CN101400724B - 使聚合物粉末脱气的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使聚合物粉末脱气的方法，包括：用第一冲洗气流冲洗第一腔室中的聚合物粉末、将该聚合物粉末输送到第二腔室内和在所述第二腔室中用第二冲洗气流冲洗该聚合物粉末。本发明还涉及适于实施该方法的系统。

Description

使聚合物粉末脱气的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种通过用冲洗气流冲洗聚合物粉末而使聚合物粉末脱气的方法。本发明还涉及一种使聚合物粉末脱气的系统。

背景技术

在本说明书中，聚合反应过程意味着用于聚合至少一种单体的过程，并且聚合物的制造过程被用于整个过程的含义中，包括聚合反应过程和任何进一步的处理，如脱气、加入添加剂、配混和/或造粒。

在聚合反应过程中，聚合物典型地以聚合物粉末的形式从反应器中回收，根据工艺过程来决定所回收的聚合物粉末为粉末形式或者淤浆形式。聚合物粉末还典型地含有一定量的未反应单体和可能的溶剂残留，所述溶剂残留需要在进一步使用前从粉末中除去。本发明涉及其中单体和可能的溶剂在制造过程的某些位置为气体形式的情况。在这样的情况下，典型地通过用冲洗气流冲洗聚合物粉末而对其进行脱气，从而除去这些不想要的气体。在聚烯烃制造的情况下，待除去的气体通常为烃类气体如乙烯、丙烯、己烯、丁烷、辛烯、癸烯等。在该说明书中，术语残留气体用于指需要从聚合物粉末中除去的所有产物的混合物，包括气体以及液体形式的产物。当讨论从体系中除去时，术语残留气体与术语烃还可互换使用。

一种冲洗聚合物粉末的方法在于将聚合物粉末引入到吹扫塔中并且从塔底向所述塔注入氮气流。氮气与聚合物粉末接触，在所述聚合物粉末为聚烯烃粉末的情况下在吹扫塔中具有约0.5～10小时的停留时间。氮气和残留气体的流经由气体出口排出所述吹扫塔并且经由气体排出管线被送到合适的处理装置。

本发明人已发现，在对乙烯进行聚合的过程中，最终的聚乙烯粉末(即，造粒之前)中的不想要的烃气体的量对于某些应用(如用于其中将最终产品与食品接触的应用)而言太大。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种比当前已知方法更加有效的使聚合物粉末脱气的方法。本发明的另一个目的是进一步降低粉末出口处的烃的量(尤其是在聚乙烯的制造过程中)。

本发明的进一步目的是使残留气体的损失最小化并降低生产成本。本发明的另一个目的是增强聚合物制造过程中所使用的气体如冲洗气体的再循环。

通过本发明，即，使聚合物粉末脱气的方法，至少部分地实现以上目标中的至少一个，本发明的方法包括用第一冲洗气流冲洗第一腔室中的聚合物粉末、将该聚合物粉末输送到第二腔室内和在所述第二腔室内用第二冲洗气流冲洗该聚合物粉末。

本发明进一步涉及一种使聚合物粉末脱气的系统，包括：装有用于冲洗气体的至少一个气体进口和至少一个气体出口的第一腔室，用于将聚合物粉末从所述第一腔室输送到第二腔室内的设备，和装有用于冲洗气体的至少一个气体进口和至少一个气体出口的第二腔室。

附图说明

图1示意性地显示根据本发明第一实施方式的系统。

图2示意性地显示根据本发明第二实施方式的系统。

图3示意性地显示根据本发明第三实施方式的系统。

图4示意性地显示根据本发明第四实施方式的系统的一部分。

图5示意性地显示根据本发明第五实施方式的系统的一部分。

图6示意性地显示根据本发明第六实施方式的系统。

图7示意性地显示根据本发明第七实施方式的系统。

具体实施方式

本发明涉及一种使聚合物粉末脱气的方法，包括用第一冲洗气流冲洗第一腔室中的聚合物粉末、将该聚合物粉末输送到第二腔室内和在所述第二腔室内用第二冲洗气流冲洗该聚合物粉末。

