CN107107388B - 用于处理低粘度聚合物的系统和方法 - Google Patents

Abstract

系统(400)包含第一泵(408)和包含水下粒化机(604)且位于所述第一泵的下游且与所述泵成流体连通的粒化系统(600)；进一步包含位于所述第一泵的下游和所述粒化系统的上游的直达管线(502、504)，其中所述直达管线不含泵或热交换器；且进一步包含位于所述第一泵的下游和所述粒化系统的上游的旁通管线(506、510、512)，其中所述旁通管线包含第二泵(418)，且其中当所述聚合物的熔融粘度大于10⁵mPas时；所述第一泵用来将所述聚合物经由所述直达管线排放到所述粒化系统，且其中当所述聚合物的熔融粘度小于10⁵mPas时，所述第一泵用来将所述聚合物经由所述旁通管线排放到所述粒化系统。

Description

用于处理低粘度聚合物的系统和方法

背景技术

本发明涉及一种用于处理低粘度聚合物的系统。

低粘度聚合制造系统通常用于操纵低粘度溶液聚合物(呈溶液状态且因此具有低粘度的聚合物)或低粘度熔融聚合物(用于需要低熔融粘度且无任何溶剂的应用中的聚合物，例如粘合剂，如热熔融粘合剂)两者。所述系统为可互换的，即，其可利用系统的略微调整来操纵低粘度溶液聚合物和低熔融粘度聚合物。换句话说(如下详述)，当处理低粘度溶液聚合物对比低熔融粘度聚合物时，改变管线。

图1为现有技术系统100，其用于处理传统的高粘度聚合物(在下文中为高粘度聚合物，其中聚合物熔融粘度超过10⁵厘泊(通常经由ASTM D1238以熔融质量流率形式测量))以及具有如利用ASTM D1084所测量小于10⁵厘泊的低熔融粘度的聚合物两者。低粘度熔融聚合物可能含有或可能不含有任何溶剂。

在图1中，聚合溶液从反应器102排放到热交换器104。热交换器104位于反应器102的下游，且将溶液加热以便使位于热交换器104下游的去挥发器106中的溶剂和未反应的物质去挥发。去挥发器106(或多个去挥发器)用来使溶剂的量减少超过聚合溶液中存在的溶剂的量的99％。聚合物接着通过位于去挥发器106下游的泵108泵送到水下粒化机204。从水下粒化机获得的丸粒在干燥器206中干燥，且由于干燥获得的水通过泵208泵送到热交换器210中，所述水在所述热交换器中冷却且再循环到粒化机204。

阀门110、112和120可以用于控制聚合物熔融物经由系统的流动。阀门用于使得系统可互换，即，通过打开阀门110和关闭阀门112和120，来自去挥发器的聚合物熔融物直接传输到水下粒化机204。当所期望的是粒化熔融粘度超出10⁵厘泊的聚合物时，通常部署这种配置。当阀门110关闭且阀门112和120打开时，聚合物经由热交换器116传输，所述聚合物在所述热交换器中冷却，增加熔融粘度以促进水下粒化。当所期望的是粒化具有低熔融粘度(小于10⁵厘泊)的聚合物时，部署这种配置。

当系统100用于粒化聚合物(即，其中聚合物的熔融粘度超出10⁵厘泊)时，聚合溶液从去挥发器106沿着管线302和304到粒化机204泵送到水下粒化机204。当低熔融粘度聚合物(即，其中聚合物的熔融粘度小于10⁵厘泊)粒化时，其沿着管线302、308和310泵送到热交换器116。热交换器116冷却聚合物，且将其排放到水下粒化机204，且将所述聚合物切割成丸粒。这种粒化低粘度聚合物的方法具有一些缺点。一个缺点是位于去挥发器106下游的市售聚合物泵无法对低粘度聚合物产生压力以按用于水下粒化的适当压力装填热交换器116和水下粒化机模具。已确定，聚合物泵108无法被设计成泵送质量熔融流率低至0.5dg/min的聚合物以及具有足够压力(例如>200磅/平方英寸表压(psig))的低粘度聚合物两者，从而水力填充水下粒化机模具以便在不机械地损坏泵的情况下恰当切割和粒化。

因此，所期望的是设计一种可互换系统，其可操纵广泛范围的聚合物熔融粘度以提供所期望的压力(通过热交换器116)，从而在不机械地损坏泵的情况下促进水下粒化机204中的恰当切割和粒化。

