專利名稱：粒料處理單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理聚乙烯粒子以脫除揮發(fā)性組分的方法。
由聚合物且具體地說由聚乙烯制備的許多產(chǎn)物與食品接觸，因此希望制備″良好味道″等級。這些產(chǎn)物例如是與飲用水或食品包裝物接觸的管，該食品包裝物與食品接觸。殘余的烴或添加劑可產(chǎn)生不希望的氣味。對于一些應(yīng)用也重要的是從最終產(chǎn)物脫除殘余烴例如從低密度聚乙烯脫除乙烯。另外的例子是從聚丙烯降低揮發(fā)物的量以降低轉(zhuǎn)化步驟期間的煙霧。
為降低或抑制不希望的氣味，將聚合物粒料送到位于擠出機(jī)和共混機(jī)之間的粒料處理單元。
大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)粒料處理單元采用間歇模式操作。將來自擠出機(jī)的粒料導(dǎo)引到容量為約300噸的料倉。將料倉填充到所需水平和然后將粒料在與氣體溫度成反比的時間期間經(jīng)歷熱氣體流溫度越高，停留時間越短。然而，必須達(dá)到折衷，這是由于如果溫度太高，粒料開始熔融和彼此粘附，如果溫度太低，成本降低但停留時間過長。對于聚乙烯的溫度和停留時間的典型數(shù)值分別是80-110℃和5-50小時。將熱氣體在靠近料倉基底的位置由壓縮機(jī)注入并在產(chǎn)物的500-5000m3/小時/噸的速率下由電阻或換熱器調(diào)節(jié)溫度。氣體然后通過頂面離開料倉并攜帶殘余的烴，該殘余的烴從粒料內(nèi)部遷移到粒料的表面。需要熱氣體體積用于如下兩者加熱粒料到80-110℃的目標(biāo)溫度和保持它們在那個溫度下10-50小時的必要停留時間。其后，必須將粒料冷卻到60-70℃的溫度以能夠?qū)崿F(xiàn)容易的傳輸而沒有粘附。
在5-50小時的停留時間之后，將料倉的內(nèi)容物由冷氣體冷卻和然后通過料倉的底部清空和由氣體壓縮機(jī)將粒料推向共混機(jī)。
此方法過去使用過，但它的缺點是，由于填充料倉時，粒料在料倉中固定而浪費相當(dāng)多的時間。此外需要大量的時間和能量以加熱整個料倉到約100℃的所需溫度和然后冷卻它到約60℃的溫度。
專利申請WO2004/039848描述了處理聚合物的連續(xù)方法然而它仍然需要非常大量的吹掃空氣。將吹掃的揮發(fā)物在非常大量的氣體中稀釋，該氣體非常難以處理和通常在大氣中排放。
因此，需要使用較少時間和能量的系統(tǒng)。
本發(fā)明公開了要求較少等待時間的粒料處理單元。
本發(fā)明還公開了消費較少熱能的系統(tǒng)。
本發(fā)明進(jìn)一步公開了不要求加熱或要求較少加熱并強(qiáng)烈地降低所釋放的吹掃氣體量的系統(tǒng)。可以處理吹掃氣體且沒有揮發(fā)物或非常少的揮發(fā)物排放到大氣。
因此，本發(fā)明公開了以連續(xù)模式采用處于恒定水平的料倉操作的粒料處理單元。該操作模式抑制了對料倉進(jìn)行填充所必須的長等待時間，對全部料倉的內(nèi)容物進(jìn)行加熱所必須的長時間。通過將該離開冷卻料倉的受熱氣體循環(huán)回該用于對加熱料倉進(jìn)行加熱的熱氣體流，進(jìn)一步降低了對料倉進(jìn)行加熱所必須的能量的量。


圖1是從造粒機(jī)開始到儲料倉的整個粒料處理單元的簡圖。
圖2是加熱料倉/冷卻料倉單元的簡圖，其中將該離開冷卻單元的升溫氣體循環(huán)回加熱單元。
圖3表示粒料處理單元的簡圖，其中由溫水流將該離開造粒機(jī)的粒料輸送到加熱料倉/冷卻料倉單元。
