CN116351088A

CN116351088A - 用于聚合物脱挥发分的系统和脱挥分方法

Info

Publication number: CN116351088A
Application number: CN202211648340.6A
Authority: CN
Inventors: 乔小飞; 华卫琦; 杨颖�; 胡展; 王磊; 汪旭清
Original assignee: Wanhua Chemical Group Co Ltd
Current assignee: Wanhua Chemical Group Co Ltd
Priority date: 2022-12-21
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2023-06-30

Abstract

本发明公开了用于聚合物脱挥发分的系统和脱挥分方法，该系统包括：闪蒸单元，用于从反应器接收并闪蒸聚合物溶液，得到第一挥发分气相和预脱挥聚合物溶液；静态脱挥单元，包括至少两级串联的静态脱挥器，用于从闪蒸单元接收并加热预脱挥聚合物溶液，得到第二挥发分气相和静态脱挥聚合物溶液；动态脱挥单元，用于接收静态脱挥聚合物溶液并使其在翻腾状态下受热，得到第三挥发分气相和动态脱挥聚合物溶液；挥发分回收单元，与静态脱挥单元、动态脱挥单元连通，用于接收第二挥发分气相和第三挥发分气相。本发明通过闪蒸单元预脱挥以及静态脱挥单元和动态脱挥单元的组合脱挥，可得到极低VOC的环境友好型聚合物产品，且避免了挥发分回收中的堵塞问题。

Description

用于聚合物脱挥发分的系统和脱挥分方法

技术领域

本发明涉及聚合物合成技术领域，具体涉及一种用于聚合物脱挥发分的系统和脱挥分方法。

背景技术

聚合物脱挥发分是化工工业中的重要过程，特别在聚合材料和塑料的处理中非常关键，要得到挥发分非常低的高质量且环保的材料，这一过程非常复杂，需要根据聚合体系的特点，如粘度、弹性、溶剂沸点、溶剂相对挥发度、聚合物分子量、稳定性等，在系统设计，脱挥装备，脱挥方法，回收系统，输送设备，管道及仪表设计，设备布置等方面进行综合考虑。

特别的，对于聚合体系中聚合物具有热敏性或者热不稳定性，降解温度较低或者玻璃化温度较高的材料，且挥发分中重组分沸点较高的情况下，通过脱挥得到低VOC的聚合物材料十分困难。目前国内外聚合物脱挥发分技术一般根据经验和实验进行开发，针对不同的体系，国内外公司公布了各种脱挥发分的系统，装置和方法。

CN113207283A公开了一种溶液聚合的方法和工艺，其中聚合物分离过程为聚合反应液通过特殊的液液分相工艺，将聚合物固含量由15～17％wt，提升至21～27％wt，然后将所述富聚合物相输送至多个脱挥发分容器中，其中每个脱挥发分容器在比前一脱挥发分容器更低的压力下操作，将所述聚合物与存在于所述富聚合物相中的挥发物分离。

CN 112292201A公开了一种用于溶液聚合的系统，分离过程为多个脱挥发分容器，所述多个脱挥发分容器位于所述反应器系统下游，其中每个脱挥发分容器在比前一脱挥发分容器更低的压力下操作；以及热交换器，所述热交换器安置在两个脱挥发分容器之间并与其流体连通。

CN102858415A公开了一种脱挥发分设备和方法，其提供使用具有加热通道的板加热器将可流动物料(例如熔融聚合物以及夹带或溶解的溶剂或未反应的单体或共聚单体)脱挥发分的设备和方法，加热通道的设计或操作使得在穿过较大第一区域并然后在加热通道的较小第二区域中、或下游诱导闪蒸过程中，可流动物料保持高于其泡点压力。

但是对于行业中聚合物脱挥发分的系统和方法中，大多是强调大量挥发分的强化脱除，例如CN102858415A对脱挥设备及内件的优化，CN112292201A对脱挥工艺的强化，CN113207283A对反相或分相助剂的选择等。以上静态脱挥仅对于大量易挥发分的脱除有一定效果，但聚合物中往往含2000～5000ppm的挥发分，不仅不环保，而且往往对聚合材料的加工、应用造成影响。

另外，脱挥器中大量挥发分在脱除过程中，会夹带少量聚合物，在实际应用中，无论通过换热器冷凝，气液分离器，除沫器或旋风分离器进行液滴分离，都会导致聚合物在管道、仪表或设备中堵塞，造成装置停车。行业中聚合物脱挥发分的系统中仍然面临以上难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供用于聚合物脱挥发分的系统和脱挥分方法，通过闪蒸单元预脱挥以及静态脱挥单元和动态脱挥单元的组合脱挥，可得到极低VOC的环境友好型聚合物产品，VOC含量可小于300ppm，且避免了挥发分回收中的堵塞问题。

