汽提設備的制作方法

本申請的實施例涉及一種汽提設備(stripping apparatus)以及使用該汽提設備以用于移除聚氯乙烯(PVC)中的未反應的氯乙烯單體(VCM)的方法。

背景技術：

聚氯乙烯(PVC)是有效地用于各種領域的熱塑性樹脂的合成樹脂。例如，作為一種軟質產品，聚氯乙烯用于下述領域中，例如，封裝膜、電子產品表面的花紋板以及各種類型的家具等，并且作為一種硬質產品，聚氯乙烯通過擠出成型而用于制造水管。

通常，氯乙烯單體(VCM)——其是用于制造聚氯乙烯的原料——在間歇式反應器(Batch reactor)中聚合，其中，有機過氧化物等——其是爆炸性物質——用作反應引發劑，并且分散劑或乳化劑以及抗氧化劑等用作添加劑。另外，在聚氯乙烯中的未反應的殘留的氯乙烯單體通過汽提過程被移除之后，所聚合的聚氯乙烯以粉末形式儲存。

技術實現要素：

技術問題

本申請致力于提供一種汽提設備，以及使用該汽提設備移除聚氯乙烯中的未反應的氯乙烯單體的方法。

技術方案

本申請涉及一種汽提設備。根據本申請的示例性的汽提設備以及使用該汽提設備移除聚氯乙烯中的未反應的氯乙烯單體的方法，在使用蒸汽的汽提過程中，在包括待移除的目標物質的原料與蒸汽之間的溫差被最小化，以在汽提過程中抑制泡沫產生，從而增加移除待移除的目標物質——特別是，聚氯乙烯中的未反應的氯乙烯單體——的效率。另外，可以減少用于移除在汽提設備中產生的泡沫的清潔循環，從而不僅確保該過程的經濟可行性，也防止在使用用于移除泡沫的防泡劑時會產生的最終產物的質量的下降。在本說明書中，術語“汽提”指的是分離和移除溶解在液體中的氣體，并且，例如，“汽提”可以通過經蒸汽、惰性氣體、空氣等的諸如直接接觸、加熱、加壓等的方法而被執行。在本說明書中，術語“汽提”可以具有與擴散或分離相同的意思。

下文中，將結合附圖描述汽提設備以及使用所述汽提設備制造或汽提聚氯乙烯的方法，但是附圖僅用于說明性的目的，并且因此所述汽提設備的領域不受附圖的限制。

圖1是示意性示出了根據本申請的示意性實施例的汽提設備的視圖。如圖1所示，本申請的汽提設備可以包括原料供應裝置10、蒸汽供應裝置20以及汽提塔(stripping column)30。

原料供應裝置10是將原料F₁供應至汽提塔30的裝置，例如，汽提塔30的原料供應區域31，并且可以包括：儲存有原料F₁的罐(tank)或者其中原料F₁被聚合的反應器11：以及管道12，原料F₁通過管道12運輸。在一個示例中，原料供應裝置10可以包括反應器11，在該反應器11中，原料F₁被聚合，并且例如，間歇式反應器(batch reactor)、連續反應器(flow reactor)等可以用作反應器11，但是本申請的實施例不局限于此，并且可以根據目標物質的類型和反應條件而恰當地選擇反應器11的類型。

在一個示例中，原料F₁可以包括在反應器11中的聚合反應之后制備的產物。所述聚合反應可以依據目標物的類型而通過各種方法進行。例如，當原料F₁包括聚氯乙烯時，所述聚合反應可以通過諸如懸浮聚合、乳液聚合(emulsion polymerization)、本體聚合(bulk polymerization)等方法而執行，但是本申請的實施例不局限于此。例如，當通過懸浮聚合來聚合聚氯乙烯時，所述聚合可以在將VCM、水、分散劑以及反應引發劑加入間歇式反應器11中后在合適的溫度和壓力條件下執行。當通過乳液聚合來聚合聚氯乙烯時，所述聚合可以在加入VCM、水、乳化劑以及反應引發劑后在合適的溫度和壓力條件下執行。可以使用本領域中已知的各種物質作為分散劑、乳化劑以及反應引發劑，并且本申請的實施例不被特別限制。

