具有竖直缩合管的反应器以及在该反应器中聚合聚酰胺的方法
【专利说明】具有竖直缩合管的反应器以及在该反应器中聚合聚酰胺的 方法
[0001] 本发明涉及用于聚合聚酰胺的VK管（VK :为德语"vereinfacht kontinuierlich"，即简化的连续的）形式的反应器，反应器细分为可彼此独立地控制的上 反应器区和下反应器区。同样地，本发明涉及其中使用这种反应器的用于制备聚酰胺的方 法。
[0002] 在高黏性的PA6的生产中（使用共聚物和不使用共聚物），制造商目前可利用两种 操作模式。一方面，在聚合反应器的熔体中产生高黏度，另一方面，通过在之后的处理步骤 中使用固态后缩合（SSP)。
[0003] 由于SSP，还形成干扰进一步加工的不希望的副产物（单体），因此，在聚合步骤中 增加黏度总是优选的。
[0004] 由于化学平衡，在聚合步骤中增加黏度需要使水与聚合物熔体分离。这通过在压 力步骤中（以下降的压力）连续实施的额外反应器步骤最有效地实现。由此逐步减少水比 例并因此使得进一步的黏度增加成为可能。然而，由于另外的许多反应器和相关装备部件， 由此增加了整体设备的复杂性。由于更大的空间需求和更复杂的装配，产生了制造商不能 接受的附加成本。在实践中，安装至多两个串联的聚合反应器（预聚合反应器和VK管）已 证明了它的价值。可能能够使用其中混合并加热原料的在先混合和加热步骤。然而该容器 不应认为是聚合反应器。
[0005] 为实现最大聚合物黏度，通常在低至400毫巴的低压力下操作第二聚合反应器 (VK管）。因此，限制产品品质的污染问题和在低于600毫巴绝对压力下的操作不稳定性增 加。在非稳定聚合物的情况下，由此可以实现最高RV = 3. 2的相对黏度（RV)。在稳定聚合 物的情况下，该值显著低于3. 2。
[0006] 生产PA6的现有技术是在两步骤级联反应器中聚合的，其中在高压下操作第一反 应器（预聚合）以增加开环反应和反应转化率。在环境压力或真空下操作第二反应器以实 现所需要的黏度。现有技术是在不进行熔体冷却的情况下实施预聚合和设计具有熔体冷却 器而没有进一步的脱气步骤/脱水步骤的VK管（Franz Fourn6, Synthetische Fasern，第 54 页，章节 2· 2· 3· 9 以及 EP1194473A1)。
[0007] 由此出发，本发明的目的是提供一种聚合反应器，其用于实现最高可能的聚合物 熔体黏度而不需要施加太高的真空。
[0008] 该目的通过具有权利要求1的特征的反应器以及具有权利要求9的特征的方法实 现。另外的从属权利要求显示有利的发展方案。
[0009] 根据本发明，提供反应器，特别是VK管形式的反应器以利用上反应器区和下反应 器区来聚合聚酰胺。
[0010] 上反应器区因此具有用于添加预聚合物熔体的流入区域、加热单元、第一流动管 部分、被加热的排出锥管以及在上反应器区整个高度上的壁加热单元。
[0011] 下反应器区具有用于添加来自上反应器区的熔体的流入区域、用于分离过程蒸气 的脱气装置、静态冷却单元、第二流动管部分、被加热的排出锥管和连接至其的排出管，以 及在下反应器区整个高度上的壁加热单元。
[0012] 因此两个反应器区通过管道彼此连接。
[0013] 优选地，加热单元是静态加热单元，特别是管束、内部加热的溢流体、板式换 热器或加热盘管。然而，同样可以使用动态加热单元，特别是罗伯茨蒸发器（Roberts evaporator)或循环加热器。
[0014] 静态冷却单元优选为管束、内部加热的溢流体、板式换热器或加热盘管。
[0015] 优选地在上反应器区的排出锥管和下反应器区的流入区之间集成有用于输送聚 合物的控制阀或计量泵。
[0016] 更优选的变化方案是在加热单元之上布置有搅拌器。
[0017] 根据本发明的VK管可以优选地耦接至用于聚酰胺预聚合的预聚合反应器。该预 聚合反应器具有用于添加引入物的流入区、加热单元（可以使用静态或动态加热单元）、具 有单独的壁加热单元的第一流动管部分、同样具有单独的壁加热单元的第二流动管部分以 及用于预聚合物的出口管。
[0018] 可以优选地将排出泵集成在出口管中以用于输送预聚合物。同样，如果出口管具 有壁加热单元、特别是加热夹套则是优选的。
[0019] 预聚合反应器在第一流动管部分和第二流动管部分之间具有冷却单元。
[0020] 优选地，冷却单元和单独的壁加热单元以及出口管的加热经由同一传热介质循环 热耦合。
[0021] 反应器的壁加热单元彼此独立地可以是双夹套和/或半管加热盘管。
[0022] 根据本发明的反应器使得能够生产具有2. 4至4. 5的特别高的相对黏度的聚酰胺 熔体而不需要在其后进行固态后缩合。这通过在前的预聚合步骤而成为可能。因此，不会出 现用于其他反应器的额外空间的需求。通过在一个反应器即VK管中结合两个反应器步骤， 操作以超常的能量效率进行，因为上反应器步骤经由其排出锥管的热量损失被用于加热下 部，因此没有损失。
[0023] 为了流体的均衡，流动管部分可以优选至少部分地具有均流装置。
