DE60115404T2

DE60115404T2 - Verfahren zum kühlen von postreaktor polyethylenterephthalat

Info

Publication number: DE60115404T2
Application number: DE60115404T
Authority: DE
Inventors: C. Dennis BALDUFF; A. Henry SCHWORM
Original assignee: Plastic Technologies Inc
Current assignee: Plastic Technologies Inc
Priority date: 2001-01-04
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2021-12-29
Also published as: WO2002060959A8; EP1268572A4; EP1268572A1; US6825311B2; US20020188094A1; WO2002060959A1; EP1268572B1; MXPA02008479A; ATE311409T1; CA2399955A1; NZ527204A; ES2254530T3; DE60115404D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur schnellen Abkühlung von Standardflocken, kleinen Teilchen oder Pellets aus recyceltem oder frischem Polyethylenterephthalat (PET) nach einem Solid Stating-Reaktor und Kristallisator, von Temperaturen, die typischerweise im Bereich von 193,3°C bis 210,0°C (380°F bis 410°F) liegen, auf Temperaturen von weniger als 65,6°C (150°F), ohne dass es zu einer nennenswerten Veränderung des Molekulargewichts oder einem Verschleppen von Feuchtigkeit in das gekühlte PET kommt.
PET, wie auch andere Polymere, Copolymere und Polykondensate, seien sie frisch oder aus industriellen Prozessen oder vom Verbraucher stammend, die in Form von kleinteiligen Flocken (4 mm oder weniger längs der Hauptachse), Standardflocken (0,635 cm bis 1,270 cm; 1/4'' bis 1/2'') oder Pellets einer Solid Stating-Behandlung zur Erhöhung des Molekulargewichts unterzogen wurden, und zwar entweder im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre wie Stickstoff, bleiben in einem reaktiven Zustand fähig zur weiteren Kondensationspolymerisation oder zum oxidativen Abbau und verbleiben am Ende der nützlichen Phase des Solid Stating-Verfahrens auf einer relativ hohen Temperatur (193,3°C bis 210,0°C; 380°F bis 410°F).
In ansatzweise arbeitenden Solid Stating-Reaktoren muss das Polymermaterial auf eine Temperatur unter derjenigen gekühlt werden, bei der weitere Polymerisation- oder Oxidationsreaktionen auftreten. Nur nachdem das einem Solid Stating unterzogene Polymer auf eine Temperatur abgekühlt wurde, bei der seine weitere Reaktivität eliminiert wurde, kann es sicher und wirksam aus dem Reaktionsbehälter für eine weite re Verarbeitung oder Verpackung unter Anwendung herkömmlicher Techniken zur Materialbehandlung transportiert werden. Die Kühlstufe im traditionellen ansatzweisen Solid Stating-Verfahren wird in situ durchgeführt, bei verminderten Temperaturen, jedoch stets unter Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre. Typischerweise kann der Abkühlzeitraum genauso viel Zeit erfordern wie die Phase der Temperaturerhöhung und Solid Stating-Polymerisation. Um den Reaktor in effizienterer Weise zu nutzen und die Produktivität zu erhöhen, ist ein Verfahren zum effektiven Kühlen des reagierten Polymers erwünscht.
