DE102004018436A1

DE102004018436A1 - Verfahren sowie Vorrichtung zur Bereitstellung eines Polymer-Granulats

Info

Publication number: DE102004018436A1
Application number: DE102004018436A
Authority: DE
Inventors: Andreas Weber; Hans Dr.-Ing. Hoppe; Michael Dipl.-Ing. Dürr; Ulrich Süsser
Original assignee: Coperion Waeschle GmbH and Co KG
Current assignee: Coperion GmbH
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2024-04-17
Also published as: DE102004018436B4

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Bereitstellung eines Polymer-Granulats weist einen Reaktor (2) zur Herstellung eines Polymerpulvers und einen Polymerpulvermischer (7) zum Mischen des Polymerpulvers auf. Ferner ist eine Einrichtung (23 bis 25) zur Vorlage einer extrudierbaren fließfähigen Polymermasse aus dem gemischten Polymerpulver vorgesehen. Ein Extruder (26) extrudiert die Polymermasse. Eine Granuliereinrichtung (27) granuliert das erzeugte Extrudat, welches anschließend hin zu einem Granulat-Bereitstellungsbehälter (34) gefördert wird. Es resultiert eine Bereitstellungsvorrichtung (1) sowie ein hiermit durchführbares Bereitstellungsverfahren, welche eine Bereitstellung eines Polymer-Granulats mit vergleichsmäßiger Spezifikation gewährleisten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Polymer-Granulats. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Polymer-Granulats mit Hilfe eines derartigen Verfahrens.

Durch offenkundige Vorbenutzung ist folgende Vorgehensweise zur Bereitstellung eines Polymer-Granulats bekannt: Zunächst wird ein Polymerpulver in einem Reaktor hergestellt, aus dem dann eine extrudierbare fließfähige Polymermasse erzeugt wird. Diese wird anschließend extrudiert und dann granuliert. Das erzeugte Granulat wird dann in einem Bereitstellungsbehälter vorgehalten. Das bereitgestellte Granulat weist oftmals Spezifikationsschwankungen auf, welche den zunehmend strengeren Anforderungen nicht mehr genügen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bereitstellungsverfahren anzugeben, mit dem die Bereitstellung eines Polymer-Granulats mit vergleichmäßigten Spezifikationen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Schritten nach Anspruch 1.

Im Rahmen einer Prozessanalyse wurde erkannt, dass die Ursache für die unerwünschten Spezifikationsschwankungen im bereitgestellten Granulat in den Prozess-Schwankungen bei der Herstellung des Polymerpulvers liegt. Zu diesen Prozess-Schwankungen führen insbesondere in der Praxis unvermeidliche ungleichmäßige lokale Temperaturen, ungleichmäßige lokale Katalysatorgehalte sowie eine ungleichmäßige Verteilung des Mono mers im Herstellungsreaktor. Auf Grund dieser Ungleichmäßigkeiten ergibt sich eine statistische Verteilung der Molekülmassen, wobei die Breite dieser Verteilung schwankt, da diese Breite z. B. abhängig davon ist, wann im Reaktorprozess Monomer und Katalysator zugegeben werden und in welcher Menge diese Zugabe erfolgt. Die Verteilungsbreite kann zudem von den Prozesszeitpunkten abhängen, in denen reagiertes Produkt aus dem Reaktor abgezogen wird, und von der Menge abgezogenen Produktes.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Vergleichmäßigung der Spezifikationen des erzeugten Polymerpulvers schon vor dem Extrudieren zu vergleichmäßigten Spezifikationen des anschließend erzeugten Polymer-Granulats führt. Es ist daher ausreichend, das erzeugte Polymerpulver vor dem Granulieren so zu homogenisieren, dass es während des gesamten Bereitstellungsverfahrens mit gleichmäßiger Spezifikation vorliegt. Es resultiert dann ein hinsichtlich seiner Spezifikationen vergleichmäßigtes Polymer-Granulat. Das Homogenisieren des Polymerpulvers ist konstruktiv und prozesstechnisch einfacher realisierbar als das Mischen eines mit schwankender Spezifikation vorliegenden Granulats. Zudem muss nicht auf eine vergleichmäßigende Wirkung des Extruders vertraut werden, da die hergestellte Polymermasse als für den Extruder zu verarbeitendes Ausgangsprodukt bereits hinsichtlich ihrer Spezifikationen vergleichmäßigt vorliegt. Auch kleine erzeugte Granulatmengen liegen erfindungsgemäß in der gleichen vergleichmäßigten Spezifikation vor wie größere Mengen. Eine Vermischung des Granulats nach dem Granulieren ist nicht erforderlich.