本发明提供在两个不同的腔室中并且以比当前已知的方法更加有效的方式对聚合物粉末进行脱气的方法。在一些已知的制造方法中，聚合物粉末首先在吹扫塔中冲洗(即脱气)，并且随后被输送到挤出机的进料斗内。在挤出机的进料斗中，通常使用低流量的氮气以保持聚合物粉末在过压之下，从而避免在挤出之前由氧气导致的污染。然而，就在本说明书中使用冲洗而言，所用的氮气流量对于冲洗聚合物粉末是不足的。

本发明的方法特别适于在制造聚烯烃(如聚乙烯和聚丙烯)的淤浆方法(如环流方法)中使用。因此，本发明允许在挤出前减少粉末出口处的烃量(特别是在包含两个串联的环流反应器的聚乙烯的制造方法中)。

本说明书中使用的词“腔室”指基本上封闭的空间形式的物理实体。腔室可例如为容器，如料斗或者塔，或者容器可分成两个、三个、四个或者更多的腔室。

当用环流方法制备聚乙烯时，在所述第一腔室的所述粉末出口处的烃的量可为例如约50-100ppm，并且用本方法，在所述第二腔室的所述粉末出口处的烃的量可减少到低至5ppm。因此，本发明可以将聚合物粉末中的残留气体的量降低至远低于所需极限的量而不增加脱气所需的时间。实际上，当在所述第一腔室中的停留时间为约两小时并且在所述第二腔室中的停留时间为约一小时时，可以用三小时的总停留时间(其通常用于没有第二次冲洗的过程)将烃的最终量从50ppm降低到5ppm。事实上，本发明人惊讶地发现第二次冲洗将残留气体的量减少到这样的程度。在现有技术方法中的聚合物粉末的停留时间的增加或者冲洗气体的流量的增加不会具有与本发明相同的效果。

根据本发明的实施方式，相对于1吨/小时的聚合物，第一冲洗气流具有5-50千克/小时的氮气流量。优选地，相对于1吨/小时的聚合物，使用超过8千克/小时的氮气流量，并且另一方面，相对于1吨/小时的聚合物，使用小于15千克/小时的氮气流量。根据本发明的另一实施方式，相对于1吨/小时的聚合物，第二冲洗气流具有5-50千克/小时的氮气流量。优选地，相对于1吨/小时的聚合物，使用超过8千克/小时的氮气流量，并且另一方面，相对于1吨/小时的聚合物，使用小于20千克/小时的氮气流量。

根据本发明的实施方式，聚合物粉末的输送通过重力进行。这意味着将所述第一和第二腔室彼此重叠放置，并且允许聚合物粉末从所述第一腔室自由地流到所述第二腔室。所述第一腔室的所述粉末出口还可装配阀以控制聚合物粉末的流动。

根据本发明的可选实施方式，聚合物粉末的输送通过输送气体的流动(即气动输送)进行。将输送气体在或者接近所述第一腔室的粉末出口处注入到聚合物粉末流中，并且输送气体将聚合物粉末输送到所述第二腔室，且同时将该聚合物粉末混合至某种程度。输送气体的流量通常为相对于1吨聚合物约200千克/小时的输送气体，管线中的速度通常为约20米/秒。

