一种淤浆法低voc聚乙烯产品的生产装置及方法
阅读说明：本技术 一种淤浆法低voc聚乙烯产品的生产装置及方法 (Production device and method for low-VOC (volatile organic compound) polyethylene product by slurry process ) 是由 吕世军 潘炯彬 何琨 项海定 张贤 刘兴冰 陈永强 崔春霞 朱彦博 高毕亚 余超 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置及方法,主要解决现有技术中存在残留己烷溶剂VOC含量高的问题。本发明通过采用淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置及方法,在淤浆法聚乙烯现有流程的滚筒干燥器后增加一套粉料脱气仓,进行“滚筒干燥器+粉料脱气仓”组合,能够很好地降低聚乙烯产品VOC的含量,产品粉末中己烷溶剂VOC含量从现有技术200ppm降低至本发明100ppm以下,较好地解决了上述问题,可应用于淤浆法低VOC食品级聚乙烯产品的生产中。(The invention relates to a production device and a production method of a slurry-process low-VOC polyethylene product, and mainly solves the problem that the content of residual hexane solvent VOC is high in the prior art. According to the production device and method for the low-VOC polyethylene product by the slurry method, a set of powder degassing bin is added behind a roller dryer in the existing flow of polyethylene by the slurry method, and the combination of the roller dryer and the powder degassing bin is carried out, so that the VOC content of the polyethylene product can be well reduced, the VOC content of a hexane solvent in product powder is reduced to be below 100ppm in the invention from 200ppm in the prior art, the problems are well solved, and the production device and method can be applied to production of the low-VOC polyethylene product by the slurry method.)
技术领域
本发明涉及聚乙烯生产技术领域，尤其涉及一种淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置及方法，具体涉及在淤浆法聚乙烯粉料干燥过程中，使用滚筒干燥器与粉料脱气仓的组合降低聚乙烯粉料中残留的VOC，可应用于淤浆法生产低VOC的食品级聚乙烯产品。
背景技术
淤浆法聚乙烯采用并联或串联聚合流程，以高纯度乙烯为主原料，己烷为溶剂，使用高效催化剂，通过改变操作条件，以及添加共聚单体丁烯-1或丙烯或功能性助剂，得到几十种牌号的高密度聚乙烯产品。但是在高密度聚乙烯产品高温加工过程和日常使用过程中，这些添加剂会不同程度地释放出有害的挥发性有机物VOC，尤其是在高密度聚乙烯产品中，己烷溶剂残留2000～5000ppm左右，严重地影响食品级聚乙烯产品的品质。