Pulverherstellungsverfahren nach Anspruch 2 sind verfahrenstechnisch günstig. Ein Beispiel für einen Gasphasenprozess ist das Gasphasenwirbelschichtverfahren. Beim Slurry-Prozess werden die Ausgangsstoffe in einem flüssigen Lösungsmittel verarbeitet, welches am Ende der Reaktion vom Produkt getrennt wird. Mögliche Lösungsmittelreste werden in Trocknungsbehältern ausgetrieben.

Ein Homogenisieren nach Anspruch 3 ist ausgehend von einer großen Polymerpulvermenge möglich. Das erzeugte Mischgut kann daher besonders gut vergleichmäßigt werden, da Schwankungen in der Prozessführung bei der Pulverherstellung über einen langen Zeitraum ausgeglichen werden.

Mischeranordnungen nach Anspruch 4 haben sich als besonders effizient zum Homogenisieren des Polymerpulvers herausgestellt.

Ein Homogenisieren nach Anspruch 5 ist besonders prozesssicher.

Je nach Anforderung reicht es aus, nach Anspruch 6 nur einen Teil des Polymerpulvers umzuwälzen, um eine ausreichende Homogenisierung zu erreichen. Wenn nur ein Teil des Polymerpulvers gemischt wird, verringert sich der Prozessaufwand entsprechend. Ein Umwälzen insbesondere eines Teils des Polymerpulvers kann einem Homogenisierschritt auch vorgeschaltet werden, um auch zu Beginn der Homogenisierung schon innerhalb vorgegebener Spezifikationen durchgemischtes Polymerpulver zu haben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der das erfindungsgemäße Verfahren in konstruktiv einfacher Weise durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 7. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen denjenigen, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren schon beschrieben wurden.