发明内容

本文中所公开的为一种系统，其包含第一泵；粒化系统，其包含水下粒化机；其中所述粒化系统位于所述第一泵的下游且与其成流体连通；直达管线，其位于所述第一泵的下游和所述粒化系统的上游；其中所述直达管线不含泵或热交换器；以及旁通管线，其位于所述第一泵的下游和所述粒化系统的上游；其中所述旁通管线包含第二泵；其中当所述聚合物的熔融粘度大于10⁵厘泊时，所述第一泵用来将所述聚合物经由所述直达管线排放到所述粒化系统；且其中当所述聚合物的熔融粘度小于10⁵厘泊时，所述第一泵用来将所述聚合物经由所述旁通管线排放到所述粒化系统。

本文中还公开的为一种方法，其包含将聚合物从第一泵排放到包含水下粒化机的粒化系统；其中所述粒化系统位于所述第一泵的下游且与其成流体连通；其中当所述聚合物的熔融粘度大于10⁵厘泊时，所述聚合物经由位于所述第一泵的下游和所述粒化系统的上游的直达管线排放；其中所述直达管线不含泵或热交换器；或其中当所述聚合物的熔融粘度小于10⁵厘泊时，所述聚合物经由位于所述第一泵的下游和所述粒化系统的上游的旁通管线排放；其中所述旁通管线包含第二泵；以及粒化所述聚合物。

附图说明

图1为用于处理聚合物的现有技术系统，其具有用于处理大于10⁵厘泊的熔融粘度的直达管线与用于处理粘度介于10^3.9与10⁵厘泊之间的聚合物的旁通管线；以及

图2为用于处理聚合物的可互换系统的描述，所述聚合物含有熔融粘度大于10⁵厘泊的聚合物以及熔融粘度小于10^3.9厘泊的低粘度聚合物。

具体实施方式

应理解，当元件被称为“在”另一元件“上”时，其可以直接在所述另一元件上或可在其之间存在插入元件。相比之下，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在插入元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一项或多项的任何以及所有组合。

应了解，尽管本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、组件、区域、层和/或区段，但是这些元件、组件、区域、层和/或区段不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一种元件、组件、区域、层或区段与另一种元件、组件、区域、层或区段。因此，在不脱离本发明的教示的情况下，下文论述的第一元件、组件、区域、层或区段可以称为第二元件、组件、区域、层或区段。

本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且并不意欲是限制性的。如本文中所使用，单数形式“一(a/an)”和“所述”希望同样包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。应进一步理解，术语“包含(comprises/comprising)”或“包括(includes/including)”在本说明书中使用时，意指所陈述特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或加入。

此外，相对术语，如“下部”或“底部”和“上部”或“顶部”在本文中可用于描述一个元件与另一个元件的关系，如图式中可说明。应理解，相对术语打算涵盖除图式中所描绘的定向以外的装置的不同定向。举例来说，如果一个图式中的装置翻转，那么描述成位于其它元件的“下部”侧面上的元件将定向在所述其它元件的“上部”侧面上。因此，示例性术语“下部”可以取决于图式的具体定向而涵盖“下部”和“上部”定向两者。类似地，如果一个图式中的装置翻转，那么描述成位于其它元件“之下”或“下方”的元件将定向在所述其它元件“上方”。因此，示例性术语“之下”或“下方”可涵盖上方和下方两种定向。

除非另外定义，否则本文中所使用的所有术语(包含技术和科技术语)具有本发明所属领域的技术人员通常所理解的相同意义。应进一步理解，术语(如在常用词典中所定义的那些术语)应解释为具有与其在相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文中明确地定义，否则将不会以理想化或过分正式意义进行解释。

示例性实施例在本文中参看作为理想化实施例的示意性说明的横截面图示而描述。因而，应预期到作为(例如)制造技术和/或容差的结果而与说明的形状的变化。因此，本文所述的实施例不应理解为限于如本文中所示出的区域的特定形状，而应理解为包括例如由制造引起的形状的偏差。举例来说，绘示或描述为平坦的区域可通常具有粗糙和/或非线性特征。此外，所示出的锐角可为圆角。因此，图中示出的区域本质上是示意性的，并且其形状并不打算示出区域的精确形状，而且并不打算限制本发明权利要求书的范围。