在本申請的實施例中，原料可以包含單體的乳液聚合產物。在一個實施例中，所述單體可以為VCM。例如，在反應器11中，乳液聚合可以在加入適量的VCM、水、乳化劑以及反應引發劑后在合適的溫度和壓力條件下執行，所得的反應物可以通過原料供應裝置而被引入至原料供應區域31中并被汽提。在反應器11中的水與VCM之間的比沒有特別限制，并且所述乳化劑的濃度可以為2,000ppm至10,000ppm，并且反應引發劑的濃度可以為例如500ppm至1,000ppm，但是本申請的實施例不限制于此。當包含單體的乳液聚合產物的原料F₁通過本申請的汽提設備1被汽提時，由所述乳化劑包圍的單體從所述乳化劑中出來，從而與在使用常規的汽提設備執行汽提時相比產生相對少量的泡沫。作為乳液聚合產物的示例，可以列舉聚氯乙烯、丁苯橡膠(SBR)等，但是本申請的實施例沒有限制于此。

另外，盡管未示出，但是當例如原料供應裝置10包括反應器11時，原料供應裝置10還可以包括用于將上述的反應物引入反應器11中的管道，以及通過所述管道連接至反應器11的反應物供應裝置。

包括在反應器11中聚合的產物的原料F₁可以包括聚氯乙烯和未反應的殘留VCM。例如，當在反應器11中執行的聚合過程是懸浮聚合或本體聚合時，原料F₁可以以漿液相存在，在漿液中，水、聚氯乙烯和未反應的殘留VCM被混合，并且當在反應器11中執行的聚合過程是乳液聚合時，原料F₁可以在聚合物分子通過乳化劑溶解在水中的狀態(下文中，乳液相)下存在。當在反應器11中的轉化率達到預定水平(例如，等于或大于80％的水平)時，處于漿液相或乳液相的原料F₁的一部分可以被引入到排污罐(blow-down tank未示出)中，從而使得未反應的殘留VCM可以在所述排污罐中被回收，并且原料F₁的其余部分可以被引入本申請的汽提設備1中并被汽提。在一個示例中，當原料F₁處于漿液相中時，所述漿液——其中，在排污罐和所述汽提設備1中，所述未反應的殘留VCM從所述漿液中移除——可以具有通過離心機從聚氯乙烯中分離的水分，所運輸的聚氯乙烯樹脂的殘留水分可以使用流化床(fluidized bed)干燥器通過熱空氣干燥，并且所述聚氯乙烯可以在通過選擇設施后以粉末形式儲存在單獨的儲存罐60中。在另一示例中，當原料F₁處于乳液相中時，所述乳液——其中，在排污罐和所述汽提設備1中，所述未反應的殘留氯乙烯單體從所述乳液中移除——可以使用流化床干燥器通過熱空氣干燥，或者所述乳液被噴出并具有利用熱空氣而不通過離心機移除的水分，從而使得聚氯乙烯可以在通過選擇設施后以粉末形式儲存在單獨的儲存罐60中。

汽提塔30是這樣的汽提塔，所述汽提塔用于將待與原料F₁中的氣體分離的物質與從原料供應裝置10引入的原料F₁——例如未反應的殘留氯乙烯單體——分離。汽提塔30被劃分成：原料供應區域31；蒸汽供應區域32；以及在原料供應區域31與蒸汽供應區域32之間的汽提區域。換句話說，漿液相的原料F₁可以從原料供應裝置10引入至汽提塔30的原料供應區域31，原料F₁可以通過汽提區域33與從汽提塔30的蒸汽供應區域32引入的蒸汽F₂接觸，并且可以被加熱以汽提。例如，當原料F₁包括聚氯乙烯和未反應的殘留氯乙烯單體時，從原料F₁中汽提的物質可以為未反應的氯乙烯單體。