Ein Polymerpulvermischer nach Anspruch 8 erlaubt einen effektiven Homogenisiervorgang auch bei sehr großen Pulvermengen. Dabei sind Pulvermengen verarbeitbar, die größer sind als diejenigen, die mit mechanischen Mischern oder mit Gasmischern gleichzeitig mischbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Polymer-Granulats.
In der insgesamt mit 1 bezeichneten Bereitstellungsvorrichtung wird zunächst in einem Reaktor 2 aus zugegebenen Ausgangsmaterialien ein Polymerpulver erzeugt. Die Ausgangsmaterialien umfassen hierbei ein Monomer sowie Additive, z. B. einen Katalysator. Reagiertes Produkt gelangt nach eventuellen Zwischenschritten als trockenes Polymerpulver über eine Pulverförderleitung 6 in einen Polymerpulvermischer 7. Dieser ist als Mischsilo ausgeführt.
Der Polymerpulvermischer 7 hat einen rohrförmigen Mischbehälter 8 mit einer zentralen vertikalen Längsachse 9. Das Polymerpulver gelangt aus der Pulverförderleitung 6 in den Mischbehälter 8 über eine erste Behältereinlauföffnung 10. Der Mischbehälter 8 weist eine äußere Behälterwand 11 auf, die sich zu einer unteren Behälterauslauföffnung 12 im Bereich eines Bodens 13 des Mischbehälters 8 konisch verjüngt. Der Boden 13 mündet in die Behälterauslauföffnung 12 aus. Nachfolgend wird eine bestimmte Ausgestaltung des Polymerpulvermischers 7 beschrieben. Im Bereich der Längsachse 9 ist im Mischbehälter 8 eine zentrale Tragstruktur 14 angeordnet. Diese gibt eine Mehrzahl von Mischkanälen zwischen dem Einlaufabschnitt des Mischbehälters 8 mit der Behältereinlauföffnung 10 einerseits und der Behälterauslauföffnung 12 andererseits vor. Ein erster Mischkanal wird dabei von der Innenwand eines sich längs der Längsachse 9 erstreckenden zentralen Mischrohrs 15 gebildet, welches sich über die Tragstruktur 14 am Boden 13 des Mischbehälters 8 abstützt. Weitere Mischkanäle sind durch insgesamt vier sich radial von der Längsachse 9 aus erstreckende und von der Außenwand des Mischrohrs 15 bis hin zum Boden 13 verlaufende Trennwand-Abschnitte 16 gebildet. Insgesamt sind neben dem zentralen Mischrohr 15 vier weitere Mischkanäle im Mischbehälter 8 gegeben, die nach innen von der Außenwand des Mischrohrs 15, seitlich von zwei benachbarten Trennwand-Abschnitten 16 und nach außen vom Boden 13 begrenzt sind. Der Strömungsquerschnitt dieser weiteren Mischkanäle unterscheidet sich vom Strömungsquerschnitt des Mischrohrs 15.
Der Polymerpulvermischer 7 weist zusätzlich eine nicht dargestellte Begasungsvorrichtung zur Fluidisierung des Polymerpulverpulvers im Mischbehälter 8 auf. Der Mischbehälter 8 hat ein Füllvolumen von 200 m³. Auch andere Füllvolumina, die größer sind als 100 m³, können je nach Anwendungsgebiet zum Einsatz kommen.
Nach der Behälterauslauföffnung 12 ist in einer weiteren Pulverförderleitung 17 eine angesteuert antreibbare Zellenradschleuse 18 zur dosierten Pulverförderung angeordnet. Stromabwärts der Zellenradschleuse 18 ist eine ansteuerbare Förderweiche 19 in der Pulverförderleitung 17 angeordnet. Eine der Förderweiche 19 nachgeordnete Förderleitung ist eine Rezirkulationsleitung 20, die von der Förderweiche 19 hin zu einer zweiten Behältereinlauföffnung 21 des Mischbehälters 8 führt. Eine zweite der Förderweiche 19 nachgeordnete Förderleitung ist eine Pulverförderleitung 22 zwischen der Förderweiche 19 und einem Mischpulver-Dosierbehälter 23.
Am bodenseitigen Behälterauslauf von diesem ist eine weitere ansteuerbar angetriebene Zellenradschleuse 24 angeordnet, der eine Zuführeinheit 25 für einen Extruder 26 mit einer Bandwaage 26a und einem Zuführtrichter 26b nachgeordnet ist.
Am Ausgang des Extruders 26 ist eine Unterwasser-Granuliereinrichtung 27 angeordnet, die in üblicher Weise als Granulierelement ein Schneidmesser aufweist. Dieses wirkt mit einem Gegenkörper, z. B. einer Lochplatte, durch die die im Extruder 26 aufbereitete Polymermasse hindurchgedrückt wird, zur Erzeugung eines Polymer-Granulats zusammen. Der Ausgang der Granuliereinrichtung 27 steht über eine Granulatförderleitung 28 mit einem Eingangsabschnitt eines Granulattrockners 29 in Verbindung. Der Ausgang des Granulattrockners 29 steht über eine weitere Granulatförderleitung 30 mit einer Klassiereinrichtung 31 in Verbindung. Dieser ist eine weitere ansteuerbar angetriebene Zellenradschleuse 32 nachgeordnet. Eine weitere Granulatförderleitung 33 verbindet den Ausgang der Zellenradschleuse 32 mit drei Lagerbehältern 34. In der Granulatförderleitung 33 sind zwei ansteuerbare Förderweichen 35 vorgesehen, über die eine Auswahl des jeweils über die Granulatförderleitung 33 zu befüllenden Lagerbehälters 34 möglich ist. Auch andere Anzahlen von Lagerbehältern 34 mit einer entsprechenden Anzahl von Förderweichen 35 sind möglich.