为实现上述发明目的，本发明第一方面提供了用于聚合物脱挥发分的系统，包括：

闪蒸单元，位于形成聚合物的反应器下游，用于从所述反应器接收并闪蒸聚合物溶液，得到第一挥发分气相和预脱挥聚合物溶液；

静态脱挥单元，位于所述闪蒸单元下游，包括至少两级串联的静态脱挥器，用于从所述闪蒸单元接收并加热所述预脱挥聚合物溶液，得到第二挥发分气相和静态脱挥聚合物溶液；

动态脱挥单元，位于所述静态脱挥单元下游，用于从所述静态脱挥单元接收静态脱挥聚合物溶液并使其在翻腾状态下受热，得到第三挥发分气相和动态脱挥聚合物溶液；

挥发分回收单元，与所述静态脱挥单元、动态脱挥单元连通，用于接收第二挥发分气相和第三挥发分气相；

其中，所述第一挥发分气相包括聚合物溶液中未反应的轻组分单体；所述第二挥发分气相包括聚合物溶液中的溶剂；所述第三挥发分气相包括聚合物溶液中的重组分。

较佳的实施方式中，所述系统还包括：位于所述闪蒸单元和静态脱挥单元之间的预热单元，用于将来自闪蒸单元的预脱挥聚合物溶液预热后送入静态脱挥单元。

较佳的实施方式中，所述串联的静态脱挥器中，每个静态脱挥器内部比前一级静态脱挥器内部压力更低或相等。

较佳的实施方式中，所述静态脱挥器内部均设置第一加热装置，用于加热进入静态脱挥单元的预脱挥聚合物溶液。

较佳的实施方式中，所述动态脱挥单元内部包括用于翻腾聚合物溶液的动态组件以及用于加热聚合物溶液的第二加热装置。

较佳的实施方式中，所述挥发分回收单元通过带伴热的管道与所述静态脱挥单元和动态脱挥单元连通；

较佳的实施方式中，所述挥发分回收单元内部沿轴向分为低压吸收区域，中压吸收区域和高压吸收区域，以及，在所述挥发分回收单元轴向不同位置设置与所述静态脱挥单元连通的至少两个第二挥发分入口以及与所述动态脱挥单元连通的第三挥发分入口。

优选地，所述第二挥发分入口为多个，分别与各个静态脱挥器连通。

较佳的实施方式中，所述的挥发分回收单元内部设置分离构件，用于分离挥发分中的组分，分别得到轻组分单体、重组分和溶剂。

较佳的实施方式中，在所述闪蒸单元中，所述第一挥发分气相进入所述反应器。

本发明第二方面提供了一种聚合物脱挥分方法，该方法包括：

将反应器形成的聚合物溶液送入闪蒸单元，闪蒸聚合物溶液，得到第一挥发分气相和预脱挥聚合物溶液；

将来自闪蒸单元的预脱挥聚合物溶液送入静态脱挥单元，通过其内部设置的至少两级串联的静态脱挥器加热预脱挥聚合物溶液，得到第二挥发分气相和静态脱挥聚合物溶液；

将来自静态脱挥单元的静态脱挥聚合物溶液送入动态脱挥单元，使静态脱挥聚合物溶液在翻腾状态下受热，得到第三挥发分气相和动态脱挥聚合物溶液；

将静态脱挥单元中的第二挥发分气相与动态脱挥单元中的第三挥发分气相送入挥发分回收单元；

其中，所述第一挥发分气相包括聚合物溶液中未反应的轻组分单体，所述第二挥发分气相包括聚合物溶液中的溶剂，所述第三挥发分气相包括聚合物溶液中的重组分。

较佳的实施方式中，所述方法还包括：将来自闪蒸单元的预脱挥聚合物溶液预热后送入静态脱挥单元，优选地，预热温度150～300℃，进一步优选200～260℃。

较佳的实施方式中，在多级串联的静态脱挥器中，按照物料流向，第一级静态脱挥器操作压力为正压0.1～6barG，优选为2～4barG，第一级静态脱挥器出口聚合物含量优选为50％～80％；末级静态脱挥器操作压力为负压0.1～95kPaA，优选为0.1～5kPaA，末级静态脱挥器聚合物含量优选为85％～99.9％。

较佳的实施方式中，所述静态脱挥单元中加热所述预脱挥聚合物溶液的温度至150～300℃，优选地180～260℃。

较佳的实施方式中，所述动态脱挥单元中加热所述静态脱挥聚合物溶液的温度至160～300℃，优选地180～260℃。

较佳的实施方式中，所述动态脱挥单元中操作压力为0.001～1kPaA，优选为0.1～1kPaA。

较佳的实施方式中，所述的挥发分回收单元通过带伴热的管道与所述静态脱挥单元和动态脱挥单元连通，伴热温度100～300℃，优选地120～250℃。

较佳的实施方式中，所述挥发分回收单元内部沿轴向分为低压吸收区域，中压吸收区域和高压吸收区域，以对挥发组分进行分级吸收。

较佳的实施方式中，所述方法还包括：通过挥发分回收单元内部设置的分离构件，分离挥发分中的组分，分别得到轻组分单体、重组分和溶剂。

较佳的实施方式中，所述方法还包括：所述挥发分回收单元对静态脱挥单元与动态脱挥单元进行压力调控。

较佳的实施方式中，所述方法还包括：将所述闪蒸单元中第一挥发分气相送入所述反应器。

较佳的实施方式中，将所述聚合物溶液进行淬灭，使催化剂失活后送入所述闪蒸单元。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

通过本发明系统及方法，将反应器形成的聚合物溶液首先送入闪蒸单元，闪蒸聚合物溶液使其中沸点较低的、且不易液化的未反应轻组分单体形成第一挥发分气相，在该闪蒸单元中第一挥发分气相从聚合物溶液中脱除得到预脱挥聚合物溶液；接着，将来自闪蒸单元的预脱挥聚合物溶液送入静态脱挥单元，通过其内部设置的至少两级串联的静态脱挥器加热预脱挥聚合物溶液使其中的溶剂形成第二挥发分气相，该第二挥发分气相从预脱挥聚合物溶液中分离出去得到静态脱挥聚合物溶液，经该静态脱挥单元中脱除挥发分后可将挥发分质量分数降低至小于5％；之后，将来自静态脱挥单元的静态脱挥聚合物溶液送入动态脱挥单元，使静态脱挥聚合物溶液在翻腾状态下受热使其中的重组分形成第三挥发分气相，该第三挥发分气相从静态脱挥聚合物溶液中分离出去得到动态脱挥聚合物溶液，在该动态脱挥单元中几乎可以脱除剩余的微量难挥发组分，使得最终聚合物中挥发分含量达到50～1000ppm。而静态脱挥单元中的第二挥发分气相与动态脱挥单元中的第三挥发分气相可送入挥发分回收单元进一步回收得到轻组分单体、重组分和溶剂。

