CN103772608B - 一种聚合物生产中的乏汽回收装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种聚合物生产流程中的乏汽回收装置。乏汽回收装置为引射器，依次由连接高压工作流体的喷嘴、连接低压待处理乏汽的接受室、工作流体和待处理乏汽的混合区和扩压室组成的引射器；其中高压工作流体为分水罐底部排出的与溶剂沉降分层后的水相和/或从混合液缓冲罐底部抽出后加压的液体；低压待处理乏汽为从后处理系统顶部排出的气态水和溶剂油气；扩压室排出的混合流体进入混合液缓冲罐后，混合液缓冲罐底部的液相物料通过循环泵增压返回喷嘴，混合液缓冲罐顶部的气相物料返回凝聚系统；后处理系统底部排出的液相物料送至混合液缓冲罐。本发明充分利用了乏汽的热能，同时乏汽中的溶剂得到了循环利用，在降低原料消耗的同时减少了环境污染。

Description

一种聚合物生产中的乏汽回收装置和方法

技术领域

本发明涉及聚合工艺领域，特别是涉及一种将聚合物生产过程中产生的乏汽进行回收利用的装置和方法。

技术背景

一些常见的橡胶类聚合物的生产过程通常包括聚合、凝聚、后处理等工艺过程。在聚合单元，一种或一种以上的单体在溶剂中与催化剂作用下发生聚合反应得到聚合物溶液，再进入凝聚单元，使用蒸汽和热水将聚合物中的溶剂闪蒸分离，得到的含水聚合物再经过干燥等后处理过程即得到聚合物产品。在后处理干燥过程中，通过加热等方式将聚合物中的水和少量溶剂脱除，在这个过程中会产生大量的含溶剂的乏汽。由于乏汽压力较低，较难回收，在生产过程中一般作为废气直接排放，既浪费了能源，由于其中含有少量溶剂，又造成了环境污染。

中国发明专利CN102425783A公开了一种涉及乏汽串联式引入吸收式热泵的水冷式汽轮机余热回收方法,属于乏汽余热回收热电联产领域,针对水冷式汽轮机排气口与凝汽器间的乏汽连接管通常较紧凑,如何将乏汽引出到吸收式热泵以实现更高效率余热回收的难题,在原有的乏汽连接管内部的较下部设置密闭隔板,同时在乏汽连接管侧面分别在隔板上下侧开孔,其中上侧开口将乏汽引入到吸收式热泵蒸发器入口,蒸发器出口则与下侧开口相连,乏汽再向下进入水冷式凝汽器乏汽入口,由此在乏汽的冷凝过程中吸收式热泵与水冷式凝汽器形成串联关系,可方便地实现供热系统的全年运行调节和乏汽可靠的冷凝过程,可实现比常规的从冷却水中提取余热的间接余热回收更高的运行效率和节能经济效益。

中国实用新型专利CN201934156U提供了一种环保节能减排乏汽回收系统,该环保节能减排乏汽回收系统包括汽轮机,具有乏汽出口；螺杆膨胀机,通过管道与乏汽出口相连接,来自乏汽出口的余热乏汽进入螺杆膨胀机,驱动螺杆膨胀机旋转；负载设备,连接螺杆膨胀机并由螺杆膨胀机带动工作。本节能减排乏汽回收系统作为低品位蒸汽发电机来说节能降耗、高效实用。由于对蒸汽的参数和品质要求不高,可适用多种状态的乏汽,所以它特别适用于中、小电厂,为企业排放的废热汽找到了一条可利用的途径,带来可观的回收效益。此外,本节能减排乏汽回收系统还符合节能环保要求,二氧化碳排放为零,氮氧化物和硫化物排放为零。

中国实用新型专利CN101793390A公开了一种凝结水和乏汽的综合回收方法和系统,所述方法包括有以下步骤：(1)将用汽设备排出的凝结水输至闪蒸罐闪蒸,获得二次蒸汽,并将所述二次蒸汽和用汽设备排出的乏汽输至集水箱的凝结水液面之下；(2)将闪蒸后剩余的凝结水输至水处理设备进行水处理,然后排至集水箱作锅炉给水,(3)将集水箱内的凝结水输至锅炉。(4)在集水箱内的蒸汽压力超过警戒值时,通过喷射泵将集水箱内的蒸汽经锅炉主蒸汽管输至用汽设备。凝结水闪蒸后温度降低,再通过水处理设备进行处理,避免高温损坏水处理设备,而且二次汽直接回收至集水箱,可带走凝结水的绝大部分热量,最大程度避免了热损失,因此同时实现了节能节水。

