CN107206630A - 用于以优化的流动引导生产聚酰胺的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于生产聚酰胺的方法，该方法中的流动引导更加有效。该方法基于将内酰胺聚合成含有聚酰胺的聚合物熔体，使用造粒液体对该聚合物熔体后续粒化成聚酰胺粒料，并且在提取柱中从PA粒料后续提取单体和低聚物成分。本发明还涉及用于进行所提及的方法的装置。

Description

用于以优化的流动引导生产聚酰胺的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于生产聚酰胺的方法，其中使在该方法中的流动引导更加有效。该方法基于将内酰胺聚合成含有聚酰胺的聚合物熔体，使用造粒液体将该聚合物熔体后续造粒成为聚酰胺粒料，并且在提取柱中从PA粒料中后续提取单体和低聚物成分。本发明还涉及用于进行所提及的方法的装置。

背景技术

在通过从内酰胺缩聚生产聚酰胺6(PA6,Polyamide 6)粒料的过程中，在VK管中获得的熔体在冷却(通常用含有少量内酰胺的温水)后，通过线料造粒或水下造粒加工成粒料或碎片。造粒所要求的水也称为切割水(cutting water)。在特定情况下要求的切割水中的内酰胺的温度、量和容许浓度，在这种情况下一方面由所使用的造粒方法，并且另一方面还由所希望的PA6碎片的外观来控制。

由于粒状的PA6碎片含有最高达11％内酰胺和低聚物的量，其是至少部分水溶性的，在切割水中的内酰胺和低聚物的含量在造粒过程中会不断增加浓度，这可能导致造粒问题并且甚至导致造粒的失败，例如由于增加的泡沬形成和/或阻塞在切割水回路中的过滤器。在一些情况下消除此类故障可能花费几个小时，并且甚至在该故障已经被消除之后，持续几小时的生产会有质量变化。这些质量变化通常具有以下结果：在所提及的时间段期间，不能生产所希望质量的粒料，或仅能够生产所谓的B质量，其可以被分离出来并仅以降低的价格出售。为了避免此类故障，特定的纯的脱矿质水流总体上被连续地或分批地进料到切割水流，以便限制或调节溶解的内酰胺和低聚物的含量。对于在该切割水中的内酰胺和低聚物，各自允许的限制根据造粒方法和所希望的切割水温度而改变。对于在该切割水中的内酰胺和低聚物的含量的经验值，在此是对于内酰胺和低聚物大约按重量计从1.0％至3.0％。在该切割水回路中的过量的水，通过溢流控制或自动水平控制除去并且进料到内酰胺/水再循环系统(蒸发)。被进料到该切割水回路中的脱矿质水的设定量，因此必须附加地在蒸发时进行处理，并且因此增加了热能(通常是加热蒸汽)的消耗。因此，取决于现有设备和操作经验，有必要寻找在一定时间后添加脱矿质水的最佳设置点。脱矿质水的量经常被设定得过低以便节省加热蒸汽，但这迟早在造粒中导致上述所提到的问题。

原料内酰胺的低聚物和单体(和用于生产共聚物所要求的原料的低聚物)必须在布置于下游的提取单元中被分离出来，该低聚物和单体保留在聚酰胺6(或具有<30％的共聚物含量的聚酰胺6)的缩聚时的熔体中。单体和低聚物的含量在大多数情况下按重量计是大于6％。该分离总体上是通过一阶段或二阶段提取方法进行的。粉碎成粒料的冷却的聚合物由此被逆向引导至提取液(通常是具有不同内酰胺含量的水)。该提取液由此从聚合物粒料吸收单体和低聚物(可提取物质)，这些粒料中的可提取物质的总含量可以被减小到按重量计远低于1％。保持在该聚合物中代替可提取物质的该提取液必须在后续干燥步骤中除去。流动引导总体上是使得在滴流床中的粒料被引导从顶部至底部穿过该提取容器，其中该提取液从底部被引导到顶部。通过内置部件确保粒料和提取液的均匀流动。

