本发明涉及一种丙交酯干燥过程中循环利用氮气的方法。
背景技术：
丙交酯是一种重要的化学品，用途非常广泛，可用于生产医用高聚乳酸和环酯化剂。聚乳酸的可降解性和良好的生物相容性，是医药工程领域中应用最广泛和最有前景的高分子材料，因此无论从医用材科还是环保角度都引起了人们的极大关注。近年来许多研究者对其合成方法、物性、降解等性能进行了深入研究。
目前生产聚乳酸主要有两种方法：第一种是直接缩聚法，其工艺简单，成本较低，但需要加入有毒有害试剂，且制得的聚乳酸相对分子量较小、聚合温度高、碳化现象严重，导致产物氧化变色而没有实际用途。第二种是开环聚合法，通过丙交酯开环聚合得到聚乳酸，由于该工艺过程中不产生水分，可以生产得到较高分子量的聚乳酸，目前工业生产多采用该种工艺进行聚乳酸的生产。研究表明，丙交酯开环聚合是配位插入开环过程，水分与活性中心的结合能力比丙交酯与活性中心的结合能力要大得多，水分与活性中心结合后将使活性中心失去活性，使聚合反应过程发生链终止反应，进而使聚乳酸产品的分子量下降；因此丙交酯原料中水分的含量很大程度地影响着聚乳酸产品分子量的高低，通常需要对丙交酯原料进行脱水处理，使其水分含量达到聚合级的0.010wt％以下。为此各国研究者多采用流化床或脱气仓形式进行干燥处理，使丙交酯原料通过干燥氮气流，进行脱除水分的处理，之后再进入下一个工序。而用于丙交酯脱水的氮气在使用后往往直接排放至大气，增加了运行成本；因此实现氮气的循环利用，可有效节约生产费用，更加符合环境保护要求。
现有技术中的专利申请号cn01114322.3一种制备聚乳酸的方法，公开了以丙交酯为原料经微波辐照开环聚合得到聚乳酸的方法，具有反应条件简单、反应时间短、聚合物分子量高的特点。专利申请号cn200310115821.1环酯开环聚合催化剂及制备方法，公开了对外消旋丙交酯的聚合有立体选择性，可以聚合外消旋丙交酯得到结晶性聚乳酸。专利申请号cn201210313021.x一种聚乳酸嵌段共聚物的制备方法，公开了首先无需添加有机溶剂进行聚合反应，其次熔融状态直接用于引发丙交酯开环聚合反应，不需要经过除水干燥处理。
现有技术中的专利申请号cn01114322.3和cn200310115821.1以及cn201210313021.x均是实验室规模将丙交酯原料进行聚合反应，得到聚乳酸产品，没有涉及到工业规模的聚乳酸生产过程，一旦实现大规模商业化聚乳酸工业生产，丙交酯原料脱除水分处理工序需要使用大量氮气，存在运行成本高、氮气消耗大的问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是现有技术在丙交酯干燥过程中，存在运行成本高、氮气消耗大的问题。提供一种丙交酯干燥过程中循环利用氮气的方法，该方法工艺运行成本低、新鲜氮气消耗小，由此可以极大程度的节约氮气。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种丙交酯干燥过程中循环利用氮气的方法，包括以下步骤：
a)丙交酯原料进入脱气仓进行脱除水分的处理，干燥后的丙交酯产品流出脱气仓送出界外；
b)新鲜干燥氮气进入脱气仓与丙交酯接触，丙交酯中的水分汽化并与氮气混合形成含水分的氮气物流，丙交酯中的水分被脱除；
c)含水分的氮气物流流出脱气仓送至至少一台干燥塔进行氮气脱除水分的处理；
d)脱除水分的氮气经过鼓风机增压为高压氮气，再经过换热器降温为循环干燥氮气，返回脱气仓中循环使用，用于丙交酯的干燥处理。
上述技术方案中，优选地，所述脱气仓的操作条件为温度50～70℃，表压-0.01～0.40mpag，停留时间1.0～5.0h。
上述技术方案中，优选地，所述干燥塔操作条件为温度50～70℃，入口表压-0.03～0.38mpag，出口表压-0.08～0.33mpag。
上述技术方案中，优选地，所述鼓风机的操作条件为温度50～105℃，入口表压-0.08～0.33mpag，出口表压0.09～0.50mpag。
上述技术方案中，优选地，所述换热器的操作条件为入口温度85～105℃，出口温度50～70℃，表压0.04～0.45mpag。