由于现有的发明技术多数是针对电厂或蒸汽锅炉装置，不太适用于聚合物的生产工艺中含溶剂等有机物的乏汽的回收。

发明内容

鉴于现有技术多数是针对电厂或蒸汽锅炉装置，不适用于聚合物的生产工艺中含溶剂等有机物的乏汽的回收的缺陷，本发明针对聚合物生产工艺过程中后处理单元产生的乏汽进行了回收，利用一级或两级引射器系统，并增加了循环泵通过一股高压的引射流的引射作用来吸入低压乏汽，利用低压乏汽将高压的工作流体加热，将乏汽和工作流体形成了混合液体，再将加热的混合液体返回至凝聚单元，用以将聚合物中的溶剂气化，这样能利用乏汽的热能，同时降低了由于乏汽排放造成的对环境的污染。

本发明之一的聚合物生产流程中的乏汽回收装置是这样实现的，

本发明的聚合物生产流程依次包括凝聚系统1，分水罐2，后处理系统3，乏汽回收装置和混合液缓冲罐5，其特征在于：

所述的乏汽回收装置为引射器4，依次由连接高压工作流体的喷嘴4-1、连接低压待处理乏汽的接受室4-2、工作流体和待处理乏汽的混合区4-3和扩压室4-4组成的引射器；其中，

所述的高压工作流体为分水罐2底部排出的与溶剂沉降分层后的水相和/或从混合液缓冲罐5底部抽出后加压的液体；

所述的低压待处理乏汽为从后处理系统3顶部排出的气态水和溶剂油气；

所述的扩压室4-4排出的混合流体进入混合液缓冲罐5后，混合液缓冲罐5底部的液相物料通过循环泵P1增压返回喷嘴4-1，混合液缓冲罐5顶部的气相物料返回凝聚系统1；

所述的后处理系统3底部排出的液相物料送至混合液缓冲罐5。

在具体实施过程中：

乏汽回收装置可以由两级组成；所述的扩压室4-4排出的混合流体进入混合液缓冲罐5后，

混合液缓冲罐5底部液相物料的一部分通过循环泵P1增压返回喷嘴4-1；

混合液缓冲罐5底部液相物料的另一部分通过循环泵P2增压至第二级乏汽回收装置引射器6的喷嘴；

混合液缓冲罐5顶部气相物料至第二级乏汽回收装置引射器6的接受室，第二级乏汽回收装置引射器扩压室出口的混合物料返回凝聚系统1。

本发明之二的聚合物生产中的乏汽回收装置的乏汽回收方法是这样实现的，

本发明的乏汽回收方法包括如下步骤：

A.凝聚：聚合物溶液和低压蒸汽进入凝聚系统1反应后，凝聚反应器底部的含水聚合物送至后面的后处理系统3；凝聚反应器中部的与聚合物分层的液相、以及凝聚反应器顶部含溶剂的气相物料通过冷凝器7降温后送至后面的分水罐2；

B.分水：分水罐2将来自凝聚反应器中部和顶部的物料分层后，上层的溶剂排出回收，下层的水相送至后面的引射器4的喷嘴4-1；

C.后处理：来自凝聚系统1的含水聚合物在后处理系统3中，通过挤压干燥机或干燥一体机将聚合物中的水分和少量溶剂气化得到聚合物产品；产生的温度较高的蒸发的水分和少量溶剂油气相的乏汽送至引射器4；脱出的水相送至混合液缓冲罐5；

D.乏汽回收：来自上述的后处理步骤的乏汽进入引射器接受室4-2，被来自上述的分水骤进入引射器喷嘴4-1入口的增压水相和来自混合液缓冲罐5并经增压的底部液相吸收，转化成高压的混合流体送至混合液缓冲罐5；

