一种低VOC聚丙烯粉料的处理方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种低VOC聚丙烯粉料的处理方法及装置，包括依次连接的低压过滤器、汽蒸器、汽蒸器旋风分离器、汽蒸器洗涤塔、汽蒸器洗涤塔循环泵、烃

【技术实现步骤摘要】
一种低VOC聚丙烯粉料的处理方法及装置

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[0001]本专利技术涉及属于石油化工生产
，具体涉及一种低VOC聚丙烯粉料的处理方法及装置。

技术介绍
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[0002]聚丙烯(Polypropylene，缩写为PP)是以丙烯为单体聚合而成的聚合物，是世界主要的通用塑料产品之一。聚丙烯产品因其具有良好的加工和应用性能，广泛应用于汽车、电器、日用品、家具、包装和医疗卫生等各种制品领域。近几年，全球聚丙烯扩能增长迅速。2020年年底，全球聚丙烯产能达9160万吨/年，产量约7850万吨，较上一年的增幅分别为8.2％和4.2％。我国聚丙烯消费量远高于世界平均增长水平，旺盛的市场需求催生了聚丙烯产能呈现爆发式增长。2021年我国新增聚丙烯产能724万吨，到2021年底我国聚丙烯产能已达4013万吨，较上一年产能增幅为22.0％。
[0003]目前聚丙烯的生产工艺主要被国外化工巨头垄断，主要有液相本体法、气相法和液相本体法
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气相法组合工艺。SPG工艺是我国自主创新的连续法聚丙烯生产工艺，采用“立釜液相聚合+卧釜气相聚合”的组合工艺生产丙烯聚合物，具有工艺流程简单、设备成本低、产品质量易于控制、产品牌号范围广等特点，其推广和应用前景十分广阔。
[0004]为了回收聚合反应器出口未反应的丙烯原料，SPG工艺将未反应的丙烯经压缩机增压后依次循环返回第一聚合反应器和第二聚合反应器，再进行聚合反应生成聚丙烯粉料，由此造成聚丙烯粉料中的VOC和醛、酮、醇、硫类含氧杂质不断积累，含量不断增加，导致聚丙烯材料及制品存在不同程度地释放VOC、污染环境和危害人们身体健康的问题，这在很大程度上限制了聚丙烯材料在环保要求较高的高档汽车内饰件、医疗卫生和食品包装材料等领域的应用。此外，离开聚合系统的聚丙烯粉料中都携带有一定的烃类等物质，其中一部分是溶解于聚合物中的、另一部分是游离的，需要对聚丙烯粉料进行处理，将这些携带的烃类等杂质加以脱除，同时使得聚丙烯粉料中残留的催化剂(包括钛系催化剂及烷基铝)失活；VOC是挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds)的英文缩写。
[0005]现有技术SPG工艺聚丙烯粉料的处理方法采用“受料罐+脱气仓”的净化工艺。聚丙烯粉料和携带气(丙烯、丙烷、氢气等)从反应器进入受料罐中进行气固分离，携带气经过滤、压缩后返回聚合反应器；聚丙烯粉料进入脱气仓，用氮气(混入少量蒸汽)对聚丙烯粉料中残存的烃类等物质进行脱除，对催化剂进行去活。处理后的聚丙烯粉料去粉料包装料仓，脱出的尾气直接去火炬排放。该工艺的优点是流程比较简单，蒸汽消耗量低、能耗较低。其缺点是采用氮气中混入少量蒸汽对聚丙烯粉料进行烃类及歧聚物的脱除和催化剂的杀死，存在氮气消耗量大、烃类及歧聚物脱除不干净、产品气味大、VOC含量超标和环保等问题，不适合于医疗、食品、汽车内饰等领域的应用。
[0006]从2020年年初开始，受新冠病毒肺炎疫情影响，全球面临医用物资(如口罩、防护服等)急缺的严重问题，聚丙烯因其优越的性能和价格优势，很快占据了医用卫生材料市场，产能和消费量呈现爆发式增长。但是，由于SPG工艺聚丙烯在生产过程中存在的催化剂