过渡术语“包含”涵盖过渡术语“由……组成”和“基本上由……组成”。

本文公开了各种数值范围。这些范围包括端点以及介于这些端点之间的数值。这些范围中的数字是可互换的。

如本文所使用，术语“管线”是指介于两点之间的流动路径。流动路径可以包括导管、管道、软管等。

术语“和/或”包括“和”以及“或”两者。举例来说，术语“A和/或B”包括“A”、“B”或“A和B”。

本文中所公开的为一种用于粒化低熔融粘度聚合物和高熔融粘度聚合物两者的可互换的系统。所述系统使用多个泵，所述多个泵彼此串联以将聚合物压力提高到足以供给到水下粒化机的值。所述多个泵位于去挥发器的下游和所述水下粒化机的上游。所述系统配置为有利的，因为其允许将一部分系统部署用于粒化高熔融粘度聚合物且将另一部分系统部署用于粒化低熔融粘度聚合物，同时对低粘度聚合物产生足够压力以按用于水下粒化的适当压力装填紧靠水下粒化机上游的模具。

本文所述的系统可用于使用一种或多种单体的任何类型的聚合方法。单体的实例包括具有2到30个碳原子、优选地2到12个碳原子且更优选地2到8个碳原子的不饱和烃。有用的单体包括直链、支链或环状烯烃；直链、支链或环状α烯烃；直链、支链或环状二烯烃；直链、支链或环状α-ω烯烃；直链、支链或环状多烯；直链、支链或环状α烯烃。尤其优选的单体包括以下各项中的一种或多种：乙烯、丙烯、丁烯-1、戊烯-1、4-甲基-戊烯-1、己烯-1、辛烯-1、癸烯-1、3-甲基-戊烯-1、降冰片烯、降冰片二烯、3,5,5-三甲基-1-己烯、5-乙基-1-壬烯、乙烯基降冰片烯、亚乙基降冰片烯单体或其组合。

在一个示例性实施例中，本文中制造的聚合物为乙烯均聚物或共聚物。在另一示例性实施例中，所述方法涉及乙烯和一种或多种C₄到C₂₀直链、支链或环状单体、优选地C₄到C₁₂直链或支链α-烯烃的聚合。在一个优选实施例中，共聚单体包含至少一种具有3到8个碳原子、优选地4到8个碳原子的共聚单体。具体地说，共聚单体为丙烯、丁烯-1、4-甲基-戊烯-1、3-甲基-戊烯-1、己烯-1和辛烯-1，最优选的为己烯-1、丁烯-1和/或辛烯-1。

图2描绘系统400，其包含其中合成具有不同分子量的聚合物的反应器402。聚合物分子量可产生熔融粘度小于8,000厘泊到大于100,000,000厘泊的聚合物。

反应器402位于以下各项的上游：热交换器404、去挥发器406、第一泵408、包含管线502和504的直达管线、包括包含管线506、510和512的旁通管线的加压系统500以及粒化系统600。直达管线不含泵或热交换器。旁通管线含有第二泵418和热交换器416。图2中详述的所有组件彼此成流体连通。

热交换器404位于反应器402的下游且用来加热从反应器402排放的聚合溶液。热交换器通常将聚合溶液加热到225℃到275℃的温度。在一个优选实施例中，热交换器通常将聚合溶液或低粘度聚合物加热到240℃到250℃的温度。

去挥发器406位于热交换器404的下游且用来从聚合溶液萃取溶剂。从去挥发器406排放之后的聚合物含有小于百万分之一千五的溶剂。在一个实施例中(未图示)，系统400可含有多个彼此串联的去挥发器。各连续去挥发器进一步减少聚合物中所含的溶剂的量。现将溶剂量减少的聚合物排放到第一泵408。

第一泵408可为旋转凸轮泵、渐进空穴泵、旋转齿轮泵、活塞泵、隔膜泵、螺杆泵、齿轮泵、水力泵、旋转叶片泵、再生(周边)泵或蠕动泵。优选的泵为齿轮泵。

齿轮泵仅充当抽出泵且当其处理粘度小于8,000厘泊的聚合物时产生低压。对于所有其它级别，其产生有效装填聚合物通过模具的压力。当制造熔融质量流率等于0.5dg/min的聚合物时，来自第一泵408的排放压力可超出3,000psig(大于225千克/平方厘米)。

