CN102382296A

CN102382296A - 萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺及其装置

Info

Publication number: CN102382296A
Application number: CN2011102358440A
Authority: CN
Inventors: 刘平; 柯年茂
Original assignee: ZHEJIANG HUAJIAN NYLON CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG HUAJIAN NYLON CO Ltd
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2031-08-17
Also published as: CN102382296B

Abstract

本发明涉及一种萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺，包括以下步骤：压滤：将萃取水浓缩液通过高温压滤机进行压滤；配置：先在熔融釜中加入萃取水浓缩液，然后将固体己内酰胺与分子量稳定剂加入熔融釜，加热得到己内酰胺熔融液；前聚：己内酰胺熔融液通过节能器加热，然后进入前聚合反应器中，通过对前聚合反应器进行加热、加压，得到前聚合物料；后聚：前聚合物料送入后聚合反应器，并对后聚合反应器进行减压除去残余水份，后聚合反应器进行移去反应热和保温，使前聚合物料进行缩聚反应；切粒；切片萃取；切片干燥；包装。本发明技术方案，具有有效降低原耗、能耗，减少污染，尼龙6切片质量高的效果，而且创造良好的经济效益和社会效益。

Description

萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺及其装置

技术领域

本发明涉及尼龙6萃取液中已内酰胺单体和低聚物的回收生产纺丝级尼龙6切片的生产工艺及其装置。

背景技术

尼龙6的生产主要是水解聚合，聚合反应结束后总存在10％左右的单体和低聚物于将被后道工序萃取出。目前国内外在生产高品质纺丝级尼龙6切片的成熟工艺中，均没有对萃取水浓缩液直接回收利用的过程。

由于低聚体熔点较高，特别是二聚体中的β变体熔点可达到347～348℃，且它们的溶解度很低。随着蒸馏釜底母液水份的排除和已内酰胺的减少，釜底溶液越容易凝固堵塞设备和管线，直接制约着已内酰胺的回收利用率，在釜底残渣中仍含有50％的己内酰胺和约50％的低聚物。一般每生产1吨切片会排放蒸馏残渣30～40kg。根据本我公司几年来的生产统计，平均每生产1吨产品，排放蒸馏残渣34.83kg，平均每蒸馏1吨已内酰胺需耗蒸汽约3500kg、电约300KW，排出大约200kg用于清洗蒸馏釜的含有大量单体和低聚物的废水。

尼龙6的生产工艺路线较多，不同的工艺路线所得到的产品其性能、用途有所差异。从聚合方法上可分为：水解聚合、碱性阴离子催化聚合、固相聚合和插层聚合四种；从工艺上可分为：高压间隙聚合、常压水解连续聚合、二段加压聚合、单体浇注、双螺杆挤出聚合、连续固相聚合和间隙固相聚合等工艺。在四种聚合方法中，工业上应用最多的是水解聚合，目前国内外尼龙6切片生产技术采用最多的工艺路线是常压水解连续聚合与二段水解连续聚合，这两种工艺路线均适合大规模化生产，分子量可调，可生产多种牌号的产品。

由于尼龙6是一个水解、聚合的可逆反应，所以在反应终端总有10％左右的低分子产物，这些物质的存在会影响下一步纺丝和注塑加工的质量，因此必须采用热水萃取的方式去除尼龙6切片中的己内酰胺单体和低聚物，从而产生一定浓度的萃取水溶液。目前国内外高品质尼龙6生产厂家，为了保证尼龙6切片的质量，对萃取水浓缩液都没有直接回用，常用的方法主要是：利用水、已内酰胺和低聚物不同的沸点在不同的真空条件下蒸馏而分离出己内酰胺，然后将回收己内酰胺从新回到聚合工序。尽管如此，在釜底残渣中仍有50％的己内酰胺和约50％的低聚物，所以在国内外各种尼龙6聚合装置实际生产中，通常每生产1吨切片将会排放蒸馏残渣30～40kg。以下是世界主要几个工程技术公司设计原料单耗：