根据本发明的优选实施方式，用于冲洗和/或输送的气体为惰性气体，通常为氮气。优选惰性气体以避免产物由于氧气而引起的任何降解并且避免任何爆炸的风险。

本发明进一步涉及一种使聚合物粉末脱气的系统，该系统包括：

-第一腔室，装有用于冲洗气体的至少一个气体进口和至少一个气体出口；

-用于将聚合物粉末从所述第一腔室输送到第二腔室中的设备，和

-第二腔室，装有用于冲洗气体的至少一个气体进口和至少一个气体出口。

因此，本发明涉及一种适于实施本发明方法的系统。

根据本发明的实施方式，所述用于输送聚合物粉末的设备为输送管线。该输送管线可为任何已知的本身用于聚合物粉末的输送或者传输的合适的管线。该输送管线可为连接相互重叠放置的所述第一和第二腔室的直的管线，或者其可为更长的管线，这取决于制造系统的布局。可通过重力或者通过输送气体进行输送。如果选择通过重力进行输送，则所述输送管线优选装有混合器以增强所述两个腔室之间的聚合物粉末的混合。如果选择通过输送气体进行输送，则输送管线装有用于输送气体的气体进口。输送气体可在闭合回路中循环，所述闭合回路优选装有用于在将输送气体再用于输送之前消除任何可能的聚合物粒子残留的合适设备。还可在输送气体回路中进行一定程度的脱气，则所述回路装有用于消除经脱气的烃的合适装置。根据本发明的优选实施方式，腔室(至少第一腔室)的粉末出口装有阀(优选旋转阀)。

该系统可以包括两个不同的腔室。所述腔室可为本领域技术人员已知的任何合适类型。该系统还可包括装有气体进口和气体出口的三个、四个、五个或者更多腔室。根据本发明的实施方式，所述第一腔室为吹扫塔。所述吹扫塔可例如位于连接到淤浆反应器的闪蒸罐之下。所述第二腔室可为进料斗，如挤出机的进料斗。用于本发明的所述腔室还可包括多于一个的气体进口和气体出口。

根据本发明的实施方式，聚合物粉末在各腔室中的停留时间为0.5-10小时。所述停留时间可为0.5、1、1.5、2、3或者5小时直至1、1.5、2、3、5或者10小时。

根据本发明的实施方式，至少一个腔室装有气体平衡管线，并且在该气体管线上设置有阀，其中，所述气体平衡管线将位于所述腔室的粉末出口处或附近的阀的气体出口连接回到所述腔室，所述连接的位置位于距离所述腔室的第一末端的距离为h₁的位置处，所述距离h₁为腔室高度H的0-25％。根据优选的实施方式，对在腔室的上末端处的气体平衡管线的位置进行布置，以使得当该系统使用时，气体平衡管线的位置基本上在聚合物粉末水平面之上。根据本发明的另一个实施方式，至少一个腔室装有气体管线，所述气体管线将位于所述腔室的粉末出口处或附近的阀的气体出口连接到所述腔室内部，所述连接在腔室内部的位置位于距离腔室的第一末端的距离为h₂并且距离腔室的壁的距离为l₁的位置处，其中，所述距离h₂为腔室高度H的20-95％，所述距离l₁为腔室的最大直径L的0-50％。根据优选的实施方式，在距离腔室的壁一定距离的位置处进行注入。根据优选的实施方式，对在腔室的上末端处和在其内部的气体管线的位置进行布置，以使得当该系统使用时，其低于聚合物粉末的水平面。也可使用这些设备的组合。

因此，本发明还提供一种系统，该系统包括其中改善了布置在腔室出口处的阀的功能的装置。因此，气体管线设置有气体出口，所述气体出口允许来自粉末出口的气体的至少一部分被再引入到腔室内。由此，将气体通过在腔室的上末端(即所述第一末端)处的气体出口除去。作为附加的或者可选的特征，这种引入可在腔室内部进行，以使得所述引入物与聚合物粉末接触并由此用于冲洗。这些方法中的至少一种的使用导致聚合物生产成本的降低。应注意到，来自第一腔室的粉末出口并且返回到腔室内的气体基本上由输送气体和仅一小部分的冲洗气体构成。该气体管线还可装有用于除去任何聚合物颗粒的适合装置。

根据本发明的实施方式，所述距离h₁为腔室高度H的0-15％。该距离还可为腔室高度H的0、2、5、10或者14％直至3、6、9或者15％。高度在此是指包含所述粉末进口的所述腔室末端(即所述第一末端)与包含所述粉末出口的所述腔室末端(即第二末端)之间的尺寸，这两个末端通常位于腔室的相对端。如果不是这样的情况，则高度意指腔室的最大尺寸。优选地，在该实施方式中将气体在容器的顶部靠近壁的位置处再引入到粉末水平面之上。