现有技术中的发明专利申请号201210209208.5一种高密度聚乙烯食品级专用料脱除气味方法，公开了利用“汽蒸”和“干燥”的工作原理，以汽蒸器和干燥器为关键设备组合的氮气密闭循环“汽蒸”和“干燥”技术，脱除高密度聚乙烯食品级专用料中己烷溶剂，使高密度聚乙烯产品含己烷溶剂在200ppm左右，从而使高密度聚乙烯产品增值增质而不增加三废排放，由此解决了高密度聚乙烯食品级专用料残留溶剂的问题。发明专利申请号201710600963.9一种低气味低VOC聚乙烯复合材料及其制备装置和方法，公开了将线性高密度聚乙烯树脂55～97份、与其它助剂、萃取剂和吸附剂进行组合，制备过程中将萃取剂和吸附剂分阶段添加，同时对制备装置中真空口位置进行改进，最终实现分阶段去除复合材料中有害挥发性有机物的目的。发明专利申请号201711237536.5一种低气味低VOC的改性热塑性弹性体材料及其制备方法，公开了由5～35份聚乙烯树脂和其它助剂组成改性热塑性弹性体材料；由于使用少量助剂、抗氧剂、润滑剂、吸酸剂和防老化剂，并与制备过程中生成的小分子进行化学反应，从而彻底降低材料中的气味和VOC，该发明的材料经过长达一年时间使用，其气味仍然≤3.0级，VOC含量仍达到GB/T 27630-2011指标要求。发明专利申请号201910071136.4一种预分散色片及其制备方法铅笔及其制作方法，公开了该预分散色片由聚乙烯树脂和其它助剂组成，使用无毒有机材料，不含任何溶剂，从而降低VOC排放，不会对环境造成污染，符合国家标准；涂有该预分散色片制成涂料的铅笔更适于儿童使用，而且铅笔制作过程清洁环保、表干时间短、生产效率高、生产成本低、适用性强。
目前，在淤浆法生产聚乙烯产品的工艺流程中，粉料只经过滚筒干燥器干燥，最终挤出聚乙烯产品中主要包含己烷溶剂的VOC，其含量高达2000～5000ppm。现有技术中的发明专利申请号201210209208.5虽然采用以汽蒸器和干燥器为关键设备组合的氮气密闭循环“汽蒸”和“干燥”技术脱除高密度聚乙烯食品级专用料中的己烷溶剂，但是需要增设二台设备，而且水蒸汽直接注入聚乙烯粉料系统，最终的高密度聚乙烯产品中己烷溶剂仍达～200ppm左右。现有技术中的发明专利申请号201710600963.9和201711237536.5以及201910071136.4都采用聚乙烯树脂与其它助剂混合以降低VOC含量的方法，由于聚乙烯目标产品不同，工艺技术方法、生产技术过程、制作技术手段也不同，但仅仅能够“定性”降低VOC含量，无“定量”降低VOC含量的数据。
因此，现有技术聚乙烯粉料降低VOC的方法存在设备数量多，水蒸汽凝液与聚乙烯粉料需要再次分离，残留己烷溶剂脱除不彻底、挥发性有机物VOC含量高的问题。随着聚乙烯产品环保要求和健康安全环保HSE要求的不断提高，急需通过一种新的高效脱除技术手段来降低聚乙烯产品中VOC的含量。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明采用一种淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置及方法，脱除聚乙烯粉料中残留的己烷溶剂VOC，以解决淤浆法聚乙烯产品中VOC含量高的问题。本发明涉及一种淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置及方法，借鉴气相法聚乙烯工艺粉料的脱气过程，在淤浆法聚乙烯现有工艺流程的滚筒干燥器后增加一套粉料脱气仓，通过“滚筒干燥器+粉料脱气仓”组合能够很好地降低聚乙烯产品中的VOC含量。滚筒干燥器出***VOC聚乙烯粉料通过风送系统送入本发明新增的脱气仓中，与干燥氮气进行气固逆流接触脱除VOC杂质之后送下游工段，所得到的聚乙烯产品VOC含量可降低至100ppm以下。
为了实现上述目的，本发明采取的技术措施包括：
本发明的第一个方面是提供一种淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置，其包括：
滚筒干燥器，所述滚筒干燥器的入口连通螺旋加料器，出口连通粉料收集器，来自上游工段含己烷溶剂VOC的聚乙烯湿饼与第一干燥氮气在所述滚筒干燥器中逆流接触，使己烷溶剂VOC挥发脱出，第一含VOC氮气离开所述滚筒干燥器；
粉料脱气仓，输送氮气增压后与离开所述滚筒干燥器的干燥粉末进入所述粉料脱气仓顶部，并与从所述粉料脱气仓下部吹入的第二干燥氮气逆向流动以挥发脱出粉料中的己烷溶剂VOC，产品粉末由所述粉料脱气仓底部流出送至下游工段；第二含VOC氮气离开粉料过滤器经过处理后作为粉料输送循环气返回再使用。
本发明的第二个方面是提供一种淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产方法，采用所述的生产装置，其包括如下步骤：