随着产品市场竞争的加剧和清洁生产的要求，降低己内酰胺单耗是降低尼龙6生产成本和减少环境污染的最重要途径。虽然有很多关于萃取水溶液直接利用的讨论和试用，但其理论均是建立在可逆反应化学平衡模型上。利用这种化学平衡模型的前提条件是，所有掺入的环状低聚体都能参与反应，而忽视了环状低聚体自身的特点和状态：溶解度低、反应活性较低；部分结构体的高熔点；生产过程中引入的外来杂质，以及可逆反应生成多成份的低分子物的复杂性等一些关键性的技术难点。由于实际操作难度高等，使很多企业投资失败，产品质量不能达到纺丝级切片要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种有效降低原耗、能耗，减少污染，尼龙6切片质量高，而且创造良好的经济效益和社会效益的萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺，包括以下步骤：一、压滤：将萃取水浓缩液通过高温压滤机进行压滤，去除杂质；二、配置：先在熔融釜中加入萃取水浓缩液，然后将经过粉碎后的固体己内酰胺与分子量稳定剂加入熔融釜，通过对熔融釜进行加热得到己内酰胺熔融液；三、前聚：将步骤二得到的己内酰胺熔融液通过节能器加热，然后进入前聚合反应器中，通过对前聚合反应器进行加热、加压，使前聚合反应器上部的己内酰胺单体和环状的低聚物进行开环和解聚反应，前聚合反应器下部进行加聚反应，得到前聚合物料，并将反应产生的多余的水蒸气排出；四、后聚：将步骤三得到的前聚合物料送入后聚合反应器，并对后聚合反应器进行减压排除残余水份，后聚合反应器上部进行加热，中、下部进行移去反应热和保温，使前聚合物料进行缩聚反应，使分子链增长到需要长度，得到熔融状聚合物；五、切粒；六、切片萃取；七、切片干燥；八、包装。

通过采用上述技术方案，将萃取水浓缩液通过高温压滤机进行压滤，将浓缩液中外来的有机、无机和机械性杂质，以及含量很小0.05-0.8%而影响最大的二聚体中的β变体除去，解决了这部分物质析出堵塞管道和聚积在聚合管壁上和难于开环；通过前聚合反应器加温、加压，浓缩液中的环状二聚体、三聚体以及多聚体分别达到开环的能量和条件，解决部分低聚体不能开环参与反应而在切片中不断循环累积；本发明技术方案，每吨切片主要原料已内酰胺单耗将减少32k、减少蒸汽消耗约227kg、电约26KW。全年将节约已内酰胺992吨，减少蒸汽消耗约7053吨、电806000KW，按照目前已内酰胺市场价格与残渣价差，以及蒸汽和电力的市场价格，每吨切片将降低成450元左右，本项目产品为民用和工业用纺丝级尼龙6切片，产品的质量技术指标如下：本发明优选的，所述步骤三中己内酰胺熔融液反应温度为278-285℃，压力在3-8kgf/cm²。

本发明更进一步设置为：所述步骤四还包括：将步骤三得到的前聚合物料送入后聚合反应器时，先经过后聚合反应器上部的成膜器，以去除前聚合物料的残余水分。

通过采用上述技术方案，由于步骤三前聚的高压，当物料到达步骤后聚时残余水份较高，在后聚中要除去这部部份水，所以在后聚上部装有一个成膜器，以除残余水分。

本发明更进一步设置为：所述步骤三前聚合反应器、步骤四后聚合反应器上部通过联苯蒸发器加热的气相联苯进行加热，步骤四后聚合反应器中、下部以及步骤三节能器通过联苯加热器加热的液相联苯进行加热。

