JP3778564B2 - ポリマー乾燥装置から排出される気体を冷却し、これからモノマーおよび粉塵を除去する方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性ポリマーの乾燥装置から排出される気体を冷却し、これからモノマーおよび粉塵を除去する方法に関する。
ある種の熱可塑性ポリマー（例えばポリアミド（ナイロン）、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアクリラート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアセタール、ポリビニルクロリド、ポリウレタン）の製造方法最終段階において、ペレット、顆粒、チップが形成されるが、これらは通常水で冷却される。この湿潤ペレット、顆粒、チップは、一般的に乾燥装置中において加熱気体で乾燥される。
このような乾燥気体は乾燥装置に返送して再利用するのが好ましいが、乾燥装置から排出される気体は、ポリマー粉塵、未反応モノマー、オリゴマーおよび水分を含有しており、これらは乾燥用気体の再循環のために、この気体から分離除去されるべきものである。この分離は、除塵工程（例えばサイクロン、フィルタ、これらの組合わせ、またはスクラバーによる）、およびこれと別個の冷却工程のような複数工程で行なわれる。
米国特許４０４３７７３号明細書は、蒸気状排出液に帯同された粒子、ことにポリ（フェニレン）スルフィドの粒子を回収するために、この粒子を浮遊させる液体をスクラバー液として使用する装置を開示している。しかしながら、この装置においては、排出液は冷却されず、またモノマーも除去されないので、さらに他の工程が必要となる
しかしながら、サイクロン、フィルタのよるこの分離除去処理は、必ずしも効率的ではない。サイクロン、フィルタで分離されなかったポリマー粉塵は、気体冷却装置内に堆積し、場合により気体循環における圧力ロスをもたらす。分離、除去されなかった未反応モノマーも、ポリマー乾燥装置とサイクロンを接続するパイプのような接続パイプ中に堆積する。そこで、熱可塑性ポリマーその他の製造方法において、粉塵、副生成物、例えばモノマー、オリゴマーを、乾燥用気体から除去する必要がある。あるいはまた、このような気体を１工程で浄化する必要がある。
そこで、本発明は、熱可塑性ポリマー粉塵、未反応モノマー、オリゴマーおよび水分を含有する乾燥用気体を充填カラムに給送し、気体を溶媒で洗浄することにより、熱可塑性ポリマー乾燥装置から排出気体を冷却し、モノマー、粉塵をこれから除去する処理を効率的ならしめようとするものである。
すなわち、本発明の目的とするところは、ポリマー乾燥装置から排出される乾燥用加熱気体を冷却し、これからポリマー粉塵、未反応モノマーを除去する処理を１工程で、効率的に行ない得る方法を提供することである。
しかるに、この目的は、
（ａ）乾燥用気体を充填体を装填したカラムに給送し、
（ｂ）この気体をカラム中において溶媒で洗浄することにより、
熱可塑性ポリマー乾燥装置から排出される、熱可塑性ポリマー粉塵、未反応モノマーおよび水分を含有する気体を冷却し、これから粉塵、モノマーを除去する方法によって達成されることが本発明者らにより見出された。
本発明のその他の目的および利点は、以下の本発明の詳細な説明を検討することにより、当業者には自明のことと考えられる。
図１は、本発明による冷却および粉塵、モノマーの除去方法を実施する装置の略図、
図２は、図１に示される装置に使用するのに有用なテラレット充填物の頂部斜視図である。
本発明の理解を容易ならしめるために、上記添附図面を参照しつつ、特定の実施態様について、以下に具体的に説明する。ただし、本発明原理の他の適用例、図示の実施態様の各種各様の変更、変形は、この分野の技術者にとって容易であり、従って本発明の範囲は、図示の実施態様に限定されるべきものではない。
