聚烯烃发泡树脂生产中的超临界二氧化碳增压系统装置的制作方法

本发明涉及一种聚烯烃发泡树脂生产中的化工装置，特别涉及一种聚烯烃发泡树脂生产中的二氧化碳增压供气系统装置。

背景技术：

现有聚烯烃发泡采用过饱和气体原理，将聚烯烃微颗粒，超临界二氧化碳与发泡剂，助剂等加入反应釜或挤出机或注塑机中充分混合，并按一定要求进行温度压力控制，最后通过压力骤降使聚烯烃和超临界二氧化碳形成过饱和体系，从而引发大量气核生长，溶解在聚烯烃熔体中的过饱和气体快速扩展到成核点，经冷却后形成发泡颗粒；再将发泡颗粒进行清洗，烘干，筛选，包装，经成型设备成型。

在实际使用中，我们发现现有的二氧化碳系统装置存在以下问题：

1.通过电动气体压缩机压缩输送气体，反应迟钝，不够灵敏，压力不稳定，或需要很大的高压储罐来保证压力稳定；

2.二氧化碳吸热汽化失压而导致二次启动时缸内二氧化碳结冰；

3.二氧化碳流量供应不足，或流量稳定性差无法维持后段工艺生产需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供压力稳定的聚烯烃发泡树脂生产中的超临界二氧化碳增压系统装置。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种聚烯烃发泡树脂生产中的超临界二氧化碳增压系统装置，包括液态二氧化碳储罐；

与所述液态二氧化碳储罐相连接的气动活塞增压泵增压装置，

与所述增压装置相连接的二氧化碳第一加热器；

与所述二氧化碳加热器相连接的缓冲罐；

与所述缓冲罐相连接的二氧化碳第二加热器；

与所述第二加热器相连接的压力控制阀组或流量控制阀组；

所述液态二氧化碳储罐与所述压力罐的连接管路上设置有第一管道保冷层和二氧化碳过滤器；

所述液态二氧化碳储罐上至少设置有一个液体进口，一个或多个气体出口和一个或多个液体出口。

本发明采用特定的二氧化碳系统装置，尤其是使用气动活塞增压泵式的二氧化碳增压装置以及管道保冷层的设置，通过压缩空气驱动增压输送超临界二氧化碳液体，与现有装置通过电动增压输送气体不同，本装置可以随时启停，安全可控，给反应釜/挤出机或注塑机供气；通过控制液体泵的压缩空气进气阀阀门开度，可控制稳压输送，可控二氧化碳流量大小。

作为优选，所述增压装置与所述第一加热器之间通过二氧化碳高压管道一连接；所述第一加热器与所述控制阀组的连接管路上设置有第二管道保冷层。二氧化碳高压管道优选不锈钢管道耐压等级不低于6mpa。

作为优选，从第一加热器到控制阀组之间的所有设备管道都设置第二管道保冷层；所述缓冲罐与所述第二加热器之间通过二氧化碳管管路三连接；所述第二加热器与所述控制阀组之间通过二氧化碳高压管路四连接。

第一加热器之前的液体二氧化碳管道进行保冷，第一加热器到控制阀组之间的所有容器设备，管道和阀门全部进行保冷，其中二氧化碳缓冲罐还需要采用蒸汽伴热或电伴热或电加热器进行保冷，以防止二氧化碳温度过低冷凝成液体，二次加热启动时，液体突然被加热会造成压力急剧升高而导致设备安全阀起跳或设备爆炸。每个二氧化碳管道或设备封闭区域设置安全阀和排气阀。

作为优选，所述缓冲罐经所述二氧化碳管路三后与两个第二加热器连接，所述两个第二加热器的出口均连接至所述二氧化碳高压管路四，所述二氧化碳高压管路四分成两个管路与两个所述控制阀组连接。

