来自PET固态化反应器的粒料的水冷方法技术

在工业化制造聚对苯二甲酸乙二醇酯的过程中实现节能，方法是通过与水接触来部分冷却离开固态化反应器的聚对苯二甲酸乙二醇酯粒料，并使用储存在粒料中的残余热量使结合水蒸发从而形成干燥粒料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及聚酯聚合物，特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)聚合物的工业制造方法。
技术介绍
PET具有许多用途，其中主要用于膜、纤维和食物容器。尽管这些用途，特别是食品包装所需性能要求很严格，但是PET还是成为一种通用聚合物。工业制造PET是能量密集型的，因此即使能耗方面相当小的改进也具有相当大的工业价值。制造PET(连共聚物在内)以酯化步骤开始，在此步骤中，在乙二醇中将二羧酸组分，主要是对苯二甲酸调成浆，并加热以制造低聚合度的低聚物的混合物。此“酯化”步骤后面可以有进一步的“低聚反应”或“预聚物”步骤，在此步骤中获得更高的聚合度。在此阶段，产物仍然具有非常低的分子量。然后，上述步骤跟随有缩聚。通过金属化合物如Sb、Ti、Ge、Sn等催化该缩聚。在相对高的温度，通常是280-300℃下，在真空，除去由冷凝产生的水和乙二醇下发生缩聚。在缩聚的结尾，聚合物具有通常在0.4-0.65范围内的比浓对数粘度，这相当于对于许多用途来说太低的分子量。工业制造PET及其它聚酯还需要随后的在固态下的后聚合，称为“固态化(solid stating)”。在工艺的此阶段中，在惰性气体，优选氮气中，在常常称为“固态化反应器(solid stating reactor)”或“固态化器(solid stater)”的固态聚合反应器中，在低于熔融温度，即就PET来说为210-220℃的温度下加热聚酯粒料。由于在从熔体中挤出并造粒后，绝大多数PET聚合物以及其它聚酯基本上都是无定形的，所以固态化是复杂的。为了防止粒料在固态化器中熔结并结块，首先在较低的温度，例如160-190℃下，一般在惰性气体流中使粒料结晶30-90分钟。应该指出的是，本文中的“固态化”指的是固态缩聚本身，而不是结晶和固态缩聚的组合工艺。在固态下缩聚后，实践中在冷空气或氮气流中冷却该粒料，然后冷却并循环该冷空气或氮气。需要相当大量的气体以及大容量的循环泵。而且，冷却所需的设备巨大，因此是资本密集型的。未发现有使用水来进行冷却的方法，极可能是因为人们认为需要完全除去与水冷粒料结合的水，否则在诸如挤出和注射成型这样的工艺步骤中它会造成聚合物水解。出于这些原因，在使用之前充分干燥PET粒料。在美国公开申请US 2003/0039594 A1中，公开了一种冷却来自固态化反应器的热聚合物粒料的方法，其中使用常规的流化床冷却器，但通过向紧挨着热粒料进口的冷却器中喷水而强化。冷却器的第一区段与后续区段分隔，第一区段最低在230下运转以避免过度润湿粒料。该申请是为了利用水蒸发的热量来帮助粒料冷却，同时也减少气体向冷却器的流量。然而，由于将水喷在加热室中的床上，因此相当大量的水由于与热气而不是热的粒料接触而蒸发，并且当使用密闭式气体循环系统时，必须向气体循环管道中添加除湿机。该申请的方法仅涉及粒料冷却工艺中能量利用的适度改进，而且其需要监视并调节流化床冷却装置中的额外参数。需要提供这样一种方法来冷却粒料，该方法不需要大体积的空气流，但是还提供适用于通过常规成型技术如注射成型进行随后加工的粒料。专利技术概述本专利技术提供一种冷却来自固态化反应器的热粒料的方法，其中使热粒料与液相状态的水接触，从而将该粒料冷却至优选在50-120℃范围内的温度，并且任选地使用粒料中所含的余热来使与粒料结合的水蒸发。附图简述附图说明图1说明了冷却来自固态化反应器的热PET粒料的现有技术方法。图2说明了根据本专利技术的冷却热PET粒料的方法的一个实施方案。优选实施方案详述本专利技术涵盖在高温下固态聚合的任何聚酯。最普通的这种聚酯是PET，本说明书的以下部分将集中于此聚合物，作为可以广泛适用于聚酯的该方法的实例。PET聚合物是常规的，是用对苯二甲酸和乙二醇制备的聚合物。虽然一般使用对苯二甲酸二甲酯和对苯二甲酸，但使用后者是优选的。