在一个实施例中，齿轮泵为抽出泵，其在供给第二泵418(也称为“升压泵”，其在下文中详细论述)时，产生极少的排放压力(例如小于500psig(即，小于37.5千克/平方厘米))。

第一泵408充当从去挥发器萃取聚合物且将其排放到直达管线或替代性地以22到235千克/平方厘米的压力排放到加压系统500的泵。在一个优选实施例中，第一泵408充当从去挥发器萃取聚合物且将其排放到直达管线或替代性地以40到200千克/平方厘米的压力排放到加压系统500的泵。

当聚合物的熔融粘度超出10⁵厘泊时，其沿着直达管线502和504排放到粒化系统600。由于聚合物具有高熔融粘度，故其以足以促进水下粒化的压力从第一泵408排放。

直达管线包含彼此串联且与安置在管线504中的阀门410串联的管线502和504。当系统用于处理熔融粘度超出10⁵厘泊的聚合物时，阀门410处于打开位置。当聚合物熔融粘度介于10^3.9与10⁵厘泊之间时，阀门410关闭，且阀门412和420打开。替代性地，对于这一熔融粘度范围，阀门410和412可关闭，且出自第一泵408的聚合物经由加压系统500排放。当聚合物的熔融粘度小于10^3.9厘泊(即，低粘度聚合物)时，阀门410和412关闭，且出自第一泵408的聚合物经由加压系统500排放。

加压系统500包含旁通管线510(绕过直达管线)，且沿着其安置位于第一泵408下游的第二泵418。第一泵408和第二泵418彼此串联且共同起作用以对低粘度聚合物增加压力，从而以用于水下粒化的适当压力装填热交换器416和水下粒化机模具。热交换器可为壳管式、平板式、板框式、发夹式，且优选的技术为具有扭曲带插入件的壳管式。

安置在第二泵418下游的为阀门414，其可用于使沿着旁通管线510的流动停止或开始。第二热交换器416安置在第二泵418的下游且起到冷却聚合物随后将其装填到粒化系统600的作用。

在一个实施例中，旁通系统500包括允许使用一部分直达管线502和旁通管线512的阀门412。这一组合可例如在聚合物的粘度不需要用泵418将其装填到热交换器416时使用。举例来说，如果低粘度聚合物足够低使得需要熔融冷却，但粘度足够高(例如粘度超出10^3.9厘泊)使得泵408可用于在不损坏泵的情况下产生粒化(系统600)所需压力，那么也可使用这一组合。

第二泵418为升压泵，其将低粘度聚合物(例如小于10^3.9厘泊)加压到足以在粒化系统600中挤制和粒化的压力。在一个实施例中，升压泵可为旋转凸轮泵、渐进空穴泵、旋转齿轮泵、活塞泵、隔膜泵、螺杆泵、齿轮泵、水力泵、旋转叶片泵、再生(周边)泵或蠕动泵。优选的泵为齿轮泵。升压泵418将低粘度聚合物的压力增加到15到150千克/平方厘米。在一个优选实施例中，升压泵418将低粘度聚合物的压力增加到30到70千克/平方厘米。

当聚合物的熔融粘度小于10^3.9厘泊(即，低粘度聚合物)时，出自第一泵408的聚合物排放到第二泵418，且接着排放到第二热交换器416，其从所述第二热交换器装填到粒化系统600。低粘度聚合物以60到160℃的温度和11到145千克/平方厘米的压力离开第二热交换器416。在一个优选实施例中，低粘度聚合物以70到120℃的温度和30到60千克/平方厘米的压力离开第二热交换器416。

粒化系统600包含水下粒化机604、旋转干燥器606、水循环泵608和水冷却交换器610。低粘度聚合物(其熔融粘度小于10⁵厘泊)或高粘度聚合物(熔融粘度超出10⁵厘泊)流经模具表面且流到水下粒化机602。丸粒-水浆液排放到干燥器606，在其中将其干燥。在干燥器606移出的水经由泵608和热交换器610再循环到粒化机。丸粒接着可被包装以用于销售或经受进一步精整工艺。

在一个实施例中，在使用系统400的一种方式中，熔融粘度大于10⁵厘泊(并且优选地10⁶到10⁸厘泊)的聚合物经由热交换器404从反应器402排放到去挥发器406。去挥发器406移除来自聚合物溶液的溶剂。第一泵408将聚合物直接泵送(经由管线502和504)到水下粒化机。