將該離開擠出機(jī)的熔融聚乙烯條(strand)(1)由旋轉(zhuǎn)刀(2)切割成粒料。冷卻流體(典型地為水)的流攜帶該熱粒料通過冷卻管(3)。然后將粒料與冷卻流體在干燥器(4)中分離。將由與粒料接觸而升溫的流體送到冷卻器(5)并循環(huán)回冷卻管。泵(6)保持流體在管中循環(huán)。將現(xiàn)在溫度為60-70℃的粒料在小料倉(7)中傾倒，并通過位于料倉底部的旋轉(zhuǎn)閥(8)導(dǎo)引到管(9)，其中它們由溫度典型地為50-60℃的氣體流夾帶向加熱料倉(10)。它們通過頂面進(jìn)入加熱料倉，設(shè)計該加熱料倉以具有平推流行為。然后將粒料由熱氣體流(11)加熱到所需溫度。將大氣通過過濾器(20)送到熱氣體鼓風(fēng)機(jī)(21)，然后通過第二過濾器(22)送到氣體加熱器(23)，和然后送到加熱料倉的下部。氣體加熱器是中壓蒸汽流或電阻。熱氣體向上通過料倉并通過它的頂面逸出。粒料在加熱料倉中保持足以允許烴殘余物遷移到粒料表面的時間，該粒料由熱氣體向上攜帶并通過料倉的頂面逸出。粒料然后通過旋轉(zhuǎn)閥(24)離開加熱料倉，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)閥(24)的旋轉(zhuǎn)速度以保持加熱料倉恒定充滿，和它們落入冷卻料倉(25)。粒料在被送到共混機(jī)之前由冷氣體流(26)冷卻，以避免粘附。將大氣通過過濾器(27)送到冷氣體鼓風(fēng)機(jī)(28)，然后通過第二過濾器(29)送到氣體冷卻器(30)，和然后送到冷卻料倉的下部。用水來冷卻氣體。粒料通過旋轉(zhuǎn)閥(31)離開冷卻料倉并然后由冷氣體流通過管(40)夾帶到均化料倉。將大氣通過過濾器(41)送到粒料傳輸鼓風(fēng)機(jī)(42)，然后送到粒料傳輸冷卻器(43)和然后送到共混機(jī)的下部。
用于冷卻粒料的氣體在該過程中被升溫可以將它循環(huán)回加熱單元以降低能量消耗。
本發(fā)明還公開了降低聚乙烯粒料中揮發(fā)物的方法，該方法包括如下步驟a)從擠出機(jī)(1)取出粒料并采用冷卻水流和足以達(dá)到所需溫度的停留時間推動該粒料通過冷卻管(3)；b)將粒料在干燥器(4)中與水分離，通過冷卻設(shè)備(5)將水返回冷卻系統(tǒng)并采用20-60℃的氣體流將該冷卻的粒料通過管(9)推入加熱料倉(10)；c)在熱氣體流(11)下，將粒料保持在該加熱料倉中，該熱氣體流在該加熱料倉的下端附近進(jìn)入并通過上部敞開面逸出；d)經(jīng)由能夠?qū)﹄x開的材料流進(jìn)行控制以保持該加熱料倉恒定充滿的旋轉(zhuǎn)閥(24)，將粒料連續(xù)地通過該加熱料倉的底部取出；e)將粒料送到冷卻料倉(25)；f)將該冷卻料倉保持在室溫的氣體流(26)下，以使粒料的溫度下降到所需水平；g)將該冷卻的粒料輸送到均化料倉。
送入加熱料倉的熱氣體流可以是任何合適的氣體。在所有的情況下，特別地對于高密度聚乙烯，優(yōu)選為空氣。對于要求高安全操作的其它聚合物，優(yōu)選是惰性氣體。
靠近擠出機(jī)的冷卻水流的溫度典型地為50-70℃，從而冷卻粒料到60-70℃的溫度。將粒料冷卻到所需水平所必須的停留時間為10-20秒。
加熱料倉中的停留時間取決于料倉的溫度溫度越高，停留時間越短。聚乙烯粒料的最優(yōu)選操作條件是80-110℃的溫度和5-50小時、優(yōu)選8-15小時的停留時間。
該離開冷卻料倉的粒料的溫度典型地為60-70℃。
此方法仍然要求非常大量的熱氣體，和因此大量的能量是加熱加熱料倉所必須的。
在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，將該離開擠出機(jī)的粒料冷卻到高于60-70℃的典型溫度且盡可能接近加熱料倉溫度的溫度。典型地對于聚乙烯，將它們冷卻到80-110℃、優(yōu)選80-100℃的溫度。這通過以兩種方式的任一種改變上述的過程而達(dá)到。
1.縮短在鄰近擠出機(jī)的冷卻系統(tǒng)中的停留時間，同時保持冷卻水溫度不變。
2.將冷卻水流保持在接近粒料新目標(biāo)溫度的溫度下，同時保持停留時間不變。
在第一選項中，典型地，在鄰近擠出機(jī)的冷卻系統(tǒng)中的停留時間減半，且因此是4-10秒。采用此短停留時間，將粒料的外層殼降到冷卻流的溫度，即達(dá)到60-70℃的溫度而粒料的核保持為熱的，典型地溫度為110-130℃。在粒料的冷表面和熱核之間存在逐漸的溫度調(diào)節(jié)，導(dǎo)致接近于加熱料倉中所需溫度的總體粒料溫度。該方法的優(yōu)點在于，沒有改變在擠出機(jī)出口處的溫度條件和切刀可因此合適地將該離開擠出機(jī)的條切割成粒料。
