CN117103506A - 一种用于高压聚合装置的聚合物颗粒的脱气方法和脱气系统 - Google Patents

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马嘉浩
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    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
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Abstract

本发明公开了一种用于高压聚合装置的聚合物颗粒的脱气方法和脱气系统,所述方法包括:(1)将待脱气聚合物颗粒经过输送管路送至脱气仓;(2)将温度为0‑70℃的空气从料仓底部的至少2个不同高度的进料位置送入脱气仓,(3)聚合物颗粒在脱气仓中连续脱气4‑96小时,(4)脱气结束后,脱气仓底部颗粒至少依次经过颗粒循环三通阀、取样三通阀和除尘器后送去包装。本发明省去了掺混料仓和包装料仓的投资费用,产品中VOC含量脱除到目标值所需操作时间短。

Description

一种用于高压聚合装置的聚合物颗粒的脱气方法和脱气系统
技术领域
本发明属于高压聚合过程中聚合物颗粒脱气领域,具体涉及一种用于高压聚合装置的聚合物颗粒的脱气方法和脱气系统。
背景技术
低密度聚乙烯(LDPE)和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)是具有广泛商业应用的聚合产品。LDPE的密度通常在0.915-0.935之间,绝缘性好、流动性好、弹性较好,透明性好,广泛用于挤出涂覆、注塑、农用薄膜、高透明膜,也是用于生产电线电缆的重要绝缘材料。与LDPE的差异在于,EVA中引入了极性单体醋酸乙烯,因而结晶度降低、柔韧性、相容性、热封性和耐环境性能提高,广泛用于发泡、农用薄膜、电线电缆、热熔胶和光伏电池封装等领域。
对本领域技术人员,无论LDPE还是EVA产品,在包装之前需要将聚合物产品中的挥发性组分降低到标准值以下。现有工业流程中,通常独立设置脱气仓、掺混仓和包装仓等设备,并通过气体输送方式将挤压造粒机生产的粒料输送到不同设备中,分别进行净化、掺混和包装,工艺流程复杂,故障率高,并且投资和操作成本高。此外,由于粒料输送过程中颗粒和管壁摩擦导致出现较多细粉,也会影响产品的加工和使用性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,本发明提供了一种用于高压聚合装置的聚合物颗粒脱气方法和脱气系统。本发明方案首先提供了用于高压聚合装置的聚合物脱挥方法,所述的方法包括至少以下步骤:
(1)将挤压造粒后待脱气的聚合物颗粒经过输送管路送至脱气仓;
(2)将温度为0-70℃的空气从脱气仓底部的至少2个不同高度的进料位置送入脱气仓;
(3)聚合物颗粒在脱气仓中连续脱气4-96小时,脱除聚合物中夹带的低沸点组分;
(4)脱气结束后,脱气仓底部颗粒经出料管路排出,然后经颗粒循环三通阀一部分物料返回脱气仓顶部循环,其余物料送入除尘器,除尘器除尘后送去包装系统。
其中,步骤(2)中空气的温度小于等于聚合物的维卡软化点温度,并且空气温度Tair(℃)、脱气仓内空气速度Ug(m/s)和脱挥时间tr(小时)满足以下关系式:
A的取值为10-150,优选10-100,B的取值为0.05~0.15,优选0.05-0.10。需要说明的是,若不满足上升,则脱气时间过短会导致产品中挥发份含量过高不达标,脱气时间过长会导致操作成本高。其中,脱气过程中脱气仓顶部出口可燃气组分低于25%的爆炸极限,且脱气仓底部具有高压氮气入口,用于送入氮气防止可燃气体超标。本发明所述的包装系统为移动包装线或固定包装线。