在一個示例中，蒸汽供應區域32可以包括第一出口321，并且第一流出物F₄可以通過第一出口321流出，所述第一流出物F₄是被汽提的原料，例如，包括聚氯乙烯的漿液相的原料，其中，未反應的氯乙烯單體從該漿液相的原料移除。在上文中，如圖1所示，第一出口321可以定位在蒸汽供應區域32的下方和/或汽提塔30的底部，但是本申請的實施例不限制于此。另外，原料供應區域31可以包括第二出口311，并且包括從原料汽提的物質——例如，未反應的氯乙烯單體——的第二流出物F₃和已經與所述原料接觸的蒸汽F₂可以通過第二出口311流出。如圖1所示，第二出口311可以定位在原料供應區域31的上方和/或汽提塔30的頂部，但本發明的實施例不限制于此。在本說明書中，術語“上方”可以指相對地在蒸汽供應區域32和原料供應區域31的上方的區域，并且更具體地，當蒸汽供應區域32和原料供應區域31在水平方向(例如，垂于所述汽提塔的長度方向或高度方向的方向)被分成兩半時，兩個劃分區域的頂部區域。另外，在本說明書中，術語“下方”可以指相對地在蒸汽供應區域32和原料供應區域31的下方的區域，并且更具體地，當蒸汽供應區域32和原料供應區域31在水平方向(例如，垂于所述汽提塔的長度方向或高度方向的方向)被分成兩半時，兩個劃分區域的底部區域。另外，汽提塔30的“頂部”的表述可以指汽提塔30的最高部，并可以位于上述原料供應區域31的上方，并且汽提塔30的“底部”的表述可以指汽提塔30的最低部，并可以位于上述的蒸汽供應區域32的下方。

蒸汽供應裝置20是在本申請的汽提設備1的汽提區域33中對所引入的漿液相的原料執行汽提的過程的裝置，即，將與所述原料直接接觸的蒸汽F₂引入中汽提設備1中的裝置，并且本領域中能夠供應蒸汽F₂的任何裝置都可以用作蒸汽供應裝置而沒有特別限制。另外，蒸汽供應裝置20可以包括：儲存蒸汽F₂的罐或者產生蒸汽F₂的蒸汽發生器；以及連接在所述罐或蒸汽發生器21與蒸汽供應區域之間的管道22。例如，通過蒸汽供應裝置20被引入至汽提塔30內部的蒸汽供應區域32中的蒸汽F₂可以被引入至汽提區域33中并且在汽提區域33中與從原料供應區域31引入的原料接觸，從而汽提原料F₁。

在一個示例中，本申請的汽提設備1滿足下述公式1。

[公式1]

5℃≤T_s-T_f<30℃

在公式1中，T_s表示引入至汽提塔30中的蒸汽F₂的溫度，并且T_f表示引入至汽提塔30中的原料F₁的溫度。

在本申請的汽提設備1中，如上所述，包括待移除的目標物質——例如，未反應的氯乙烯單體——的原料與引入至汽提設備1中的蒸汽F₂之間的溫差可以調節至等于或大于5℃并小于30℃，例如，等于或大于10℃并小于30℃，以及等于或大于20℃并小于30℃，從而在汽提過程中抑制泡沫產生并引起蒸汽F₂與原料F₁之間的充分的熱交換，從而使得待移除的目標物質——特別是聚氯乙烯中的未反應的氯乙烯單體——的移除效率能夠增加。另外，可以減少用于移除在汽提設備1中產生的泡沫的清潔循環，從而不僅確保過程的經濟可行性，也防止在使用用于移除泡沫的防泡劑時會產生的最終產物的質量的下降。