在第二選項中，將冷卻系統(tǒng)的溫度升高到取決于粒料的本質(zhì)并主要取決于它們粘度的溫度。適于粘性聚合物的溫度高于用于流體聚合物的溫度。對于高密度聚乙烯，至多100℃的水溫是合適的，而對于低密度聚乙烯，水溫約為80℃。此方法的缺點是改變了在擠出機(jī)出口處的條件。如果不仔細(xì)控制水溫，當(dāng)將該離開擠出機(jī)的條切割成粒料時，溫度的增加可導(dǎo)致粒料轉(zhuǎn)變成粘性物質(zhì)。
兩種方法的次要缺點是，當(dāng)經(jīng)過從干燥器導(dǎo)向加熱料倉的管進(jìn)行輸送時，粒料可以被拉長成″邊緣毛刺(angel hair)″。
優(yōu)選第一選項。
在這兩種方法的任一種中，將粒料保持在接近加熱料倉溫度的溫度下和因此顯著降低對粒料進(jìn)行處理所必須的熱氣體量。
在根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案中，粒料從鄰近擠出機(jī)的冷卻設(shè)備向加熱料倉的傳輸采用熱水流而不采用熱氣體流進(jìn)行。此方法顯著降低與冷卻系統(tǒng)中停留時間的縮短相關(guān)的″邊緣毛刺″的形成和它主要地降低了必須能量的量，這是由于在到加熱料倉的所有途徑中系統(tǒng)保持在恒定溫度。此外，粒料可傳輸非常長的距離，而沒有冷卻，當(dāng)使用第一選項時，允許整個粒料內(nèi)部的溫度均勻。
在此方法中，將干燥器剛好布置在加熱料倉之前。它可以直接布置在加熱料倉上方，從而避免粒料的所有氣體傳輸，或鄰近加熱料倉布置，從而需要短的氣體傳輸。
在根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案中，將冷卻料倉由換熱系統(tǒng)替代，該換熱系統(tǒng)由填充有室溫下的水的垂直板形成。該離開加熱料倉的粒料在冷卻板的垂直壁之間以重力加速度下落。冷卻板是典型尺寸為1.5-2.5m×1.4-2m的矩形。不是，體積越小，故停留時間越少。當(dāng)粒料僅在板之間通過重力的作用經(jīng)過時，在板之間的停留時間非常小。
根據(jù)本發(fā)明的幾個實施方案都允許熱氣體消耗的基本降低。
實施例1將適于制備管的聚乙烯粒料在以下所述的粒料處理單元中脫氣。
圖2簡要顯示單元的脫氣部分。
溫度為約70℃的粒料進(jìn)入加熱料倉，在該加熱料倉中，粒料在約100℃的加熱空氣流下保持約12小時的時間。設(shè)計粒料處理單元以在約42噸/小時的流量下工作以適應(yīng)粒料的生產(chǎn)速率。料倉的容量是約1000m3且其被設(shè)計為具有對于進(jìn)入和輸出的粒料的平推流外形(plug flow profile)。排料的料斗角度是50°。
在該特定配置中，將粒料從70℃加熱到100℃所需的總熱能等于663kWh，該熱能由出口最大溫度為105℃的熱空氣供應(yīng)，以避免聚乙烯的熔融。通過料倉的頂面逸出的空氣測量為約80℃，而從料倉下部取出的粒料的溫度為約100℃。因此，對粒料進(jìn)行加熱所需的氣體量為約75,000Nm3/小時。對空氣進(jìn)行壓縮所需的功率記錄為750kW且將空氣從40℃(壓縮機(jī)出口)加熱到105℃所需的能量為約1700kW。
在下一步驟中，將粒料在送到均化單元之前在冷卻料倉中冷卻。冷卻料倉的容量是約200m3。將粒料從100℃的加熱料倉出口溫度冷卻到適于下一步驟的70℃的溫度。冷卻手段是在約30℃的溫度下進(jìn)入冷卻料倉并在90℃的溫度下通過冷卻料倉的頂面離開冷卻料倉的冷空氣。因此，必須的冷空氣的量是約31,000Nm3/小時。將冷卻空氣送到大氣中。對空氣進(jìn)行壓縮所需的能量是約300kW。將熱空氣僅排放到大氣中。由色譜(KWS方法，碳-氫色譜)測量的揮發(fā)物含量在入口處為約560ppm和在出口處為80ppm。因此，該處理將揮發(fā)物含量減少85％，相當(dāng)于約19.8kg/小時的揮發(fā)物消除。揮發(fā)物以75000Nm3/小時進(jìn)行稀釋且不要求任何進(jìn)一步的處理。大多數(shù)揮發(fā)物在第一料倉中消除。