根据本发明的另一个实施方式，所述距离h₂为腔室高度H的20-80％。该距离还可为腔室高度H的30、35、40、45、50、55、60、65、70或者75％直至35、40、45、50、55、60、65、70或者75％。所述距离h₂优选为腔室高度H的30～80％，更优选50～80％和最优选70～80％。优选地，当该系统使用时，所述气体管线位于聚合物粉末水平面之下的高度h₂处。

根据本发明的实施方式，将在该距离h₂处与腔室连接的气体管线的末端布置于腔室的壁上。然而，也可以将该末端在例如距离腔室的壁距离l₁的位置处布置在腔室内，所述距离l₁为腔室的最大直径L的0-50％。在最典型的圆柱形腔室的情况下，最大直径为横向方向上(即垂直于高度方向上的平面的平面方向上)的腔室的直径。所述距离l₁可为所述腔室最大直径L的0、0.5、1、5、13、25、30、34、40或者45％直至0.6、2、7、15、20、30、41或者50％。优选地，距离l₁为腔室的最大直径L的5～50％，更优选为25～50％且最优选为40～50％。距离l₁可与上述实施方式中所给出的距离h₂中的任一个组合。

根据本发明的优选实施方式，布置在腔室的粉末出口处的阀为旋转阀。取决于腔室之后的装置，可使用本领域技术人员非常清楚的任何其它类型的阀或者装置。例如可使用滑阀或者螺杆。根据本发明的另一实施方式，第二个阀(即布置在所述气体管线上的阀)为球阀。也可使用任何其它用于粉末的阀，当通过重力流输送粉末时优选滑阀。

在本发明中，还可以使用任何其它输送系统，如输送容器。当然，还可以并联使用两个或者多个本发明的系统。

上述的进一步细节和实施方式以及方法也适用于本发明的系统。而且，上述的细节和实施方式以及系统也适用于本发明的方法。

本发明还涉及根据本发明的系统在包括串联的两个环流反应器的聚烯烃制造过程中的应用。上述细节和实施方式以及方法和系统还适用于根据本发明的应用。

在任一上述实施方式中，腔室中的任何气体出口可装有适于在所述腔室内更均匀地分配气体的装置。这样的装置可为例如圆锥体形的筛。而且，可以使用具有多个注射点的歧管(manifold)。

本发明还可通过适当地结合本说明书中提到的两个或者更多个实施方式而实现。

在下列的附图说明和在实验部分中更详细地描述本发明。该说明仅用于给出本发明的一些实施例并且不应被理解为限制本发明的范围。而且，权利要求书中的标号仅是指示性的并且不应被理解为限制保护范围。

附图详述

图1示意性地显示根据本发明第一实施方式的系统。在该实施方式中，该系统包括第一腔室1，所述腔室1为吹扫塔。聚合物粉末通过进料管线2经由粉末进口进入所述第一腔室1。聚合物粉末的水平面示意性地用标号3表示。冲洗气流4(此处为氮气流)通过布置在所述第一腔室1的底部(第二末端)的冲洗气体进口进入所述第一腔室1。氮气流与腔室1内的聚合物粉末进行接触并且除去存在于聚合物粉末中的残留气体的一部分。氮气和残留气体的流5随后通过布置在所述第一腔室1的顶部(第一末端)的气体出口排出所述第一腔室1。

聚合物粉末从粉末出口6进入输送管线7，所述管线7装有阀8(其在这种情况下为旋转阀)。输送气流9与聚合物粉末进行接触并且将聚合物粉末输送到第二腔室10的粉末进口11(第二腔室10在这种情况下为进料斗)。所述第二腔室10还装有气体进口和气体出口，并且冲洗气流12(其也为氮气流)在布置在所述第二腔室10底部的所述气体进口处进入所述第二腔室10，并且氮气和残留气体的流13通过所述气体出口排出所述第二腔室10。