特别地，本发明挥发分回收单元除实现回收聚合物挥发分的功能外，还可耦合其它功能，包括但不限于：对挥发分进行分级吸收；对吸收的挥发分进行分离，将轻组分单体和溶剂分离后送回反应器，将重组分在塔底富集后排出系统；对静态脱挥单元和动态脱挥单元进行压力调节等。

本发明的挥发分回收单元与静态脱挥单元和动态脱挥单元的连接点根据脱挥系统的压力要求，可分别连接在轴向不同位置，通过回收单元的内件进行压力调整，且回收单元内置抗堵塞内件，可以有效洗涤挥发分夹带的聚合物，保证系统的高效、稳定运行，且能耗大幅降低。

综上，本发明通过闪蒸单元、静态脱挥单元与动态脱挥单元的脱挥组合，可得到超低VOC的环境友好型聚合物材料，且避免了挥发分回收中的堵塞问题。

本发明的其它特征和优点将通过随后的具体实施方式予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明示例的一种用于聚合物脱挥发分的系统工艺流程示意图。

图2为本发明示例的另一种用于聚合物脱挥发分的系统工艺流程示意图。

附图标记如下：反应器101，闪蒸单元102，静态脱挥单元103，动态脱挥单元104，挥发分回收单元105，压缩机201，换热器202、205、207，首级静态脱挥器203，二级静态脱挥器204，三级静态脱挥器206，再沸器208，吸收分离塔209，控压塔盘210，真空泵211，冷凝器212、213、214，215，收集罐216，泵217，管线301，302，303，304，305，306，307，308，309，310，311，312，313，314，315，316，317，318，319。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种用于聚合物脱挥发分的系统，包括：

其中，所述第一挥发分气相包括聚合物溶液中未反应的轻组分单体，如乙烯；所述第二挥发分气相包括聚合物溶液中的溶剂，如惰性烷烃，如戊烷、甲基戊烷、己烷、环己烷、甲基环己烷、庚烷、辛烷、氢化石脑油或其组合取代的C5-12烃；所述第三挥发分气相包括聚合物溶液中的重组分，如大分子烃类和/或低分子量烯烃聚合物。

本发明中，闪蒸单元用于闪蒸聚合物溶液使其中未反应的低沸点、不易液化的原料单体变成气相(第一挥发分气相)并从该溶液中分离出去，优选在正压8～12barG及绝热条件下闪蒸，不额外输入热量，该压力下操作可控制闪蒸的第一挥发分气相主要是低沸点未反应单体，而溶剂含量低于10％，以保证返回反应系统的第一挥发分气相在通过压缩机时不会液化。在一具体的示例中，可采用立式或卧式闪蒸罐作为闪蒸单元。

较佳地，本发明闪蒸单元中得到的第一挥发分气相不经冷凝通过增压设备送至反应器，有效简化流程，且节省了超低温冷却带的能耗和设备投资。

较佳地，在闪蒸单元内部或外部靠近第一挥发分气相出口处设置防雾沫夹带内件，同时，为进一步降低雾沫夹带，保证与闪蒸单元连通的增压设备的稳定运行，低沸点聚合单体等第一挥发分气相在闪蒸单元中气速≤12m/s，优选地气速≤8m/s，更优选地气速≤6m/s，在一具体的实施方式中，通过闪蒸设备的截面积大小来控制气速。

较佳地，本发明系统还包括：位于所述闪蒸单元和静态脱挥单元之间的预热单元，用于将来自闪蒸单元的预脱挥聚合物溶液预热后送入静态脱挥单元，在一具体的示例中可采用换热器或加热器。优选地，预热温度150～300℃，进一步优选200～260℃。该温度范围可保证聚合物几乎不发生降解，且能保证溶液在换热器和管道中处于液相。

本发明中，静态脱挥单元用于加热预脱挥聚合物溶液使其中的溶剂变成气相(第二挥发分气相)并从该溶液中分离出去，静态脱挥单元由至少n级(n≥2)静态脱挥器串联组成，每一级静态脱挥器由工艺管道、输送泵和换热设备连接；较佳地，其中每个静态脱挥器比前一级静态脱挥器压力更低或相等。优选地，首级静态脱挥器操作压力为正压0.1～6barG，更优选地为2～4barG；且出口聚合物含量在30％～80％wt；优选地，末级静态脱挥器操作压力为负压0.1～95kPaA，更优选地0.1～5kPaA，且出口聚合物含量在85％～99.9％wt。其中，首级静态脱挥用于大量脱挥，是传热控制，其设置为0.1～6barG压力，首先保证了降低泡点可以大量脱除挥发分，其次不至于压力过低，导致气体流速过快造成聚合物夹带；末级静态脱挥是少量极限脱挥，是传质控制，需要在高真空下提供足够的传质动力，因此压力优选0.1～5kPaA。

较佳地，为减少聚合物夹带，使得聚合物溶液中的第二挥发分气相在各级静态脱挥器中气速≤20m/s，优选地气速≤15m/s，更优选地气速≤8m/s。在一具体的实施方式中，通过合理设计每一级静态脱挥器蒸发量和静态脱挥器截面积来控制上述气速。