残留、助剂分解、树脂本身降解等多方面的因素，导致聚丙烯粉料气味较大、VOC含量高，无法直接用于医用口罩的生产。在汽车内饰领域，对于材料中有机物的挥发性需要严格控制，以确保对人体的安全。当汽车内饰用材料挥发性有毒气体达到一定浓度时，短时间内人们会出现头痛、恶心、甚至抽搐等症状，并会损伤肝脏、肾脏、大脑和神经系统，对人体健康有严重威胁。《乘用车内空气质量评价指南》于2017年1月1日起强制施行后，聚丙烯VOC问题已成为关键指标。随着下游用户对健康安全的要求越来越高，尤其在汽车内饰专用料、医疗卫生专用料和食品包装专用料方面，聚丙烯材料的挥发份排放总量已经成为产品的重要指标之一。
[0007]中国专利技术专利CN114456411A报道了一种低VOC含量聚丙烯树脂及其制备方法。该方法将聚丙烯经微波多阶干燥器预处理，然后将预处理后的聚丙烯在真空烘箱中干燥，再将干燥后的聚丙烯及加工助剂进行共混、挤出造粒。虽然该方法所得聚丙烯树脂的VOC和气味可显著降低，但是，采用微波方法处理聚丙烯只限于小批量产品的加工，难以实现大规模工业化生产。
[0008]中国专利技术专利CN108466383B公开了一种聚丙烯颗粒料脱VOC的系统及其应用方法，包括带有称重控制系统的屋脊式脱挥塔、旋风除尘器、一级加热器和二级加热器。该方法可通过控制物料在加热段的停留时间来调整产品中挥发份的含量，工艺流程比较简单。但是，该系统脱除VOC后的载气直接高处排放，没有考虑载气的回收，存在一定的环保问题。
[0009]因此，寻找一种能够有效降低聚丙烯粉料VOC的处理方法及装置，已经成为聚丙烯材料行业亟待解决的关键问题，对于聚丙烯材料的推广应用、提高聚丙烯材料产品性能和市场竞争力具有重要意义。

技术实现思路
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[0010]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种低VOC聚丙烯粉料的处理方法及装置，以便最大限度地脱除聚丙烯粉料中的烃类及其他挥发性物质，同时达到杀死聚丙烯粉料中残留主催化剂和助催化剂的目的。本专利技术聚丙烯粉料的处理方法可以回收烃类物质，降低丙烯单耗和能耗，实现氮气的循环利用，氮气消耗量小，解决了聚丙烯装置的环保问题。此外，该方法能够高效脱除聚丙烯粉料中的VOC，降低其气味等级，提高聚丙烯粉料的品质，采用本专利技术处理方法所得聚丙烯产品的VOC含量低，气味小，可广泛用于环保要求较高的高档汽车内饰件、医用卫生和食品包装材料等领域。
[0011]聚丙烯粉料脱气效果与粉料的粒径大小关系密切。聚丙烯粉料粒径较大时，低压蒸汽穿过物料床层较容易，催化剂杀死效果较好，聚丙烯粉料VOC含量较低，气味很小；聚丙烯粉料粒径较小时，低压蒸汽穿透物料床层困难，导致局部催化剂不能杀死，附着在粉料颗粒表面继续反应，出现聚丙烯粉料结块，堵塞汽蒸器2和干燥器8出料口，蒸汽分布不好，催化剂杀死效果差，影响VOC的脱除效果，产品气味较大。
[0012]来自聚合反应釜的聚丙烯粉料，经低压过滤器1进行气固分离后，进入汽蒸器2的聚丙烯粉料中丙烯气含量有高有低。当丙烯气含量较低时，汽蒸器2中温度降低不明显，较容易维持汽蒸器2中的操作温度。当丙烯气含量较高时，汽蒸器2中温度降低明显，很难维持汽蒸器2中的操作温度。当汽蒸器2中的操作温度降至饱和蒸汽的露点温度以下时，就会有冷凝水析出。不但影响汽蒸器2的脱除效果，而且增加后续干燥器8中氮气的循环量，能耗升
高。
[0013]此外，汽蒸器的长径比对聚丙烯粉料VOC脱除效果也有一定的影响。筒体的长径比减小，增加了气体与物料的接触面积，减少换热后冷气体停留时间，提高脱气效率。但筒体的长径比太小，低压蒸汽在聚丙烯粉料床层中的停留时间过短，影响汽蒸器的脱除效果。
[0014]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：
[0015]本专利技术的一种低VOC聚丙烯粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低VOC聚丙烯粉料的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)来自聚合反应的聚丙烯粉料与低压过滤器(1)的入口连通，将聚丙烯粉料与气体气固分离后，气体返回气相反应器，固体进入汽蒸器(2)；2)聚丙烯粉料在汽蒸器(2)中低压蒸汽的作用下进行催化剂去活，并脱除聚丙烯粉料中的低聚物、烃类的物质，夹带着烃类物质的水蒸汽经过汽蒸器旋风分离器(3)脱除携带的固体聚丙烯粉料，固体返回汽蒸器(2)，气体进入汽蒸器洗涤塔(4)中回收丙烯和其它烃类物质；3)进入汽蒸器洗涤塔(4)中的气体与自上而下的循环水逆流接触进行传质传热，汽蒸器洗涤塔(4)底部的循环水，一部分去废水收集池，另一部分由汽蒸器洗涤塔循环泵(5)返回汽蒸器洗涤塔(4)中进行循环洗涤；4)汽蒸器洗涤塔(4)的上部分离出的液态低聚物引至烃