在上文中，原料F₁的溫度不特別限制于是否滿足公式1，而是可以調節至在50℃至75℃的范圍內，例如，在60℃至70℃以及在55℃至65℃的范圍內。

另外，蒸汽F₂的溫度不特別限制于是否滿足公式1，而是可以調節至在55℃至105℃的范圍內，例如，在60℃至100℃以及在70℃至90℃的范圍內。

通過蒸汽供應裝置20引入至汽提塔30內部的蒸汽供應區域32中的蒸汽F₂可以被以足夠大的量引入，以汽提原料F₁。例如，可以以小于引入至原料供應區域31中的原料F₁的進料速率(feed rate)的15％的量引入蒸汽F₂，并且更優選地，以所述原料的進料速率的1％至10％，1％至5％或者2％至4％的量引入蒸汽F₂。通過將蒸汽F₂的進料速率調節至上述范圍內，原料F₁可以被充分汽提并且同時可以抑制汽提過程中的泡沫產生。

為滿足公式1或被調節至上述溫度范圍內，蒸汽F₂可以在適當的壓力范圍內引入至蒸汽供應區域32中。

例如，引入至蒸汽供應區域32中的蒸汽F₂的壓力可以為1.0巴或小于1.0巴，例如，0.8巴或小于0.8巴，0.6巴或小于0.6巴，0.4巴或小于0.4巴，0.3巴或小于0.3巴，或者0.1巴或小于0.1巴，并且更優選地，蒸汽F₂可以在真空狀態下引入。

為了在上述壓力范圍內被引入，蒸汽F₂可在被引入至蒸汽供應區域32之前被減壓(decompress)。例如，蒸汽供應裝置20還可以包括減壓裝置(decompress device)23，并且具有2.5巴至5.0巴(例如，2.8巴至3.2巴)的低壓蒸汽可以通過減壓裝置23并被減壓和引入至蒸汽供應區域32中。

可以使用本領域中已知的能夠降低蒸汽F₂的壓力的各種裝置作為減壓裝置23。例如，當蒸汽供應裝置20包括管道22時，可以使用安裝在管道22處的控制閥等來調節壓力。

在一個實施例中，盡管未示出，蒸汽供應裝置20還可以包括冷卻裝置。為滿足公式1或者被調節至上述溫度范圍內，低壓蒸汽可以在通過所述冷卻裝置并被冷卻之后被引入至蒸汽供應區域32中。

在本申請的另一個實施例中，汽提設備1還可以包括回收裝置50以回收和再利用上述的未反應的氯乙烯單體。例如，汽提設備1還可以包括用于所汽提的物質的冷凝器40和回收裝置50，冷凝器40和回收裝置50順序地連接至包括在上述原料供應區域31中的第二出口311。通過冷凝器40和回收裝置50并被回收的未反應的殘留的氯乙烯單體可以被引入至上述的原料供應裝置10以被再利用。因為可以通過回收裝置50在聚氯乙烯的聚合過程中再利用所回收的氯乙烯單體，所以可以確保聚氯乙烯制造過程的經濟可行性。

例如，如上所述，包括未反應的殘留氯乙烯單體和已與原料F₁接觸的蒸汽F₂的第二流出物F₃可以通過第二出口311流出，所述蒸汽可以通過冷凝器40，并且與冷凝器40中的冷凝物接觸并被冷凝的蒸汽可以被分離和排出。通過冷凝器40的冷凝物的流量沒有特別限制，并且可以根據第二流出物F₃的流量而被適當地調節。另外，未冷凝的汽提物質(例如，未反應的殘留氯乙烯單體)可以在氣態狀態下流出，在連續回收壓縮器中被壓縮，并被冷凝。

汽提設備1可以是其它形式的普通的蒸餾塔或汽提塔，例如，蒸發器。

在一個示例中，當汽提設備1是普通的蒸餾塔時，如果達到平衡狀態時，供給的蒸汽F₂的一部分可以在氣態狀態下從蒸餾塔的上部流出。在這種情況下，如上所述，包括所述蒸汽的第二流出物F₃可以通過第二出口311流出，所述蒸汽可以通過冷凝器40，并且與冷凝器40中的冷凝物接觸并被冷凝的所述蒸汽可以被分離和排出。另外，例如，當汽提設備1是蒸發器形式的汽提塔時，整個供給的蒸汽F₂可以在所述塔中被冷凝，并且滴至所述塔的底部，但是本申請的實施例不局限于此。例如，即使汽提設備1是常規的蒸餾塔時，冷凝蒸汽的一部分也可以滴至所述塔的底部，或者未冷凝的蒸汽的一部分也可以從所述塔的頂部排出，并且即使當汽提設備1是汽提塔時，所冷凝的蒸汽的一部分可以滴至所述塔的底部，或者未冷凝的蒸汽的一部分可以從所述塔的頂部排出。