Es wäre erwünscht, ein Verfahren zur Abkühlung von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor auf solche Weise zu entwickeln, dass eine nennenswerte Veränderung des Molekulargewichts und die Bildung von Chromophoren verhindert werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zur Abkühlung von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor auf eine Weise, die eine nennenswerte Veränderung des Molekulargewichts verhindert, wurde überraschenderweise entdeckt. Das Verfahren umfasst die Schritte:
Überführen von PET-Flocken aus einem Solid Stating-Reaktor zu einem ersten Abscheider in Gegenwart von Luft und Wasser bei einem erhöhten Druck, wodurch die PET-Flocken teilweise abgekühlt werden und das Wasser durch Kontakt mit den PET-Flocken im Wesentlichen in Dampf umgewandelt wird;
Abtrennen des Dampfs von den teilweise abgekühlten PET-Flocken; und
Überführen der teilweise abgekühlten PET-Flocken aus dem ersten Abscheider zu einem zweiten Abscheider in Gegenwart von Luft bei einem erhöhten Druck, wodurch die PET-Flocken weiter abgekühlt und getrocknet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut geeignet zum Abkühlen von PET-Flocken, die einer Solid Stating-Behandlung bis zu einem bestimmten Grenzviskositätswert unterzogen wurden, der für eine Verwendung in anschließenden Formgebungsschritten beibehalten werden muss.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird für Fachleute beim Lesen der nachfolgend detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung deutlich erkennbar, wenn diese im Licht der beigefügten Zeichnung betrachtet wird, in der:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung ist, die für die praktische Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des Abkühlprozesses der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Bezugnehmend auf 1 ist dort eine Anlage zum Kühlen von PET-Flocken, nachdem das Polymermaterial einer Solid Stating-Behandlung unterzogen wurde, gezeigt. Die Anlage schließt einen Bunker 10 ein, der dafür bestimmt ist, das der Solid Stating-Behandlung zu unterziehende Material zu lagern. Der Ausgang des Bunkers 10 steht mit dem Einlass eines Solid Stating-Reaktors 12 über ein Dosierventil 14 in Verbindung. Das Dosierventil 14 wirkt so, dass abgemessene Mengen an Polymermaterial aus dem Einsatzproduktbunker in den Reaktor 12 überführt werden.
Der Ausgang des Reaktors 12 steht mit einem Überführungsrohr 16 über eine rotierende Luftschleuse 18 in Verbindung. Ein Druckförderungs-Luftgebläse 20 ist über ein kurzes Über führungsrohr 22 und die rotierende Luftschleuse 18 mit dem Überführungsrohr 16 gekuppelt.
In das kurze Überführungsrohr 22 wird behandeltes Wasser als feiner Sprühnebel an einem Injektionspunkt 23 in das kurze Überführungsrohr 22 eingeführt. Der feine Wassersprühnebel trifft auf die turbulente Druckluft, die von dem Luftgebläse 20 in das kurze Überführungsrohr 22 eingespeist wird.
Die rotierende Luftschleuse 18 führt heiße, durch Solid Stating behandelte PET-Flocken in den feinen Sprühnebel aus Wasser und Luft ein. Der Zweck der rotierenden Luftschleuse 18 besteht darin, Material aus einer nicht unter Druck stehenden Zone des Reaktors 12 in eine Druckzone einzuführen und das heiße Polymermaterial mit einer gewünschten Zufuhrgeschwindigkeit wirksam abzumessen.
Die in das Überführungsrohr 16 eingeführten heißen PET-Flocken geben einen Teil der Wärmeenergie an den Wassersprühnebel ab, der die Hauptmenge des Wassers in Dampf verwandelt. Es kann nicht der gesamte Wärmeinhalt des polymeren Übergangsmaterials sofort an das Wasser übertragen werden, da die Wärmeübertragung in einer gewissen Tiefe über den Teilchenquerschnitt leitungsabhängig ist. Geeigneterweise wird eine Hauptmenge des Wassersprühnebels in Dampf umgewandelt, während man die Mischung durch das Überführungsrohr 16 bewegt. Der Dampf wird dann abgetrennt, wenn die Mischung in einen ersten Abscheider 24 eintritt, beispielsweise einen Druckminderungs-Abbremszyklon. Die teilweise abgekühlten PET-Flocken fallen auf den Boden des ersten Abscheiders 24 und werden danach durch eine zweite rotierende Luftschleuse 28 einem Luftförderrohr 26 zugeführt. Das Luftförderrohr 26 wird mit Druckluft aus einem Druckluftgebläse 30 gespeist. Die PET-Flocken werden weiter abgekühlt und getrocknet, während sie durch das Luftförderrohr 26 dem Einlass eines zweiten Abscheiders 32 zugeführt werden, beispielsweise einem Zyklonabscheider. Wenn die Mischung in den zweiten Abscheider 32 gelangt, werden restlicher Wasserdampf und heiße Luft von den gekühlten, relativ trocknen PET-Flocken abgetrennt.
