備えることもできる。同様に、シール２１０には、ポンプ２２５及びその空気源又は窒素源２２６が備えられ、シール２１９には、ポンプ２２７及びその空気源又は窒素源２２８が備えられている。
【００９８】
撹拌軸の両端及びスクリュー軸のそれぞれの３段シールは、第１段と第２段の間と、第２段と第３段の間に２つのポートを有している。揮発分分離装置の圧力が雰囲気の圧力よりも低くなると、シール油が第２のポートから注入される。このように、シール油は優先的に中段に向かって引き込まれその部分を潤滑する。例えば、１０分〜１２時間、好ましくは１０分〜２時間経つと、シール油が第１のポートから注入され、第１段が潤滑される。１分〜１２時間、好ましくは１分〜１時間経つと、自動弁によりシール油の注入は第２ポートに切り換わる。装置の運転中はこの切り換えサイクルが繰り返されるので、シールは良好に潤滑される。例えば、高分子の種類の切り換え、又はプラントの整備などで、揮発分分離装置が高分子を処理しない場合には、減圧室は、０．２５〜１０ｐｓｉｇ（１．７２〜６８．９５キロパスカル）、より好ましくは、０．５〜５ｐｓｉｇ（３．４５〜３４．４７キロパスカル）だけ雰囲気よりも高い正圧とされ、その間は、シール油が第１と第２段の間に注入され、第２段が潤滑される。
【００９９】
第２のポート、すなわち中段と外側の段の間、すなわち減圧室から離れたポートから低酸素濃度のガス、好ましくは窒素が注入される。これにより、シールと回転軸の間からの漏れは、酸素及湿気を含まない外気である。湿気を含んだ空気は、炭化水素回収系内において、凝結して氷を生成するので、問題である。酸素は、高分子を劣化させ且つ安全を損なう危険があるので問題である。
【０１００】
揮発分分離装置４０を運転中は、１０〜３０重量％の揮発分（少量の残留モノマーを含む溶媒が主体）を含む濃縮された高分子相は、ギアポンプ３８により、低圧の液相分離装置１４の底部から減圧室２１の導入口２０２へ流入する。減圧室内において、濃縮された高分子相は、２０〜４５ｒｐｍの速度で回転する撹拌軸２０８に固定された撹拌板２１５により撹拌される。撹拌により、減圧室２０１内にある高分子の新たな面が連続的に露出されて揮発分は２つの減圧ポート２０４、２０５を通して（不図示の）減圧システムに向けて吸引される。減圧室２０１内の圧力は約２０ｍｍＨｇに保たれる。高分子は減圧室の撹拌軸に沿って流れ、末端の回転するスクリュー軸２１６により、排出口２０３を通って、下流のペレット化装置４６へと向かう。
【０１０１】
撹拌軸２０８が回転する際に、シール２０９及び２１０を通って僅かな気体が漏れる、それにより囲い２２０及び２２１の窒素が減圧室２０１に吸引される。囲い２２０及び２２１が存在することにより、シール２０９及び２１０を通って減圧室２０１内に外部から酸素が入り込むのを防いでいる。同様に、囲い２２２は、シール２１９を通って空気が引き込まれるのを防いでいる。
【０１０２】
撹拌軸２０８及びスクリュー軸２１６が回転している間は、シール油注入専用のポンプ２２３、２２５及び２２７によりそれぞれのシールに潤滑油が供給される。これらのシールが十分に機能しないと、シールへの潤滑油の供給圧が低下し流量が増加するので、漏れが早期に検出できる。この場合、他のシールへの流量には影響を及ぼさない。
【０１０３】
第１ポート及び第２ポートへのシール油の注入は、交互に定期的に切り換えられ、このサイクルが繰り返される。
【０１０４】
第２段と第３段のシールの間にも、第２ポート又はシール油注入ポートを通して、窒素又は酸素の含有量が低い気体が注入される。
【符号の説明】
【０１０５】
２ 導管
３ 遠心ポンプ
６ 冷却器
８ 反応器
９ 重力式分離装置
１１ 導管
１２ 熱交換器
１４ 液相分離装置
１６ トリム熱交換器
１８ 減圧弁
２０ 上部相
２２ 下部相
２４ 冷却装置
２６ サージタンク
３２ 乾燥器
３４ 低圧分離装置
３５ 導管
３６ 精留塔
３８ ギアポンプ
３９ 環流ドラム
４０ 揮発分分離装置
４２ 熱交換器
４３ 導管
４６ ペレタイザー
５０ 精製塔
５４ 排出導管
５５、５６ 貯蔵容器
２０１ 減圧室
２０２ 導入口
２０３ 流出口
２０４、２０５ 減圧ポート
２０６、２０７ （撹拌軸用）ポート
２０８ 撹拌軸
２０９、２１０ シール
２１１、２１２ 油圧モータ
２１３、２１４ 油圧装置
２１５ 撹拌板
２１６ スクリュー軸
２１７ 油圧モータ
２１８ （スクリュー軸用）ポート
２１９ シール
２２０、２２１、２２２ 囲い
２２３ ポンプ
２２４ 導管
２２５ ポンプ
２２６ 窒素源
２２７ ポンプ
２２８ 窒素源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子の製造又は処理プラントにおいて用いる減圧式の揮発分分離装置であって、前記揮発分分離装置は、
導入口、流出口、少なくとも１つの減圧ポート及び少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを有する減圧室、
前記少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを通って前記減圧室に伸長し、撹拌手段を有する撹拌軸、
前記撹拌軸挿入ポートに装着され、一部が前記減圧室の外側に伸長している前記撹拌軸を密封するシール、及び
前記撹拌軸を回転させる少なくとも１つのモータを前記減圧室の外側に備え、
前記揮発分分離装置は、少なくとも１つの前記シールの前記減圧室の外側に伸長している部分を低酸素濃度のガス又は蒸気で覆う手段を更に備えていることを特徴とする揮発分分離装置。
【請求項２】