通过采用上述技术方案，以降低能耗。

本发明更进一步设置为：所述步骤三与步骤四中前聚合反应器与后聚合反应器顶部均有填料塔，分别对前聚合反应器与后聚合反应器排出的含己内酰胺的水蒸汽在塔内蒸馏，使水蒸气中的己内酰胺分别回流至前聚合反应器与后聚合反应器。

通过采用上述技术方案，己内酰胺利用更加充分。

本发明更进一步设置为：所述步骤二中熔融釜采用氮封防止己内酰胺氧化，步骤七包括：将脱水后的切片送至干燥塔，用热氮气分别从干燥塔底部和干燥塔中部加入干燥塔内对切片进行干燥。

通过采用上述技术方案，中部加入的热氮气主要用于除去切片表面水份，并加热切片，下部加入的热氮气则可脱除切片内部残余的水分，因而使分子量略有提高。

本发明的另一目的在于提供一种用于萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺的装置，包括：一、压滤系统，包括萃取水浓缩液贮罐、高温压滤机以及压滤后浓缩液贮罐；二、配置系统，包括熔融釜及其加热装置；三、前聚系统，包括节能器及其加热装置、前聚合反应器及其加热装置；四、后聚系统，包括后聚合反应器及其加热装置；五、切粒系统，六、切片萃取系统，七、切片干燥系统，八、包装系统。

本发明更进一步设置为：所述后聚合反应器上部设置有成膜器。

本发明更进一步设置为：所述前聚合反应器、后聚合反应器上部的加热装置设置为联苯蒸发器，后聚合反应器中、下部以及节能器的加热装置为联苯加热器。

本发明更进一步设置为：所述前聚合反应器与后聚合反应器顶部均有填料塔以及回流管道。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明压滤系统结构示意图；

图2为本发明配置系统结构示意图；

图3为本发明进料系统结构示意图；

图4为本发明前聚系统结构示意图；

图5为本发明后聚系统结构示意图；

图6为本发明切粒系统结构示意图；

图7为本发明切片萃取系统结构示意图；

图8为本发明切片干燥系统结构示意图；

图9为本发明包装系统结构示意图。

具体实施方式

参见附图1至附图9，本发明公开的萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺，包括以下步骤：一、压滤：将萃取水浓缩液贮罐1内的萃取水浓缩液通过高温压滤机2进行压滤，去除杂质，送至压滤后浓缩液贮罐3，本实施例优选的，在萃取水浓缩液贮罐1与高温压滤机2之间还设置结晶罐4，以去除少量的高熔点杂质；二、配置：先在熔融釜5中加入萃取水浓缩液，然后将经过粉碎后的固体己内酰胺与分子量稳定剂加入熔融釜5，分子量稳定剂优选为苯甲酸，通过对熔融釜5进行加热得到己内酰胺熔融液；三、前聚：将步骤二得到的己内酰胺熔融液通过节能器7加热，然后进入前聚合反应器8中，通过对前聚合反应器8进行加热、加压，使前聚合反应器8上部的己内酰胺进行开环和解聚反应，前聚合反应器8下部进行加聚反应，得到前聚合物料，并将多余的水排出；四、后聚：将步骤三得到的前聚合物料送入后聚合反应器9，并对后聚合反应器9进行减压，后聚合反应器9上部进行加热，中、下部进行反应热的移除给前聚节能器7加热和保温平衡，使前聚合物料进行缩聚反应，使分子链增长到需要长度，得到熔融状聚合物；五、切粒：熔融状聚合物送至铸带头10，熔融状聚合物从铸带头10上的小孔成细条状压出进入切粒水槽11，带条被水冷却，冷却固化后的带条引入切粒机12切成一定规格的切片；六、切片萃取：切片送到工艺水高位槽13，切片经过工艺水高位槽13进入萃取塔14，在萃取塔14内，热水自下而上与切片逆流接触进行萃取，萃取好的切片经旋转出料阀15用水力输送至切片离心脱水机16；七、切片干燥；八、包装：干燥后的切片送至发送罐17，再由发送罐17至切片料仓18，然后进入包装缓冲仓19，最后落入包装机20进行包装。本实施例还在步骤二与步骤三之间设置进料步骤，步骤二得到的己内酰胺熔融液送至进料步骤的中间贮罐6，在中间贮罐6并进行搅拌，再用计量泵送至步骤三的节能器7，优选的，节能器的热量来自于后聚的反应热。