根据该实施方式的系统进一步装有用于使阀8正确运行的额外装置。该装置在于将阀8的气体出口结合到所述第一腔室1上部的额外的气体管线16。所述气体管线16具有用于打开和关闭所述气体管线16的阀17。

图2示意性地显示根据本发明第二实施方式的系统。该实施方式与第一实施方式的不同之处在于，布置所述第一和第二腔室，使得所述第一腔室1在所述第二腔室10之上并且输送管线7未装有输送气体入口。因此从所述第一腔室1到所述第二腔室10的聚合物粉末的输送通过重力进行。

根据该实施方式的系统还装有额外的装置，以用于减少所述第一腔室1中的冲洗气体的损失并且用于再循环在所述第一腔室1中的所述冲洗气体。该第二额外的装置与结合图1或4解释的第一额外装置的不同之处在于，气体管线16不包括阀，且所述气体管线16的第二末端(其第一末端连接到所述阀8)位于所述第一腔室1内部，当横向看时位于所述腔室的中央位置并且当在高度方向看时近似位于所述腔室的中央位置。

图3示意性地显示根据本发明第三实施方式的系统。该实施方式与第二实施方式的不同之处在于，混合器15被布置在旋转阀8和第二腔室10的粉末进口11之间。所述混合器15进一步增强进入所述第二腔室10的聚合物粉末的混合。图3中所描述的系统还可装有结合图2或5解释的装置，尽管为清楚起见，其未在此示出。

图4示意性地显示根据本发明第四实施方式的系统的一部分。在该实施方式中，气体管线16使其第一末端连接到位于腔室底部的阀8的气体出口，以输出聚合物粉末。阀8具有允许阀8正确运行的气体出口，来自阀8的一些气体被送到腔室的顶部。因此，所述气体管线16的第二末端位于所述腔室的上部且高度为h₁(在该实施方式中该高度h₁为所述腔室高度H的约15％)并且在粉末水平面之上，所述高度h₁从所述腔室的上末端(即，从其中聚合物粉末进入所述腔室的末端)开始测量。残留的冲洗气体通过气体出口5从所述气体管线16的第二末端处除去。在所述气体管线16上提供阀17，以便打开和关闭所述气体管线16。通常地，在制造工艺开始期间打开阀并且一旦该工艺稳定运行就将其关闭。

图5示意性地显示根据本发明第五实施方式的系统的一部分。该实施方式与结合图4解释的实施方式的不同之处在于气体管线16不包括阀，且所述气体管线16的第二末端18(其第一末端连接到所述阀8)位于腔室内部。在该实施方式中，所述第二末端18的位置在所述腔室高度H的约48％的高度h₂处(从所述腔室的所述上末端开始测量)，并且在横向L上近似在反应器的中间，即在所述腔室的最大长度L的约50％的长度l₁处并且在粉末水平面之下。而且，所述气体管线16的所述第二末端18装有圆锥体形的筛19。该筛19容许从所述气体管线16的所述第二末端18进入所述腔室的冲洗气体的更加均匀的分布。该冲洗气体随后与聚合物粉末进行接触，而不是立即通过气体出口5被丢弃。

图6示意性地显示根据本发明第六实施方式的系统。在该实施方式中，腔室23和24在一个腔室26中相互重叠放置。将聚合物粉末通过孔25从腔室23输送到腔室24。所述第一腔室23装有气体出口5a并且在该实施方式中所述腔室24装有两个气体出口5b和5c。两个腔室还装有冲洗气体进口4a和4b。

图7示意性地显示根据本发明第七实施方式的系统。该实施方式被用于实验部分并且将在那里更详细地描述。

实验部分

测试根据本发明的系统。在该系统中，第一和第二腔室是圆柱形的，并且所述第一腔室1的直径D1为2.8m且腔室1底部的角度α为70°。所述第一腔室(此处为吹扫塔)的容积为100m³，并且通过筛将冲洗气体(此处为氮气)注入到吹扫塔中。

所述第二腔室10的直径D10为5m并且腔室10的底部的角度β为60°。所述第二腔室(此处为进料斗)的容积为400m³，并且通过带有八个注射喷嘴的歧管将冲洗气体(此处为氮气)注入到所述进料斗中，所述八个注射喷嘴位于距离圆锥体底部约2m处。阀8为旋转阀。

