CN1239523C - 脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法。包括将聚合物溶液与过热水混合后喷入凝聚装置，并与喷入凝聚装置水蒸汽混合，水蒸汽将聚合物溶液加热升温，使聚合物溶液的挥发性组分汽提出来并排出凝聚装置，脱除挥发性组分的水胶粒排出凝聚装置后，将热水与湿聚合物胶粒分离，其中从聚合物胶粒分离出热水的一部分以至全部经加热后作为本发明所述过热水，其温度不低于105℃。用发明的方法脱除聚合物溶液中挥发性组分，可在不加分散剂的情况下，使聚合物中残留挥发份达到高标准脱除，又可节省蒸汽，同时还可得到粒度较小的聚合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种脱除聚合物溶液中挥发性组分(简称脱挥)的方法。更具体地，涉及利用过热水与聚合物溶液混合后喷入凝聚釜中，再脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法。
背景技术
在合成聚合物的生产装置中，脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法通常采用经典的釜式凝聚方法，即用水蒸汽汽提聚合物溶液中的挥发性组分，凝聚工序的任务是将聚合生成的聚合物溶液喷入既作为传热介质又作为输送介质的热水中，通过水蒸汽提供的热量使溶液状的橡胶凝聚成颗粒状，并回收溶剂和未反应完全的单体。同时热水又可将聚合过程中的残余催化剂洗净、脱除。聚合物溶液的凝聚过程是一个传热和传质偶合的过程，散入水中的聚合物胶粒从周围液相中吸收热量，聚合物胶粒中溶剂和未反应完全的单体因受热而通过聚合物胶粒疏松结构的众多孔蒸发进入周围液相。该方法分为两个过程，即水蒸汽蒸馏过程和扩散过程。
凝聚工序的水蒸汽蒸馏过程中所耗蒸汽主要有三个作用：(1)使聚合物溶液升温至汽提温度；(2)提供聚合物溶液中溶剂的汽化潜热；(3)把溶剂带出凝聚釜，从凝聚釜顶排出。这些从凝聚釜顶排出的汽提气被冷凝后经油水分离罐分层后变成分层水，将含饱和溶剂的分层水送入热水罐。热水罐中热水间歇排入地沟变成污水或经处理后再利用。
影响扩散过程的因素主要是聚合物胶粒的粒度，聚合物胶粒的粒度越小，越有利于扩散过程的进行。聚合物溶液液滴在凝聚釜内分散得越小，聚合物胶粒表面和热水接触面就越大，通过油(挥发性组分)水界面传递过去的热量就越多，挥发性组分汽化得就越快，从而越有利于扩散过程的进行。在凝聚过程中，分散剂的加入有利于形成适宜尺寸和形状的聚合物胶粒，从而降低汽耗，增加溶剂的回收。分散剂的加入量通常根据凝聚釜中聚合物胶粒的大小而定，人为因素较多。若分散剂的加入量不足，聚合物胶粒变大，一方面造成水胶粒泵出料困难，另一方面不利于聚合物胶粒中挥发性组分向水相扩散，聚合物胶粒中挥发性组分含量增加，而聚合物中的残留挥发份大部分都对人体有害，同时也影响材料的使用性能；补加过量，会使胶表面光滑，引起后处理工段的膨胀干燥机进料困难。这种状态不仅影响了分散剂的作用，而且造成操作困难。另外，分散剂不仅是凝聚过程额外消耗，也给成品胶带来杂质。
现有技术一般采用图2所示的流程脱除聚合物溶液中挥发性组分：来自脱水振动筛的至少一部分循环热水与聚合物溶液混合后进入凝聚装置，在聚合物溶液进入凝聚装置前或后向其中加入分散剂，进入凝聚装置的水蒸汽将循环热水和聚合物溶液的混合液加热升温，同时将聚合物溶液中的挥发性组分汽提出来，脱除挥发性组分的水胶粒由脱水振动筛将热水与湿聚合物胶粒分离，分离出的循环热水又返回凝聚装置，凝聚过程中产生的汽提汽经冷却后进行油水分离。其缺点是在凝聚过程中水蒸汽的用量较大，从而含饱和溶剂的分层水量较大，使得需经处理的水量变大或者使得变成污水的水量变大；另外，由于加入分散剂，使得聚合物胶粒的粒度较大、聚合物胶粒中挥发性组分含量较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法，其可在不加分散剂的情况下，使聚合物中残留挥发份达到高标准脱除，又可节省蒸汽，同时还可得到粒度较小的聚合物。
