CN1214341A

CN1214341A - 脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法

Info

Publication number: CN1214341A
Application number: CN 97120463
Authority: CN
Inventors: 刘青; 梁爱民; 李伟; 李传清; 夏正东; 任晓兰; 邹雪梅
Original assignee: Beijing Research Institute of Beijing Yanshan Petrochemical Corp
Current assignee: Beijing Research Institute of Beijing Yanshan Petrochemical Corp
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 1999-04-21

Abstract

本发明涉及一种从聚合物溶液中脱除挥发性组分的方法。更具体地,涉及采用两个螺杆挤出机分阶段脱除聚合物溶液中的挥发性组分。

Description

脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法

本发明涉及一种从聚合物溶液中脱除挥发性组分的方法。更具体地，涉及采用两个螺杆挤出机分阶段脱除聚合物溶液中的挥发性组分。

已知技术从聚合物溶液中脱除挥发组分的方式主要有两种，即水蒸汽脱除法和直接脱除法。

借助水蒸汽脱除挥发组分的方式一般是将高压水蒸汽注入聚合物溶液中，利用蒸汽间接对水加热，被传递给水的热量再被用来脱除挥发组分。脱除挥发组分后，剩余的水份再用机械挤出机脱除。这种方法尽管可以避免聚合物在高温下滞留时间长而发生交联，但由于在聚合物中引入了水蒸汽，因而导致后处理设备中溶剂精制部分的设备费用大幅度提高；此外，还需要处理大量的水，故此尚待面临水处理费用昂贵的难题。

CN1092079A的发明人尽管采用急剧升温的方法避免了加热过程中聚合物的交联，但并没有对如何降低后处理设备的成本提出合适的解决方法。

在CN1092079A中，聚合物溶液被急速升温至高于溶剂挥发点的温度，再进入一个加大空间的汽化室而使其压力骤减，大部分溶剂瞬间汽化。在工业上实现这一操作需要一个很大的汽化室以及一个庞大的真空系统，实现起来存在相当的困难，而且也使设备费用和操作费用进一步增加。

在CN1035832A中，提到了直接脱除挥发组分的方式，即直接利用热量将聚合物溶液加热到150-200℃，然后该聚合物经进料斗进入一个螺杆脱气装置中，减压后，在后面的3-5个排气区脱除其中99.9％的挥发组分。该方法的优点在于没有在体系中引入水蒸汽，溶剂后处理过程操作简单，但该方法存在一个最大的缺点就是所有的挥发组分均由一个螺杆挤出机脱除，对螺杆挤出机本身的质量要求很高。

为了克服上述已知技术中存在的不足，本发明人以降低溶剂精制过程中的设备投资和操作费用为目的对直接脱除溶剂方法进行了深入的研究；为了克服传统的直接脱除法中聚合物易于交联的缺点，本发明人尝试借助特定设备加热聚合物以便缩短升温过程以及分阶段脱除挥发组分。本发明人出人意料地发现其结果不仅减轻了对螺杆主挤出机的质量要求苟刻的压力，提高了脱除效率，而且免除了对庞大的汽化室和真空系统的需求，简化了流程和操作，易于实现大规模工业化操作。

本发明的目的在于提供一种从聚合物溶液中脱除挥发组分的方法，其特征在于采用两个螺杆挤出机，分两个阶段脱除聚合物溶液中的挥发组分。

为了达到上述目的，本发明对于浓度低于15％的聚合物溶液；先使其经过一个闪蒸器进行常压闪蒸，脱除部分溶剂，使聚合物溶液的浓度提高到15％以上。对于浓度高于15％的聚合物溶液及经过闪蒸浓缩的溶液使其通过一个具有特殊内结构的列管式预热器，在该预热器中，聚合物溶液可在很短时间内被加热到160～200℃，加热方式可以是水蒸汽，导热油加热或其他方式。被加热的聚合物溶液经泵进入第一个螺杆挤出机即预浓缩机中，脱去部分挥发组分，并使聚合物溶液浓缩至质量溶度为50-60％为止。浓缩后的聚合物溶液被喂入第二个螺杆挤出机即脱挥机中，经脱挥机上的一个后排气口排出绝大部分溶剂再由下游的数个真空排气口脱除残余的挥发组分。可适当地，选择性地在某个或各个排气口之间注入脱气助剂，以促进残余挥发组分的脱除。

本发明提到的聚合物可以是丁二烯，异戊二烯的均聚物，乙烯基芳烃化合物与共轭双烯的共聚物，其中共轭双烯可以全部或部分被氢化，如包括苯乙烯-丁二烯或苯乙烯-异戊二烯的嵌段共聚物，无规共聚物或星型共聚物。