较佳地，为实现静态脱挥单元的加热方式，在静态脱挥器内设置第一加热装置，优选在静态脱挥器的顶部，使得预脱挥聚合物溶液在其中的加热温度150～300℃，优选地200～260℃。该温度范围可保证聚合物几乎不发生降解，二是保证溶液在换热器中处于液相。

在一具体的示例中，由于预脱挥聚合物溶液在进入首级静态脱挥器之前已经过预热单元加热，因此首级静态脱挥器可不设置加热装置，而其后的各级乃至末级(2～n级)静态脱挥器内部均设置有第一加热装置，例如换热器或加热器。

较佳地，各级静态脱挥器的第二挥发分气相出口至挥发分回收单元的工艺管线不设置阀门和任何冷凝或气液分离设备，且保证管路设计没有液袋并应设置伴热，以避免堵塞。

本发明中，所述动态脱挥单元位于静态脱挥单元的下游，经多级静态脱挥器脱除挥发分后浓缩的聚合物溶液(挥发分降低至质量分数小于5％)，由高粘输送泵，如齿轮泵，螺杆泵等输送装置送入动态脱挥单元，在近真空条件下将微量的难挥发组分(重组分)加热变成气相从聚合物溶液中脱除，以实现深度脱除。该动态脱挥单元内部包括用于翻腾聚合物溶液的动态组件以及用于加热聚合物溶液的第二加热装置，通过对聚合物溶液强制表面更新，将包覆在聚合物中的挥发分加速传质并加热，优选地传热系数为5～100w/m2.℃，更优选地20～80w/m2.℃；

优选地，动态脱挥单元的进料溶液中聚合物含量85～99.9％wt，更优选地聚合物含量为95～99％wt；优选地，经动态脱挥单元分离后的聚合物中挥发分含量为50～1000ppm，更优选地为50～300ppm；优选地，动态脱挥单元的操作压力为0.001～1kPaA，更优选地为0.1～1kPaA。动态脱挥单元的进料中挥发分进料浓度越高越难脱除，因此最好不高于5％，并且在动态脱挥的强制表面更新和充分加热下，要达到ppm级别的VOC含量还需要极高的真空度，因此动态脱挥单元选择上述范围内的操作压力。

本文中，所述动态脱挥单元中“动态”指聚合物溶液在其内部处于上下或任意方向的翻腾动态，使聚合物强制表面更新；而与之区别，所述静态脱挥单元中“静态”指聚合物溶液在其内部除了物料传输的流动状态外，没有强制翻腾动态。在一具体的示例中，所述动态脱挥单元为螺杆挤出脱挥机。

较佳地，为了达到更好的脱挥效果，在闪蒸单元、静态脱挥单元及动态脱挥单元中的一个或多个设备中可通入惰性分散剂，如氮气，氩气，乙烯，甲烷，氢气，二氧化碳等，其中优选的惰性分散剂为氮气。分散剂按与聚合物溶液以1:100～1:50的优选质量比加入设备中，以辅助挥发分传质和气化。优选地，所述惰性分散剂导入的位置为末级静态脱挥器和/或动态脱挥单元的连接管线或设备中，并保证惰性分散剂在高温聚合物中充分分散。惰性分散剂的加入可以降低挥发分分压，有助于挥发分的蒸发；且与聚合物溶液形成发泡，促进挥发分在聚合物中的传质。

本发明中，所述挥发分回收单元用于回收聚合物挥发分，较佳地，所述挥发分回收单元通过带伴热的管道与所述静态脱挥单元和动态脱挥单元连通。伴热温度100～300℃，优选地120～250℃，若该温度低于100℃易因散热导致夹带的聚合物凝结堵塞管道，高于300℃聚合物易碳化成固体堵塞管道。其中，为保证系统的简洁性，防止管道被聚合物堵塞，连接的工艺管道上不额外设置气液分离装置或冷凝换热设备。

较佳地，所述的挥发分回收单元除实现回收聚合物挥发分的功能外，还可耦合其它功能，包括但不限于：对挥发分进行分级吸收；对吸收的挥发分进行分离，将轻组分单体和溶剂分离后送回反应器，将重组分在塔底富集后排出系统；对上述静态脱挥单元和上述动态脱挥单元进行压力调节等。

在另一个具体示例中，静态脱挥单元和动态脱挥单元挥发分排气分别进入不同的挥发分回收单元，所述回收单元是精馏塔，通过分别控制精馏塔的压力来实现以上耦合回收系统的功能。

为实现挥发分的分级吸收，针对挥发分的来源压力、挥发分中聚合物含量以及吸收效果将挥发分回收单元沿轴向分为低压吸收区域，中压吸收区域和高压吸收区域。在一具体的示例中，所述的挥发分回收单元在其轴向不同位置设置与静态脱挥单元连通的至少两个第二挥发分入口以及与动态脱挥单元连通的第三挥发分入口。优选地，所述第二挥发分入口为多个，分别与各个静态脱挥器连通。

为实现对吸收的挥发分进行分离，在一具体的示例中，所述挥发分回收单元为吸收分离塔，塔顶设有冷凝器，塔底设有再沸器，通过精馏分离的原理将溶剂等轻组分在塔顶富集，一部分回流至塔中洗涤上升气相，防止聚合物夹带至塔顶，另一部分直接采出循环至反应器。同时少量夹带至塔中的重组分通过洗涤后在塔底富集，通过间歇采出的方式，可使低分子量的聚合物不在系统中累计。且未经冷却的高温挥发分直接进塔，大幅节省了塔底再沸器的能耗，与传统精馏塔相比节能可达80％。