在本发明的一种实施方式中,所述聚合物颗粒为高压聚合所得且经上游挤压造粒后的聚乙烯颗粒。
优选的,输送至所述脱气仓的聚合物颗粒的质量流量为5~60t/h。
在本发明的一种实施方式中,进入所述脱气仓底部的空气的温度为0-70℃,优选0-40℃,更优选10-30℃。当聚合物为LDPE时,空气的温度更优选45-60℃,当聚合物为EVA时,空气的温度更优选20-40℃。
在本发明的一种实施方式中,聚合物颗粒在脱气料仓中的进料时间短于脱气时间,进料开始时即启开始脱气,且边进料边脱气。聚合物颗粒在脱气料仓中的进料时间为1-12h,优选2-8小时。在本发明的一种实施方式中,聚合物颗粒在脱气料仓中的脱气时间为4-96h,优选6-72小时。
在本发明的一种实施方式中,所述脱气料仓中气体的流速小于聚合物颗粒的起始流化速度,优选低于聚合物颗粒起始流化速度0.6倍。
本发明还提供了一种用于高压聚合装置的聚合物脱气系统,包括
缓冲料斗,用于接收上游聚合物颗粒并储存;
脱气仓,与缓冲料斗相连,用于将聚合物中夹带的低沸点组分含量降低至1000ppmw以下;所述脱气仓底部的至少2个不同高度位置设置有脱挥气进料口;
颗粒循环三通阀,其入口与脱气仓底部颗粒出口相连,其第一出口与除尘器相连,其第二出口通过输送管路与脱气仓顶部相连;
除尘器,用于脱除颗粒直径低于100微米的聚合物脱除;
风机,设置在输送管路上,用于输送聚合物颗粒。
在本发明的一种实施方式中,所述的脱气系统包括至少一个缓冲料斗和至少2个脱气仓,其中所述的脱气仓包括封头、直筒和底部,所述脱气仓的底部为锥体、圆台或者为锥体和直筒的组合。
在本发明的一种实施方式中,所述的脱气仓的所述直筒的高径比为1~20,优选2~8,更优选3-6。所述脱气仓的底部的两条母线形成的夹角为20-120°。
所述脱气仓的底部颗粒出口上设置有出料阀,颗粒循环三通阀的入口与出料阀出口通过出料管线连接,颗粒循环三通阀的第一出口通过出料管线与除尘器相连;出料管线上设置有取样三通阀用于对物料进行取样。
与现有技术相比,本发明具有以下优势:
(1)本发明提出的脱气方法和系统中脱气料仓具备脱气和掺混的功能,取消原有的掺混仓和包装料仓,工艺流程简单,自动化程度高,操作容易,可以显著降低脱挥系统的投资费用和操作费用。
(2)本发明提出的脱气方法中脱气仓底部颗粒经过出料阀、颗粒循环三通阀、取样三通阀和除尘器后直接送去包装系统,脱气仓底部聚合物颗粒下料容易,不易堵塞。
(3)本发明中每个脱气仓底部均设置除尘器,产品中夹带的细粉和丝状料少,产品质量更好。
附图说明
图1是根据本发明一种优选实施方式的聚合物颗粒脱气系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下,均可进行相应组合。
图1示例了聚合物颗粒脱气系统示意图,装置包括:
缓冲料斗1,用于临时储存聚合物颗粒;
脱气仓2,用于将聚合物中夹带的低沸点组分含量降低至1000ppmw以下;
除尘器3,用于脱除颗粒直径低于100微米的聚合物。
输送管路4-14。
在本发明的一种优选实施方式中,挤压造粒后的聚合物粒料通过第一管路4进入缓冲料斗1中,然后聚合物粒料通过缓冲料斗出料管路5与第二管路6中的气体混合之后通过第三管路7进入脱气仓2。来自脱挥气体管路11和12的脱挥气体以连续进料方式或间歇进料方式在脱气仓2的底部进入,并将聚合物粒料中的残留的未反应的物料如乙烯、丙烯、丙醛等脱除干净。脱气结束后,聚合物颗粒经脱气仓底部出料管路8,一部分粒料通过第四管路13的输送气体夹带经管路10返回脱气仓顶部,其余物料经过除尘器3后通过第五管路9送去包装。
在本发明的一种优选实施方式中,脱气仓2和除尘器3之间设置必要的出料阀和取样三通阀,分别用于脱气仓底部出料。
