汽提设备的制作方法

本申请的实施例涉及一种汽提设备(stripping apparatus)以及使用该汽提设备以用于移除聚氯乙烯(PVC)中的未反应的氯乙烯单体(VCM)的方法。

背景技术：

聚氯乙烯(PVC)是有效地用于各种领域的热塑性树脂的合成树脂。例如，作为一种软质产品，聚氯乙烯用于下述领域中，例如，封装膜、电子产品表面的花纹板以及各种类型的家具等，并且作为一种硬质产品，聚氯乙烯通过挤出成型而用于制造水管。

通常，氯乙烯单体(VCM)——其是用于制造聚氯乙烯的原料——在间歇式反应器(Batch reactor)中聚合，其中，有机过氧化物等——其是爆炸性物质——用作反应引发剂，并且分散剂或乳化剂以及抗氧化剂等用作添加剂。另外，在聚氯乙烯中的未反应的残留的氯乙烯单体通过汽提过程被移除之后，所聚合的聚氯乙烯以粉末形式储存。

技术实现要素：

技术问题

本申请致力于提供一种汽提设备，以及使用该汽提设备移除聚氯乙烯中的未反应的氯乙烯单体的方法。

技术方案

本申请涉及一种汽提设备。根据本申请的示例性的汽提设备以及使用该汽提设备移除聚氯乙烯中的未反应的氯乙烯单体的方法，在使用蒸汽的汽提过程中，在包括待移除的目标物质的原料与蒸汽之间的温差被最小化，以在汽提过程中抑制泡沫产生，从而增加移除待移除的目标物质——特别是，聚氯乙烯中的未反应的氯乙烯单体——的效率。另外，可以减少用于移除在汽提设备中产生的泡沫的清洁循环，从而不仅确保该过程的经济可行性，也防止在使用用于移除泡沫的防泡剂时会产生的最终产物的质量的下降。在本说明书中，术语“汽提”指的是分离和移除溶解在液体中的气体，并且，例如，“汽提”可以通过经蒸汽、惰性气体、空气等的诸如直接接触、加热、加压等的方法而被执行。在本说明书中，术语“汽提”可以具有与扩散或分离相同的意思。

下文中，将结合附图描述汽提设备以及使用所述汽提设备制造或汽提聚氯乙烯的方法，但是附图仅用于说明性的目的，并且因此所述汽提设备的领域不受附图的限制。

图1是示意性示出了根据本申请的示意性实施例的汽提设备的视图。如图1所示，本申请的汽提设备可以包括原料供应装置10、蒸汽供应装置20以及汽提塔(stripping column)30。

原料供应装置10是将原料F₁供应至汽提塔30的装置，例如，汽提塔30的原料供应区域31，并且可以包括：储存有原料F₁的罐(tank)或者其中原料F₁被聚合的反应器11：以及管道12，原料F₁通过管道12运输。在一个示例中，原料供应装置10可以包括反应器11，在该反应器11中，原料F₁被聚合，并且例如，间歇式反应器(batch reactor)、连续反应器(flow reactor)等可以用作反应器11，但是本申请的实施例不局限于此，并且可以根据目标物质的类型和反应条件而恰当地选择反应器11的类型。

在一个示例中，原料F₁可以包括在反应器11中的聚合反应之后制备的产物。所述聚合反应可以依据目标物的类型而通过各种方法进行。例如，当原料F₁包括聚氯乙烯时，所述聚合反应可以通过诸如悬浮聚合、乳液聚合(emulsion polymerization)、本体聚合(bulk polymerization)等方法而执行，但是本申请的实施例不局限于此。例如，当通过悬浮聚合来聚合聚氯乙烯时，所述聚合可以在将VCM、水、分散剂以及反应引发剂加入间歇式反应器11中后在合适的温度和压力条件下执行。当通过乳液聚合来聚合聚氯乙烯时，所述聚合可以在加入VCM、水、乳化剂以及反应引发剂后在合适的温度和压力条件下执行。可以使用本领域中已知的各种物质作为分散剂、乳化剂以及反应引发剂，并且本申请的实施例不被特别限制。