本申請也提供一種用于移除未反應的單體的方法。在一個示例中，本申請的移除方法可以使用上述的汽提設備1執行。

移除方法包括將包含單體的乳液聚合產物的原料F₁引入至包括在上述汽提設備1中的汽提塔30的原料供應區域31中，并將所引入的原料F₁與引入至汽提塔30的蒸汽供應區域32中的蒸汽F₂接觸，以從原料F₁中分離未反應的單體。

在一個示例中，如上所述，單體可以為氯乙烯單體。在這種情況下，在本申請的移除方法中，原料F₁可以包括聚氯乙烯和未反應的氯乙烯單體，并且引入至原料供應區域31中的原料F₁可以與引入至蒸汽供應區域32中的蒸汽F₂接觸，以從原料F₁中分離未反應的氯乙烯單體。

另外，移除方法可以包括將引入至汽提塔30中的原料F₁和蒸汽F₂的溫度調節為滿足下述公式1。

[公式1]

5℃≤T_s-T_f<30℃

在公式1中，T_s表示引入至汽提塔30中的蒸汽F₂的溫度，并且T_f表示引入至汽提塔30中的原料F₁的溫度。

在移除方法中，原料F₁的溫度不特別限制于是否滿足公式1，而是可以調節至在50℃至75℃的范圍內，例如，在60℃至70℃以及在55℃至65℃的范圍內。

另外，在移除方法中，蒸汽F₂的溫度不特別限制于是否滿足公式1，而是可以調節至在55℃至105℃的范圍內，例如，在60℃至100℃以及在70℃至90℃的范圍內。

另外，在移除方法中，通過蒸汽供應裝置20引入至汽提塔30內部的蒸汽供應區域32中的蒸汽F₂可以被以足夠大的量引入以汽提原料F₁。例如，可以以等于或小于引入至原料供應區域31中的原料F₁的進料速率的15％的量引入蒸汽F₂，并且更優選地，以所述原料的進料速率的1％至10％，1％至5％或者2％至4％的量引入蒸汽F₂。

另外，如上所述，為滿足公式1或被調節至上述溫度范圍內，蒸汽F₂可以在適當范圍的壓力下引入至蒸汽供應區域32中。例如，所述移除方法還可以包括將蒸汽F₂的壓力調節至1.0巴或小于1.0巴，例如，0.8巴或小于0.8巴，0.6巴或小于0.6巴，0.4巴或小于0.4巴，0.3巴或小于0.3巴，或者0.1巴或小于0.1巴。

另外，移除方法還可以包括在蒸汽F₂被引入蒸汽供應區域32中之前將蒸汽F₂減壓的步驟，以使蒸汽F₂在所述壓力范圍內被引入。例如，所述移除方法還可以包括減壓具有2.5巴至5.0巴的壓力的低壓蒸汽，以及將所減壓的低壓蒸汽F₂引入至汽提塔30的蒸汽供應區域32中。

另外，如上所述，所述移除方法還可以包括通過包括在蒸汽供應區域32中的第一出口321而流出包括被汽提的原料的第一流出物F₄，以及通過包括在原料供應區域31中的第二出口311而流出包括從所述原料分離的未反應的氯乙烯單體和蒸汽的第二流出物F₃。

在一個實施例中，所述移除方法還可以冷凝在通過第二出口311流出的流出物(flow)中的蒸汽F₂，以從未冷凝的未反應的氯乙烯單體中分離蒸汽F₂，以及回收和再利用從通過第二出口311流出的第二流出物F₃中分離的未反應的氯乙烯單體。