Die Bereitstellungsvorrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Zunächst wird im Reaktor 2 Polymerpulver hergestellt, welches über die Pulverförderleitung 6 dem Polymerpulvermischer 7 zugeführt wird. Beim hergestellten Polymer handelt es sich insbesondere um ein Polyolefin. Im Reaktor 2 sind die dort vorherrschenden Prozessbedingungen immer leichten Schwankungen unterworfen, da z. B. lokale Temperaturen, lokale Katalysatorgehalte und die Verteilung der Ausgangsstoffe, z. B. des Monomers, im Reaktor über die Zeit und den Ort nicht konstant sind. Das in der Pulverförderleitung 6 geförderte Polymerpulver weist daher eine statistische Verteilung der Molekülmassen auf. Die Breite dieser Verteilung ist ebenfalls zeitlich nicht konstant, da diese Verteilungsbreite von der zeitlichen Zugabe von Katalysator und Monomer bei der Reaktion im Reaktor 2 abhängt. Das hinsichtlich seiner Molekülmassenverteilung daher nicht gleichmäßige Polymerpulver wird dann im Polymerpulvermischer 7 homogenisiert.
Auf Grund des unterschiedlichen Strömungsquerschnitts der verschiedenen Mischkanäle im Mischbehälter 8 vor der Behälterauslauföffnung 12 gelangt in den Behälterauslauf des Mischbehälters 8 Pulver aus verschiedenen Höhen im Mischbehälter 8. Auf Grund der Größe des Mischbehälters 8 und der Tatsache, dass dieser zunächst vollständig befüllt wird, liegt daher am Auslauf des Mischbehälters 8 Polymerpulver mit homogenen Spezifikationen, insbesondere mit gut vergleichmäßigter Molekülmassenverteilung vor. Die Mischqualität des Polymerpulvermischers 7 wird durch die zeitweilige Rezirkulation über die Rezirkulationsleitung 20 zusätzlich verbessert. Das hinsichtlich seiner Spezifikationen vergleichmäßigte Polymerpulver gelangt dann über die Pulverförderleitung 22 in den Mischpulver-Dosierbehälter 23. Von dort wird das Polymerpulver dosiert über die Zuführeinheit 25 dem Extruder 26 zugeführt. Das Polymerpulver wird also zeitnah oder unmittelbar vor der Zuführung zum Extruder 26 homogenisiert, so dass eine Entmischung vor der Behandlung im Extruder zumindest weitgehend ausgeschlossen ist. Der Mischpulver-Dosierbehälter 23 dient also als Vorlagebehälter für den Extruder 26. Der Mischpulver-Dosierbehälter 23 muss nicht sehr groß ausgeführt werden und kann beispielsweise ein Volumen haben, welches deutlich kleiner ist als dasjenige des Mischbehälters 8 des Polymerpulvermischers 7. Dieses geringere Volumen des Mischpulver-Dosierbehälters 23 reicht aus, da der Mischbehälter 8 des Polymerpulvermischers 7 zusätzlich als Puffer für den Extruder 26 eingesetzt werden kann. Der Mischpulver-Dosierbehälter 23 kann zusätzlich als Abscheidebehälter für das Produkt eingesetzt sein, soweit in der Pulverförderleitung 22 eine pneumatische Förderung erfolgt. Das Polymerpulver kann dem Extruder 26 auch über eine Fallleitung zugeführt werden. Insbesondere in diesem Fall ist es möglich, den Mischpulver-Dosierbehälter 23 wegzulassen.
Die Polymermasse wird dann aus dem Extruder 26 extrudiert. In der Granuliereinrichtung 27 erfolgt dann eine Unterwasser-Granulation des Extrudats. Das hergestellte Granulat wird dann im Wasserstrom zum Granulatstrockner 29 gefördert, wo es getrocknet wird. Nachfolgend findet in der Klassiereinrichtung 31 eine Klassierung des getrockneten Granulats statt. Das klassierte Granulat wird anschließend über die Granulatförderleitung 33 und die Förderweichen 35 auf die Lagerbehälter 34 verteilt. Aus den Lagerbehältern 34 kann das erzeugte Granulat dann der weiteren Verwendung zugeführt werden.
Anstelle des Polymerpulvermischers 7, der als statischer Silomischer arbeitet, können auch andere Pulvermischer vorgesehen sein, die eine Vergleichmäßigung der Spezifikationen des erzeugten Polymerpulvers vor dem Extrudieren gewährleisten. Als Mischervarianten können z. B. ein mechanischer Mischer oder ein Gasmischer vorgesehen sein. Anstelle eines einzigen Polymerpulvermischers 7 können auch mehrere derartige Pulvermischer vorgesehen sein, die parallel und/oder in Reihe über eine entsprechend ausgestaltete Pulverförderleitung befüllt werden. In dem mindestens einen Polymerpulvermischer kann auch z. B. ein einfacher Umwälzvorgang stattfinden.