考虑到在该提取液中的单体和低聚物的不同溶解度，该提取经常是以两个(或更多个)步骤进行。在第一阶段中，用合适的提取液(通常具有按重量计从5％到50％的内酰胺含量的水)分离出这些低聚物。在一个(或更多个)另外的提取阶段中，通过合适的提取液(通常具有按重量计小于0.5％的内酰胺含量的水)从该聚合物中除去单体和残余的低聚物。

根据US 8,541,540 B2已知连续的方法，在该方法中使用在提取阶段已经使用的水代替新鲜水用于造粒，使得该方法的能量消耗可以被降低。

该提取液被加热到的温度对提取的结果具有非常大的影响。更高的温度显示出更好的提取结果。由于成本原因，提取装置主要是呈无压装置的形式。该提取液的最大可调节入口温度因此分别对应于静水压的沸点温度。

借助于内部或外部热寄存器，使该提取液常规地达到所希望的温度，其中最大可调节温度是对应于提取装置中的相应静水柱的沸点温度。这在提取装置的底部处进料。然而，该方法没有提供能够在整个提取装置的长度上将该提取液调节到其相应沸点温度的可能性。尤其当必须使用多级提取以便实现所要求的显著小于按重量计1.0％的残余提取物含量时，预提取的粒料的入口温度接近该提取液的沸点温度。该输送液体在该提取反应器的顶部处被分离出来。由于粒料的高温度，该提取液几乎不在该提取柱中冷却。为此，该提取液的额外冷却是必需的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于生产聚酰胺的方法，其中可以避免该提取液的额外冷却，并且因此允许经济的方法。这个目的通过具有权利要求1所述的特征的方法和具有权利要求9所述的特征的装置来实现。其他从属权利要求显示出有利的进一步发展。

根据本发明在此提供了用于以优化的流动引导生产聚酰胺的方法，该方法包括以下步骤：

a)将内酰胺聚合成含有聚酰胺的聚合物熔体，

b)使用造粒液体将该聚合物熔体粒化成聚酰胺粒料，

c)在提取柱中从这些PA粒料提取单体和低聚物成分，其中这些PA粒料被逆向引导至提取液流。

在该方法中，该造粒液体的至少一部分在该提取柱的至少一个供入点处被进料到该提取液流中，以便调节该提取液流的温度和内酰胺浓度。

通过根据本发明在该提取柱的至少一个供入点处，有目的地添加该造粒液体，该提取液流的添加温度可以显著高于大气压沸点温度。结果，提取效率显著增加。提取效率的进一步增加通过添加该造粒液体降低在该提取柱的上部部分的收缩来实现，该造粒液体具有与现有技术相比更低的内酰胺含量。结果，在该提取柱的上部部分中粒料和造粒液体之间的驱动浓度梯度增加。通过结合这两种效果，该提取柱的体积效率能够显著增加。该提取柱的体积因此可以减少，或以相同的体积提取能力可以增加。

根据本发明优选的是在被进料到该提取液流之前，该造粒液体的温度低于在进料该造粒液体之前该提取液流的温度，其中在被进料到该提取液流之前该造粒液体的温度优选从10℃至50℃、更优选从15℃至40℃、最优选从20℃至30℃。

在另一个优选实施例中，在被进料到该提取液流之前内酰胺和低聚物成分在该造粒液体中的含量，低于在进料该造粒液体之前内酰胺和/或低聚物成分在该提取液流中的含量，其中在被进料到该提取液流之前内酰胺和成低聚物成分在该造粒液体中的含量，优选从按重量计0.1％至按重量计5.0％、更优选从按重量计0.5％至按重量计4.0％、最优选从按重量计1.0％至按重量计3.0％。

用于该造粒液体的供入点的数目原则上没有限制，但优选该造粒液体在该提取柱的从1至10个供入点处，更优选在该提取柱的从1至4个供入点处，被进料到该提取液流以调节该提取液流的温度和内酰胺浓度。