E.混合液缓冲：混合液缓冲罐5中将后处理过程脱出的水相和乏汽回收过程中引射器扩压室4-4排出的混合物料缓冲后，顶部排出的气相物料或者返回凝聚系统1，或者进入第二级乏汽回收单元。

在具体实施过程中，

所述的引射器接受室引射流体的压力可以为表压0～0.1MPa，温度可以为80～105°C；

所述的引射器喷嘴工作流体的压力可以为表压0.2～0.5MPa，温度可以为30～100°C；

所述的引射器扩压室出口的压力可以为表压0.15～0.3MPa。

另外，所述的混合液缓冲罐5出口一级循环泵P1的流量与二级循环泵P2的流量比可以为（1.5～4）：1；

所述的混合液缓冲罐5的操作压力应当与一级引射器出口压力相同或略低于一级引射器出口压力;所述的混合液缓冲罐5的操作压力可以为0.15～0.3MPa；

所述的冷凝器（7）可以为一级冷凝器和二级冷凝器，一级冷凝可以选用循环水作为冷却介质，二级冷凝可以选用低温水作为冷却介质。

本发明的引射器以压力较高的流体为工作流体，以很高的速度从喷嘴流出，进入接受室，在射流的紊动扩散下，卷吸周围压力较低的流体，被吸入的压力较低的流体为引射流体，工作流体与引射流体在混合室混合，进行动量交换，在流动过程中速度场分布逐渐均匀，随后，混合流体进入扩压室，压力因流速的降低而升高，在扩压室的出口处混合流体的压力高于进入接受室的引射流体的压力。本方法是利用的高压循环的水将聚合物在后处理过程中，尤其是干燥过程产生的水汽和部分油汽吸收，充分的利用乏汽的热能。也就是将高压循环的物料（主要组成为水和部分溶剂）作为工作流体，低压的乏汽作为引射流体，充分的利用乏汽的热能并将乏汽中的溶剂回收。

引射器出口的混合流体，组成包括水和部分溶剂，进入混合液缓冲罐5，由于溶剂的沸点较低，在一级引射器4的出口液体进入混合液缓冲罐5后，因此仍有部分溶剂气相产生。混合液缓冲罐5顶部的气相进入二级引射器6，混合液缓冲罐5底部液相出料一部分通过循环泵P1打循环，增压后的液体进入一级引射器4作为工作液体；另一部分出料通过循环泵P2增压后的进入二级引射器6的工作液体，充分的将乏汽吸收，从二级引射器6出口的混合液体返回凝聚单元1，利用其中的热能和低压蒸汽的热能将溶剂和部分水从聚合物溶液中气化蒸发.再经过冷凝器7冷凝后进入混合液缓冲罐5，利用油相和水相的密度差将其中的溶剂和水相分开，分离后的溶剂油经精制后可循环使用.水相用可以用泵增压后进入一级引射器4，作为另一股工作流体。

凝聚系统1得到的含水聚合物进入后处理系统3，通过挤压干燥机先将大部分的液相水脱除，将这部分水送至一级引射器4的混合液缓冲罐5。聚合物再进入干燥机将聚合物中的水分和少量溶剂气化，最终得到聚合物产品。温度较高的蒸发的水分和少量溶剂油气相作为后处理单元的乏汽进入一级引射器4的入口，作为引射流利被高压液体吸收，转化成高压的混合流体循环利用。同时利用乏汽的热能，将工作流体的温度升高，返回至凝聚单元，作为热源之一。另一方面，乏汽中的溶剂被工作介质吸收后返回凝聚单元1后，在分水罐2中被分离出来循环利用，降低原料消耗的同时又减少了环境污染。

在本发明的方法中，其中所述的引射器入口包括一个或一个以上的引射流体入口，和一个工作流体入口（喷嘴入口）。

在本发明的方法中，所述聚合物可以为共轭二烯均聚物或共轭二烯与乙烯基芳烃等橡胶类聚合物，所述共轭二烯均聚物可以为聚异戊二烯或聚丁二烯，和所述共轭二烯与乙烯基芳烃的共聚物包括无规共聚物和嵌段共聚物，可以为异戊二烯或丁二烯与苯乙烯的无规共聚物或嵌段共聚物，也可以为异戊二烯或丁二烯与α-甲基苯乙烯的无规共聚物或嵌段共聚物。其中所使用的溶剂为惰性烃类溶剂，该烃类溶剂选自烷烃、环烷烃和/或芳烃。

