CN108350111A - 溶剂分离装置及废热利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及溶剂分离装置及废热利用方法，根据本申请的溶剂分离装置和废热利用方法能够在聚合物‑溶剂分离过程中减少冷却剂消耗和蒸汽消耗。

Description

溶剂分离装置及废热利用方法
技术领域
本申请涉及用于分离聚合物和溶剂的混合物的溶剂分离装置及废热利用方法。本申请基于2016年6月16日提交的韩国专利申请No.10-2016-0074840要求优先权权益，该韩国专利申请的全文通过援引并入本文。
背景技术
在生产聚合物或石化产品的许多工艺中，汽提工艺(stripping process)已经被作为聚合后的工艺而执行。为了在反应后回收未反应的单体和溶剂并将它们再利用，汽提工艺采用诸如蒸汽汽提和蒸馏的方法。在韩国特开专利公报第2004-0042561号中详细描述了在该方法中回收溶剂的蒸汽汽提。在通常的汽提方法中，聚合物溶液被导入高温水中，溶剂利用蒸汽挥发并与水蒸汽一起被除去以回收聚合物。
用于汽提的汽提单元用于通过沸点差蒸发和分离原料中存在的两种或更多种成分的混合物质。在蒸馏系统的上部，低沸点物质(高挥发性成分)以上部蒸气的形式被蒸发和分离，在蒸馏系统的下部，高沸点物质(低挥发性成分)以冷凝物的形式被分离。低沸点物质和高沸点物质也可以是单一成分或者两种或更多种成分的混合物。
作为使用这种汽提单元分离聚合物和溶剂等的混合物的代表性工艺，具有合成橡胶生产工艺。合成橡胶是指具有与天然橡胶相同或相似物理性质的聚合物材料，包括丁二烯橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、溶液苯乙烯丁二烯橡胶(solutionstyrene butadiene rubber)或超高顺式聚丁二烯橡胶(ultra high-cispoly butadienerubber)等。
附图1是图示在通常汽提工艺中使用的溶剂分离装置的示意图。如图1所示，通常，在传统的汽提工艺中，从水箱(10)供水，蒸汽与聚合的聚合物和溶剂的混合物混合并被供给到汽提单元(20)。从汽提单元(20)的顶部区域排出的顶部流(201)在冷凝器(30)中冷凝，然后经由冷却器(40)被导入到油水分离器(50)中。溶剂分离装置使用中压蒸汽(MP)作为热源，在该工艺中消耗大量的能量。
因此，为了减少溶剂分离工艺中消耗的能量，需要一种能够回收和使用废弃的废热的方法。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种溶剂分离装置和使用该溶剂分离装置的废热利用方法。
技术方案
本申请涉及一种溶剂分离装置和废热利用方法。根据本申请的示例性溶剂分离装置和使用该溶剂分离装置的废热利用方法，从用于在聚合物生产工艺中将反应后的产物分离成聚合物和溶剂的汽提装置的顶部区域排出的油雾的废热被回收，并被用于在合成橡胶生产反应之后将产物传输到汽提单元的工艺中，由此通过回收废弃的废热能够减少能量。
在本说明书中，术语“和/或”被用作表示包括之前和之后列出的部件中的至少一个或多个。
在本说明书中，术语“管道系统”可以表示包括将装置连接起来的管道或管线的结构，其中“管线”可以与管道的含义基本相同，“流”可以表示流体经由管线或管道的移动，在此管线、管道和流可以共用相同的附图标记。
在此诸如“第一”、“第二”、“第三”、“一侧”和“另一侧”的术语用于将一个部件与其他部件区分开，其中，每个部件不受这些术语限制。在下文中，在说明本申请时，省略了与其相关的已知的一般功能或配置的详细描述。