Die abgekühlten getrockneten PET-Flocken können geeigneterweise in einem zugeordneten Speicherbehälter 34 gesammelt werden. Die gespeicherten Flocken können später aus dem Speicherbehälter 34 zur weiteren Verarbeitung oder Verpackung entfernt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein neues Verfahren zum Abkühlen eines einer Solid Stating-Behandlung unterzogenen Polymerprodukts ( 97%-ige Verminderung der erforderlichen Abkühlzeit), ohne schädliche Effekte wie eine Modifikation des Molekulargewichts oder Chromophorbildung. Das Verfahren nutzt die Wärme der Verdampfung von Wasser zum Abschrecken der Oberfläche des Polymerprodukts, wodurch eine weitere Diffusion von Sauerstoff oder Wasser in die PET-Flocken oder Teilchen gestoppt wird. Darüber hinaus gewährleistet das beschriebene Verfahren eine weitere Abkühlung, indem man einen Kontakt zwischen den PET-Flocken, dem Wasser und der turbulenten Luft während der Überführung des Materials aus dem ersten Abscheider in den zweiten Abscheider aufrechterhält, so dass eine weitere Verdampfung von Wasser erfolgen kann, wodurch noch niedrigere Produkttemperaturen erreicht werden. Indem man das Verhältnis der Zufuhrgeschwindigkeit des Wassers zur Austrittsgeschwindigkeit des Polymerprodukts aus dem Reaktor in geeigneter Weise steuert, wird das Polymer mit einem resultierenden niedrigen Feuchtigkeitsgehalt gekühlt und gefördert. Abschließend werden die PET-Flocken unter Verwendung eines Druckluftstroms transportiert und getrocknet, um schließlich gekühlte, getrocknete PET-Flocken herzustellen, die anschließend weiterverarbeitet werden können.

Claims

Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor, das die Schritte umfasst: Überführen von PET-Flocken aus einem Solid Stating-Reaktor zu einem ersten Abscheider in Gegenwart von Luft und Wasser bei einem erhöhten Druck, wodurch die PET-Flocken teilweise abgekühlt werden und das Wasser durch Kontakt mit den PET-Flocken im Wesentlichen in Dampf umgewandelt wird; Abtrennen des Dampfs von den teilweise abgekühlten PET-Flocken; und Überführen der teilweise abgekühlten PET-Flocken aus dem ersten Abscheider zu einem zweiten Abscheider in Gegenwart von Luft bei einem erhöhten Druck, wodurch die PET-Flocken weiter abgekühlt und getrocknet werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach Anspruch 1, wobei die PET-Flocken dem ersten Abscheider in einem Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 9,2 bis 25 m/s (1.800 bis 5.000 feet per minute) zugeführt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die PET-Flocken dem ersten Abscheider bei einem Druck von 103 × 10³ bis 241 × 10³ Pa (15 bis 35 psia) zugeführt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, wobei die PET-Flocken dem ersten Abscheider in einer Fördermenge von 0,19 bis 8 kg/s (25 bis 1.000 pounds per minute) zugeführt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach irgendeinem vorausgehenden Anspruch, wobei die dem ersten Abscheider zugeführten PET-Flocken auf eine Temperatur von 76,7 bis 101,7°C (170 bis 215°F) abgekühlt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach irgendeinem vorausgehenden Anspruch, wobei die teilweise abgekühlten PET-Flocken dem zweiten Abscheider in einem Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 9,2 bis 25 m/s (1.800 bis 5.000 feet per minute) zugeführt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach irgendeinem vorausgehenden Anspruch, wobei die teilweise abgekühlten PET-Flocken dem zweiten Abscheider bei einem Druck von 103 × 10³ bis 241 × 10³ Pa (15 bis 35 psia) zugeführt werden.