前記減圧室は２つの撹拌軸挿入ポートを有し、前記撹拌軸は前記２つの撹拌軸挿入ポートを通って伸長していることを特徴とする請求項１に記載の揮発分分離装置。
【請求項３】
前記シールの外側に伸長している部分をガスで覆う手段は、ポリオレフィンとは反応しないシールの周りの囲いであり、前記囲いは減圧室の外側に装着されて低酸素濃度のガス又は蒸気が満たされることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の揮発分分離装置。
【請求項４】
前記囲いは、低酸素濃度のガスにより正圧に保たれていることを特徴とする請求項３に記載の揮発分分離装置。
【請求項５】
前記囲いには、監視用ハッチが備えられていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の揮発分分離装置。
【請求項６】
前記囲いへの低酸素濃度のガスの流れを監視する流量計も備えられていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の揮発分分離装置。
【請求項７】
前記減圧室は円筒状であり、前記円筒の軸が水平面に在り、前記撹拌軸も水平に伸長し前記円筒の軸と一致していることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項８】
前記シールはパッキン材が充填されたシールであり、前記揮発分分離装置には前記パッキン材が充填されたシールに潤滑油を注入する少なくとも１つの油注入ポンプが備えられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項９】
前記シールは、ＰＴＦＥ又は黒鉛を含浸させた編んだケブラー（登録商標）繊維から成るパッキン材を含むことを特徴とする請求項８に記載の揮発分分離装置。
【請求項１０】
前記低酸素濃度のガスは、窒素であることを特徴とする請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項１１】
前記減圧室の容積は、少なくとも２ｍ３〜１０ｍ３であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１の何れか１項に記載の揮発分分離装置を備えたことを特徴とするポリオレフィン製造プラント。
【請求項１３】
減圧式の揮発分分離装置を用いて、濃縮された高分子相から揮発成分を分離する方法であって、前記揮発分分離装置は、
導入口、流出口、少なくとも１つの減圧ポート及び少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを有する減圧室、
前記少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを通って前記減圧室に伸長して、前記減圧室内の前記濃縮された高分子相を撹拌する撹拌手段を有する撹拌軸、
前記撹拌軸挿入ポートに装着され、一部が前記減圧室の外側に伸長している前記撹拌軸を密封するシール、及び
撹拌軸を回転させる少なくとも１つのモータを前記減圧室の外側に備え、
前記揮発分分離装置は更に、少なくとも１つの前記シールの前記減圧室の外側に伸長している部分を低酸素濃度のガス又は蒸気で覆う手段を備え、前記方法は、
濃縮された高分子相を前記減圧室に導入する工程、
前記濃縮された高分子相が撹拌されるように前記撹拌軸を回転させながら、前記少なくとも１つの減圧ポートを通して減圧にする工程、及び
少なくとも１つの前記シールの前記減圧室の外側に伸長している部分を低酸素濃度のガス又は蒸気で覆う工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
高分子の製造又は処理プラントにおいて用いる減圧式の揮発分分離装置であって、前記揮発分分離装置は、
導入口、流出口、少なくとも１つの減圧ポート及び少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを有する減圧室、
前記少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを通って前記減圧室に伸長し、撹拌手段を有する撹拌軸、
前記撹拌軸挿入ポートに装着され、一部が前記減圧室の外側に伸長している前記撹拌軸を密封するシール、及び
前記撹拌軸を回転させる少なくとも１つのモータを前記減圧室の外側に備え、
前記シールはパッキン材が充填されたシールであり、前記パッキン材が充填されたシールに潤滑油を注入する専用の油注入ポンプが備えられていることを特徴とする揮発分分離装置。
【請求項１５】
前記減圧室は、前記撹拌軸を通して伸長させる２つの撹拌軸挿入ポートを有し、それぞれの撹拌軸挿入ポートはパッキン材が充填されたシールを有し、更に、それぞれの前記シールにシール油が注入されるように２つの油注入ポンプを備えていることを特徴とする請求項１４に記載の揮発分分離装置。
【請求項１６】
それぞれの前記シールに注入されるシール油は、食用グレードの油であることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の揮発分分離装置。
【請求項１７】
それぞれの前記シールの前記減圧室の外側に伸長している部分を低酸素濃度のガスで覆う手段を備えていることを特徴とする請求項１４ないし請求項１６の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項１８】
前記シールの外側に伸長している部分を低酸素濃度のガス又は蒸気で覆う前記手段は前記シールの周りの囲いであり、前記囲いは前記減圧室の外側に装着されて低酸素濃度のガス又は蒸気を供給されることを特徴とする請求項１７に記載の揮発分分離装置。