在本发明的一种优选实施方式中,脱气仓底部出料管路8上设置颗粒循环三通阀,从而将一部分物料和第四管路13的输送气体混合之后返回脱气仓2。输送气经脱气仓2后从第五管路14排出。
在高压聚合生产的聚合物颗粒脱气过程中,掺混料仓用于多批次产品的均化,提高产品质量稳定性,而包装料仓的存在可以减少输送包装线的流程,然而这种传统的流程将脱气、掺混和包装进行隔离,导致工艺流程复杂。通过实施本发明,取消了传统的掺混料仓和包装料仓,脱气料仓可起到掺混料仓和包装料仓的作用,可大幅节省装置投资费用,减少脱气、掺混和包装的总操作时间。下面给出具体的实施例和对比例。
实施例1
在图1所示的工艺流程中对低密度聚乙烯LDPE进行脱气,其中输送管路4中聚乙烯和挥发分的总流量为40t/h,其中乙烯的含量为0.0012wt%。LDPE的维卡软化温度为92℃。将流量为40t/h的LDPE送至脱气仓2中,进料时间为8小时,脱气仓底部设置2股空气作为脱挥气体,脱气仓中空气的平均流速为0.2m/s,温度为50℃,连续脱挥10小时后,LDPE产品中乙烯的含量降低至50ppm。将物料从脱气仓底部出料管路8中排出,物料经颗粒循环三通阀后部分返回脱气仓顶部,剩余物料进入除尘器除尘后送去包装系统。
其中,脱气仓底部锥角为60°,脱气仓的高径比为5,除尘器过滤器可以将99%以上的50μm以上的细粉从LDPE中分离。
与对比例1相比,实施例1不需要掺混料仓和包装料仓,节省了风送包装系统的投资费用33%,脱挥时间缩短38小时。
实施例2
在图1所示的工艺流程中对低密度聚乙烯LDPE进行脱气,其中输送管路4中聚乙烯和挥发分的总流量为30t/h,其中乙烯的含量为0.0015wt%。LDPE的维卡软化温度为92℃。将流量为30t/h的LDPE送至脱气仓2中,进料时间为8小时,脱气仓底部设置2股空气作为脱挥气体,脱气仓中空气的平均流速为0.15m/s,温度为50℃,连续脱挥12小时后,LDPE产品中乙烯的含量降低至50ppm。将物料从脱气仓底部出料管路8中排出,物料经颗粒循环三通阀后部分返回脱气仓顶部,剩余物料进入除尘器除尘后送去包装系统。
其中,脱气仓底部锥角为60°,脱气仓的高径比为5,除尘器过滤器可以将99%以上的50μm以上的细粉从LDPE中分离。
与对比例1相比,实施例2节省了风送包装系统的投资费用30%,脱挥时间缩短36小时。
实施例3
在图1所示的工艺流程中对低密度聚乙烯LDPE进行脱气,其中输送管路4中聚乙烯和挥发分的总流量为30t/h,其中乙烯的含量为0.0015wt%。LDPE的维卡软化温度为92℃。将流量为30t/h的LDPE送至脱气仓2中,进料时间为8h,脱气仓底部设置2股空气,脱气仓中空气的平均流速为0.35m/s,温度为50℃,连续脱挥8小时后,LDPE产品中乙烯的含量降低至50ppm。将物料从脱气仓底部出料管路8中排出,物料经颗粒循环三通阀后部分返回脱气仓顶部,剩余物料进入除尘器除尘后送去包装系统。
其中,脱气仓底部锥角为60°,脱气仓的高径比为5,除尘器过滤器可以将99%以上的50μm以上的细粉从LDPE中分离。
与对比例1相比,实施例3节省了风送包装系统的投资费用28%,脱挥时间节省40h。
对比例1
与实施例1相比,本对比例1采用现有工业流程(独立设置脱气仓、掺混仓和包装料仓等设备),脱挥后的粒料经输送空气送去掺混料仓和包装料仓,最后包装料仓底部出料送去包装线。LDPE的维卡软化温度为92℃,而脱气仓中空气的平均流速为0.35m/s,温度为50℃,连续脱挥时间48小时。此外,与各实施例相比,对比例1中脱气仓出料到包装机所需时间额外增加8小时,所需操作时间更长,投资费用更高。
对比例2