Claims

Verfahren zur Bereitstellung eines Polymer-Granulats mit folgenden Verfahrensschritten: – Herstellen eines Polymerpulvers, – Homogenisieren des Polymerpulvers, – Extrudieren des homogenisierten Polymerpulvers – Granulieren des Extrudats, – Fördern des Granulats hin zu einem Bereitstellungsbehälter.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Polymerpulvers in einem Gasphasenprozess oder einem Slurry-Prozess erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Homogenisieren des Polymerpulvers folgende Schritte umfasst: – Einfüllen des Polymerpulvers in mindestens einen Mischbehälter (8), – Abziehen des Polymerpulvers aus dem Mischbehälter (8) derart, dass Pulver aus verschiedenen Füllhöhen gleichzeitig abgezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Homogenisieren mit Hilfe einer Mehrzahl von Mischbehältern (8), welche parallel und/oder in Reihe betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Homogenisieren des Polymerpulvers ein Fluidisieren von diesem umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Homogenisieren des Polymerpulvers ein Teil von diesem umgewälzt wird.
Vorrichtung (1) zur Bereitstellung eines Polymer-Granulats mit Hilfe eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: – einen Reaktor (2) zur Herstellung eines Polymerpulvers, – einen Polymerpulvermischer (7), – einen Extruder (26), – eine Granuliereinrichtung (27), – einen Granulat-Bereitstellungsbehälter (34).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerpulvermischer (7) ausgeführt ist als Mischsilo – mit einem rohrförmigen, eine zentrale Längsachse (9) aufweisenden Mischbehälter (8), – mit einem Behältereinlauf (10, 21), – mit einem Behälterauslauf (12) und – mit einem konisch sich zum Behälterauslauf (12) hin verjüngenden und in diesen ausmündenden Boden (13), – mit einer Mehrzahl von Mischkanälen zwischen dem Behältereinlauf (10, 21) und dem Behälterauslauf (12), – wobei mindestens zwei Mischkanäle zumindest bereichsweise einen voneinander unterschiedlichen Kanalquerschnitt aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerpulvermischer (7) eine Begasungsvorrichtung zur Fluidisierung des Polymerpulvers umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerpulvermischer (7) ein Füllvolumen hat, welches größer ist als 100 m³.