在下文中，将详细描述本申请的溶剂分离装置和废热利用方法。
本申请的溶剂分离装置和废热利用方法可以通过与从汽提单元的顶部区域排出的顶部流进行热交换来加热用于将合成橡胶产物传输到汽提单元的水，并将水供给到汽提单元，其中，汽提单元用于在合成橡胶生产工艺中在反应之后将产物分离成聚合物和溶剂。在本说明书中，“汽提”表示溶解在液体中的气体的分离和去除，例如，可通过与蒸汽、惰性气体或空气等直接接触以及诸如加热和加压的方法进行溶解在液体中的气体的分离和去除，并且，在此汽提可用作与汽提、分散(dissipating)或分离相同的含义。
本申请的合成橡胶生产工艺包括生产丁二烯橡胶(BR)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、溶液苯乙烯丁二烯橡胶(SSBR)、超高顺式聚丁二烯橡胶等的工艺。可利用溶液聚合或乳液聚合的方法通过连续聚合生成丁二烯橡胶(BR)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、溶液苯乙烯丁二烯橡胶(SSBR)、超高顺式聚丁二烯橡胶等。
当使用溶液聚合生产合成橡胶时，聚合反应之后聚合物和溶剂的混合物，即粘性物质溶液，通过用蒸汽汽提而分离成溶剂和聚合物。而且，当使用乳液聚合生产合成橡胶时，聚合反应后产生的聚合物和未反应的单体以及溶剂分别在脱气后通过汽提分离。
照此，通过与从利用溶液聚合或乳液聚合的方法生产丁二烯橡胶(BR)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、溶液苯乙烯丁二烯橡胶(SSBR)、超高顺式聚丁二烯橡胶等的工艺中使用的汽提单元的顶部区域排出的油雾进行热交换来加热水，并将水供给到用于将聚合物和溶剂的混合物(即生产反应的产物)传输到汽提单元的工艺，由此可以减少冷却水的使用量并且可以减少用于加热水的能量。
在下文中，将参照附图详细描述本申请。
附图图示了本申请的示例性实施例，其仅被提供以帮助理解本申请，由此本申请的技术范围不受限制。
图2是示意性示出根据本申请的示例性实施例的溶剂分离装置的图。参考图2，根据本申请的溶剂分离装置包括汽提单元、水箱以及管道系统。
例如，溶剂分离装置可以包括水箱(10)、汽提单元(20)、冷却单元(40)以及管道系统。
水箱(10)是能够供水的装置，其形状和结构不特别地限制。
“汽提单元”是能够通过各沸点差分离原料中包含的多种成分物质的装置，或者是用于分离原料中的气体和将要从原料中分离的物质的汽提单元。作为汽提单元(20)，考虑到将被导入的原料的成分或将被分离的成分等的沸点等，在本申请中可以使用具有各种形式的汽提单元。
本申请的汽提单元可通过将聚合物溶液导入热水中并使用蒸汽使溶剂与水蒸汽一起挥发来去除溶剂。汽提单元可以配置为使得包含将被回收的溶剂的聚合物溶液和在回收时提供所需热的蒸汽的流沿彼此相反的方向(逆流)流动。在通过汽提回收聚合物的过程中，为了保持恒定的S/C(浆料含量，汽提单元中橡胶状聚合物的质量/汽提单元中除去溶剂的内容物的总质量)，可在汽提单元中填充水。
在一个示例中，作为汽提单元(20)或可用作汽提器的汽提单元，例如，可以使用具有一般结构的蒸馏塔或蒸馏装置，优选地，可使用两个汽提单元彼此连接的形式的汽提单元。
在一个示例中，汽提单元(20)可以包括：原料供给部，原料被供给到原料供给部；第一流出部，用于排出汽提单元(20)的下部产物；以及第二流出部，用于排出汽提单元(20)的上部产物。