本发明系统装置安全可控；可给反应釜，挤出机或注塑机供气；可根据需求多次进气，可控制恒压供气，后端增设质量流量计还可恒流供气。

作为优选，所述增压装置上连接有空气过滤器和与所述空气过滤器连接的压缩空气供应系统。

作为优选，所述第一加热器，第二加热器、控制阀组通过plc控制器进行控制。通过plc控制器控制输送气体，反应灵敏，压力稳定。

作为优选，所述第一加热器为蒸汽加热器，所述第二加热器为电加热器或蒸汽加热器。通过不同阶段不同加热器的设置，可以有效控制二氧化碳的压力，进行稳压送气，同时保证系统使用安全。

作为优选，所述液态二氧化碳储罐与所述压力缓冲罐的连接管路上还设置有第一检修截止阀和第二检修截止阀。用于停机时检修方便。

作为优选，所述液态二氧化碳储罐与所述增压装置之间的连接管路长度小于3m，且连接管路直径为8-32mm；所述第一管道保冷层和第二管道保冷层的保冷层厚度为30-120mm。

进一步地，根据不同的泵匹配不同的泵进出管道。当二氧化碳气体流量在50-150nm³/h时，进出口管道尺寸优选1/2到1’直径。当二氧化碳气体流量在150-500nm³/h时，进出口管道尺寸优选3/4到1’直径。

作为优选，所述增压装置包括一台或多台气动活塞泵，气动活塞泵压缩空气缸进气端设有压缩空气加热器，气动活塞泵压缩空气缸排气端设有将排出压缩空气引至设备外较远处的长管路，压缩空气加热器与气动活塞泵连接管路上设置有调节活塞泵进气大小从而控制输送二氧化碳液体流量的增压控制阀门。

二氧化碳泵前后设有压力监控单元用于连锁控制压缩空气阀门启停二氧化碳泵。

本发明中二氧化碳泵增压装置通过将二氧化碳增压泵压缩空气侧气缸内膨胀压缩空气用长管路引出机箱外，使失压区远离缸体防止缸体内空气因膨胀失压而导致泵体压缩空气缸排气滑阀降温结冰失效，同时对进入泵前的压缩空气进行加热，防止长时间运行使压缩空气膨胀造成缸体降温过低。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用特定的二氧化碳系统装置，尤其是使用气动活塞增压泵式的二氧化碳增压装置，通过压缩空气驱动加压输送二氧化碳液体，与现有装置通过电动压缩输送气体不同，可以随时启停，安全可控；给反应釜/挤出机或注塑机供气；可多次间歇供气，可控制稳压供气，流量在50-500nm3/h，压力在2-30mpa时，供气压力波动小于0.01mpa。

2．在压缩空气活塞缸体外侧设置控温电加热器，防止活塞内过冷结冰冻住活塞；通过长管路引出压缩空气排气口，使失压区远离缸体防止缸体内空气因膨胀而降温，导致压缩空气活塞缸结冻；

3.根据不同的泵匹配不同的泵进出管道。当二氧化碳气体流量在50-150nm3/h时，进出口管道尺寸优选1/2到1’直径。当二氧化碳气体流量在150-500nm3/h时，进出口管道尺寸优选3/4到1’直径。

附图说明

图1是本发明聚烯烃发泡树脂生产中的超临界二氧化碳增压系统装置示意图；

图2是本发明增压装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，聚烯烃发泡树脂生产中的超临界二氧化碳增压系统装置，包括依次连接的液态二氧化碳储罐1，气动活塞增压泵增压装置2，二氧化碳第一加热器3，缓冲罐4，二氧化碳第二加热器5以及控制阀组6；液态二氧化碳储罐1与增压泵2的连接管路10上设置有第一管道保冷层101和二氧化碳过滤器102；液态二氧化碳储罐1上设置有安全阀11，第一气体出口12和第一液体出口13。增压装置2与第一加热器3之间通过二氧化碳高压管路一41连接；第一加热器3与缓冲罐4的连接管路30上设置有第二管道保冷层301。保冷层可选择硅酸盐保冷层。第一加热器3与缓冲罐4经保冷的二氧化碳高压管路二42连接，进一步地，缓冲罐4设置有带蒸汽伴热的保冷外层；缓冲罐4与第二加热器5之间通过二氧化碳高压管路三43连接；第二加热器5与控制阀组6之间通过二氧化碳高压管路四44连接。缓冲罐4经二氧化碳高压管路三03后与两个第二加热器5连接，两个第二加热器5的出口均连接至二氧化碳高压管路四44，二氧化碳高压管路四44分成两个管路与两个控制阀组6连接。增压装置2上连接有空气过滤器21和与空气过滤器21连接的压缩空气供应管路22，压缩空气压力在0.3-0.6mpa之间。第一加热器3温度，第二加热器5温度，控制阀组6阀门的开度和开关受plc控制器控制，加热温度范围为50-200摄氏度，优选100-150摄氏度，控制阀组采用pid恒压控制，进一步可编程为串级控制或模糊控制。