前述したように、本発明は、熱可塑性ポリマーの乾燥装置から排出される乾燥用高熱気体を冷却し、これから未反応モノマーおよびポリマー粉塵を分離除去する方法に関する。図１は、この方法を実施するための装置を例示的に説明するための略図である。この冷却、分離除去装置（１）は、充填床（４）を有する洗浄カラム（３）と、ポンプ（１０）、フィルタ（１１）および冷却器（１２）を接続する再循環回路を具備する。ポリマー乾燥装置から排出される、窒素、水、ポリマー粉塵含有気体は、導管（２）を経て、冷却、分離除去装置（１）の洗浄カラム（３）内に導入される。洗浄カラム（３）は、充填床（４）を有し、この充填床（４）は、洗浄カラムの頂部から噴霧ノズル（５）を経て充填床（４）に向けて噴霧される水により洗浄され、これにより導管（２）から排出されて、充填床（４）を通って上昇する排出気体流を洗浄する。この洗浄によりほとんど粉塵、モノマー、オリゴマーを含まない排出気体流は、洗浄カラムから導管（６）を経て排出されるが、これは依然として水分と窒素を含有する。
洗除されたポリマー粉塵、未反応モノマーおよびオリゴマーを含有する洗浄水は、貯槽（７）内に集められる。その液面レベルは、レベル制御装置（８）により任意に調節され得る。この粉塵、モノマー、オリゴマーを含有する洗浄水は、再循環導管（９）を経て、ポンプ（１０）により再循環せしめられる。その際に粉塵はフィルタ（１１）により濾別される。濾過された、しかしながら依然としてモノマー、オリゴマーを含有する再循環水は、冷却器（１２）により冷却され、洗浄カラム頂部に再循環され、再びノズル（５）を経てカラム頂部から噴霧される。
貯槽（７）における液面が予定レベルに達すると、洗浄水は導管（１３）を経て排出され、回収可能物質（例えばカプロラクタムモノマー）の濃度に応じて、この溢流分は、回収する方向、あるいは廃水する方向にわかれる。処理の初期段階においては、導管（１４）を経て水道（図示せず）から水が添加補給される。処理の間において、水は導管（２）を経てカラム（３）内に給送される気体流中の水蒸気によっても補給される。この水蒸気は気体流から凝縮し、分離されて、貯槽（７）内に給送される。
カラム（３）の充填床（４）には、多数のテラレット充填体（１５）（図２参照）が装填されることが好ましい。この充填体（１５）は、螺旋状部分（１７）を有する環状体（１６）から成る。このようなテラレット充填体は、溶媒の良好な分配をもたらし、ポリマー粉塵の堆積、気体圧力の低下を阻止する利点を有する。
本発明による、熱可塑性ポリマー乾燥装置から排出される乾燥用気体を冷却し、これら未反応モノマー、ポリマー粉塵を除去する処理の特定の工程ないし手順は以下の通りである。すなわち、工程（ａ）において、熱可塑性ポリマー乾燥装置から排出される、ポリマー粉塵、未反応モノマー、オリゴマーおよび水分を含有する気体が、カラム（３）内の充填床（４）に導入される。
本発明方法による冷却、分離除去処理に附されるべき乾燥気体で乾燥される熱可塑性ポリマーは、例えばポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカルボナート、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルクロリド、これらの共重合体、これらの混合物である。本発明方法は、ナイロン６、ナイロン６／６、ことにナイロン６およびナイロン６共重合体、特にテレフタル酸またはアジピン酸を基礎とするナイロン６共重合体の乾燥処理に適する。適当なポリアミドは、ナイロン６、ナイロン６／６、ナイロン６／９、ナイロン６／１０、ナイロン６／１２、ナイロン１１、ナイロン１２、これらの共重合体および混合物である。
乾燥用気体中には、各種のモノマー、例えばジアミン、ε−カプロラクタム、ジアシッド、ジオール、オレフィン、ビニルクロリド、ホルムアルデヒドなどである。さらにこれらのオリゴマーも含有される。
熱可塑性ポリマー粉塵、モノマーおよび水分を含有する乾燥用気体としては、空気、窒素、水素およびこれらの混合物が適当であるが、ことに窒素が好ましい。この気体がカラムに給送されるときの温度は約３０℃から１８０℃、ことに約５０℃から約６０℃である。この気体が帯同する水分は、気体混合物全量に対して約２から約１０重量％、ことに約６から約１０重量％である。
工程（ｂ）において、ポリマー乾燥用気体は、充填床（４）を通過する際に、カラム（３）内において溶媒により洗浄される。適当な溶媒は、水、アルコール、アミン、有機酸、無機酸、エステル、ケトン、エーテル、パラフィンおよびこれらの混合溶媒である。ことに水が好ましい。噴霧ノズル（５）から噴霧される溶媒の温度は、気体温度より低いのが好ましく、ことに３５から６０℃であるのが好ましい。充填床（４）に使用される充填体（１５）としては、環状体、筒状体、ことにテラレットが好ましい。このテラレット充填体は、前述したように図２に示されている。これら充填体は、上述した洗浄条件下において不活性の材料、例えば金属、セラミックプラスチックから構成される。金属として適当であるのは、炭素鋼、ステンレススチール、チタンである。また適当なセラミックは、例えば酸化アルミニウムである。プラスチックとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレンである。もちろん、これ以外の金属、セラミック、プラスチックも使用され得る。