为达到上述发明目的，本发明提供了一种脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法，包括将聚合物溶液与过热水混合后喷入凝聚装置，并与喷入凝聚装置的水蒸汽混合，水蒸汽将聚合物溶液加热升温，使聚合物溶液的挥发性组分汽提出来并排出凝聚装置，脱除挥发性组分的水胶粒排出凝聚装置后，将热水与湿聚合物胶粒分离，其中所述聚合物溶液为溶液聚合法得到的聚合物溶液，其特征在于从聚合物胶粒分离出热水的一部分以至全部经加热后作为本发明所述过热水，其温度不低于105℃。
本发明所述过热水的温度不低于105℃，温度越高越有利于水蒸汽的节省，但过热水的温度过高，会因传递过程中传热效率而损失部分能量，综合考虑，过热水的温度优选为105～125℃。
从聚合物胶粒分离出热水的一部分以至全部经加热后作为本发明所述过热水与聚合物溶液混合，过热水与聚合物溶液的优选体积比不小于2∶1。
本发明所述聚合物溶液可为共轭二烯均聚物溶液、氢化共轭二烯均聚物溶液、共轭二烯与乙烯基芳烃的共聚物溶液或氢化共轭二烯与乙烯基芳烃的共聚物溶液。所述共轭二烯均聚物溶液优选为丁二烯均聚物溶液、丁二烯均聚物氢化溶液、异戊二烯均聚物溶液或异戊二烯均聚物氢化溶液；所述共轭二烯与乙烯基芳烃的共聚物溶液优选为丁二烯与苯乙烯的共聚物溶液、丁二烯与苯乙烯的共聚物氢化溶液、异戊二烯与苯乙烯的共聚物溶液或异戊二烯与苯乙烯的共聚物氢化溶液。
用本发明的方法脱除聚合物溶液中挥发性组分，可在不加分散剂的情况下，使聚合物中残留挥发份达到高标准脱除，从而降低聚合物胶粒中挥发性组分含量，在降低成本的同时为聚合物胶粒的后期加工创造了有利条件；还可节省蒸汽，使得需经处理的水量变小或者使得变成污水的水量变小；同时还可得到粒度较小的聚合物，脱挥发性组分后聚合物胶粒粒径较小的聚合物胶粒所占比例大大增加，且聚合物胶粒间不互粘。
附图说明
图1为本发明脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法的优选流程图。
图2为现有技术脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但并不局限本发明的范围。
参考附图1，来自脱水振动筛10的一部分或全部循环热水12经热水泵13并经加热装置3加热后成为过热水2，过热水2与聚合物溶液1混合后进入凝聚装置6，进入凝聚装置的水蒸汽4将其加热升温，同时将聚合物溶液中的挥发性组分汽提出来。脱除挥发性组分的水胶粒8经水胶粒泵9送至脱水振动筛10将热水与湿聚合物胶粒11分开。筛出的循环热水12又通过管线14或者管线7(当用循环热水的一部分与聚合物胶液混合时，才需要通过管线7将另一部分循环热水送入凝聚装置)和管线14返回凝聚装置6。凝聚过程产生的汽提气5经冷凝冷却后将其中的溶剂和未反应单体与水分离后回收利用(未示出)。
下述实施例和对比中的残油率分析方法为闪蒸色谱法，蒸汽消耗是由蒸汽流量表指示的。
实施例1
以燕化合成橡胶事业部生产的顺丁橡胶溶液脱挥为例，脱除顺丁橡胶溶液中挥发性组分的流程图参见附图1。