优选地，塔顶摩尔回流比为0.01～3，更优选地，回流比为0.1～1；该回流比可以保证分离效果的前提下，最大化降低能耗。

优选地，塔底低分子量聚合物的采出浓度为1％～50％wt，更优选地采出浓度为5％～30％wt。重组分在循环溶剂中返回反应器会影响反应，但重组分的浓度实际上仅是ppm级，分离塔底需要将重组分富集，否则随重组分排出的溶剂量会较多，造成损失。

优选地，塔底操作温度应低于聚合物爆聚温度20～30℃。

本发明中，所述吸收分离塔根据不同的吸收目的，且兼顾压降和抗堵塞，在该塔内可设置为不同的分离构件以及分割成不同的区域，例如：塔顶设置为低压吸收区域，塔顶分离构件为低压降填料如丝网或者喷淋吸收；塔中设置为中压吸收区域，塔中分离构件为抗堵塞内件，如波纹板填料或者筛板或固阀塔盘；塔底设置为高压吸收区域，塔底分离构件为浮阀或泡罩塔盘。上述塔顶分离构件起到压降低和分离效率高的作用；塔中分离构件起到兼顾压降低和抗堵塞的作用；塔底分离构件主要是防止聚合物堵塞，并且起到较大压降来控制首级静态脱挥器压力的作用。

较佳地，吸收分离塔顶为负压操作，压力为0～10kPaA，优选地压力为0～1kPaA，更优选0～0.5kPaA；吸收分离塔底为正压操作，压力为1～6barG，优选地压力为2～5barG，更优选2～4barG。上述压力参数与对应的静态脱挥单元和动态脱挥单元所需压力匹配。

为实现上述挥发分回收单元的压力调节功能，在一具体的示例中，吸收分离塔塔顶和塔底的压差，通过塔内特殊设计的控压塔盘进行控制，控压塔盘为单级或者多级。无需通过压力调节阀进行调压，极大的简化了流程，可有效防止管线和设备堵塞，节省了投资。

优选地，控压塔盘的开孔率为1％～20％，更优选地，3％～16％；塔盘优选的开孔率可以有效的形成需要的压降，更好的控制塔内各段压力；

优选地，每层控压塔盘按照比例设计轻、中、重三种浮阀的任意一种，两种或者三种的组合；

优选地，对于三种浮阀组合的方式，轻：中：重的数量比例分别为2～3：5～6：3～1；

每层塔盘浮阀按照上述轻、中、重比例设计，可以满足系统的操作弹性，例如低负荷时只有轻阀或部分中开启，这样塔盘实际的开孔率就不是原先设计的100％，可以保证一定的压降，当高负荷时，在再沸器的加热蒸发下，塔中蒸汽将中阀和重阀也都开启，使实际开孔率增大，这样塔盘压降便仍可以得以调节。

优选地，对于三种浮阀，轻：中：重的质量比分别为1：2：3。

较佳地，除了上述控压塔盘对静态脱挥单元和上述动态脱挥单元分别进行压力调整外，还可以根据具体工况设置辅助压力调节系统，在一具体的示例中，吸收分离塔内分别通入惰性介质进行压力调节，惰性介质优选地，氮气，氩气，乙烯，甲烷，氢气，二氧化碳等。

优选地，惰性介质的通入量为塔中气相量的1％～50％wt，更优选5％～30％wt。

因此，本发明所述的挥发分回收单元与静态脱挥单元和动态脱挥单元的连接点根据脱挥系统的压力要求，可分别连接在轴向不同位置，通过回收单元的特殊内件(例如控压塔盘)进行压力调整，且回收单元内置抗堵塞内件，可以有效洗涤挥发分夹带的聚合物，保证系统的高效、稳定运行，且能耗大幅降低。

本发明中将单体、溶剂和催化剂装入反应器，使所述单体反应以形成聚合物，在具体的示例中，采用原料单体乙烯和共聚单体，共聚单体是丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯和1-癸烯中的一种或多种。例如1-辛烯。溶剂是惰性烷基，如戊烷、甲基戊烷、己烷、环己烷、甲基环己烷、庚烷、辛烷、氢化石脑油或其组合取代的C5-12烃，例如异构烷烃IsoparE。使用的催化剂是齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)催化剂、双茂金属催化剂、限定几何构型催化剂、多价芳氧基醚络合物、膦亚胺或其组合。在具体的示例中，聚合反应为绝热或等温过程，反应压力15～50barg，反应温度120～230℃。

较佳地，聚合反应结束后将聚合物溶液进行催化剂失活处理，失活剂优选是水和醇，反应液中聚合物含量8％～32％wt，优选的浓度是10％～25％wt。上述失活处理后的聚合物溶液自流进入闪蒸单元。

较佳地，所述方法还包括：将来自闪蒸单元的预脱挥聚合物溶液预热后送入静态脱挥单元。

较佳地，所述的挥发分回收单元通过带伴热的管道与所述静态脱挥单元和动态脱挥单元连通。

较佳地，所述挥发分回收单元内部沿轴向分为低压吸收区域，中压吸收区域和高压吸收区域，以对挥发组分进行分级吸收；以及，将所述静态脱挥单元脱除的聚合物挥发分溶剂通过第二挥发分入口送入挥发分回收单元，以及，将所述动态脱挥单元脱除的聚合物挥发分重组分通过第三挥发分入口送入挥发分回收单元。