通过采用上述技术方案，将萃取水浓缩液通过高温压滤机2进行压滤，将浓缩液中外来的有机、无机和机械性杂质，以及含量很小0.05-0.8%而影响最大的二聚体中的β变体除去，解决了这部分物质析出堵塞管道和聚积在聚合管壁上和难于开环；通过前聚合反应器8加温、加压，浓缩液中的环状二聚体、三聚体以及多聚体分别达到开环的能量和条件，解决部分低聚体不能开环参与反应而在切片中不断循环累积；本发明技术方案，每吨切片主要原料已内酰胺单耗将减少32k、减少蒸汽消耗约227kg、电约26KW。全年将节约已内酰胺992吨，减少蒸汽消耗约7053吨、电806000KW，按照目前已内酰胺市场价格与残渣价差，以及蒸汽和电力的市场价格，每吨切片将降低成450元左右，本项目产品为民用和工业用纺丝级尼龙6切片，产品的质量技术指标如下：本实施例优选的，所述步骤三中己内酰胺熔融液反应温度为278-285℃，压力在3-8kgf/cm²。

本实施例更进一步设置为：所述步骤四还包括：将步骤三得到的前聚合物料8送入后聚合反应器9时，先经过后聚合反应器9上部的成膜器21，以去除前聚合物料的残余水分。通过采用上述技术方案，由于步骤三前聚的高压，当物料到达步骤后聚时残余水份较高，在后聚中要除去这部部份水，所以在后聚上部装有一个成膜器21，以除残余水分。

本实施例更进一步设置为：所述步骤三前聚合反应器8、步骤四后聚合反应器9上部通过联苯蒸发器22加热的气相联苯进行加热，步骤四后聚合反应器9中、下部以及步骤三节能器7通过联苯加热器23加热的液相联苯进行加热。通过采用上述技术方案，以降低能耗。

本实施例更进一步设置为：所述步骤三与步骤四中前聚合反应器8与后聚合反应器9顶部均有填料塔24、25，分别对前聚合反应器8与后聚合反应器9排出的含己内酰胺的水蒸汽在填料塔24、25内蒸馏，使水蒸气中的己内酰胺分别回流至前聚合反应器与后聚合反应器。通过采用上述技术方案，己内酰胺利用更加充分。

本实施例更进一步设置为：所述步骤二中熔融釜5采用氮封防止己内酰胺氧化，步骤七包括：将脱水后的切片送至干燥塔26，用热氮气分别从干燥塔26底部和干燥塔26中部加入干燥塔26内对切片进行干燥。通过采用上述技术方案，中部加入的热氮气主要用于除去切片表面水份，并加热切片，下部加入的热氮气则可脱除切片内部残余的水分，因而使分子量略有提高。

一种用于萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺的装置，包括：一、压滤系统，包括萃取水浓缩液贮罐1、高温压滤机2以及压滤后浓缩液贮罐3；二、配置系统，包括熔融釜5及其加热装置；三、前聚系统，包括节能器7及其加热装置、前聚合反应器8及其加热装置；四、后聚系统，包括后聚合反应器9及其加热装置；五、切粒系统，包括铸带头10、切粒水槽11、切粒机12；六、切片萃取系统，包括工艺水高位槽13、萃取塔14、旋转出料阀15、切片离心脱水机16；七、切片干燥系统，包括干燥塔26；八、包装系统，包括发送罐17、切片料仓18、包装缓冲仓19、包装机20。