上述技术方案中，优选地，所述新鲜干燥氮气的温度5～35℃，表压0.04～0.45mpag。
上述技术方案中，优选地，所述干燥塔为两台，其中的一台进行干燥运行，另一台进行再生操作，两台设备轮流切换使用。
上述技术方案中，优选地，所述从脱气仓流出的氮气首先经过干燥塔干燥，干燥至水分含量为0.0008～0.0010wt％，其次经过鼓风机增压、换热器降温后返回脱气仓循环利用。
上述技术方案中，优选地，所述氮气干燥工序与丙交酯除水工序同时进行。
综上所述，本发明涉及一种干燥丙交酯过程中循环利用氮气的方法，主要解决现有技术运行成本高、氮气消耗大的问题。本发明将丙交酯1进入脱气仓11干燥后丙交酯2流出，干燥氮气3进入脱气仓11除水，含水氮气4送至干燥塔12或13除水，除水氮气5经鼓风机14增压为高压氮气6再经换热器15降温为干燥氮气7返回脱气仓11中循环使用。与现有技术氮气使用后直接排放至大气相比，可以减少氮气消耗90～95％，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图。
图1中，1丙交酯原料，2丙交酯产品，3新鲜干燥氮气，4含水氮气，5除水氮气，6高压氮气，7循环干燥氮气，11脱气仓，12干燥塔，13干燥塔，14鼓风机，15换热器。
来自界外的丙交酯原料(1)进入脱气仓(11)进行脱除水分的处理，干燥后的丙交酯产品(2)流出脱气仓(11)送出界外；来自界外的新鲜干燥氮气(3)进入脱气仓(11)与丙交酯接触，丙交酯中的水分汽化并与氮气混合，丙交酯中的水分被脱除；含水分的氮气(4)流出脱气仓(11)送至干燥塔(12)或干燥塔(13)中的1台干燥塔进行氮气脱除水分的处理；脱除水分的氮气(5)经过鼓风机(14)增压为高压氮气(6)，再经过换热器(15)降温为循环干燥氮气(7)，返回脱气仓(11)中循环使用；干燥塔(12)和干燥塔(13)中的1台进行干燥运行，另1台进行再生操作，2台设备轮流切换使用。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施方式
【比较例1】
以生产规模5000吨/年聚乳酸装置为例，采用现有技术丙交酯除水工艺的新鲜干燥氮气消耗为100.0kg/hr。
【实施例1】
以生产规模5000吨/年聚乳酸装置为例，采用本发明图1所述一种丙交酯干燥过程中循环利用氮气的方法，该方法的工艺流程如下：来自界外的丙交酯原料(1)进入脱气仓(11)进行脱除水分的处理，干燥后的丙交酯产品(2)流出脱气仓(11)送出界外；来自界外的新鲜干燥氮气(3)进入脱气仓(11)与丙交酯接触，丙交酯中的水分汽化并与氮气混合，丙交酯中的水分被脱除；含水分的氮气(4)流出脱气仓(11)送至干燥塔(12)或干燥塔(13)中的1台干燥塔进行氮气脱除水分的处理；脱除水分的氮气(5)经过鼓风机(14)增压为高压氮气(6)，再经过换热器(15)降温为循环干燥氮气(7)，返回脱气仓(11)中循环使用；干燥塔(12)进行干燥运行，干燥塔(13)进行再生操作，2台干燥塔设备可以轮流切换。工艺操作参数如下：脱气仓(11)的操作条件为温度58℃，表压0.08mpag，停留时间3.2h，干燥塔(12)的操作条件为温度58℃，入口表压0.06mpag，出口表压0.01mpag，干燥后的循环氮气含水量为0.0009wt％，鼓风机(14)的操作条件为温度58℃，入口表压0.01mpag，出口表压0.18mpag，换热器(15)的操作条件为入口温度91℃，出口温度58℃，表压0.13mpag，自界外的新鲜干燥氮气(3)的操作条件为温度25℃，表压0.13mpag。
由此，采用本发明所述一种丙交酯干燥过程中循环利用氮气的方法，界外新鲜干燥氮气消耗为9.1kg/hr，减少新鲜干燥氮气消耗90.9％。
【比较例2】
以生产规模10万吨/年聚乳酸装置为例，采用现有技术丙交酯除水工艺的新鲜干燥氮气消耗为2000.0kg/hr。
【实施例2】