[0024] 根据本发明，同样提供了用于在具有上反应器区和下反应器区的竖直缩合管（VK 管）形式的反应器中聚合聚酰胺的方法，其中
[0025] a)将预聚合物熔体计量加入到上反应器区的流入区中，
[0026] b)通过加热单元将熔体的温度设置为240°C至270°C，特别是250°C至265°C，
[0027] c)将熔体经由耦接至单独的壁加热单元以避免热量损失的第一流动管部分引导 至冷却单元，利用该冷却单元将熔体的温度设置为225°C至260°C，特别是230°C至240°C， 和
[0028] d)将熔体经由耦接至单独的壁加热单元以避免热量损失的第二流动管部分输送 至出口管。
[0029] 优选地，冷却单元和单独的壁加热单元因此经由同一传热介质循环热耦合。
[0030] 在流入区之前所连接的混合容器中，可以提前将引入物预混合。在此引入物中所 包含的是单体、水和其他添加剂。
[0031] 在流动管部分中，优选地可以借助于均流装置使熔体为平推流。
[0032] 可以借助于排出泵或借助于反应器内的压力两者来将熔体输送穿过出口管。
[0033] 优选地，然后经由出口管将预聚合物提供至其他的聚合反应器，特别是VK管。
[0034] 根据本发明，还提供了具有分别以Ig聚酰胺在96%硫酸中的溶液测量的2. 4至 4. 5、优选3. 0至3. 6的相对黏度的聚酰胺，其中所述聚酰胺是根据前述方法制备的。
[0035] 意在根据之后的附图更详细地说明根据本发明的主题，而不希望将所述主题限制 到在此所示的【具体实施方式】。
[0036] 图1以示意图示出根据本发明的反应器。
[0037] 图2示出了预聚合反应器与根据本发明的反应器（VK管）耦接以形成根据本发明 的两步聚合设备。
[0038] 在图1中，举例说明了根据本发明的流管反应器VK管（11)，其由可彼此独立地控 制的两个单独的反应器室构成，具有气室（12、13、14和15、16、17)。在两个反应器部分中， 流入是根据自动水平测量来配置的，温度可以通过自动热交换器部件设置，操作压力通过 具有控制阀的压力控制和任选的废气洗涤来保持恒定。为了能够在两个反应器步骤中设 置恒定真空，使用真空单元用于脱气（任选地也是两个单独的真空单元一每个反应器部一 个），这在两个反应器部中提供低于操作压力的基本真空。压力设置经由控制阀来进行。
[0039] 上反应器部在结构的整个高度上装配有主动式壁加热单元（双夹套或半管加热 盘管）。任选地，可以在聚合物加热器（13)上方的流体空间中安装搅拌器。
[0040] 以可获得大的蒸发表面的方式供给熔体。这可以在反应器壁上、熔体室内的内部 加热的加热体上或通过进一步的薄膜分布来进行。通过聚集的熔体产生流体液面，这引起 熔体的自身均化。
[0041] 聚合物加热器（13)位于流体液面之下，其可以设计为静态的（管束、内部加热的 溢流体、板式换热器、加热盘管等）或动态加热器（罗伯茨蒸发器、循环加热器等）。
[0042] 流动管部分（14)位于加热器之下，其配有均流装置以产生熔体的平推流和由此 产生均匀的停留时间分布。熔体经由加热的排出锥管被导出反应器，并且经由任选的计量 泵（18)和/或控制阀被导入至下反应器部。
[0043] 下反应器部整体装配有单独的壁加热单元（双夹套或半管加热盘管）。以可获得 大的蒸发表面的方式提供熔体。这可以在反应器壁上、熔体室内的内部加热的加热体上或 通过进一步的薄膜分布来进行。通过聚集的熔体产生流体液面，这引起熔体的自身均化。
[0044] 静态聚合物冷却器（16)(配置为管束、内部加热的溢流体、板式换热器、加热盘管 等）位于流体液面之下。
[0045] 流动管部分（17)位于加热器之下，其配有均流装置以产生熔体的平推流并由此 产生均匀的停留时间分布。熔体经由加热的排出锥管导出反应器并引导至之后的排出泵。
[0046] 原料（已内酰胺、水、添加剂、可能地来自于此和/或其他聚合设备的提取物）在 第一反应器步骤（1)中混合、加热并加工以形成PA6预聚合物。
[0047] 该聚合物被连续地计量加入到VK管（11)中，所计量的量在此根据VK管顶部的水 平面来自动控制。这可以通过控制阀或任选地通过合适的预聚合物泵（7)来进行。VK管 顶部、反应器顶部的气室（12)中的压力自动地保持在600至1050毫巴、优选850至950毫 巴的绝对操作压力。通过进一步的加热产生的水和己内酰胺蒸气被回收并引导穿过压力控 制阀至真空单元（19)。任选地，可以将蒸气预缩合并在洗涤塔（20)中洗涤。与预聚合（1) 相比，由于较低的压力和升高的温度，水被从预聚合物熔体中去除。
[0048] 在VK管顶部使预聚合物达到聚合温度。这借助于结合在VK管中的熔体加热器 (13)来进行。熔体加热器可以配置为静态加热器（管束、内部加热的溢流体、板式换热器、 加热盘管等）或动态加热器（罗伯茨蒸发器、循环加热器等）。引导被加热的聚合物穿过 VK管（11)的上流管反应器部（14)，在其中可以获得反应所需的停留时间。穿过流动部分 的流动以平推流进行，这通过反应器折流