本发明所述的聚合物溶液为聚合物含量为8％以上的上述聚合物溶液。

螺杆脱挥机的排气口的位置和数量可以根据所需聚合物的最终质量要求决定，一般为3-5个。

可根据需要适当地，选择性地在某个或各个排气口之间注入脱气助剂。脱气助剂可以是水；水蒸汽；低沸点的溶剂如丁烷、戊烷；氦气或其他惰性气体。脱气助剂的用量一般为聚合物溶液质量的0.5～1.5％。

本发明的方法及所用的装置可以由附图给出的非限制性实施方案予以说明。附图为本发明方法设计的脱除聚合物溶液中挥发组分的装置流程图。

本发明设计的流程主要包括四个设备，即闪蒸器(Ⅰ)、聚合物溶液预热器(Ⅱ)，预浓缩机(Ⅲ)和脱挥机(Ⅳ)，其中聚合物溶液预热器(Ⅱ)是一个采用特殊内结构以提高传热效率的列管式换热器，预浓缩机(Ⅲ)和脱挥机(Ⅳ)是两个双螺杆挤出机，其中的螺杆结构和配置应满足脱除挥发组分的要求。

浓度为8％以上，但低于15％的低浓度的聚合物溶液(1)先进入闪蒸器，由于空间变大，压力骤减，利用聚合物溶液本身的温度脱除部分溶剂，使其浓度提高到15％以上。

经闪蒸得到或聚合直接得到的浓度为15％以上的聚合物溶液经预热器加热，升温到160～200℃，进入预浓缩机中。预热器配置一个背压阀以避免出现溶剂沸腾现象。对聚合物溶液加热的方式(3)可以是蒸汽加热，导热油加热或其他方式。

进入预浓缩机(Ⅲ)中的聚合物溶液(2)经过挤压从一个常压排气口(5)排出一部分溶剂，使聚合物溶液浓度提高到50～60％。

经过预浓缩的聚合物溶液温度降低。为了满足进一步脱除挥发组分的要求，在预浓缩机的后段采用一个单螺杆段进行挤压加热，使聚合物溶液的温度提高到160-200℃，挤压进入脱挥机(Ⅳ)中。

进入到脱挥机(Ⅳ)中的聚合物溶液(6)先从一个后排气口(7)排出绝大部分溶剂，剩余的溶剂分别从(8)、(9)、(10)三个真空排气口排出。

在下游真空排气口(8)、(9)、(0)之间的适当位置选择性地注入脱气助剂(11)、(12)，如水、水蒸汽，氮气等，以促进挥发组分的脱除。

脱除挥发组分后的聚合物从脱挥机(Ⅳ)中挤出，得到干燥的聚合物(13)。

从各排气口(5),(7),(8)、(9)、(10)中脱除的挥发组分经冷凝后，进入一个收集罐贮存，送往溶剂精制系统精制。

各个排气口都经过特殊设计以防止聚合物粒子被夹带到挥发组分中。

预浓缩机的螺杆直径比脱挥机的螺杆直径大，以达到优化配置的目的。

下面的实施例将有助于说明本发明，但不局限其范围。

实施例1

利用本发明的方法和装置处理一种苯乙烯丁二烯的嵌段共聚物的环己烷溶液，其中苯乙烯含量为30％，共聚物溶液的浓度为15％。

采用WE公司的预浓缩机，型号为HTR280052-E；脱挥机型号为HT200052-11-31-31-3-E1。

由于聚合物溶液的浓度为15％，因此，从反应区出料后不经闪蒸器而直接进入预热器。在预热器内，聚合物溶液的温度由80℃升高到180℃。之后，经泵进入预浓缩机中，进料速度为667kg/hr。

在预浓缩机中，脱去部分溶剂，聚合物溶液浓缩为浓度56％。经预浓缩机后半段加热至180℃后，挤压进入脱挥机中，进料速度是178kg/h，从后排气口排出部分溶剂，残余挥发组分随着螺杆的转动分别从下游的三个排气口排出。

在第二个排气口和第三个排气口之间注入氮气作为脱气助剂，注入量为聚合物总量的0.5％，

脱气后得到的聚合物干胶的挥发组分含量为0.1％。

四个排气口的压力与溶剂排出率分别为：

压力溶剂排出率

后排气口 760mmHg 7.6％

第一真空排气口 200mmHg 5.6％

第二真空排气口 50mmHg 0.5％

第三真空排气口 20mmHg 0.04％

实施例2

利用本发明的装置和方法处理一种氢化的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)的环己烷溶液，聚合物中苯乙烯含量为30％，聚合物温度为80℃，浓度为10％。