為了使在輸送管線中的邊緣毛刺的形成最小化，該輸送管線裝配有“γ彎管”并進(jìn)行噴丸硬化(shot-peened)。
經(jīng)由在2×2cm的篩網(wǎng)上通過粒料而評估大邊緣毛刺的形成。對于每25噸產(chǎn)物，由篩網(wǎng)收集的邊緣毛刺的量記錄為0.2g。
實施例2通過將離開″冷卻料倉″的升溫的冷卻空氣循環(huán)進(jìn)入第一料倉而改進(jìn)實施例1中所述的系統(tǒng)的熱效率。熱平衡改進(jìn)如下。
將44000Nm3/小時的加熱空氣送入加熱料倉(吹掃料倉)并將31000Nm3/小時的離開冷卻料倉的升溫空氣循環(huán)回到加熱料倉中。
壓縮44000Nm3/小時所需的能量是約450kW。

進(jìn)入料倉的揮發(fā)物的量是550ppm且離開冷卻料倉的揮發(fā)物的量是80ppm。最終產(chǎn)物中的邊緣毛刺的量是約0.3g/每25噸產(chǎn)物。
實施例3在此實施例中，改進(jìn)造粒步驟以增加粒料的溫度。
采用約15秒的水/粒料接觸時間，將在造粒機(jī)出口處的水溫從55℃增加到75℃。通過將冷卻水冷卻到較小的程度以獲得該溫度的增加。在干燥器出口處的粒料溫度是約95℃。測量粒料的溫度，同時在幾分鐘時間內(nèi)保持粒料袋中的熱電偶以具有均勻的溫度。將粒料使用與實施例1中相同的輸送管線傳輸?shù)郊訜崃蟼}，且它們在約90℃的溫度下進(jìn)入吹掃料倉。
僅使用該離開冷卻料倉的升溫空氣進(jìn)行脫氣，將該升溫空氣以約31000Nm3/小時的量循環(huán)入吹掃料倉，使得不要求加熱或要求非常少的加熱。
將該離開冷卻料倉的空氣在送到吹掃料倉之前加熱到105℃。

在處理之后，將在出口處的600ppm的揮發(fā)物的量降低到110ppm。在產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)的邊緣毛刺含量是3g/每25噸產(chǎn)物。
實施例4實施例4與實施例3相同，區(qū)別在于將離開造粒機(jī)之后的粒料與冷卻水的停留時間從13秒降低到5秒。這對邊緣毛刺的含量具有非常積極的影響。其從3g/每25噸降低到1.1g/每25噸。
實施例5使用與實施例4相同的用于造粒和用于傳輸?shù)酱祾吡蟼}的條件。
對板式換熱器進(jìn)行特殊設(shè)計，以加熱或冷卻粒料，該板式換熱器用于替代冷卻料倉。此類型的換熱器例如描述于Chemie Technik，28 Jahrgang(1999)，Nr4，p.84。
引入吹掃料倉的空氣量是約1000Nm3/小時該量足以消除揮發(fā)物。達(dá)到90℃的粒料不要求許多進(jìn)一步的加熱。將空氣加熱到105℃，盡管加熱它到這樣的溫度不是強(qiáng)制性的。
冷卻空氣由通過板式冷卻器流動的冷卻水替代。粒料在約90℃的溫度下進(jìn)入板式換熱器并在約60℃的溫度下離開該換熱器。

在處理之后，將在出口處的600ppm的揮發(fā)物量降低到130ppm。脫除效率稍有降低。使用常規(guī)回收系統(tǒng)如活性炭床處理揮發(fā)物。
產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)的邊緣毛刺含量是約1.5g/每25噸產(chǎn)物。
實施例6將粒料冷卻水溫度設(shè)定在65℃。
對于42噸/小時的粒料生產(chǎn)，粒料水流量是約420m3/小時。
粒料冷卻水中的粒料停留時間是5秒。將粒料和水在分離器50中分離并回收約90％的粒料冷卻水。將濃縮的粒料漿料(50％水，50％粒料)與100℃的輸送水51混合。將粒料輸送到在吹掃料倉10上方安裝的干燥器52和然后由重力送到吹掃料倉，如圖3所示。進(jìn)入吹掃料倉的粒料的溫度為100℃和因此要求非常少的加熱。冷卻料倉由實施例5的冷卻板系統(tǒng)替代。