进料的造粒液体的量在此优选通过合适的装置进行测量和调节。造粒液体的量总体上通过自动流量计与控制阀组合进行调节，这些控制阀通过自动控制系统进行调节的。可替代地，该造粒液流的手动调节(具有或不具有局部流量测量的手动阀门)是可能的。

进一步优选该造粒液体包含内酰胺和/或低聚物成分并且通过造粒液体回路提供，其中纯的脱矿质水被连续地或分批地进料到该造粒液体回路中，并且其中在该造粒液体中内酰胺和/或低聚物成分的含量优选通过合适的测量装置进行测量，并且基于如此测定的测量值调节进料的纯的脱矿质水的量，以便因此将在该造粒液体中的内酰胺和低聚物成分的含量保持在特定范围内。

在另一个优选实施例中，提供了在预提取柱中预提取的步骤是在造粒步骤和提取步骤之间进行的，其中该提取液流在已经进行提取之后，优选从该提取柱中排出并且然后进料到该预提取容器，并且在该容器中被逆向引导至PA粒料。

进一步优选该提取液流在已经进行提取之后，或者，如果进行预提取，则在已经进行预提取之后，从该提取柱中排出，或者，如果进行预提取，则从该预提取柱中排出，并且被进料到用于蒸发的收集槽，其中没有来自不同来源的附加的造粒液体被进料到用于蒸发的收集槽。

根据本发明在此还提供了用于以优化的流动引导生产聚酰胺的装置，该装置包含聚合系统、造粒系统和提取柱，该提取柱具有在顶部用于PA粒料的至少一个入口、在底部用于PA粒料的至少一个出口、在底部用于提取液体的至少一个入口、在顶部用于提取液体的至少一个出口和用于造粒液体的至少一个供入点。

该造粒系统和该至少一个供入点由此经由管线彼此连接，在该造粒系统中使用的该造粒液体的一部分可以通过该管线被转移到该至少一个供入点。

在根据本发明的装置中，优选该装置包含用于蒸发的收集槽，其中用于蒸发的收集槽被以如下方式连接到该提取容器或该预提取容器(如果存在预提取容器)：该方式为使得从该提取容器或该预提取容器排出的提取液流可以被进料到用于蒸发的收集槽中，并且其中用于蒸发的收集槽不以使得该造粒液体可以被直接进料到该用于蒸发的收集槽中的方式被连接到该造粒系统。

该造粒系统优选被连接到造粒液体回路，该回路优选包含造粒液体槽，特别优选具有溢流阀的造粒液体槽。

该提取柱具有用于该造粒液体的优选从1至10个、更优选从1至4个供入点。当存在多个供入点时，它们优选被布置在该提取柱的不同高度处。

进一步优选该装置具有预提取容器。

附图说明

根据本发明的主题旨在借助于以下实施例和附图得以更详细地解释，并不限于在此示出的具体实施例。

图1是根据现有技术的方法的示意性图示。

图2是根据本发明的方法的示意性图示。

具体实施方式

通过根据本发明的方法生产聚合物粒料，这些粒料具有低含量的低分子量成分。为此，从起始材料产生的聚合物熔体必须固化以用于进一步处理，并且分成圆柱形或球形颗粒(粒料)。为此，通过泵从聚合反应器(1)输送的熔体(a)被引导到造粒阶段(2.1)。该聚合物熔体在那里通过冷却的切割水流(k)固化并且通过旋转的切割工具被分成均匀的颗粒(粒料)。该切割水流(k)在切割水槽(2.2)中保持可供使用，通过泵被输送，经过冷却器(2.3)，到达造粒阶段(2.1)并且在更高的温度下再次流回(流l)到切割水槽(2.2)。为了保持切割水(k)的浓度恒定，使补充流(g)连续地通过切割水槽(2.2)。这种补充流取自蒸发系统(5.2)的冷凝物流。补充水(g)的供给导致从切割水回路(f)的排放物，以便去除其中的杂质，该排放物经过蒸发系统的收集槽(5.1)被再次引导回到蒸发系统(5.2)。