较佳地，所述方法还包括：通过挥发分回收单元内部设置的分离构件，分离挥发分中的组分，分别得到轻组分单体、重组分和溶剂。

较佳地，所述方法还包括：所述挥发分回收单元对静态脱挥单元与动态脱挥单元进行压力调控。

较佳地，所述方法还包括：将所述闪蒸单元中的第一挥发分气相送入所述反应器。

较佳地，将所述聚合物溶液进行淬灭，使催化剂失活后送入所述闪蒸单元。

上述方法中的工艺流程及具体参数参考前述系统部分所述，不再赘述。

下面用详细的示范性实施例进一步描述本发明，但这些实施例不构成对本发明的任何限制。

实施例1

参见图1，本发明实施例提供了用于聚合物脱挥发分的系统，该系统包括闪蒸单元102、静态脱挥单元103、动态脱挥单元104和挥发分回收单元105。

所述闪蒸单元102位于反应器101下游，反应器中经淬灭后的聚合物溶液自流进入闪蒸单元102，闪蒸单元102为立式或卧式闪蒸罐。在正压约10.3barG条件下，绝热闪蒸脱除未反应的低沸点原料单体；

闪蒸罐内或外部靠近第一气相出口处设置了防雾沫夹带内件，为进一步降低雾沫夹带，保证循环增压设备的稳定运行，低沸点聚合单体等第一挥发分气相在闪蒸罐中气速≤12m/s,第一挥发分气相不经冷凝直接通过压缩机201送至反应器。

闪蒸单元102通过管线306与包括多级静态脱挥器的静态脱挥单元103相连，脱除第一挥发分气相的聚合物溶液经增压泵增压，送入首级静态脱挥器203前的分体换热器202预热，预热后的聚合物溶液依次通过串联的多级静态脱挥器，每一级静态脱挥器由工艺管道、输送泵和换热设备连接，其中每个静态脱挥器比前一级静态脱挥器压力更低或相等，聚合物通过多级静态脱挥器后挥发分降低至质量分数小于5％；

经静态脱挥单元103浓缩后的聚合物经齿轮泵输送至动态脱挥单元104，所述动态脱挥单元通过其内的动态组件强制聚合物进行表面更新，加速挥发分的传质速率，并通过自带的加热系统，在近真空条件下将微量的难挥发组分从聚合物中进行脱除，最终聚合物中挥发分含量达到50～1000ppm。

所述的挥发分回收单元105通过带伴热的管道(307，309，312，314)与上述多级静态脱挥器和动态脱挥单元104直接连接，且各连接点根据脱挥单元的压力要求，分别连接在挥发分回收单元105的轴向不同位置。

所述挥发分回收单元105为吸收分离塔，具备多功能耦合功能，将回收的挥发分中的轻组分单体和溶剂分离后经管道318送回反应器，将重组分在塔底富集后经管道315排出系统。塔顶压力通过真空泵211控制，塔内压力主要由控压塔盘210调整。

本实施例中控压塔盘210为两级。控压塔盘的开孔率约为12％；每层控压塔盘按照比例设计轻、中、重三种浮阀的三种的组合；其中，三种浮阀，轻：中：重的质量比分别为1：2：3。

本实施例中吸收分离塔中塔顶设置为低压吸收区域，塔顶分离单元为低压降填料如丝网或者喷淋吸收；塔中设置为中压吸收区域，塔中分离单元为抗堵塞内件，如波纹板填料或者筛板或固阀塔盘；塔底设置为高压吸收区域，塔底分离单元为浮阀或泡罩塔盘。

在本实施例中，自反应器101自流送出的聚合物溶液，流量为1200kg/h，温度200℃，压力约为49.7barG，质量组成为：POE约为16％，溶剂约为78％，乙烯约为1％，辛烯约为5％。聚合物溶液进入闪蒸单元102进行闪蒸，压力约为11.3barG，低沸点乙烯在此被脱除，脱除的乙烯不经冷凝收集，直接通过压缩机201送回反应器101，在其它另一实施例中，因为闪蒸乙烯量较少，也可将未反应的乙烯直接排空处理。脱除低沸点乙烯的聚合物溶液，经增压泵送至分体换热器202进行加热，温度约为260℃，加热后的流体进入首级静态脱挥器进行脱挥，为防止雾沫夹带，静态脱挥器中气相流速控制小于15m/s，被分离的挥发分经管道307进入挥发分回收单元105底部，并控制首级静态脱挥器的操作压力约为2.2barG，聚合物在此被浓缩到约为65％wt。一级浓缩液经齿轮泵送至二级静态脱挥器204，位于二级静态脱挥器顶部的连体换热器205，将聚合物加热至约为257℃，加热后的高粘流体进入二级静态脱挥器进行脱挥，被分离的挥发分经管道309进入挥发分回收单元105中部，并控制二级静态脱挥器的操作压力约为50kPaA，聚合物在此被浓缩到约为85％wt。二级浓缩液经齿轮泵送至三级静态脱挥器206，位于三级静态脱挥器顶部的连体换热器207，将聚合物加热至约为259℃，加热后的高粘流体进入三级静态脱挥器进行脱挥，被分离的挥发分经管道312进入挥发分回收单元105顶部，并控制三级静态脱挥器的操作压力约为0.55kPaA，聚合物在此被浓缩到约为97.5％wt。被浓缩后的高浓聚合物经齿轮泵送至动态脱挥单元104，在本实施例中，动态脱挥单元具体为螺杆挤出脱挥机，挤出机自带加热系统，在外加套和中空轴中通入高温热油，热油温度约为310℃，螺杆挤出脱挥机脱除的挥发分经管道314进入挥发分回收单元105，并由此控制压力约为0.55kPaA，聚合物在此被浓缩到约为99.97％wt。

本实施例中，挥发分回收单元105经伴热管道(307，309，312，314)分别与静态脱挥单元103的顶部第二挥发分气相出口和动态脱挥单元104的第三挥发分气相出口直接相连，连续运行30天，管线和设备无堵塞，连通管线压降小于10kPa。在本实施例中，挥发分回收单元105具体为吸收分离塔209，塔顶操作压力约为0.4kPaA，塔底操作压力约为2barG，塔顶回流比约为0.5，塔顶经分离纯化的烷烃溶剂，经泵送回反应器101，塔底间歇采出夹带的低分子量聚合物，聚合物采出浓度为15～50％wt。