在處理之后，將在出口處的600ppm的揮發(fā)物量降低到65ppm。沒有發(fā)現(xiàn)邊緣毛刺。
實施例7它使用與實施例6相同的系統(tǒng)，區(qū)別在于粒料與粒料冷卻水接觸13秒的時間且粒料輸送水的溫度為106℃。

在處理之后，將在出口處的600ppm的揮發(fā)物量降低到65ppm。沒有發(fā)現(xiàn)邊緣毛刺。
所有實施例的總體能量消耗總結(jié)于表I。
表I

可以看出根據(jù)本發(fā)明的所有實施方案提供能量的重大增益。
權(quán)利要求
1.一種降低聚乙烯粒料中揮發(fā)物的方法，包括如下步驟a)從擠出機(jī)(1)取出粒料并采用冷卻水流和足以達(dá)到所需溫度的停留時間推動該粒料通過冷卻管(3)；b)將粒料在干燥器(4)中與水分離，通過冷卻設(shè)備(5)將水返回冷卻系統(tǒng)并將該冷卻的粒料通過管(9)推入加熱料倉(10)；c)將粒料在該加熱料倉中在熱氣體流(11)下保持5-50小時，該熱氣體流在該加熱料倉的下端附近進(jìn)入并通過上部敞開面選出；d)經(jīng)由能夠?qū)﹄x開的材料流進(jìn)行控制的閥(24)，將粒料連續(xù)地通過該加熱料倉的底部取出，以保持該加熱料倉恒定充滿；e)將粒料送到冷卻設(shè)備(25)；f)將該冷卻設(shè)備保持為室溫，以使粒料的溫度下降到60-70℃的所需水平；g)將該冷卻的粒料輸送到均化料倉。
2.權(quán)利要求1的方法，其中步驟c)的熱氣體流是空氣。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中該冷卻設(shè)備是在氣體流，優(yōu)選空氣流下保持為室溫的冷卻料倉(26)。
4.權(quán)利要求3的方法，其中將該離開冷卻料倉的溫度升高的冷卻氣體循環(huán)回加熱單元(11)。
5.權(quán)利要求1或2的方法，其中該冷卻設(shè)備是由室溫下的水冷卻的一組垂直板，粒料在各板之間以重力加速度下落。
6.權(quán)利要求1-5中任一項的方法，其中步驟a)的所需溫度是60-70℃，在冷卻水流中的停留時間為10-20秒以達(dá)到該溫度，該冷卻水流保持在40-105℃，優(yōu)選50-90℃，最優(yōu)選55℃-80℃的溫度下。
7.權(quán)利要求1-5中任一項的方法，其中步驟a)的所需溫度是約100℃，在冷卻水流中的停留時間為3-10秒以達(dá)到該溫度，該冷卻水流保持在50-80℃的溫度下。
8.權(quán)利要求1-5中任一項的方法，其中步驟a)的所需溫度是約100℃，在冷卻水流中的停留時間為10-20秒以達(dá)到該溫度，該冷卻水流保持在約100℃下。
9.權(quán)利要求7或8的方法，其中由溫度為20-60℃的氣體流將該冷卻的粒料通過管(9)推入加熱料倉。
10.權(quán)利要求7或8的方法，其中由溫度為約100℃的水流將該冷卻的粒料通過管(9)推入加熱料倉，且其中干燥器移動到管(9)的末端并位于該加熱料倉之前。
11.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中該加熱料倉保持在80-130℃的溫度下且粒料在其中的停留時間是5-50小時。
12.前述權(quán)利要求中任一項的系統(tǒng)在生產(chǎn)具有感官性能的粒料中的用途。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項的系統(tǒng)在生產(chǎn)具有低揮發(fā)物含量的粒料中的用途。
全文摘要
本發(fā)明公開了生產(chǎn)具有減少的揮發(fā)物的聚合物粒料的連續(xù)方法。
文檔編號B29B9/06GK101084094SQ200580043778
公開日2007年12月5日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者埃里克·達(dá)米 申請人:托塔爾石油化學(xué)產(chǎn)品研究弗呂公司