此外，PET聚合物可以含有最高20摩尔％，优选最高10摩尔％，更优选不多于5摩尔％的除对苯二甲酸之外的二羧酸和相同摩尔百分数的除乙二醇之外的二醇(二元醇)。可以与对苯二甲酸一起使用的其它合适二羧酸的例子是间苯二甲酸、邻苯二甲酸、萘二甲酸、环己烷二羧酸、脂肪族二羧酸等。此列举是说明性的，而不是限制性的。有时，存在少量的三羧酸或四羧酸对于产生支化或部分交联的聚酯也是有用的。当使用酸的混合物时，间苯二甲酸和萘二甲酸是优选的二羧酸。可以使用的除乙二醇之外的二元醇的例子包括但不限于1，2-丙二醇(丙二醇)、1，3-丙二醇(三亚甲基二醇)、二甘醇、三甘醇、二丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、环己烷二醇、新戊二醇和环己烷二甲醇。优选的除乙二醇之外的二醇包括二甘醇，最优选的是环己烷二甲醇(“CHDM”)，通常以异构体混合物的形式使用后者。此外，当需要支化或部分交联的聚酯时，可以以最小的量使用多元醇如季戊四醇、丙三醇和三羟甲基丙烷。最优选地，仅使用双官能的羧酸和双官能的羟基官能化合物(二醇)。酯化、低聚反应及至其它工艺步骤，乃至包括固态化反应器的工序都是常规的。通常在称为“固态化反应器”的反应器中，在200℃至刚低于聚合物熔融温度即低于聚合物熔融温度2-10℃的温度下发生固态缩聚，因此离开固态化反应器的粒料一般具有超过180℃的温度。可以使具有更高熔点的聚酯粒料在相应更高的温度下缩聚。在本专利技术的方法中，使“热”粒料与大量液态水接触，因此使粒料的温度降低至优选约50-约120℃，更优选50-90℃的范围内。冷却至要求的温度后，通过常规设备如筛、多孔板、离心分离机等将粒料与水分离。不必除去所有的水，并且除水后，粒料看起来也可以是湿的。在此阶段，粒料理想地含低于60重量％，优选低于25重量％的水。然后，如果需要，可以在常规的粒料干燥机中将粒料干燥至更低的含水量。无论是否使用任选的干燥机，该粒料都适用于所有常规上PET粒料所应用的成型工艺。在应用场所，即待进行成型的场所充分干燥将除去最后残余的水，因此可以省去在生产阶段中的完全干燥。当使用任选的干燥机时，不需要绝对的干燥，在此阶段经过干燥机的空气流(或氮)很小，远小于在不进行水冷的情况下冷却粒料所需的量。在优选的实施方案中，粒料的温度要使得可以干燥粒料和与它们结合的任何残余水而只需附加一小点热量，优选不附加任何热量。优选的是粒料的温度稍微超过水蒸发所需的温度，在这种情况下，产品粒料在包装之前基本是干的，即使是在工艺偏差改变任何时间点下粒料质量相对于结合水质量的情况下。有时，粒料温度可以高于或低于50℃-120℃的范围，特别是此优选范围的高端。例如，如果异常大量的水与粒料结合，则高于120℃的温度是理想的，并需要基本上完全消除此水。当需要此“自干燥”时，考虑到特定聚酯的热容，通常为约0.44cal/g·℃，将残留而与粒料结合的水的量和所需的粒料包装前温度，即离开干燥机的干燥粒料的温度，可以预先容易地大致计算被冷却的粒料的目标温度。除去水所需的热量约等于其汽化热，而通过冷却粒料释放的热量为CpT，其中Cp是聚酯的热容，T是湿热聚酯粒料和干“冷”聚酯粒料的温度差。可以容易地进行更准确的计算。当使用干燥机时，为了高效地操作，如上所述，应该通过机械装置，即通过离心、使用过滤筛等除去大部分冷却水。这些方法是众所周知的。也可以在干燥机本身中通过机械装置除去本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却来自聚对苯二甲酸乙二醇酯制造方法中缩聚固态化反应器的聚对苯二甲酸乙二醇酯粒料的方法，包括：使来自固态化反应器的粒料与足以将所述粒料温度降至约５０℃－约１２０℃的第一温度的量的液态水接触，从所述粒料中除去液态水，和 回收含约１０重量％或更少水的冷却粒料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RG邦纳，AB德本波特，
申请(专利权)人：伊士曼化工公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]