来自造粒阶段(2.1)的粒料流(b)被引导到预提取阶段(3)。该聚合物的单体和低分子量成分在那里通过预提取液体进行洗涤。该预提取液体多数情况下由来自主提取器(4)的提取液(d)的排放物组成，其被引导至该预提取阶段(d)。装载有低分子量成分的预提取液体的排出物流被进料到蒸发系统的收集槽(5.1)(流e)。在很大程度上已经除去低分子量物质的粒料从该预提取阶段(3)被引导到该主提取阶段(4)(流c)。该聚合物在那里通过与提取液接触进一步除去单体和低分子量成分。这些单体和低分子量成分被传递至该提取液并在该排放物流(d)中被引导到预提取阶段。被输送到该主提取阶段的具有低含量的低分子量成分的提取液(流h)取自蒸发系统(5.2)的冷凝物流。该提取液通过泵被输送，通过加热器(4.1)就温度进行调节并进料到该主提取器。

这些充分除去低分子量成分的聚合物粒料在该主提取器底端被去除(流n)并进料到下一个处理阶段(6)。在蒸发阶段(5.2)中，低分子量成分被从收集槽(5.1)的不同进料流除去。它们被浓缩且排出以用于进一步使用(流i)。如以上所述，该具有保留的低含量的低分子量成分的液体被进料到提取阶段和造粒单元。

不同于在图1中描述的方法，从切割水容器的排放物未被直接输送到蒸发系统的收集槽(5.1)。来自造粒阶段(2.1)的过量的切割水取自冷却器(2.3)的切割水流(k)下游并且被输送到主提取器(4)(流o)。切割水流(o)可以在不同高度处被引入到主提取器(4)，如该方法所要求的，在那里它与该提取液混合。其结果，该主提取器中的该提取液的温度和浓度有利地受到影响。计量加入的质量流(o)与该提取液经过预提取阶段(3)流动到蒸发系统的收集槽(5.1)。

示例

以下给出根据本发明的方法的实施例的边界条件。它们表示启动时的设置：

测定待排放的切割水的量

待排放的切割水的量对应于在特定情况下循环的切割水的总量的约从1％至10％，并且另外还取决于在特定情况下安装的造粒系统、切割水温度以及在特定情况下粒料在水中的停留时间。由不同容量引起的操作程序的变化，尤其是在多个造粒管线具有一个共同的切割水槽的情况下，迅速导致切割水槽中的浓度的变化，因为后者通常不具有大的缓冲容积。

这一问题可以通过使用自动控制进给DEMI水以控制切割水中所希望的内酰胺含量恒定，测量切割水流中的内酰胺浓度来永久消除。

根据边界条件测定冷却效率

此目前的冷却效率可用于设定最佳提取温度，也就是说可以减小提取液在提取装置的液体表面处沸腾的可能性。

概述：

示例：Q＝1900kg/(3600s)*4.18kJ/(kg*K)*(30–100)K

Q＝154.4kW

测定在提取装置的顶部处浓度的减少

来自底部的DEMI水和来自顶部的颗粒在该提取装置中逆向流动通过彼此，该提取液从而沿着其路径变得富含内酰胺。该提取液以内酰胺浓度X_c离开提取装置。

概述：

示例：c_g＝(4000kg/h*0.08+1900kg/h*0.02)/5900kg/h

＝0.06

Claims (15)