在本申请的实施例中，原料可以包含单体的乳液聚合产物。在一个实施例中，所述单体可以为VCM。例如，在反应器11中，乳液聚合可以在加入适量的VCM、水、乳化剂以及反应引发剂后在合适的温度和压力条件下执行，所得的反应物可以通过原料供应装置而被引入至原料供应区域31中并被汽提。在反应器11中的水与VCM之间的比没有特别限制，并且所述乳化剂的浓度可以为2,000ppm至10,000ppm，并且反应引发剂的浓度可以为例如500ppm至1,000ppm，但是本申请的实施例不限制于此。当包含单体的乳液聚合产物的原料F₁通过本申请的汽提设备1被汽提时，由所述乳化剂包围的单体从所述乳化剂中出来，从而与在使用常规的汽提设备执行汽提时相比产生相对少量的泡沫。作为乳液聚合产物的示例，可以列举聚氯乙烯、丁苯橡胶(SBR)等，但是本申请的实施例没有限制于此。

另外，尽管未示出，但是当例如原料供应装置10包括反应器11时，原料供应装置10还可以包括用于将上述的反应物引入反应器11中的管道，以及通过所述管道连接至反应器11的反应物供应装置。

包括在反应器11中聚合的产物的原料F₁可以包括聚氯乙烯和未反应的残留VCM。例如，当在反应器11中执行的聚合过程是悬浮聚合或本体聚合时，原料F₁可以以浆液相存在，在浆液中，水、聚氯乙烯和未反应的残留VCM被混合，并且当在反应器11中执行的聚合过程是乳液聚合时，原料F₁可以在聚合物分子通过乳化剂溶解在水中的状态(下文中，乳液相)下存在。当在反应器11中的转化率达到预定水平(例如，等于或大于80％的水平)时，处于浆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，从而使得未反应的残留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请的汽提设备1中并被汽提。在一个示例中，当原料F₁处于浆液相中时，所述浆液——其中，在排污罐和所述汽提设备1中，所述未反应的残留VCM从所述浆液中移除——可以具有通过离心机从聚氯乙烯中分离的水分，所运输的聚氯乙烯树脂的残留水分可以使用流化床(fluidized bed)干燥器通过热空气干燥，并且所述聚氯乙烯可以在通过选择设施后以粉末形式储存在单独的储存罐60中。在另一示例中，当原料F₁处于乳液相中时，所述乳液——其中，在排污罐和所述汽提设备1中，所述未反应的残留氯乙烯单体从所述乳液中移除——可以使用流化床干燥器通过热空气干燥，或者所述乳液被喷出并具有利用热空气而不通过离心机移除的水分，从而使得聚氯乙烯可以在通过选择设施后以粉末形式储存在单独的储存罐60中。

汽提塔30是这样的汽提塔，所述汽提塔用于将待与原料F₁中的气体分离的物质与从原料供应装置10引入的原料F₁——例如未反应的残留氯乙烯单体——分离。汽提塔30被划分成：原料供应区域31；蒸汽供应区域32；以及在原料供应区域31与蒸汽供应区域32之间的汽提区域。换句话说，浆液相的原料F₁可以从原料供应装置10引入至汽提塔30的原料供应区域31，原料F₁可以通过汽提区域33与从汽提塔30的蒸汽供应区域32引入的蒸汽F₂接触，并且可以被加热以汽提。例如，当原料F₁包括聚氯乙烯和未反应的残留氯乙烯单体时，从原料F₁中汽提的物质可以为未反应的氯乙烯单体。

在一个示例中，蒸汽供应区域32可以包括第一出口321，并且第一流出物F₄可以通过第一出口321流出，所述第一流出物F₄是被汽提的原料，例如，包括聚氯乙烯的浆液相的原料，其中，未反应的氯乙烯单体从该浆液相的原料移除。在上文中，如图1所示，第一出口321可以定位在蒸汽供应区域32的下方和/或汽提塔30的底部，但是本申请的实施例不限制于此。另外，原料供应区域31可以包括第二出口311，并且包括从原料汽提的物质——例如，未反应的氯乙烯单体——的第二流出物F₃和已经与所述原料接触的蒸汽F₂可以通过第二出口311流出。如图1所示，第二出口311可以定位在原料供应区域31的上方和/或汽提塔30的顶部，但本发明的实施例不限制于此。在本说明书中，术语“上方”可以指相对地在蒸汽供应区域32和原料供应区域31的上方的区域，并且更具体地，当蒸汽供应区域32和原料供应区域31在水平方向(例如，垂于所述汽提塔的长度方向或高度方向的方向)被分成两半时，两个划分区域的顶部区域。另外，在本说明书中，术语“下方”可以指相对地在蒸汽供应区域32和原料供应区域31的下方的区域，并且更具体地，当蒸汽供应区域32和原料供应区域31在水平方向(例如，垂于所述汽提塔的长度方向或高度方向的方向)被分成两半时，两个划分区域的底部区域。另外，汽提塔30的“顶部”的表述可以指汽提塔30的最高部，并可以位于上述原料供应区域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应区域32的下方。