同【实施例1】，只是生产规模改为10万吨/年聚乳酸装置，脱气仓(11)的操作条件为温度60℃，表压0.10mpag，停留时间3.0h，干燥塔(12)的操作条件为温度60℃，入口表压0.08mpag，出口表压0.03mpag，干燥后的循环氮气含水量为0.0009wt％，鼓风机(14)的操作条件为温度60℃，入口表压0.03mpag，出口表压0.20mpag，换热器(15)的操作条件为入口温度93℃，出口温度60℃，表压0.15mpag，自界外的新鲜干燥氮气(3)的操作条件为温度25℃，表压0.15mpag。由此，采用本发明所述一种丙交酯干燥过程中循环利用氮气的方法，界外新鲜干燥氮气消耗为118.0kg/hr，减少新鲜干燥氮气消耗94.1％。
【比较例3】
以生产规模20万吨/年聚乳酸装置为例，采用现有技术丙交酯除水工艺的新鲜干燥氮气消耗为4000.0kg/hr。
【实施例3】
同【实施例1】，只是生产规模改为20万吨/年聚乳酸装置，脱气仓(11)的操作条件为温度63℃，表压0.13mpag，停留时间2.7h，干燥塔(12)的操作条件为温度63℃，入口表压0.11mpag，出口表压0.06mpag，干燥后的循环氮气含水量为0.0009wt％，鼓风机(14)的操作条件为温度63℃，入口表压0.06mpag，出口表压0.23mpag，换热器(15)的操作条件为入口温度96℃，出口温度63℃，表压0.18mpag，自界外的新鲜干燥氮气(3)的操作条件为温度25℃，表压0.18mpag。由此，采用本发明所述一种丙交酯干燥过程中循环利用氮气的方法，界外新鲜干燥氮气消耗为232.0kg/hr，减少新鲜干燥氮气消耗94.2％。
【比较例4】
以生产规模30万吨/年聚乳酸装置为例，采用现有技术丙交酯除水工艺的新鲜干燥氮气消耗为6000.0kg/hr。
【实施例4】
同【实施例1】，只是生产规模改为30万吨/年聚乳酸装置，脱气仓(11)的操作条件为温度67℃，表压0.17mpag，停留时间2.5h，干燥塔(12)的操作条件为温度67℃，入口表压0.15mpag，出口表压0.10mpag，干燥后的循环氮气含水量为0.0009wt％，鼓风机(14)的操作条件为温度67℃，入口表压0.10mpag，出口表压0.27mpag，换热器(15)的操作条件为入口温度100℃，出口温度67℃，表压0.22mpag，自界外的新鲜干燥氮气(3)的操作条件为温度25℃，表压0.22mpag。由此，采用本发明所述一种丙交酯干燥过程中循环利用氮气的方法，界外新鲜干燥氮气消耗为342.0kg/hr，减少新鲜干燥氮气消耗94.3％。
【实施例5】
同【实施例4】，生产规模为30万吨/年聚乳酸装置，只是工艺操作条件改变：脱气仓(11)的操作条件为温度50℃，表压-0.01mpag，停留时间1.0h，干燥塔(12)的操作条件为温度50℃，入口表压-0.03mpag，出口表压-0.08mpag，干燥后的循环氮气含水量为0.0008wt％，鼓风机(14)的操作条件为温度50℃，入口表压-0.08mpag，出口表压0.09mpag，换热器(15)的操作条件为入口温度85℃，出口温度50℃，表压0.04mpag，自界外的新鲜干燥氮气(3)的操作条件为温度5℃，表压0.04mpag。由此，采用本发明所述一种丙交酯干燥过程中循环利用氮气的方法，界外新鲜干燥氮气消耗为600.0kg/hr，减少新鲜干燥氮气消耗90.0％。
【实施例6】
同【实施例4】，生产规模为30万吨/年聚乳酸装置，只是工艺操作条件改变：脱气仓(11)的操作条件为温度70℃，表压0.40mpag，停留时间5.0h，干燥塔(12)的操作条件为温度70℃，入口表压0.38mpag，出口表压0.33mpag，干燥后的循环氮气含水量为0.0010wt％，鼓风机(14)的操作条件为温度105℃，入口表压0.33mpag，出口表压0.50mpag，换热器(15)的操作条件为入口温度105℃，出口温度70℃，表压0.45mpag，自界外的新鲜干燥氮气(3)的操作条件为温度35℃，表压0.45mpag。由此，采用本发明所述一种丙交酯干燥过程中循环利用氮气的方法，界外新鲜干燥氮气消耗为300.0kg/hr，减少新鲜干燥氮气消耗95.0％。