【請求項１９】
それぞれの前記囲いは、低酸素濃度のガスにより正圧に保たれていることを特徴とする請求項１８に記載の揮発分分離装置。
【請求項２０】
それぞれの前記囲いは、監視用のハッチを備えていることを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の揮発分分離装置。
【請求項２１】
それぞれの前記囲いへの低酸素濃度のガス又は蒸気の流入を監視する流量計が備えられていることを特徴とする請求項１８ないし請求項２０の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項２２】
前記減圧室は円筒状であり、前記円筒の軸が水平面に在り、前記撹拌軸も水平に伸長し前記円筒の軸と一致していることを特徴する請求項１４ないし請求項２１の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項２３】
前記シールは、ＰＴＦＥ又は黒鉛を含浸させた編んだケブラー（登録商標）繊維から成るパッキン材を含むことを特徴する請求項１４ないし請求項２２の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項２４】
前記低酸素濃度のガスは、窒素であることを特徴する請求項１４ないし請求項２３の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項２５】
前記減圧室の容積は、少なくとも２ｍ３〜１０ｍ３であることを特徴する請求項１４ないし請求項２４の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項１】
高分子の製造又は処理プラントにおいて用いる減圧式の揮発分分離装置であって、前記揮発分分離装置は、
導入口、流出口、少なくとも１つの減圧ポート及び少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを有する減圧室、
前記少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを通って前記減圧室に伸長し、撹拌手段を有する撹拌軸、
前記撹拌軸挿入ポートに装着され、一部が前記減圧室の外側に伸長している前記撹拌軸を密封するシール、及び
前記撹拌軸を回転させる少なくとも１つのモータを前記減圧室の外側に備え、
前記揮発分分離装置は、少なくとも１つの前記シールの前記減圧室の外側に伸長している部分を低酸素濃度のガス又は蒸気で覆う手段を更に備えていることを特徴とする揮発分分離装置。
【請求項２】
前記減圧室は２つの撹拌軸挿入ポートを有し、前記撹拌軸は前記２つの撹拌軸挿入ポートを通って伸長していることを特徴とする請求項１に記載の揮発分分離装置。
【請求項３】
前記シールの外側に伸長している部分をガスで覆う手段は、ポリオレフィンとは反応しないシールの周りの囲いであり、前記囲いは減圧室の外側に装着されて低酸素濃度のガス又は蒸気が満たされることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の揮発分分離装置。
【請求項４】
前記囲いは、低酸素濃度のガスにより正圧に保たれていることを特徴とする請求項３に記載の揮発分分離装置。
【請求項５】
前記囲いには、監視用ハッチが備えられていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の揮発分分離装置。
【請求項６】
前記囲いへの低酸素濃度のガスの流れを監視する流量計も備えられていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の揮発分分離装置。
【請求項７】
前記減圧室は円筒状であり、前記円筒の軸が水平面に在り、前記撹拌軸も水平に伸長し前記円筒の軸と一致していることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項８】
前記シールはパッキン材が充填されたシールであり、前記揮発分分離装置には前記パッキン材が充填されたシールに潤滑油を注入する少なくとも１つの油注入ポンプが備えられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項９】
前記シールは、ＰＴＦＥ又は黒鉛を含浸させた編んだケブラー（登録商標）繊維から成るパッキン材を含むことを特徴とする請求項８に記載の揮発分分離装置。
【請求項１０】
前記低酸素濃度のガスは、窒素であることを特徴とする請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項１１】
前記減圧室の容積は、少なくとも２ｍ３〜１０ｍ３であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１の何れか１項に記載の揮発分分離装置を備えたことを特徴とするポリオレフィン製造プラント。
【請求項１３】
減圧式の揮発分分離装置を用いて、濃縮された高分子相から揮発成分を分離する方法であって、前記揮発分分離装置は、
導入口、流出口、少なくとも１つの減圧ポート及び少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを有する減圧室、
前記少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを通って前記減圧室に伸長して、前記減圧室内の前記濃縮された高分子相を撹拌する撹拌手段を有する撹拌軸、
前記撹拌軸挿入ポートに装着され、一部が前記減圧室の外側に伸長している前記撹拌軸を密封するシール、及び