1.一种用于以优化的流动引导生产聚酰胺的方法，所述方法包括以下步骤：

a)将内酰胺聚合成含有聚酰胺的聚合物熔体，

b)使用造粒液体将所述聚合物熔体粒化成PA粒料，

c)在提取柱中从所述PA粒料提取单体和低聚物成分，其中所述PA粒料被逆向引导至提取液流，

其特征在于，所述造粒液体的至少一部分在所述提取柱的至少一个供入点处被进料到所述提取液流中，以便调节所述提取液流的温度和内酰胺浓度。

2.如前述权利要求所述的方法，其特征在于，在被进料到所述提取液流之前所述造粒液体的温度低于在进料所述造粒液体之前所述提取液流的温度，其中在被进料到所述提取液流之前所述造粒液体的温度优选从10℃至50℃、更优选从15℃至40℃、最特别优选从20℃至30℃。

3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在被进料到所述提取液流之前内酰胺和低聚物成分在所述造粒液体中的含量低于在进料所述造粒液体之前内酰胺和/或低聚物成分在所述提取液流中的含量，其中在被进料到所述提取液流之前内酰胺和/或低聚物成分在所述造粒液体中的含量优选从按重量计0.1％至按重量计5.0％、更优选从按重量计0.5％至按重量计4.0％、最优选从按重量计1.0％至按重量计3.0％。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述造粒液体在所述提取柱的从1至10个供入点处，优选在所述提取柱的从1至4个供入点处，被进料到所述提取液流以调节所述提取液流的温度和内酰胺浓度。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，进料的造粒液体的量借助于合适的装置进行测量和调节。

6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述造粒液体包含内酰胺和/或低聚物成分并且通过造粒液体回路提供，其中纯的脱矿质水被连续地或分批地进料到所述造粒液体回路中，并且其中在所述造粒液体中内酰胺和/或低聚物成分的含量优选通过合适的测量装置进行测量，并且基于如此测定的测量值调节进料的纯的脱矿质水的量，以便因此将在所述造粒液体中的内酰胺和低聚物成分的含量保持在特定范围内。

7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在预提取柱中预提取的步骤是在造粒步骤和提取步骤之间进行的，其中所述提取液流，在已经进行提取之后，优选的是从所述提取柱中排出并且然后进料到所述预提取容器并且在所述容器中被逆向引导至PA粒料。

8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述提取液流，在已经进行提取之后，或者，如果进行预提取，则在已经进行预提取之后，从所述提取柱中排出，或者，如果进行预提取，则从所述预提取柱中排出，并且被进料到用于蒸发的收集槽，其中没有来自另一来源的附加的造粒液体被进料到所述用于蒸发的收集槽。

9.一种用于以优化的流动引导生产聚酰胺的装置，所述装置包括：

聚合系统，

造粒系统，

提取柱，其具有在顶部用于PA粒料的至少一个入口、在底部用于PA粒料的至少一个出口、在底部用于提取液体的至少一个入口、在顶部用于提取液体的至少一个出口和用于造粒液体的至少一个供入点，

其中所述造粒系统和所述至少一个供入点经由管线彼此连接，在所述造粒系统中使用的所述造粒液体的一部分可以通过所述管线被转移到所述至少一个供入点。

10.如前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置包含用于蒸发的收集槽，其中所述用于蒸发的收集槽被如下方式连接到所述提取容器或，如果存在所述预提取容器，则连接到所述预提取容器：所述方式为使得从所述提取容器或所述预提取容器排出的提取液流可以被进料到所述用于蒸发的收集槽中，并且其中所述用于蒸发的收集槽不以使得所述造粒液体可以被直接进料到所述用于蒸发的收集槽中的方式被连接到所述造粒系统。

11.如前述两项权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述造粒系统被连接到造粒液体回路，所述回路优选包含造粒液体槽，更优选具有溢流阀的造粒液体槽。

12.如权利要求9至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述提取柱具有用于造粒液体的从1至10个供入点、优选用于造粒液体的从1至4个供入点。

13.如权利要求9至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述提取柱具有用于造粒液体的多个供入点，所述多个供入点位于所述提取柱的不同高度处。

14.如权利要求9至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有预提取容器。

15.如权利要求9至14中任一项所述的装置，其特征在于，如权利要求1至8中任一项所述的方法在所述装置中进行。