第一流出部可以位于汽提单元(20)的下部和/或汽提单元的底部，第二流出部可以位于汽提单元(20)的上部和/或汽提单元的顶部。在本说明书中，“上部”可以表示汽提单元内的相对上部分，更具体地，当汽提单元在纵向方向上(例如汽提单元的长度或高度方向上)垂直等分时，“上部”可能表示两个分割区域的上部。在此，“下部”也可以表示汽提单元内的相对下部分，更具体地，当汽提单元在纵向方向上(例如汽提单元的长度或高度方向上)垂直等分时，“下部”可能表示两个分割区域的下部。另外，汽提单元的“顶部”可以表示汽提单元的最顶部并且可以位于汽提单元的上述的上部，汽提单元的“底部”可以表示汽提单元的最底部并且可以位于汽提单元的上述的下部。在一个示例中，在汽提单元的上部和下部之间可以具有中间部区域，汽提单元的上部区域、中间部区域和下部区域在此可以用作相对于彼此的相对概念。例如，当汽提单元在纵向方向上等分时，汽提单元可分割为上部区域和下部区域，在这种情况下，可以在上部区域和下部区域中发生汽提。另外，当汽提单元在纵向方向上三等分时，汽提单元可以分割为上部、中间部以及下部，在这种情况下，可以在所有的上部区域、中间部区域以及下部区域中发生汽提或者也可以仅在中间部区域中发生汽提。
“冷却单元”和“冷凝器”是与汽提塔分开安装的装置，其可以表示用于将从汽提塔中排出的物质通过诸如使其与从外部导入的水接触的方法进行冷却的装置。例如，冷却单元(40)和冷凝器(30)可以是用于冷却从汽提单元(20)的顶部区域排出的顶部流(201)的装置。
管道系统可以包括第一管线和第二管线，第一管线形成为使得包含聚合物和溶剂的混合物以及来自水箱的水能够混合然后被导入到汽提单元中，第二管线形成为使得从汽提单元排出的水和溶剂的混合液能够传输到冷却单元，管道系统可以进一步包括热交换部，该热交换部形成为使得从水箱排出的水在与混合物混合之前，从水箱排出的水能够与被导入冷却单元之前的混合液进行热交换。
第一管线可以包括供水流(101)、蒸汽供给流(111)以及聚合物流入流(121)。例如，从水箱(10)供给的供水流(101)、蒸汽供给流(111)、聚合物流入流(121)以及汽提单元(20)可以通过管道相互连接。优选地，它们可以流体地连接，从而从水箱(10)供给的水和蒸汽供给流(111)可以在蒸汽混合器(70)中混合，与聚合物和溶剂的混合物混合，然后通过聚合物流入流(121)被导入到汽提单元(20)中。
第二管线可以包括从汽提单元(20)排出的顶部流(201)和冷却单元(40)。从汽提单元(20)排出的水和溶剂的混合液可以通过顶部流(201)导入到冷却单元(40)中。
热交换部可以包括热交换器(60)，在热交换器(60)中，从水箱(10)排出的水在与包含聚合物和溶剂的混合物混合之前，从水箱排出的水可以与被导入冷却单元之前的混合液进行热交换。
“热交换器”是单独安装在汽提塔外部并执行热交换使得具有相互不同的温度的两种流体流之间的热传递顺畅发生的装置，例如，热交换器(60)可以是用于使从汽提塔(20)的顶部区域中排出的顶部流(201)和水流入流(61)进行热交换的装置。在本申请的溶剂分离装置中，从汽提塔(20)的顶部区域排出的顶部流(201)和水流入流(61)在热交换器(60)中彼此进行热交换，并通过水流入流(62)被供给到供水流(101)中，由此可以减少传输聚合物和溶剂的混合物所需的能量。
在一个示例中，本申请的溶剂分离装置可以满足下面的公式1。
[公式1]
│Tc－Te│≤40℃
在上面的公式1中，Tc表示从冷凝器排出的流体的温度，Te表示从热交换器排出的流的温度。