用该系统对来自双环流反应器的聚乙烯进行脱气，该聚合物具有0.949g/cm³的密度、8克/10分钟的高负荷熔融指数HLMI。聚合物的堆密度为450克/升。从聚合物粉末中除去的烃主要为1-己烯，其已在该聚合工艺中用作共聚单体。

在实施例1-4中测试根据图7的系统。条件列于表1中。实施例1为对比例，其中进料斗中的氮气流量为30千克/小时。在15吨/小时的聚合物进料速度下，相对于1吨/小时的聚合物，氮气流量为2千克/小时，这不足以具有冲洗效果。在实施例2～4中，氮气的流量增至150千克/小时，相对于1吨/小时的聚合物，这等于10千克/小时的氮气流量。实施例5和6使用相同的系统，除了将氮气再注入到吹扫塔中间之外。

从表1中可以看出，当对例如实施例1和2进行比较时，如果将吹扫塔中的氮气流量减少50％并且进料斗中的氮气流量增加500％，则氮气的总流量从330千克/小时降到300千克/小时，进料斗的出口处的烃的量从55ppm降到6ppm。还可看到，当着眼于实施例3时，如果吹扫塔中的聚合物水平面从90％下降到55％，并且停留时间从约2.5小时减少到1.5小时，则系统的末端处的烃的量为10ppm而不是6ppm，即仍是典型过程中的量的1/5。在实施例4中，注意到当进料斗中的聚合物的量以及该聚合物在进料斗中的停留时间增加时，末端处的烃的量甚至更低，即4ppm。

实施例5和6显示，根据图5中所部分显示的系统，在料斗中间、在高度H的约48％的距离h₂和最大直径L的约50％的距离l₁处注入平衡气体的效果。在实施例6中，所需的输送气体的量仅为实施例5中的一半，这是因为，减半的输送压力使得仅需要一半的氮气来使氮气循环单元中的压力再平衡。这清楚地显示，在使用较少的氮气时，可以在出口处具有相同的烃量(在实施例5和6中均为55ppm)。

在实施例7中，图5中部分显示的系统进一步在气体管线16上装有阀。可以看到，当将该阀关闭时，旋转阀的泄漏减少到少于1/3。这具有减少待吹扫的聚合物粉末中的惰性气体的量，并且由此增加烃的浓度的进一步效果。因此，当典型地通过浓缩/蒸馏系统进行回收时，更易于回收烃。惰性气体降低了回收区段的效率。回收区段中的损失或多或少地与惰性气体的存在成比例。

Claims (8)

1.一种使聚合物粉末脱气的方法，包括：用第一冲洗气流冲洗第一腔室中的聚合物粉末、将该聚合物粉末输送到第二腔室中和在所述第二腔室中用第二冲洗气流冲洗该聚合物粉末，其特征在于，相对于1吨/小时的聚合物，所述第一冲洗气流具有5-50千克/小时的冲洗气体流量，和相对于1吨/小时的聚合物，所述第二冲洗气流具有5-50千克/小时的冲洗气体流量。

2.权利要求1的方法，特征在于所述聚合物粉末的输送通过重力进行。

3.权利要求1的方法，特征在于所述聚合物粉末的输送通过输送气流进行。

4.权利要求1的方法，特征在于将至少一个腔室中的、通过粉末出口排出所述腔室的冲洗气体的至少一部分再引入到所述腔室内。

5.权利要求2的方法，特征在于将至少一个腔室中的、通过粉末出口排出所述腔室的冲洗气体的至少一部分再引入到所述腔室内。

6.权利要求3的方法，特征在于将至少一个腔室中的、通过粉末出口排出所述腔室的冲洗气体的至少一部分再引入到所述腔室内。

7.前述权利要求中任一项的方法，特征在于所述冲洗气体为惰性气体。

8.权利要求7的方法，特征在于所述惰性气体为氮气。

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