在另一实施例中，在使用系统400的另一方式中，低熔融粘度聚合物(熔融粘度小于10⁵厘泊并且优选地8,000到10,000)经由热交换器404从反应器402排放到去挥发器406。去挥发器406移除来自聚合物溶液的溶剂。第一泵408将聚合物经由旁通管线506、510和512泵送到水下粒化机，所述聚合物在所述旁通管线中接触第二泵418(也称为升压泵)，所述第二泵将所述聚合物压力升高到将在水下粒化机602中有效粒化的值。低粘度聚合物接着接触热交换器416，所述低粘度聚合物在所述热交换器中冷却到适当温度且接着排放到水下粒化机，所述低粘度聚合物在所述水下粒化机中粒化。

如上文详述，当所期望的是通过打开阀门412且在将溶液排放到水下粒化机602之前将所述溶液装填到热交换器416来冷却聚合物(熔融粘度介于10^3.9与10⁵厘泊之间)时，可使用管线508。在这种情况下，聚合物将沿着管线502、508和512行进，随后其被排放到粒化系统600以待粒化。

在另一实施例中，当低粘度聚合物(熔融粘度小于10^3.9厘泊)在使用第二泵418的同时经由交换器416泵送且泵送到水下粒化机602时，可使用管线506。在这种情况下，低粘度聚合物将沿着路径506、510和512行进，随后排放到粒化系统600以待粒化。

本文中所公开的系统400为有利的，因为其可用于在单一系统中处理高熔融粘度聚合物以及较新类别聚合物(低熔融粘度聚合物)两者。额外的第二泵418可改装在现有系统上以在不支出大量资金的情况下在所述系统中实现这种互换性。

Claims (8)

1.一种系统，其包含：

第一泵；

粒化系统，其包含水下粒化机；其中所述粒化系统位于所述第一泵的下游且与其成流体连通；

直达管线，其位于所述第一泵的下游和所述粒化系统的上游；其中所述直达管线不含泵或热交换器；以及

旁通管线，其位于所述第一泵的下游和所述粒化系统的上游；其中所述旁通管线包含第二泵；其中当聚合物的熔融粘度大于10⁵厘泊时，所述第一泵设置为将所述聚合物经由所述直达管线排放到所述粒化系统；且其中当所述聚合物的熔融粘度小于10⁵厘泊时，所述第一泵设置为将所述聚合物经由所述旁通管线排放到所述粒化系统，其中所述旁通管线进一步包含设置为冷却所述聚合物的热交换器；且其中所述热交换器位于所述第二泵的下游和所述粒化系统的上游。

2.根据权利要求1所述的系统，其中当所述聚合物的熔融粘度大于10⁵厘泊时，所述第一泵设置为将所述聚合物以小于15千克/平方厘米的压力排放。

3.根据权利要求1所述的系统，其中当所述聚合物的熔融粘度小于10^3.9厘泊时，所述第二泵设置为以15到150千克/平方厘米的压力排放所述聚合物。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述旁通管线经由含有阀门的管线接触所述直达管线。

5.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含反应器和去挥发器；其中所述反应器和所述去挥发器安置在所述第一泵的上游且其中所述反应器和所述去挥发器彼此成流体连通且与所述第一泵成流体连通。

6.根据权利要求5所述的系统，其进一步包含从所述聚合物移除溶剂的多个去挥发器；其中所述多个去挥发器彼此成流体连通。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一泵为齿轮泵且其中所述第二泵为齿轮泵。

8.一种方法，其包含：

将聚合物从第一泵排放到包含水下粒化机的粒化系统；其中所述粒化系统位于所述第一泵的下游且与其成流体连通；

其中当所述聚合物的熔融粘度大于10⁵厘泊时，所述聚合物经由位于所述第一泵的下游和所述粒化系统的上游的直达管线排放；其中所述直达管线不含泵或热交换器；以及

其中当所述聚合物的熔融粘度小于10⁵厘泊时，所述聚合物经由位于所述第一泵的下游和所述粒化系统的上游的旁通管线排放；其中所述旁通管线包含第二泵；以及

粒化所述聚合物；

所述方法进一步包含将所述聚合物从所述第二泵排放到热交换器，随后将所述聚合物排放到所述粒化系统。

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