在溶剂分离装置中，通过将冷凝器(30)的冷凝器流入流(301)的温度与从热交换器(60)中排出的水流出流(62)的温度之差控制在上面的公式1的范围内，可以减少用于将聚合物和溶剂等的混合物(即生产合成橡胶的反应之后的产物)传输到汽提塔(20)的蒸汽的使用量。在一个示例中，冷凝器(30)的冷凝器流出流(301)的温度与从热交换器(60)中排出的水流出流(62)的温度之差不特别地限制，只要在上述的范围内即可，例如，可以是40℃以下、30℃以下、20℃以下或10℃以下，并且下限不特别地限制。冷凝器(30)的冷凝器流出流(301)的温度不特别地限制，只要满足上面的公式1即可，其可以是70℃至100℃，例如，80℃至100℃、90℃至100℃、70℃至90℃或80℃至90℃。另外，从热交换器(60)中排出的水流出流(62)的温度不特别地限制，只要满足上面的公式1即可，其可以是50℃至80℃，例如，60℃至80℃、70℃至80℃、50℃至70℃或60℃至70℃。
本申请还涉及一种废热利用方法。可以通过上述的溶剂分离装置执行废热利用方法。示例性方法可以包括以下步骤：将包含聚合物和溶剂的混合物与从水箱排出的水混合并将混合物导入汽提单元中；以及将从汽提单元中排出的水和溶剂的混合物导入冷却单元中，并且示例性方法还可以包括如下步骤：从水箱排出的水在与混合物混合之前，从水箱排出的水在热交换器中与被导入冷却单元之前的混合液进行热交换。
根据本申请的一个实施例的废热利用方法可以包括以下步骤：将供水流(101)和蒸汽供给流(111)导入到蒸汽混合器(70)中并将它们混合，将从蒸汽混合器(70)中排出的流供给到聚合物流入流(121)并将其导入到汽提单元(20)中，将从汽提单元(20)的顶部区域排出的顶部流(201)在冷凝器(30)中冷凝并通过冷凝器流出流(301)将其导入热交换器(60)，并将冷凝器流出流(301)与从供水流(101)导入的水流入流(61)进行热交换。
在一个示例中，从冷凝器(30)排出的冷凝器流出流(301)的温度(Tc)和在热交换器(60)中热交换并从热交换器(60)中排出的水流出流(62)的温度(Te)可以控制为满足下面的公式1。
[公式1]
│Tc－Te│≤40℃
在上面的公式1中，Tc表示从冷凝器中排出的流体的温度，Te表示从热交换器中排出的流的温度。
在废热利用方法中，通过将从冷凝器(30)中排出的冷凝器流出流(301)的温度(Tc)和在热交换器(60)中热交换并从热交换器(60)中排出的水流出流(62)的温度(Te)控制为满足上面的公式1，可以减少用于将聚合物和溶剂的混合物(即合成橡胶生产反应后的产物)传输到汽提塔(20)的蒸汽的使用量。在一个示例中，从冷凝器(30)中排出的冷凝器流出流(301)的温度(Tc)与在热交换器(60)中热交换并从热交换器(60)中排出的水流出流(62)的温度(Te))之差不特别地限制，只要其在上述范围内即可，例如，其可以是70℃至100℃，例如，80℃至100℃、90℃至100℃、70℃至90℃或80℃至90℃。另外，从热交换器(60)中排出的水流出流(62)的温度不特别地限制，只要其满足上面的公式1即可，例如，其可以是50℃至80℃，例如，60℃至80℃、70℃至80℃、50℃至70℃或60℃至70℃。
有益效果
根据本申请，回收并供给来自汽提单元冷凝器的废热来传输聚合物和溶剂的混合物(即聚合反应的产物)，由此与传统的汽提工艺相比能够显著减少能量。
附图说明
图1是用于说明用于分离聚合物和溶剂的传统的汽提单元的溶剂分离工艺的配置图。
图2是根据本申请的一个实施例的溶剂分离装置的配置图。
具体实施方式
在下文中，将通过根据本申请的实施例和不符合本申请的比较例更详细地描述本申请，但是本申请的范围不受以下实施例限制。
<实施例>