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水分离罐(6)，烃
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水分离罐(6)上部的油相进入油
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低聚物收集罐(7)，烃
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水分离罐(6)下部的水相返回汽蒸器洗涤塔(4)中进行循环洗涤；5)来自汽蒸器(2)的含水份的聚丙烯粉料进入干燥器(8)中，与干燥器(8)中的热氮气逆流接触进行传质传热，进一步脱除聚丙烯粉料中的水和VOC，夹带着聚丙烯粉料的气体进入干燥器(8)顶部的干燥器旋风分离器(9)中脱除聚丙烯细粉，得到的固体细粉和干燥后的聚丙烯粉料一起送入粉料包装料仓，气体进入干燥器洗涤塔(10)回收循环氮气；6)进入干燥器洗涤塔(10)中的气体与自上而下的循环水逆流接触进行传质传热，干燥器洗涤塔(10)底部的循环水，一部分去废水收集池，另一部分由干燥器洗涤塔循环泵(11)经过干燥器洗涤塔循环水冷却器(12)降温后返回干燥器洗涤塔(10)中进行循环洗涤，干燥器洗涤塔(10)顶部的循环氮气由干燥器循环氮气风机(13)升压，经干燥氮气加热器(25)加热后返回干燥器(8)中。2.根据权利要求1所述的一种低VOC聚丙烯粉料的处理方法，其特征在于，所述汽蒸器(2)的操作温度为80～150℃，操作压力为0.01～0.4Mpa；所述干燥器(8)的操作温度为80～120℃，操作压力为0.005～0.1Mpa；所述汽蒸器洗涤塔(4)的操作温度为80～120℃，操作压力为0.01～0.4Mpa；所述干燥器洗涤塔(11)的操作温度为40～120℃，操作压力为0.005～0.1Mpa。3.根据权利要求1所述的一种低VOC聚丙烯粉料的处理方法，其特征在于，所述汽蒸器(2)中的低压蒸汽为饱和蒸汽或过热蒸汽，优选为过热蒸汽，其流量为500～2000kg/h，温度为105～150℃，压力为0.02～0.1Mpa；所述干燥器(8)中干燥循环氮气的流量为5000～10000kg/h，温度为100～130℃，压力为0.02～0.1Mpa；所述汽蒸器(2)的长径比优选为8:1～2:1。4.根据权利要求1所述的一种低VOC聚丙烯粉料的处理方法，其特征在于，所述汽蒸器洗涤塔(4)为板式塔，优选为折流板塔；所述干燥器洗涤塔(10)为板式塔，优选为折流板塔；所述汽蒸器洗涤塔循环泵(5)为离心泵；所述干燥器洗涤塔循环泵(11)为离心泵；所述干燥器洗涤塔循环水冷却器(12)为板式换热器；所述干燥器循环氮气风机(13)为罗茨风机。5.一种低VOC聚丙烯粉料的处理装置，其特征在于，聚丙烯粉料的处理装置包括依次连接的低压过滤器(1)、汽蒸器(2)、汽蒸器旋风分离器(3)、汽蒸器洗涤塔(4)、汽蒸器洗涤塔循环泵(5)、烃
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水分离罐(6)、油
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低聚物收集罐(7)、干燥器(8)、干燥器旋风分离器(9)、干
燥器洗涤塔(10)、干燥器洗涤塔循环泵(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立新，张毅，周君，
申请(专利权)人：北京鑫美格工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：