撹拌軸を回転させる少なくとも１つのモータを前記減圧室の外側に備え、
前記揮発分分離装置は更に、少なくとも１つの前記シールの前記減圧室の外側に伸長している部分を低酸素濃度のガス又は蒸気で覆う手段を備え、前記方法は、
濃縮された高分子相を前記減圧室に導入する工程、
前記濃縮された高分子相が撹拌されるように前記撹拌軸を回転させながら、前記少なくとも１つの減圧ポートを通して減圧にする工程、及び
少なくとも１つの前記シールの前記減圧室の外側に伸長している部分を低酸素濃度のガス又は蒸気で覆う工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
高分子の製造又は処理プラントにおいて用いる減圧式の揮発分分離装置であって、前記揮発分分離装置は、
導入口、流出口、少なくとも１つの減圧ポート及び少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを有する減圧室、
前記少なくとも１つの撹拌軸挿入ポートを通って前記減圧室に伸長し、撹拌手段を有する撹拌軸、
前記撹拌軸挿入ポートに装着され、一部が前記減圧室の外側に伸長している前記撹拌軸を密封するシール、及び
前記撹拌軸を回転させる少なくとも１つのモータを前記減圧室の外側に備え、
前記シールはパッキン材が充填されたシールであり、前記パッキン材が充填されたシールに潤滑油を注入する専用の油注入ポンプが備えられていることを特徴とする揮発分分離装置。
【請求項１５】
前記減圧室は、前記撹拌軸を通して伸長させる２つの撹拌軸挿入ポートを有し、それぞれの撹拌軸挿入ポートはパッキン材が充填されたシールを有し、更に、それぞれの前記シールにシール油が注入されるように２つの油注入ポンプを備えていることを特徴とする請求項１４に記載の揮発分分離装置。
【請求項１６】
それぞれの前記シールに注入されるシール油は、食用グレードの油であることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の揮発分分離装置。
【請求項１７】
それぞれの前記シールの前記減圧室の外側に伸長している部分を低酸素濃度のガスで覆う手段を備えていることを特徴とする請求項１４ないし請求項１６の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項１８】
前記シールの外側に伸長している部分を低酸素濃度のガス又は蒸気で覆う前記手段は前記シールの周りの囲いであり、前記囲いは前記減圧室の外側に装着されて低酸素濃度のガス又は蒸気を供給されることを特徴とする請求項１７に記載の揮発分分離装置。
【請求項１９】
それぞれの前記囲いは、低酸素濃度のガスにより正圧に保たれていることを特徴とする請求項１８に記載の揮発分分離装置。
【請求項２０】
それぞれの前記囲いは、監視用のハッチを備えていることを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の揮発分分離装置。
【請求項２１】
それぞれの前記囲いへの低酸素濃度のガス又は蒸気の流入を監視する流量計が備えられていることを特徴とする請求項１８ないし請求項２０の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項２２】
前記減圧室は円筒状であり、前記円筒の軸が水平面に在り、前記撹拌軸も水平に伸長し前記円筒の軸と一致していることを特徴する請求項１４ないし請求項２１の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項２３】
前記シールは、ＰＴＦＥ又は黒鉛を含浸させた編んだケブラー（登録商標）繊維から成るパッキン材を含むことを特徴する請求項１４ないし請求項２２の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項２４】
前記低酸素濃度のガスは、窒素であることを特徴する請求項１４ないし請求項２３の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【請求項２５】
前記減圧室の容積は、少なくとも２ｍ３〜１０ｍ３であることを特徴する請求項１４ないし請求項２４の何れか１項に記載の揮発分分離装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１３−５１７３４９（Ｐ２０１３−５１７３４９Ａ）
【公表日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４８９４６（Ｐ２０１２−５４８９４６）
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０６１１１３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０８７７３０
【国際公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（５０８２９１７６６）リスト ホールディング アーゲー (7)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０６１１１３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０８７７３０
【国際公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（５０８２９１７６６）リスト ホールディング アーゲー (7)
【Ｆターム（参考）】
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