本发明突出的技术效果是：

采用本发明对后处理单元产生的乏汽进行了回收后，利用引射器系统，可以回收系统的低压乏汽将高压的水加热，将乏汽和水形成了混合液体，再将加热的混合液体返回至凝聚单元，用以将聚合物中的溶剂气化。这样能利用乏汽的热能，凝聚系统低压蒸汽的消耗降低了37%。同时降低了由于乏汽排放造成的对环境的污染。

附图说明

图1本发明装置和方法的流程示意图。

具体实施例

以下通过实施例进一步详细描述本发明，但这些实施例不应认为是对本发明范围的限制。

实施例1

将聚合后的苯乙烯-异戊二烯-嵌段共聚物和己烷溶液500Kg/h的流量送入凝聚系统1，聚合物的含量为10%，用低压蒸汽和软水将含水己烷蒸发，蒸汽压力为0.8MPa(表)，温度为175°C，流量为135Kg/h；软水的进料温度为45°C，流量为1783Kg/h；从凝聚系统顶部蒸出的气相量为564Kg/h，其中己烷含量为78%；进入冷凝器冷凝至40°C后进入分水罐2，在分水罐中将油相和水相分离，水相流量为124Kg/h用泵送至引射器4入口，作为工作介质。从凝聚系统1的凝聚釜底排出的胶粒水总量为1854Kg/h进入后处理系统3的挤压脱水干燥一体机，进料中聚合物含量为50Kg/h，溶剂为10Kg/h，其余为水1794Kg/h，干燥机排出的液相水为1435.2Kg/h，温度为95°C，顶部的乏汽总量为368.8Kg/h，温度为102°C，压力为110KPa,其中水蒸汽358.8Kg/h，溶剂10Kg/h；

将后处理系统3排出的乏汽进入引射器4，引射器4的工作介质分为三股，一股来自分水罐2，流量为124Kg/h，一股来自后处理系统3排出的液相水1435.2Kg/h，第三股来自循环泵P1，循环泵P1的流量为4000Kg/h，出口压力为0.3MPa(表)，得到的混合流体进入混合液缓冲罐5，混合液缓冲罐5底部的一部分用循环泵P1打循环，另一部分流量为1928Kg/h，利用P2作为出料泵将物料循环返回至凝聚系统1。混合流体的温度为116°C，压力为0.15MPa(表)。将1928Kg/h加热后的混合流体返回凝聚系统1后，凝聚系统1低压蒸汽的流量从135降至85Kg/h，就可将相同进料中的溶剂蒸发，蒸汽能耗降低了37%。

由以上实施例的结果可以看出，采用本发明对后处理单元产生的乏汽进行了回收后，利用引射器系统，利用回收系统的低压乏汽将高压的水加热，将乏汽和水形成了混合液体，再将加热的混合液体返回至凝聚单元，用以将聚合物中的溶剂气化，这样能利用乏汽的热能，凝聚系统低压蒸汽的消耗降低了37%。同时降低了由于乏汽排放造成的对环境的污染。

Claims (8)

1.一种聚合物生产流程中的乏汽回收装置，所述的聚合物生产流程依次包括凝聚系统(1)，分水罐(2)，后处理系统(3)，乏汽回收装置和混合液缓冲罐(5)，其特征在于：

所述的乏汽回收装置为引射器(4)，依次由连接高压工作流体的喷嘴(4-1)、连接低压待处理乏汽的接受室(4-2)、工作流体和待处理乏汽的混合区(4-3)和扩压室(4-4)组成的引射器；其中，

所述的高压工作流体为分水罐(2)底部排出的与溶剂沉降分层后的水相和/或从混合液缓冲罐(5)底部抽出后加压的液体；

所述的低压待处理乏汽为从后处理系统(3)顶部排出的气态水和溶剂油气；

所述的扩压室(4-4)排出的混合流体进入混合液缓冲罐(5)后，混合液缓冲罐(5)底部的液相物料通过循环泵P1增压返回喷嘴(4-1)，混合液缓冲罐(5)顶部的气相物料返回凝聚系统(1)；