来自脱水振动筛10的140m3/h循环热水12经热水泵13送至凝聚装置，其中有60m3/h的循环热水2直接进入凝聚装置6，另外80m3/h、96.8℃的循环热水14通过换热器3加热升温至115℃成为过热水2与40m3/h的川页丁橡胶溶液1混合后通过喷嘴(未示出)喷入凝聚装置6强烈搅拌的热水中，1.0MPa低压蒸汽4通过喷嘴(未示出)由凝聚装置底部喷入，将其加热升温，同时将聚合物溶液中的挥发性组分汽提出来。脱除挥发性组分的水胶粒8经水胶粒泵9送至脱水振动筛10将热水与湿聚合物胶粒11分开。筛出的循环热水12又通过管线7、管线14返回凝聚装置6。凝聚过程产生的汽提气5经冷凝冷却后将其中的溶剂(抽余油)和未反应单体回收再利用(未示出)。凝聚过程的操作条件是：凝聚釜汽相温度96.5℃；凝聚釜操作压力0.08MPa。所得湿顺丁橡胶粒径均匀，粒径分布在5～8mm的占85％，湿顺丁橡胶胶粒的残油率为1.38％，每吨干胶消耗蒸汽为1.7T。
实施例2
以燕化合成橡胶事业部生产的丁苯热塑弹性体(SBS)溶液脱挥为例，脱除丁苯热塑弹性体溶液挥发性组分的流程图参见附图1(未采用管线7)。
来自脱水振动筛10的90m3/h、93℃循环热水12经热水泵13送至凝聚装置，全部通过换热器3升温至108℃成为过热水2与25m3/h的丁苯热塑弹性体溶液1混合后通过喷嘴(未示出)喷入凝聚装置6强烈搅拌的热水中，1.0MPa低压蒸汽4通过喷嘴(未示出)由凝聚装置底部喷入凝聚装置6将其加热升温，同时将聚合物溶液中的挥发性组分汽提出来。脱除挥发性组分的水胶粒8经水胶粒泵9送至脱水振动筛10将热水与湿聚合物胶粒11分开，筛出的循环热水全部通过管线14返回凝聚装置6。凝聚过程产生的汽提气5经冷凝冷却后将其中的溶剂(己烷、环己烷的混合溶剂)和未反应单体回收再利用(未示出)。凝聚过程的操作条件是：凝聚釜汽相温度98℃；凝聚釜操作压力0.04MPa。所得湿丁苯热塑弹性体粒径均匀，粒径分布在5～8mm的占88％，湿丁苯热塑弹性体胶粒的残油率为0.90％，每吨干胶消耗蒸汽为1.35T。
实施例3
以燕化研究院中间试验装置生产的溶聚丁苯橡胶(SSBR)溶液的脱挥为例，脱除溶聚丁苯橡胶溶液中挥发性组分的流程图参见附图1(未采用管线7)。
来自脱水振动筛10的2.78m3/h、94.7℃的循环热水12经热水泵13送至凝聚装置，全部通过换热器换热器3升温至105.7℃成为过热水2与0.46m3/h的聚合物溶液1混合后通过喷嘴(未示出)喷入凝聚装置6强烈搅拌的热水中，1.0MPa低压蒸汽4通过喷嘴(未示出)由凝聚装置底部喷入凝聚装置6将其加热升温，同时将聚合物溶液中的挥发性组分汽提出来。脱除挥发性组分的水胶粒8经水胶粒泵9送至脱水振动筛10将热水与湿聚合物胶粒11分开。筛出的循环热水12又全部通过管线14返回凝聚装置6。凝聚过程产生的汽提气5经冷凝冷却后将其中的溶剂(抽余油)和未反应单体回收再利用(未示出)。凝聚过程的操作条件是：凝聚釜汽相温度94℃；凝聚釜操作压力0.04MPa。所得湿溶聚丁苯橡胶粒径均匀，粒径分布在6～12mm的占70％，湿溶聚丁苯橡胶胶粒的残油率为2.48％，每吨干胶消耗蒸汽为4.9T。
对比例1
以燕化合成橡胶事业部生产的顺丁橡胶溶液脱挥为例，脱除顺丁橡胶溶液中挥发性组分的流程图参见附图2。
来自脱水振动筛10的140m3/h、96.8℃的循环热水12经热水泵13送至凝聚装置，其中有60m3/h的循环热水2直接进入凝聚装置6，另外80m3/h的循环热水14与40m3/h的聚合物溶液1混合后通过喷嘴(未示出)喷入凝聚装置6强烈搅拌的热水中，在分散剂配制工段，按每吨干胶加入0.5kg的分散剂SP-169(天津第三石油化工厂)配制好分散剂溶液，经分散剂泵通过管线15由凝聚釜的顶部加入凝聚釜中。1.0MPa低压蒸汽4通过喷嘴(未示出)由凝聚装置底部喷入凝聚装置将其加热升温，同时将聚合物溶液中的挥发性组分汽提出来。脱除挥发性组分的水胶粒8经水胶粒泵9送至脱水振动筛10将热水与湿聚合物胶粒11分开。筛出的循环热水12又通过管线7、管线14返回凝聚装置6。凝聚过程产生的汽提气5经冷凝冷却后将其中的溶剂(抽余油)和未反应单体回收再利用(未示出)。凝聚过程的操作条件同实施例1。所得湿顺丁橡胶粒粒径分布在10～25mm之间的占82％，脱水振动筛中湿聚合物胶粒的残油率为1.55％，每吨干胶消耗蒸汽2.2T。