使用气动活塞增压泵式的二氧化碳增压装置，通过压缩空气驱动直接压缩输送二氧化碳液体，可以根据缓冲罐4设定压力随时启停，安全可控；给反应釜，挤出机或注塑机供气，可控制恒压供气，根据后端用气量，当二氧化碳气体流量在50-150nm³/h时，进出口管道尺寸优选1/2到1’直径。当二氧化碳气体流量在150-500nm³/h时，进出口管道尺寸优选3/4到1’直径（注：1’=1英寸）。

为了更安全的控制输送二氧化碳，第一加热器3为蒸汽加热器，蒸汽加热器温度和增压装置启停进行连锁，当第一加热器低于80摄氏度时，增压装置不能启动。第二加热器5为蒸汽加热器或电加热器，当缓冲罐4出口的二氧化碳温度过低时，通过第二加热器使二氧化碳温度加热至100-150摄氏度，防止间歇生产时，过低温度二氧化碳进入后段工序，影响后段产品质量。液态二氧化碳储罐1与增压装置2的连接管路10上还设置有位于第一管道保冷层101前的第一检修截止阀103和第二检修截止阀104，用于切断各设备间的二氧化碳流通，以便于检修。

为防止液体二氧化碳管路内液体二氧化碳汽化，液态二氧化碳储罐1与增压装置2之间的连接管路10长度小于3m，进一步小于2米，坡度大于千分之一，且连接管路10直径为8-32mm；第一管道保冷层101和第二管道保冷层301的保冷层厚度为30-120mm。

为了防止二氧化碳泵运行过程中，由于连续排出压缩空气，导致泵压缩空气气缸降温过快，使失压区远离缸体防止缸体内空气因膨胀失压而降温结冻，压缩空气优选露点低于-20摄氏度。

如图2所示，增压装置2包括一台或多台气动活塞泵24和与气动活塞泵24相连接的液体缸25，气缸压缩做功，对液体缸25中的二氧化碳液体驱动增压。气动活塞泵24压缩空气缸进气端设有压缩空气加热器28，气动活塞泵24压缩空气缸排气端设有将排出压缩空气引至设备外较远处的第一长管路211（气缸排气管）和第二长管路212，压缩空气加热器28与气动活塞泵24连接管路上设置有调节活塞泵进气大小从而控制输送二氧化碳液体流量的增压控制阀门29。当压力开关22压力低于1.4mpa时，增压控制阀门29自动关闭，当高压压力开关210压力高于设定排气压力时，增压控制阀门29自动关闭，二氧化碳增压装置停止工作。

增压装置2上连接有空气过滤器21、与所述空气过滤器21连接的压力开关22、球阀23和气动活塞泵24，气动活塞泵24连通设置有换向阀26和排空阀27。

具体地，增压装置2包括可两台活塞式增压泵，一开一备，排气压力可设定，根据不同的应用场合，可选用排气压力3-30mpa，流量50-500nm³/h的机型。由于市面上常见的增压泵都存在一定的应用缺陷，本案例中对市面常见泵优化如下，换向阀增加电加热器，换向阀排气引出至机箱外，压缩空气进气管路增加加热器28，控制进入二氧化碳泵内的压缩空气温度在20-40摄氏度。

本具体实施例并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。