蒸汽供应装置20是在本申请的汽提设备1的汽提区域33中对所引入的浆液相的原料执行汽提的过程的装置，即，将与所述原料直接接触的蒸汽F₂引入中汽提设备1中的装置，并且本领域中能够供应蒸汽F₂的任何装置都可以用作蒸汽供应装置而没有特别限制。另外，蒸汽供应装置20可以包括：储存蒸汽F₂的罐或者产生蒸汽F₂的蒸汽发生器；以及连接在所述罐或蒸汽发生器21与蒸汽供应区域之间的管道22。例如，通过蒸汽供应装置20被引入至汽提塔30内部的蒸汽供应区域32中的蒸汽F₂可以被引入至汽提区域33中并且在汽提区域33中与从原料供应区域31引入的原料接触，从而汽提原料F₁。

在一个示例中，本申请的汽提设备1满足下述公式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的温度，并且T_f表示引入至汽提塔30中的原料F₁的温度。

在本申请的汽提设备1中，如上所述，包括待移除的目标物质——例如，未反应的氯乙烯单体——的原料与引入至汽提设备1中的蒸汽F₂之间的温差可以调节至等于或大于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℃，从而在汽提过程中抑制泡沫产生并引起蒸汽F₂与原料F₁之间的充分的热交换，从而使得待移除的目标物质——特别是聚氯乙烯中的未反应的氯乙烯单体——的移除效率能够增加。另外，可以减少用于移除在汽提设备1中产生的泡沫的清洁循环，从而不仅确保过程的经济可行性，也防止在使用用于移除泡沫的防泡剂时会产生的最终产物的质量的下降。

在上文中，原料F₁的温度不特别限制于是否满足公式1，而是可以调节至在50℃至75℃的范围内，例如，在60℃至70℃以及在55℃至65℃的范围内。

另外，蒸汽F₂的温度不特别限制于是否满足公式1，而是可以调节至在55℃至105℃的范围内，例如，在60℃至100℃以及在70℃至90℃的范围内。

通过蒸汽供应装置20引入至汽提塔30内部的蒸汽供应区域32中的蒸汽F₂可以被以足够大的量引入，以汽提原料F₁。例如，可以以小于引入至原料供应区域31中的原料F₁的进料速率(feed rate)的15％的量引入蒸汽F₂，并且更优选地，以所述原料的进料速率的1％至10％，1％至5％或者2％至4％的量引入蒸汽F₂。通过将蒸汽F₂的进料速率调节至上述范围内，原料F₁可以被充分汽提并且同时可以抑制汽提过程中的泡沫产生。

为满足公式1或被调节至上述温度范围内，蒸汽F₂可以在适当的压力范围内引入至蒸汽供应区域32中。

例如，引入至蒸汽供应区域32中的蒸汽F₂的压力可以为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，并且更优选地，蒸汽F₂可以在真空状态下引入。

为了在上述压力范围内被引入，蒸汽F₂可在被引入至蒸汽供应区域32之前被减压(decompress)。例如，蒸汽供应装置20还可以包括减压装置(decompress device)23，并且具有2.5巴至5.0巴(例如，2.8巴至3.2巴)的低压蒸汽可以通过减压装置23并被减压和引入至蒸汽供应区域32中。

可以使用本领域中已知的能够降低蒸汽F₂的压力的各种装置作为减压装置23。例如，当蒸汽供应装置20包括管道22时，可以使用安装在管道22处的控制阀等来调节压力。

在一个实施例中，尽管未示出，蒸汽供应装置20还可以包括冷却装置。为满足公式1或者被调节至上述温度范围内，低压蒸汽可以在通过所述冷却装置并被冷却之后被引入至蒸汽供应区域32中。