对比例2
以燕化合成橡胶事业部生产的丁苯热塑弹性体(SBS)溶液脱挥为例，脱除丁苯热塑弹性体溶液挥发性组分的流程图参见附图2(未采用管线7，且在振动筛至泵13的管线12上设置一热水罐，分散剂从热水罐上部加入)。
除需加入分散剂、循环热水不需要通过加热外，其它操作条件同实施例2。所得湿顺丁橡胶粒粒径分布在10～15mm之间的占75％，脱水振动筛中湿聚合物胶粒的残油率为1.28％，每吨干胶消耗蒸汽2.4T。
对比例3
以燕化研究院中间试验装置生产的溶聚丁苯橡胶(SSBR)溶液的脱挥为例，脱除溶聚丁苯橡胶溶液中挥发性组分的流程图参见附图2(未采用管线7，且在振动筛至泵13的管线12上设置一热水罐，分散剂从热水罐上部加入)。
除需加入分散剂、循环热水不需要通过加热外，其它操作条件同实施例3。所得湿溶聚丁苯橡胶粒径分布在12～20mm之间的占74％，脱水振动筛中湿溶聚丁苯橡胶胶粒的残油率为3.50％，每吨干胶消耗蒸汽5.8T。
Claims (7)
1.一种脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法，包括将聚合物溶液与过热水混合后喷入凝聚装置，并与喷入凝聚装置的水蒸汽混合，水蒸汽将聚合物溶液加热升温，使聚合物溶液的挥发性组分汽提出来并排出凝聚装置，脱除挥发性组分的水胶粒排出凝聚装置后，将热水与胶粒分离，其中所述聚合物溶液为溶液聚合法得到的聚合物溶液，其特征在于从聚合物胶粒分离出热水的一部分以至全部经加热后作为本发明所述过热水，其温度不低于105℃。
2.根据权利要求1所述脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法，其特征在于过热水的温度为105-125℃。
3.根据权利要求1或2所述脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法，其特征在于过热水与聚合物溶液的体积比不小于2∶1。
4.根据权利要求1或2所述脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法，其特征在于所述聚合物溶液为共轭二烯均聚物溶液、氢化共轭二烯均聚物溶液、共轭二烯与乙烯基芳烃的共聚物溶液或氢化共轭二烯与乙烯基芳烃的共聚物溶液。
5.根据权利要求3所述脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法，其特征在于所述聚合物溶液为共轭二烯均聚物溶液、氢化共轭二烯均聚物溶液、共轭二烯与乙烯基芳烃的共聚物溶液或氢化共轭二烯与乙烯基芳烃的共聚物溶液。
6.根据权利要求4脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法，其特征在于所述共轭二烯均聚物溶液为丁二烯均聚物溶液、丁二烯均聚物氢化溶液、异戊二烯均聚物溶液或异戊二烯均聚物氢化溶液；所述共轭二烯与乙烯基芳烃的共聚物溶液为丁二烯与苯乙烯的共聚物溶液或丁二烯与苯乙烯的共聚物氢化溶液。
7.根据权利要求5脱除聚合物溶液中挥发性组分的方法，其特征在于所述共轭二烯均聚物溶液为丁二烯均聚物溶液、丁二烯均聚物氢化溶液、异戊二烯均聚物溶液或异戊二烯均聚物氢化溶液；所述共轭二烯与乙烯基芳烃的共聚物溶液为丁二烯与苯乙烯的共聚物溶液或丁二烯与苯乙烯的共聚物氢化溶液。
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