如图2所示，从供水流(101)导入的水流入流(61)通过将从汽提塔(20)的顶部区域排出并流经冷凝器(30)的顶部流(201)导入热交换器(60)而进行热交换，然后通过水流出流(62)供给到供水流(101)。从冷凝器(30)中排出的冷凝器流出流(301)的温度是90℃，在热交换器(60)中热交换并从热交换器(60)中排出的水流出流(62)的温度是70℃。
<比较例>
如图1所示，从汽提塔(20)的顶部区域排出的顶部流(201)通过冷凝器(30)被冷凝，然后通过冷却器(40)冷却并导入油水分离器(50)中，将来自供给到冷凝器(30)的冷却水的废热废弃。
冷却水供给(吨/小时) 蒸汽的使用量(吨/小时)
实施例 270 1.5
比较例 510 6.0
如表1所示，当使用本申请的溶剂分离装置和废热利用方法分离聚合物和溶剂时，可确认的是，可以减少最多47％的冷却水的使用量，并且可以减少最多75％的蒸汽的使用量。

Claims (12)

1.一种溶剂分离装置，包括：
汽提单元，用于从包含聚合物和溶剂的混合物中分离聚合物；水箱；冷却单元；以及管道系统，
其中，所述管道系统包括第一管线和第二管线，所述第一管线形成为使得包含所述聚合物和所述溶剂的混合物以及来自所述水箱的水能够混合然后被导入到所述汽提单元中，所述第二管线形成为使得从所述汽提单元排出的所述水和所述溶剂的混合液能够传输到所述冷却单元，并且
所述管道系统进一步包括热交换部，所述热交换部形成为使得从所述水箱排出的水在与所述混合物混合之前，从所述水箱排出的水能够与被导入所述冷却单元之前的混合液进行热交换。
2.根据权利要求1所述的溶剂分离装置，其中，
所述第一管线进一步包括蒸汽供给管。
3.根据权利要求1所述的溶剂分离装置，其进一步包括冷凝器，其中，所述冷凝器安装在从所述汽提单元排出的混合液与所述水进行热交换之前的位置，所述混合液能够被冷凝。
4.根据权利要求1所述的溶剂分离装置，其中，
所述聚合物包括丁二烯橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、溶液苯乙烯丁二烯橡胶或超高顺式聚丁二烯橡胶。
5.根据权利要求1所述的溶剂分离装置，其中，
所述溶剂包含(正)己烷。
6.一种废热利用方法，包括以下步骤：
将包含聚合物和溶剂的混合物与从水箱排出的水混合并将混合物导入到汽提单元中；以及
将从所述汽提单元排出的所述水和所述溶剂的混合物导入到冷却单元中，
其中，所述方法进一步包括如下步骤：从所述水箱排出的水在与所述混合物混合之前，从所述水箱排出的水在热交换器中与被导入所述冷却单元之前的混合液进行热交换。
7.根据权利要求6所述的废热利用方法，其中，
从所述水箱排出的水和蒸汽混合并被导入到所述汽提单元中。
8.根据权利要求6所述的废热利用方法，进一步包括如下步骤：
从所述汽提单元排出的混合液在与从所述水箱排出的水进行热交换之前，流经冷凝所述混合液的冷凝器。
9.根据权利要求8所述的废热利用方法，其中，
将从所述热交换器排出的流和从所述冷凝器排出的流控制为满足下面的公式1：
[公式1]
│Tc－Te│≤40℃
其中，Tc表示从所述冷凝器排出的流体的温度，Te表示从所述热交换器排出的流的温度。
10.根据权利要求8所述的废热利用方法，其中，
从所述冷凝器排出的流的温度为70℃至100℃。
11.根据权利要求8所述的废热利用方法，其中，从所述热交换器排出的流的温度为50℃至80℃。
12.根据权利要求8所述的废热利用方法，进一步包括冷却流经所述冷凝器和所述热交换器的流以分离水的步骤。
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