工程（ｂ）において、熱可塑性ポリマーの粉塵、モノマー、オリゴマーは、溶媒、例えば水により洗除され、洗浄カラムが排出される浄化気体は、その全量に対して、約０．０１から約３．０重量％程度のモノマー、オリゴマー、および１．０重量％以下、ことに０．１重量％以下のポリマー粉塵を含有するに止まる。
洗浄されるべき気体と、洗浄溶媒との温度差のために、洗浄溶媒は、気体洗浄の間において、３５℃から６０℃、ことに３５℃から４５℃の範囲の温度まで加熱される。溶媒は貯槽（７）内に捕集され、ポンプ（１０）により導管（９）を経て再循環される。フィルタ（１１）においてポリマー粉塵が溶媒から除去される。適当なフィルタは、例えば木綿繊維、ナイロン繊維が充填されている、いわゆるファイバフィルタである。濾過された溶媒は、冷却器（１２）において、約１０℃から給送される気体の温度（６０℃まで）の範囲に冷却される。適当な冷却器は、例えば熱交換器、クーリングタワーである。
濾過され、冷却された溶媒は、再循環され、ポリマー粉塵、モノマー、水分を含有する乾燥用気体に対する向流として、ノズル（５）から噴霧される。
以下の実施例により、本発明をさらに具体的に説明される。ただし、これは例示的のものであって、本発明がこの具体例に制限されるべきでないことは云うまでもない。
（実施例）
ナイロン６（相対粘度４．０８、２５℃において１％濃度のＨ₂ＳＯ₄溶液として測定）の乾燥装置からの乾燥気体流（毎時１６０００ｋｇＮ₂）と水（水流として毎時１０００ｋｇ）が、６５℃の温度においてカラム内に導入される。カラムは直径２．０ｍで、高さ５ｍの充填床を有する。充填体として２インチのポリプロピレン製テラレットを使用する。気体流は、３５℃の水毎時５１００ｋｇで洗浄され、毎時３７５ｋｇの水蒸気が凝縮し、粉塵およびモノマーが洗除される。
カラムから排出される気体流は、毎時１６０００ｋｇの窒素と、毎時５９２ｋｇの水を含有し、その温度は３５℃である。この排出される窒素ガス中のモノマー含有量は３重量％以下、ナイロン６粉塵の含有量は６００ｐｐｍ以下である（気体全量に対して）。カラム中で約４１℃に加熱された循環水流は、再循環回路中の冷却器で３４℃まで冷却される。スクリーンフィルタで濾別される洗除粉塵量は、１日当たり５．５ｋｇに達する。貯槽中の粉塵、モノマー、オリゴマー含有液面が予定レベルに達すると、これは導管（１３）から再循環ループ外に排出される。

Claims (8)

1. 熱可塑性ポリマー粉塵、モノマーおよび水分を含有し、熱可塑性ポリマー乾燥装置から排出される気体を冷却し、かつポリマー粉塵、モノマーを除去するための方法であって、
   （ａ）この気体を充填体が装填されているカラム内に導入し、
   （ｂ）このカラム内において、気体を溶媒により洗浄することを特徴とする方法。
2. 溶媒として、水、アルコール、アミン、有機酸、無機酸、エステル、ケトン、エーテル、パラフィン、これらの混合物のいずれかを使用することを特徴とする、請求項（１）の方法。
3. 溶媒として水を使用することを特徴とする、請求項（１）または（２）の方法。
4. 充填体として環状体、筒状体、テラレットのいずれかを使用することを特徴とする、請求項（１）から（３）のいずれかの方法。
5. 上記工程（ｂ）における溶媒の温度が３５から６０℃であることを特徴とする、請求項（１）から（４）のいずれかの方法。
6. さらに工程（ｂ）からの溶媒を再循環させ、再使用する工程（ｃ）を有することを特徴とする、請求項（１）から（５）のいずれかの方法。
7. 再循環の過程が溶媒の濾過を含むことを特徴とする、請求項（６）の方法。
8. 再循環の過程が溶媒を１０℃から６０℃の温度に冷却することを含むことを特徴とする、請求項（６）の方法。

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