本实施例进一步设置为：所述后聚合反应器9上部设置有成膜器21。

本实施例更进一步设置为：所述前聚合反应器8、后聚合反应器8上部的加热装置设置为联苯蒸发器22，后聚合反应器9中、下部以及节能器的加热装置为联苯加热器23。

本实施例更进一步设置为：所述前聚合反应器8与后聚合反应器9顶部均有填料塔24、25以及回流管道。

Claims

1.一种萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：一、压滤：将萃取水浓缩液通过高温压滤机进行压滤，去除杂质；二、配置：先在熔融釜中加入萃取水浓缩液，然后将经过粉碎后的固体己内酰胺与分子量稳定剂加入熔融釜，通过对熔融釜进行加热得到己内酰胺熔融液；三、前聚：将步骤二得到的己内酰胺熔融液通过节能器加热，然后进入前聚合反应器中，通过对前聚合反应器进行加热、加压，使前聚合反应器上部浓缩液中的环状单体和环状低分子进行开环解聚反应，前聚合反应器下部进行加聚反应，得到一定分子量的前聚合物料，并将反应产生的水蒸气排出；四、后聚：将步骤三得到的前聚合物料送入后聚合反应器，并对后聚合反应器进行减压以排除残余水份，后聚合反应器上部进行加热，中、下部进行移去反应热和保温，使前聚合物料进行缩聚反应，使分子链增长到需要长度，得到熔融状聚合物；五、切粒；六、切片萃取；七、切片干燥；八、包装。

2.根据权利要求1所述的萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺，其特征在于：所述步骤三中己内酰胺熔融液反应温度为278-285℃，压力在3-8kgf/cm²。

3.根据权利要求1所述的萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺，其特征在于：所述步骤四还包括：将步骤三得到的前聚合物料送入后聚合反应器时，先经过后聚合反应器上部的成膜器，以去除前聚合物料的残余水分。

4.根据权利要求1所述的萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺，其特征在于：所述步骤三前聚合反应器、步骤四后聚合反应器上部通过联苯蒸发器加热的气相联苯进行加热，步骤四后聚合反应器中、下部以及步骤三节能器通过联苯加热器加热的液相联苯进行加热。

5.根据权利要求1所述的萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺，其特征在于：所述步骤三与步骤四中前聚合反应器与后聚合反应器顶部均有填料塔，分别对前聚合反应器与后聚合反应器排出的含己内酰胺的水蒸汽在塔内蒸馏，使水蒸气中的己内酰胺分别回流至前聚合反应器与后聚合反应器。

6.根据权利要求1所述的萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺，其特征在于：所述步骤二中熔融釜采用氮封防止己内酰胺氧化，步骤七包括：将脱水后的切片送至干燥塔，用热氮气分别从干燥塔底部和干燥塔中部加入干燥塔内对切片进行干燥。

7.一种用于权利要求1所述的萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺的装置，其特征在于：包括：一、压滤系统，包括萃取水浓缩液贮罐、高温压滤机以及压滤后浓缩液贮罐；二、配置系统，包括熔融釜及其加热装置；三、前聚系统，包括节能器及其加热装置、前聚合反应器及其加热装置；四、后聚系统，包括后聚合反应器及其加热装置；五、切粒系统，六、切片萃取系统，七、切片干燥系统，八、包装系统。

8.根据权利要求7所述的萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺的装置，其特征在于：所述后聚合反应器上部设置有成膜器。

9.根据权利要求7所述的萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺的装置，其特征在于：所述前聚合反应器、后聚合反应器上部的加热装置设置为联苯蒸发器，后聚合反应器中、下部以及节能器的加热装置为联苯加热器。

10.根据权利要求7所述的萃取水浓缩液制备纺丝级尼龙6切片的生产工艺的装置，其特征在于：所述前聚合反应器与后聚合反应器顶部均有填料塔以及回流管道。