Verfahren zu Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach irgendeinem vorausgehenden Anspruch, wobei die teilweise abgekühlten PET-Flocken, die dem zweiten Abscheider zugeführt werden, weiter auf eine Temperatur unterhalb 76,7°C (170°F) abgekühlt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor, das die Schritte umfasst: Überführen von PET-Flocken in einer Fördermenge von 0,19 bis 8 kg/s (25 bis 1.000 pounds per minute) aus einem Solid Stating-Reaktor zu einem ersten Abscheider in Gegenwart von Luft und Wasser bei einer erhöhten Temperatur, wobei sich die Luft mit einer Geschwindigkeit von 9,2 bis 25 m/s (1.800 bis 5.000 feet per minute) bei einem Druck von 103 × 10³ bis 241 × 10³ Pa (15 bis 35 psia) bewegt, wodurch die PET-Flocken teilweise auf eine Temperatur von 76,7 bis 101,7°C (170 bis 215°F) abgekühlt werden und das Wasser durch Kontakt mit den PET-Flocken im Wesentlichen in Dampf umgewandelt wird; Abtrennen des Dampfs von den teilweise abgekühlten PET-Flocken; und Überführen der teilweise abgekühlten PET-Flocken aus dem ersten Abscheider zu einem zweiten Abscheider in Gegenwart von Luft bei einem erhöhten Druck, wobei sich die Luft mit einer Geschwindigkeit von 9,2 bis 25 m/s (1.800 bis 5.000 feet per minute) bei einem Druck von 103 × 10³ bis 241 × 10³ Pa (15 bis 35 psia) bewegt, wodurch die PET-Flocken weiter abgekühlt und getrocknet werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach Anspruch 9, wobei die PET-Flocken dem ersten Abscheider in einem Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 10,2 bis 17,8 m/s (2.000 bis 3.500 feet per minute) zugeführt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach Anspruch 9 oder 10, wobei die PET-Flocken dem ersten Abscheider bei einem Druck von 14 × 10⁴ bis 21 × 10⁴ Pa (20 bis 30 psia) zugeführt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei die PET-Flocken dem ersten Abscheider in einer Fördermenge von 0,38 bis 3,8 kg/s (50 bis 500 pounds per minute) zugeführt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die dem ersten Abscheider zugeführten PET-Flocken auf eine Temperatur von 87,8 bis 101,7°C (190 bis 215°F) abgekühlt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die teilweise abgekühlten PET-Flocken dem zweiten Abscheider in einem Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 10,2 bis 17,8 m/s (2.000 bis 3.500 feet per minute) zugeführt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die teilweise abgekühlten PET-Flocken dem zweiten Abscheider bei einem Druck von 14 × 10⁴ bis 21 × 10⁴ Pa (20 bis 30 psia) zugeführt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die dem zweiten Abscheider zugeführten teilweise abgekühlten PET-Flocken weiter auf eine Temperatur unter 72°C (160°F) abgekühlt werden.
Verfahren zum Abkühlen von PET-Flocken nach einem Solid Stating-Reaktor, das die Schritte umfasst: Überführen von PET-Flocken in einer Fördermenge von 0,38 bis 3,8 kg/s (50 bis 500 pounds per minute) aus einem Solid Stating-Reaktor zu einem ersten Abscheider in Gegenwart von Luft und Wasser bei einer erhöhten Temperatur, wobei sich die Luft mit einer Geschwindigkeit von 10,2 bis 17,8 m/s (2.000 bis 3.500 feet per minute) bei einem Druck von 14 × 10⁴ bis 21 × 10⁴ Pa (20 bis 30 psia) bewegt, wodurch die PET-Flocken teilweise auf eine Temperatur von 87,8 bis 101,7°C (190 bis 215°F) abgekühlt werden und das Wasser durch Kontakt mit den PET-Flocken im Wesentlichen in Dampf umgewandelt wird, Abtrennen des Dampfes von den teilweise abgekühlten PET-Flocken; und Überführen der teilweise abgekühlten PET-Flocken aus dem ersten Abscheider zu einem zweiten Abscheider in Gegenwart von Luft bei einem erhöhten Druck, wobei sich die Luft mit einer Geschwindigkeit von 10,2 bis 17,8 m/s (2.000 bis 3.500 feet per minute) bei einem Druck von 14 × 10⁴ bis 21 × 10⁴ Pa (20 bis 30 psia) bewegt, wodurch die PET-Flocken weiter abgekühlt und getrocknet werden.