采用WE公司的双螺杆脱挥系统，其中预浓缩机的型号为HTR280052-E2，脱挥机的型号为HT200052-11-31-31-3-E1。

从反应区得到的聚合物溶液以700kg/hr的速率进入闪蒸器进行常压闪蒸，得到浓度为17％的聚合物溶液进入预热器。在预热器中聚合物溶液加热至200℃后，经泵进入预浓缩机，除去部分溶剂，得到浓度为50％的溶液。

经预浓缩的聚合物溶液进入脱挥机，进料速率为140kg/hr，温度为200℃，从后排气口排出部分溶剂，其余的挥发组分随着螺杆的转动从另外三个下游真空排气口排出。在第二和第三个排气口之间注入占聚合物总量0.5％的氮气作为脱气助剂，最后得到挥发组分低于0.1％的干燥的SEBS。

各排气口的压力与回收溶剂收率分别为：

压力溶剂排出率

后排气口 760mmHg 6.1％

第一真空排气口 200mmHg 4.5％

第二真空排气口 50mmHg 0.4％

第三真空排气口 20mmHg 0.1％

实施例3

利用本发明的装置和方法处理一种苯乙烯-丁二烯无规共聚物的环己烷溶液，其中，苯乙烯与丁二烯的比例为1∶3，共聚物溶液的浓度为18％。

采用WE公司的预浓缩机，型号为THR280052-E2；脱挥机型号为HT200052-11-31-31-3-E1。

从反应区出料后的共聚物溶液经检测浓度为18％，因此直接进入预热器。在预热器内，共聚物溶液由85℃升温到180℃，经泵进入预浓缩机，进料速度为500kg/hr。

在预浓缩机中脱去部分溶剂，共聚物溶液的浓度提高到52％。经预浓缩机后半段挤压加热至180℃后，进入脱挥机，进料速度为173kg/hr。从脱挥机的后排气口排出部分溶剂，残留挥发组分随着螺杆的转动分别从下游的三个真空排气口排出。

四个排气口的压力与溶剂排出率分别为：

压力溶剂排出率

后排气口 760mmHg 10.9％

第一真空排气口 200mmHg 8.3％

第二真空排气口 50mmHg 0.9％

第三真空排气口 20mmHg 0.1％

在第二个真空排气口与第三个真空排气口之间注入相当于聚合物总量的0.5％的氮气作为脱气助剂。

脱气后得到的共聚物干胶的挥发组分含量为0.02％。

Claims

1．一种从聚合物含量为10％以上的聚合物溶液中脱除挥发组分的方法，其特征在于采用两个螺杆挤出机分两个阶段脱除聚合物溶液中的挥发组分，其中包括以下步骤：

(a)使浓度为10％以上，15％以下的低浓度聚合物溶液先经过一个闪蒸器脱除部分溶剂，使其浓度提高到15％以上；

(b)经闪蒸得到或聚合直接得到的浓度为15％以上的聚合物溶液通过一个特殊内结构的列管式预热器，被加热到160～200℃；

(c)升温后的聚合物溶液进入预浓缩机中，经挤压，从一个常压排气口排出部分溶剂，使聚合物溶液的浓度提高到50-60％；

(d)经过预浓缩的聚合物溶液在预浓缩机脱气的后段经一个单螺杆段挤压加热至160-200℃后进入脱挥机中；

(e)进入脱挥机的聚合物溶液先从一个后排气口排出绝大部分溶剂，剩余的溶剂从下游的真空排气口排出；

(f)可以适当地，选择性地在下游真空排气口之间注入脱气助剂。

2．根据权利要求1的方法，其中聚合物为丁二烯、异戊二烯的均聚物；乙烯基芳烃化合物与共轭双烯的共聚物，其中共轭双烯可以全部或部分被氢化。

3．根据权利要求2的方法，其中乙烯基芳烃化合物与共轭双烯的共聚物包括苯乙烯-丁二烯或苯乙烯异戊二烯的嵌段共聚物，无规共聚物或星型共聚物。

4．根据权利要求1的方法，其中预热器的加热方式为水蒸汽加热，导热油加热或电加热。

5．根据权利要求1的方法，其中预浓缩机和脱挥机均为双螺杆挤出机，其螺杆转向可以为同向或反向。

6．根据权利要求1的方法，其中经过预浓缩后的聚合物溶液浓度为50-60％。

7．根据权利要求1的方法，其中脱挥机包括3 5个真空排气口。

8．根据权利要求1的方法，其中脱气助剂为水、水蒸汽，低沸点溶剂、氮气。

9．根据权利要求1的方法，其中脱气助剂用量为聚合物的0.5-1.5％重量。