在本申请的另一个实施例中，汽提设备1还可以包括回收装置50以回收和再利用上述的未反应的氯乙烯单体。例如，汽提设备1还可以包括用于所汽提的物质的冷凝器40和回收装置50，冷凝器40和回收装置50顺序地连接至包括在上述原料供应区域31中的第二出口311。通过冷凝器40和回收装置50并被回收的未反应的残留的氯乙烯单体可以被引入至上述的原料供应装置10以被再利用。因为可以通过回收装置50在聚氯乙烯的聚合过程中再利用所回收的氯乙烯单体，所以可以确保聚氯乙烯制造过程的经济可行性。

例如，如上所述，包括未反应的残留氯乙烯单体和已与原料F₁接触的蒸汽F₂的第二流出物F₃可以通过第二出口311流出，所述蒸汽可以通过冷凝器40，并且与冷凝器40中的冷凝物接触并被冷凝的蒸汽可以被分离和排出。通过冷凝器40的冷凝物的流量没有特别限制，并且可以根据第二流出物F₃的流量而被适当地调节。另外，未冷凝的汽提物质(例如，未反应的残留氯乙烯单体)可以在气态状态下流出，在连续回收压缩器中被压缩，并被冷凝。

汽提设备1可以是其它形式的普通的蒸馏塔或汽提塔，例如，蒸发器。

在一个示例中，当汽提设备1是普通的蒸馏塔时，如果达到平衡状态时，供给的蒸汽F₂的一部分可以在气态状态下从蒸馏塔的上部流出。在这种情况下，如上所述，包括所述蒸汽的第二流出物F₃可以通过第二出口311流出，所述蒸汽可以通过冷凝器40，并且与冷凝器40中的冷凝物接触并被冷凝的所述蒸汽可以被分离和排出。另外，例如，当汽提设备1是蒸发器形式的汽提塔时，整个供给的蒸汽F₂可以在所述塔中被冷凝，并且滴至所述塔的底部，但是本申请的实施例不局限于此。例如，即使汽提设备1是常规的蒸馏塔时，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从所述塔的顶部排出，并且即使当汽提设备1是汽提塔时，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从所述塔的顶部排出。

本申请也提供一种用于移除未反应的单体的方法。在一个示例中，本申请的移除方法可以使用上述的汽提设备1执行。

移除方法包括将包含单体的乳液聚合产物的原料F₁引入至包括在上述汽提设备1中的汽提塔30的原料供应区域31中，并将所引入的原料F₁与引入至汽提塔30的蒸汽供应区域32中的蒸汽F₂接触，以从原料F₁中分离未反应的单体。

在一个示例中，如上所述，单体可以为氯乙烯单体。在这种情况下，在本申请的移除方法中，原料F₁可以包括聚氯乙烯和未反应的氯乙烯单体，并且引入至原料供应区域31中的原料F₁可以与引入至蒸汽供应区域32中的蒸汽F₂接触，以从原料F₁中分离未反应的氯乙烯单体。

另外，移除方法可以包括将引入至汽提塔30中的原料F₁和蒸汽F₂的温度调节为满足下述公式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的温度，并且T_f表示引入至汽提塔30中的原料F₁的温度。

在移除方法中，原料F₁的温度不特别限制于是否满足公式1，而是可以调节至在50℃至75℃的范围内，例如，在60℃至70℃以及在55℃至65℃的范围内。

另外，在移除方法中，蒸汽F₂的温度不特别限制于是否满足公式1，而是可以调节至在55℃至105℃的范围内，例如，在60℃至100℃以及在70℃至90℃的范围内。

另外，在移除方法中，通过蒸汽供应装置20引入至汽提塔30内部的蒸汽供应区域32中的蒸汽F₂可以被以足够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应区域31中的原料F₁的进料速率的15％的量引入蒸汽F₂，并且更优选地，以所述原料的进料速率的1％至10％，1％至5％或者2％至4％的量引入蒸汽F₂。

另外，如上所述，为满足公式1或被调节至上述温度范围内，蒸汽F₂可以在适当范围的压力下引入至蒸汽供应区域32中。例如，所述移除方法还可以包括将蒸汽F₂的压力调节至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，移除方法还可以包括在蒸汽F₂被引入蒸汽供应区域32中之前将蒸汽F₂减压的步骤，以使蒸汽F₂在所述压力范围内被引入。例如，所述移除方法还可以包括减压具有2.5巴至5.0巴的压力的低压蒸汽，以及将所减压的低压蒸汽F₂引入至汽提塔30的蒸汽供应区域32中。

另外，如上所述，所述移除方法还可以包括通过包括在蒸汽供应区域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，以及通过包括在原料供应区域31中的第二出口311而流出包括从所述原料分离的未反应的氯乙烯单体和蒸汽的第二流出物F₃。