所述的后处理系统(3)底部排出的液相物料送至混合液缓冲罐(5)。

2.如权利要求1所述的聚合物生产流程中的乏汽回收装置，其特征在于：

乏汽回收装置由两级组成；所述的扩压室(4-4)排出的混合流体进入混合液缓冲罐(5)后，

混合液缓冲罐(5)底部液相物料的一部分通过循环泵P1增压返回喷嘴(4-1)；

混合液缓冲罐(5)底部液相物料的另一部分通过循环泵P2增压至第二级引射器(6)的喷嘴；

混合液缓冲罐(5)顶部气相物料至第二级引射器(6)的接受室，第二级引射器扩压室出口的混合物料返回凝聚系统(1)。

3.如权利要求1或2所述的聚合物生产流程中的乏汽回收装置的乏汽回收方法，其特征在于，上述的方法包括如下步骤：

A.凝聚：聚合物溶液和低压蒸汽进入凝聚系统(1)反应后，凝聚反应器底部的含水聚合物送至后面的后处理系统(3)；凝聚反应器中部的与聚合物分层的液相送至后面的分水罐(2)，以及凝聚反应器顶部含溶剂的气相物料通过冷凝器(7)降温后送至后面的分水罐(2)；

B.分水：分水罐(2)将来自凝聚反应器中部和顶部的物料分层后，上层的溶剂排出回收，下层的水相送至后面的引射器(4)的喷嘴(4-1)；

C.后处理：来自凝聚系统(1)的含水聚合物在后处理系统(3)中，通过挤压干燥机或干燥一体机将聚合物中的水分和少量溶剂气化得到聚合物产品；产生的温度较高的蒸发的水分和少量溶剂油气相的乏汽送至引射器(4)；脱出的水相送至混合液缓冲罐(5)；

D.乏汽回收：来自上述的后处理步骤的乏汽进入引射器接受室(4-2)，被来自上述的分水罐进入引射器喷嘴(4-1)入口的增压水相和来自混合液缓冲罐(5)并经增压的底部液相吸收，转化成高压的混合流体送至混合液缓冲罐(5)；

E.混合液缓冲：混合液缓冲罐(5)中将后处理过程脱出的水相和乏汽回收过程中引射器扩压室(4-4)排出的混合物料缓冲后，顶部排出的气相物料或者返回凝聚系统(1)，或者进入第二级乏汽回收单元。

4.如权利要求3所述的聚合物生产流程中的乏汽回收装置的乏汽回收方法，其特征在于：

所述的引射器接受室引射流体的压力为表压0～0.1MPa，温度为80～105℃；

所述的引射器喷嘴工作流体的压力为表压0.2～0.5MPa，温度为30～100℃；

引射器扩压室出口的压力为表压0.15～0.3MPa。

5.如权利要求3所述的聚合物生产流程中的乏汽回收装置的乏汽回收方法，其特征在于：

所述的混合液缓冲罐(5)出口一级循环泵P1的流量与二级循环泵P2的流量比为(1.5～4)：1。

6.如权利要求3所述的聚合物生产流程中的乏汽回收装置的乏汽回收方法，其特征在于：

所述的混合液缓冲罐(5)的操作压力与一级引射器出口压力相同或略低于一级引射器出口压力；所述的混合液缓冲罐(5)的操作压力为0.15～0.3MPa。

7.如权利要求3所述的聚合物生产流程中的乏汽回收装置的乏汽回收方法，其特征在于：

所述的冷凝器(7)为一级冷凝器和二级冷凝器，一级冷凝选用循环水作为冷却介质，二级冷凝选用低温水作为冷却介质。

8.如权利要求4所述的聚合物生产流程中的乏汽回收装置的乏汽回收方法，其特征在于：

所述的混合液缓冲罐(5)出口一级循环泵P1的流量与二级循环泵P2的流量比为(1.5～4)：1；

所述的混合液缓冲罐(5)的操作压力与一级引射器出口压力相同或略低于一级引射器出口压力；所述的混合液缓冲罐(5)的操作压力为0.15～0.3MPa；

所述的冷凝器(7)为一级冷凝器和二级冷凝器，一级冷凝选用循环水作为冷却介质，二级冷凝选用低温水作为冷却介质。