与实施例1相比,本对比例2采用现有工业流程(独立设置脱气仓、掺混仓和包装料仓等设备),脱挥后的粒料经输送空气送去掺混料仓和包装料仓,最后包装料仓底部出料送去包装线。LDPE的维卡软化温度为93℃,而脱气仓中空气的平均流速为0.50m/s,温度为20℃,连续脱挥时间120小时。此外,与对比例1相比,脱气仓出料到包装机所需操作时间额外增加12h。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于高压聚合装置的聚合物颗粒的脱气方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将挤压造粒后待脱气的聚合物颗粒经过输送管路送至脱气仓;
(2)将温度为0-70℃的空气从脱气仓底部的至少2个不同高度的进料位置送入脱气仓;
(3)聚合物颗粒在脱气仓中连续脱气4-96小时,脱除聚合物中夹带的低沸点组分;
(4)脱气结束后,脱气仓底部颗粒经出料管路排出,然后经颗粒循环三通阀将一部分物料返回脱气仓顶部循环,其余物料送入除尘器,除尘器除尘后送去包装系统;
其中,步骤(2)中空气的温度小于等于聚合物的维卡软化点温度,并且空气温度Tair(℃)、脱气仓内空气速度Ug(m/s)和脱挥时间tr(小时)满足以下关系式:
A的取值为10-150,优选10-100,B的取值为0.05~0.15,优选0.05-0.10。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述聚合物颗粒为高压聚合所得且经上游挤压造粒后的聚乙烯颗粒。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,输送至所述脱气仓的聚合物颗粒的质量流量为5~60t/h,所述脱气料仓中空气的流速小于聚合物颗粒的起始流化速度,优选脱气仓中空气的流速低于起始流化速度的0.5倍,优选所述空气的温度低于聚合物维卡软化点温度5-70℃。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,聚合物颗粒在脱气料仓中的进料时间短于脱气时间,进料开始时即启开始脱气,且边进料边脱气;聚合物颗粒在脱气料仓中的进料时间为1-12h。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,脱气过程中脱气仓顶部出口可燃气组分低于25%的爆炸极限,且脱气仓底部具有高压氮气入口,用于送入氮气防止可燃气体超标。
6.一种实施权利要求1所述方法的聚合物脱气系统,其特征在于,包括缓冲料斗,用于接收上游聚合物颗粒并储存;
脱气仓,与缓冲料斗相连,用于将聚合物中夹带的低沸点组分含量降低至1000ppmw以下;所述脱气仓底部的至少2个不同高度位置设置有脱挥气进料口;颗粒循环三通阀,其入口与脱气仓底部颗粒出口相连,其第一出口与除尘器相连,其第二出口通过输送管路与脱气仓顶部相连;
除尘器,用于脱除颗粒直径低于100微米的聚合物脱除;
风机,设置在输送管路上,用于输送聚合物颗粒。
7.根据权利要求6所述的聚合物脱气系统,其特征在于,所述脱气仓有多个,多个脱气仓并联连接,所述的脱气仓包括封头、直筒和底部,所述脱气仓的底部为锥体、圆台或者为锥体和直筒的组合。
8.根据权利要求7所述的聚合物脱气系统,其特征在于,所述的脱气仓的直筒的高径比为1-20。
9.根据权利要求6所述的聚合物脱气系统,其特征在于,所述脱气仓的底部颗粒出口上设置有出料阀,颗粒循环三通阀的入口与出料阀出口通过出料管线连接,颗粒循环三通阀的第一出口通过出料管线与除尘器相连;出料管线上设置有取样三通阀用于对物料进行取样。
10.根据权利要求7所述的聚合物脱气系统,其特征在于,所述脱气仓的底部的两条母线形成的夹角为20-120°。
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