实施例2

与实施例1类似，不同之处在于：闪蒸单元102为卧式闪蒸罐，在正压约9.8barG条件下，绝热闪蒸脱除未反应的低沸点原料单体；低沸点聚合单体等第一挥发分气相在闪蒸罐中气速≤10m/s；

在本实施例中，自反应器101自流送出的聚合物溶液，流量为2000kg/h，温度187℃，压力48barG，质量组成为：POE约为20％，溶剂约为75％，乙烯约为1％，辛烯约为4％。聚合物溶液进入闪蒸单元102进行闪蒸，压力9.8barG，低沸点乙烯在此被脱除，脱除的乙烯不经冷凝收集，直接通过压缩机201送回反应器101，在其它另一实施例中，因为闪蒸乙烯量较少，也可将未反应的乙烯直接排空处理。脱除低沸点乙烯的聚合物溶液，经增压泵送至分体换热器202进行加热，温度约为255℃，加热后的流体进入首级静态脱挥器进行脱挥，为防止雾沫夹带，静态脱挥器中气相流速控制小于20m/s，被分离的挥发分经管道307进入挥发分回收单元105底部，并控制首级静态脱挥器的操作压力2.8barG，聚合物在此被浓缩到约为57％wt。一级浓缩液经齿轮泵送至二级静态脱挥器204，位于二级静态脱挥器顶部的连体换热器205，将聚合物加热至约为240℃，加热后的高粘流体进入二级静态脱挥器进行脱挥，被分离的挥发分经管道309进入挥发分回收单元105中部，并控制二级静态脱挥器的操作压力0.9barA，聚合物在此被浓缩到约为83.6％wt。二级浓缩液经齿轮泵送至三级静态脱挥器206，位于三级静态脱挥器顶部的连体换热器207，将聚合物加热至约为258℃，加热后的高粘流体进入三级静态脱挥器进行脱挥，被分离的挥发分经管道312进入挥发分回收单元105顶部，并控制三级静态脱挥器的操作压力约为0.7kPaA，聚合物在此被浓缩到约为95.2％wt。被浓缩后的高浓聚合物经齿轮泵送至动态脱挥单元104，在本实施例中，动态脱挥单元具体为螺杆挤出脱挥机，挤出机自带加热系统，在外加套和中空轴中通入高温热油，热油温度约为300℃，螺杆挤出脱挥机脱除的挥发分经管道314进入挥发分回收单元105，并由此控制压力约为0.7kPaA，聚合物在此被浓缩到约为99.934％wt。

本实施例中，挥发分回收单元105经伴热管道(307，309，312，314)分别与静态脱挥单元103的顶部第二挥发分气相出口和动态脱挥单元104的第三挥发分气相出口直接相连，连续运行42天，管线和设备无堵塞，连通管线压降小于10kPa。在本实施例中，挥发分回收单元105具体为吸收分离塔209，塔顶操作压力约为0.5kPaA，塔底操作压力约为2.4barG，塔顶回流比约为1，塔顶经分离纯化的烷烃溶剂，经泵送回反应器101，塔底间歇采出夹带的低分子量聚合物，聚合物采出浓度为30～32％wt。

对比例1

参见图2，自反应器101自流送出的聚合物溶液，流量约为1000kg/h，温度200℃，压力约为48barG，质量组成为：POE约为15％，溶剂约为79％，乙烯约为1％，辛烯约为5％。聚合物溶液进入闪蒸单元102进行闪蒸，压力约为10.5barG，低沸点乙烯在此被脱除，脱除的乙烯不经冷凝收集，直接通过压缩机201送回反应器101。脱除低沸点乙烯的聚合物溶液，经增压泵送至分体换热器202进行加热，温度约为262℃，加热后的流体进入首级静态脱挥器进行脱挥，为防止雾沫夹带，脱挥器中气相流速控制小于15m/s，被分离的挥发分进入冷凝器212冷却后，液相进入液相挥发分收集罐216，首级静态脱挥器的操作压力由管路307上的调节阀控制在约为1.8barG，聚合物在此被浓缩到约为71％wt。一级浓缩液经齿轮泵送至二级静态脱挥器204，位于二级静态脱挥器顶部的连体换热器205，将聚合物加热至约为240℃，加热后的高粘流体进入二级静态脱挥器204进行脱挥，被分离的挥发分进入冷凝器213冷却后，液相进入液相挥发分收集罐216，二级静态脱挥器的操作压力由管路309上的调节阀控制在约为0.5kPaA，聚合物在此被浓缩到约为95.7％wt。被浓缩后的高浓聚合物经齿轮泵送至动态脱挥单元104，在本实施例中，动态脱挥单元具体地为螺杆挤出脱挥机，挤出机自带加热系统，在外加套和中空轴中通入高温热油，热油温度约为295℃，螺杆挤出脱挥机脱除的挥发分进入冷凝器214冷却后，液相进入液相挥发分收集罐216，并通过真空设备控制压力约为0.5kPaA，聚合物在此被浓缩到约为99.9％wt。

本实施例中，挥发分回收单元105经管道与液相挥发分收集罐216相连，其中液相溶剂经泵217送至分离塔209塔釜，系统连续运行16天后，管线(307，309)和冷凝器(212，213)均出现不同程度堵塞，多级静态脱挥单元103操作压力升高10～50kPa，出口聚合物浓度出现波动为87～94％wt，经动态脱挥单元104脱挥后出口得到POE聚合物挥发分含量1500ppm～8400ppm，造粒后VOC不合格。继续运行2天后，多级静态脱挥系统103压力大幅上升，装置停车清理。