有益效果

根據本申請的汽提設備和方法，在使用蒸汽的汽提過程中，在包括待移除的目標物質的原料與蒸汽之間的溫度差可以最小化，以在所述汽提過程中抑制泡沫產生，從而增加移除待移除的所述目標物質的效率，特別地，聚氯乙烯(PVC)中的未反應的氯乙烯單體(VCM)。另外，可以減少移除在所述汽提設備中產生的泡沫的清潔循環，從而不僅確保所述過程的經濟可行性，而且防止在使用用于移除泡沫的防泡劑時會產生的最終產物的質量的下降。

附圖說明

圖1是示意性示出了本申請的示意性汽提設備的視圖。

圖2是通過拍攝根據本申請的示例1的汽提設備的內部而獲取的圖片。

圖3和圖4是通過分別拍攝根據本申請的對比例1和對比例2的汽提設備而獲取的內部的圖片。

具體實施方式

下文中，使用根據本申請的實施例以及未根據本申請的比較例進一步詳細描述本申請，但是本申請的范圍不受下面描述的實施例的限制。

示例1

在將1:1比例的氯乙烯單體(VCM)和水、乳化劑以及反應引發劑加入如圖1制造的汽提設備的原料供應區域中的間歇式反應器中之后，執行乳液聚合，并且溫度為65℃的包括所述間歇式反應器中的聚合產物的原料被引入至汽提塔的原料供應區域中。同時，溫度為91℃且壓力為0.7巴的蒸汽被引入至所述汽提塔的蒸汽供應區域中，并在汽提區域中執行汽提過程。在這種情況下，用肉眼觀察是否在所述汽提設備內部產生泡沫，并依據以下標準進行評估，其結果在下表1中示出。另外，拍攝了所述汽提設備內部的照片，并在圖2中示出。

<觀察是否產生泡沫>

用肉眼檢查是否在汽提設備內部產生泡沫，并且依據所產生的泡沫的數量用以下標準進行評估。

X：用肉眼觀察的泡沫的數量等于或小于10

Δ：用肉眼觀察的泡沫的數量在10至50的范圍內

O：用肉眼觀察的泡沫的數量超過50

示例2

除了將溫度為86℃且壓力為0.3巴的蒸汽引入蒸汽供應區域中之外，以與示例1相同的方式執行汽提過程。在這種情況下，觀察在汽提設備內部是否產生泡沫，并且評估結果在表1中示出。

示例3

除了將溫度為78℃且壓力為0.3巴的蒸汽引入蒸汽供應區域中之外，以與示例1相同的方式執行汽提過程。在這種情況下，觀察在汽提設備內部是否產生泡沫，并且評估結果在表1中示出。

示例4

除了將溫度為84℃且壓力為0.4巴的蒸汽引入蒸汽供應區域中之外，以與示例1相同的方式執行汽提過程。在這種情況下，觀察在汽提設備內部是否產生泡沫，并且評估結果在表1中示出。

比較例1

除了將溫度為100℃且壓力為1.0巴的蒸汽引入蒸汽供應區域中之外，以與示例1相同的方式執行汽提過程。在這種情況下，觀察在汽提設備內部是否產生泡沫，并且評估結果在表1中示出。另外，拍攝所述汽提設備內部的照片，并在圖3中示出。

比較例2

除了將溫度為127℃且壓力為1.5巴的蒸汽引入蒸汽供應區域中之外，以與示例1相同的方式執行汽提過程。在這種情況下，觀察在汽提設備內部是否產生泡沫，并且評估結果在表1中示出。另外，拍攝所述汽提設備內部的照片，并在圖4中示出。

在表1中示出了示例與比較例中的引入的原料與蒸汽之間的溫差。

[表1]

如示例1至示例4所示，在包括氯乙烯單體的乳液聚合產物的原料與所供給的蒸汽之間的溫差被調節至等于或大于5℃并小于30℃的本申請的汽提設備中幾乎不產生泡沫。然而，如圖3和圖4所示，當在所述原料與所述蒸汽之間的溫差等于或大于30℃時，產生大量的泡沫。