聚合物生产的新工艺--清除化学助剂和残留单体的新方法

作者:Reinhard Geisler 文章来源:瑞士Arisdorf市List公司 发布时间:2013-04-01


有着两级清除助剂功能生产橡胶、热塑性塑料和热固性塑料的试验设备。

在聚合物生产过程中会大量的使用辅助助剂,新的炉衬工艺技术为我们介绍一条清除化学助剂和残留单体的新途径。

在聚合物的生产过程中都要大量使用不同的辅助助剂,在需要经常散热的聚合物产品大批量生产时,或者不使用助剂或助剂使用不足时都会给最终产品带来不良影响。流程工业的助剂,一般为有机化学稀释剂,例如甲苯、乙烷或者环乙烷等,它们既能溶解单体,也能溶解聚合而成的聚合物。

热塑性塑料、橡胶及热固性塑料的生产都需要占用消耗大量的设备和能源,以便把聚合的最终产品和稀释剂分离出来。根据流程工艺和生产过程的不同要求,残留稀释剂或者残留单体的极限值应小于3000ppm,在一些特殊的情况下,甚至要求低于500ppm。除了聚合反应过程,最有决定性意义的流程工艺阶段是从聚合溶液中分离出化学助剂的工序,此时含单体的助剂还处于较低的气化范围内,比纯聚合物更难气化挥发,因此,这一过程被称之为“Devolatilisierung”,意为去除助剂的生产流程。

老方法:利用水蒸气蒸馏

迄今为止使用最广泛的清除化学助剂和残留单体的方法是水蒸气蒸馏法,对聚合物溶液加热,使助剂分离,由水蒸气提供这些化学助剂所需的蒸气焓,尤其是在使用齐格勒—纳塔催化剂时,水蒸气也能把催化残留物提取出来。在实践中,这种工艺技术所消耗的能源量相当巨大,产生大量的多余蒸气,所产生的水-化学助剂的混合液必须在后续的冷凝器中液化并分离出来,这样,在水-后续助剂的液化中就需要使用很多的相关仪器设备。

在催化器的进一步研发过程中,结合市场对特殊聚合方式、节约能源及减少设备的要求,工程技术人员在基本流程工艺技术的设计上,需转变观念,从新的角度思考解决问题的方法。摒弃传统的水蒸气蒸馏法,有节制地使用新的化学助剂,提高能源利用率,减少流程设备资源的消耗,开辟耐高温、热稳定性好的热塑性塑料、橡胶和弹性体材料的生产,这是未来广阔的应用前景。

新工艺:直接输入能量

新工艺需要一个整体统一的、包括聚合工艺集成和单体/助剂分离在内的观念转变。所使用的能量流的载体不再是原来的水蒸气,相反是直接输入“能量”:在聚合中直接加入吸附性的粘土,避免容器壁接触的二次散热。这种创新性的流程工艺技术在聚合过程中必须要使用Metallocen催化技术,这样就能够在聚合过程中完成主要催化残留物的分离清理。这种被List公司称之为Dry Processing的化工助剂的分离、清理技术,完全地、或者说最大程度地避免了使用水蒸气,目前已经在BR、SBR、EPDM或者SBM等多种聚合物的生产流程中显示出了很大的应用潜力。

这一基本理念的贯彻落实基于两级连续式流程工艺来实现,即主浓缩阶段和后续的清除助剂阶段。其流程工艺生产条件(机械能大小、加热温度、工作压力等)都可以单独调整设置,以便达到最高效率,保障最经济的生产过程。在常见的聚合产品和新型聚合物产品的生产过程中,当要结合使用这种新工艺技术时,List公司会在自己的实验室专用试验设备中,首先进行流程工艺试验,然后再对试验验证的工艺流程进行优化,必要时再由霍伦霍夫研究所利用第三方设备进行验证。

在处理高浓度的聚合物融液时,需要使用吸附性能结果优化的、能够承受数百牛顿米驱动力矩的坚固仪器设备。在主浓缩阶段,通过挥发能量的输入,对残留化学助剂和残留的单体进行监控;从而保障其在清除助剂的阶段中,扩散降低到最低的程度。

测试阶段的结果表明:在能源消耗相同、或者更少的情况下,能够得到相同的、甚至更高的产品质量。这一创新技术的总效率与多种因素有关,例如投资大小、能源使用、灵活性、环境保护、避免大量使用后续助剂等。

在List公司KneaderReactor技术的基础上,可以实现包括按比例缩放、输入、输出系统、冷凝设备和真空设备、加热设备、产品输送和后续聚合物处理、聚合融液过滤、球化等流程工艺在内的一整套解决方案。整体方案各个组成部分的功能和技术性能都做到了相互匹配和整体优化。这种被称之为Dry Finishing 的流程工艺技术,不仅比在现有流程设备中集成一个部件要进步的多,还能够在聚合物生产的世界中开辟一片全新的天地。

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