通过本对比例与实施例对比，实施例1中挥发分回收系统通过抗堵塞内件和控压塔盘的设计，可以有效控制不同脱挥单元压力，并且保证洗涤回收挥发分的过程中回收系统不易堵塞，实施例1中装置稳定运行30天，聚合物浓度稳定维持在约为99.97％wt；实施例2中装置稳定运行42天，聚合物浓度稳定维持在约为99.934％wt；对比例1中装置运行16天，因为系统堵塞导致脱挥单元压力上升，聚合物浓度由约99.9％wt降至87～94％wt；从而可看出挥发分回收系统设置的不同，会使得挥发分回收的效果和装置运行的稳定性不同。

对比例2

与实施例1类似，不同之处在于：闪蒸单元102操作压力6barG，闪蒸气相中乙烯夹带大量溶剂(溶剂量>30％)，导致压缩机201带液频繁跳车。

对比例3

与实施例1类似，不同之处在于：脱除低沸点乙烯的聚合物溶液经加热至约为280℃进入首级静态脱挥器203，操作压力0.09barG，气相流速约为25m/s，被分离的挥发分经管道307进入挥发分回收单元105底部，管道307伴热温度95℃。装置运行20天后管线307堵塞，首级静态脱挥器203压力上升至5.4barG，脱挥效果变差，出口聚合物浓度由75％降至40％wt。

对比例4

与实施例1类似，不同之处在于：二级静态脱挥器顶部的连体换热器205，将聚合物加热至约307℃，二级静态脱挥器的操作压力约为50kPaA，聚合物在此被浓缩到约为91％wt；三级静态脱挥器顶部的连体换热器207，将聚合物加热至约为310℃，操作压力约为0.5kPaA，聚合物在此被浓缩到约为98.7％wt。被浓缩后的高浓聚合物经齿轮泵送至动态脱挥单元104，热油温度约为330℃，压力约为0.5kPaA，聚合物在此被浓缩到约为99.99％wt。但是对最终聚合物产品进行分析，发现存在降解，且色号偏高，产品不合格。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动均在本发明涵盖的精神范围之内。

Claims

1.用于聚合物脱挥发分的系统，其特征在于：该系统包括：

2.根据权利要求1所述的聚合物脱挥发分的系统，其特征在于：所述系统还包括：位于所述闪蒸单元和静态脱挥单元之间的预热单元，用于将来自闪蒸单元的预脱挥聚合物溶液预热后送入静态脱挥单元。

3.根据权利要求1或2所述的聚合物脱挥发分的系统，其特征在于：所述静态脱挥器内部均设置第一加热装置，用于加热进入静态脱挥单元的预脱挥聚合物溶液；和/或，

所述动态脱挥单元内部包括用于翻腾聚合物溶液的动态组件以及用于加热聚合物溶液的第二加热装置；和/或，

所述挥发分回收单元通过带伴热的管道与所述静态脱挥单元和动态脱挥单元连通。

4.根据权利要求1所述的聚合物脱挥发分的系统，其特征在于：所述挥发分回收单元内部沿轴向分为低压吸收区域，中压吸收区域和高压吸收区域，以及，在所述挥发分回收单元轴向不同位置设置与所述静态脱挥单元连通的至少两个第二挥发分入口以及与所述动态脱挥单元连通的第三挥发分入口。

5.根据权利要求1所述的聚合物脱挥发分的系统，其特征在于：所述的挥发分回收单元内部设置分离构件，用于分离挥发分中的组分，分别得到轻组分单体、重组分和溶剂。

6.根据权利要求1所述的聚合物脱挥发分的系统，其特征在于：在所述闪蒸单元中，所述第一挥发分气相进入所述反应器。

7.一种聚合物脱挥分方法，其特征在于：利用权利要求1-6任一项所述的系统，该方法包括：

8.根据权利要求7所述聚合物脱挥分方法，其特征在于：所述方法还包括：将来自闪蒸单元的预脱挥聚合物溶液预热后送入静态脱挥单元，优选地，预热温度150～300℃，进一步优选200～260℃。

9.根据权利要求7所述聚合物脱挥分方法，其特征在于：在多级串联的静态脱挥器中，按照物料流向，第一级静态脱挥器操作压力为正压0.1～6barG，优选为2～4barG，第一级静态脱挥器出口聚合物含量优选为50％～80％；末级静态脱挥器操作压力为负压0.1～95kPaA，优选为0.1～5kPaA，末级静态脱挥器聚合物含量优选为85％～99.9％；和/或，

所述静态脱挥单元中加热所述预脱挥聚合物溶液的温度至150～300℃，优选地180～260℃；和/或，

所述动态脱挥单元中加热所述静态脱挥聚合物溶液的温度至160～300℃，优选地180～260℃；和/或，

所述动态脱挥单元中操作压力为0.001～1kPaA，优选为0.1～1kPaA；和/或，

所述的挥发分回收单元通过带伴热的管道与所述静态脱挥单元和动态脱挥单元连通，伴热温度100～300℃，优选地120～250℃。

10.根据权利要求7所述聚合物脱挥分方法，其特征在于：

所述方法还包括：通过挥发分回收单元内部设置的分离构件，分离挥发分中的组分，分别得到轻组分单体、重组分和溶剂；和/或，

所述方法还包括：所述挥发分回收单元对静态脱挥单元与动态脱挥单元进行压力调控；和/或，

所述方法还包括：将所述闪蒸单元中第一挥发分气相送入所述反应器。