在一个实施例中，所述移除方法还可以冷凝在通过第二出口311流出的流出物(flow)中的蒸汽F₂，以从未冷凝的未反应的氯乙烯单体中分离蒸汽F₂，以及回收和再利用从通过第二出口311流出的第二流出物F₃中分离的未反应的氯乙烯单体。

有益效果

根据本申请的汽提设备和方法，在使用蒸汽的汽提过程中，在包括待移除的目标物质的原料与蒸汽之间的温度差可以最小化，以在所述汽提过程中抑制泡沫产生，从而增加移除待移除的所述目标物质的效率，特别地，聚氯乙烯(PVC)中的未反应的氯乙烯单体(VCM)。另外，可以减少移除在所述汽提设备中产生的泡沫的清洁循环，从而不仅确保所述过程的经济可行性，而且防止在使用用于移除泡沫的防泡剂时会产生的最终产物的质量的下降。

附图说明

图1是示意性示出了本申请的示意性汽提设备的视图。

图2是通过拍摄根据本申请的示例1的汽提设备的内部而获取的图片。

图3和图4是通过分别拍摄根据本申请的对比例1和对比例2的汽提设备而获取的内部的图片。

具体实施方式

下文中，使用根据本申请的实施例以及未根据本申请的比较例进一步详细描述本申请，但是本申请的范围不受下面描述的实施例的限制。

示例1

在将1:1比例的氯乙烯单体(VCM)和水、乳化剂以及反应引发剂加入如图1制造的汽提设备的原料供应区域中的间歇式反应器中之后，执行乳液聚合，并且温度为65℃的包括所述间歇式反应器中的聚合产物的原料被引入至汽提塔的原料供应区域中。同时，温度为91℃且压力为0.7巴的蒸汽被引入至所述汽提塔的蒸汽供应区域中，并在汽提区域中执行汽提过程。在这种情况下，用肉眼观察是否在所述汽提设备内部产生泡沫，并依据以下标准进行评估，其结果在下表1中示出。另外，拍摄了所述汽提设备内部的照片，并在图2中示出。

<观察是否产生泡沫>

用肉眼检查是否在汽提设备内部产生泡沫，并且依据所产生的泡沫的数量用以下标准进行评估。

X：用肉眼观察的泡沫的数量等于或小于10

Δ：用肉眼观察的泡沫的数量在10至50的范围内

O：用肉眼观察的泡沫的数量超过50

示例2

除了将温度为86℃且压力为0.3巴的蒸汽引入蒸汽供应区域中之外，以与示例1相同的方式执行汽提过程。在这种情况下，观察在汽提设备内部是否产生泡沫，并且评估结果在表1中示出。

示例3

除了将温度为78℃且压力为0.3巴的蒸汽引入蒸汽供应区域中之外，以与示例1相同的方式执行汽提过程。在这种情况下，观察在汽提设备内部是否产生泡沫，并且评估结果在表1中示出。

示例4

除了将温度为84℃且压力为0.4巴的蒸汽引入蒸汽供应区域中之外，以与示例1相同的方式执行汽提过程。在这种情况下，观察在汽提设备内部是否产生泡沫，并且评估结果在表1中示出。

比较例1

除了将温度为100℃且压力为1.0巴的蒸汽引入蒸汽供应区域中之外，以与示例1相同的方式执行汽提过程。在这种情况下，观察在汽提设备内部是否产生泡沫，并且评估结果在表1中示出。另外，拍摄所述汽提设备内部的照片，并在图3中示出。

比较例2

除了将温度为127℃且压力为1.5巴的蒸汽引入蒸汽供应区域中之外，以与示例1相同的方式执行汽提过程。在这种情况下，观察在汽提设备内部是否产生泡沫，并且评估结果在表1中示出。另外，拍摄所述汽提设备内部的照片，并在图4中示出。

在表1中示出了示例与比较例中的引入的原料与蒸汽之间的温差。

[表1]

如示例1至示例4所示，在包括氯乙烯单体的乳液聚合产物的原料与所供给的蒸汽之间的温差被调节至等于或大于5℃并小于30℃的本申请的汽提设备中几乎不产生泡沫。然而，如图3和图4所示，当在所述原料与所述蒸汽之间的温差等于或大于30℃时，产生大量的泡沫。