步骤a)来自上游工段所述含己烷溶剂VOC的聚乙烯湿饼通过所述螺旋加料器进入所述滚筒干燥器，所述第一干燥氮气也进入所述滚筒干燥器与所述聚乙烯湿饼逆流接触一段时间之后，己烷溶剂VOC挥发脱出，所述第一含VOC氮气离开所述滚筒干燥器；
步骤b)所述低压蒸汽进入所述滚筒干燥器，间接加热所述聚乙烯湿饼和所述第一干燥氮气，使己烷溶剂VOC挥发，所述低压凝液离开所述滚筒干燥器；
步骤c)所述输送氮气经过所述粉料输送风机增压，与离开所述滚筒干燥器并通过所述粉料回转阀的所述干燥粉末一起进入所述粉料脱气仓顶部，并从上而下流出，所述第二干燥氮气从所述粉料脱气仓下部吹入，并从下而上吹出；气体和粉料逆向流动，将粉料中的己烷溶剂VOC挥发脱出，粉料中吸附的VOC含量下降，所述产品粉末由所述粉料脱气仓底部流出送至下游工段；
步骤d)所述第二含VOC氮气离开所述粉料过滤器经过处理后作为粉料输送循环气返回再使用。
进一步地，在上述方法中，来自上游工段含己烷溶剂VOC的所述聚乙烯湿饼通过所述螺旋加料器进入所述滚筒干燥器，所述第一干燥氮气通过所述粉料收集器进入所述滚筒干燥器，低压蒸汽进入所述滚筒干燥器，间接加热所述聚乙烯湿饼和所述第一干燥氮气，低压凝液离开所述滚筒干燥器。
进一步地，在上述方法中，所述输送氮气经过粉料输送风机增压，所述干燥粉末通过设置于所述粉料收集器底部出口的粉料回转阀与所述粉料输送风机出口的增压氮气混合；混合后的所述输送氮气与所述干燥粉末一起进入所述粉料脱气仓顶部，并从上而下流出，所述第二干燥氮气从所述粉料脱气仓下部吹入并从下而上吹出；粉料中的己烷溶剂VOC挥发脱出，所述产品粉末由所述粉料脱气仓底部流出送至下游工段。
进一步地，在上述方法中，所述生产装置的生产规模为1～60万吨/年淤浆法聚乙烯装置。
进一步地，在上述方法中，来自上游工段的所述聚乙烯湿饼中的己烷溶剂VOC质量分率含量在5～50％之间；离开所述滚筒干燥器并通过粉料回转阀的所述干燥粉末中的己烷溶剂VOC残留为2000～5000ppm之间；由所述粉料脱气仓流出送至下游工段的所述产品粉末中的己烷溶剂VOC含量降低至100ppm以下。
进一步地，在上述方法中，所述滚筒干燥器的操作压力为2～6KPaG，操作温度为50～150℃，物料停留为0.1～5.0小时。
进一步地，在上述方法中，所述粉料脱气仓的操作压力为5～50KPaG，操作温度为20～80℃，物料停留为0.1～5.0小时。
进一步地，在上述方法中，所述输送氮气的操作压力为1～5KPaG，操作温度为0～40℃。
进一步地，在上述方法中，所述第二干燥氮气的操作压力为10～55KPaG，操作温度为30～90℃。
与现有技术相比，本发明采用上述技术方案具有以下效果：
本发明所述淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置及方法，对于生产规模1～60万吨/年聚乙烯装置来说，在淤浆法聚乙烯现有工艺流程的滚筒干燥器后增加一套粉料脱气仓，通过“滚筒干燥器+粉料脱气仓”组合能够很好地降低聚乙烯产品中的VOC含量，较好地解决了现有技术存在的问题。产品粉末中的己烷溶剂VOC含量从现有技术200ppm左右降低至本发明100ppm以下，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1是本发明一种淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产工艺流程图；
图2是现有技术采用淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产工艺流程图；
其中，图中的附图标记为：
螺旋加料器1；滚筒干燥器2；粉料收集器3；粉料回转阀4；粉料输送风机5；粉料过滤器6；粉料脱气仓7；聚乙烯湿饼11；第一含VOC氮气12；第一干燥氮气13；低压蒸汽14；低压凝液15；输送氮气16；干燥粉末17；第二含VOC氮气18；第二干燥氮气19；产品粉末20；缓冲粉料仓27；反吹氮气29。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1
本实施例为采用“滚筒干燥器+粉料脱气仓”组合的淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产工艺，如图1所示，工艺流程具体如下：
来自上游工段含己烷溶剂VOC的聚乙烯湿饼11通过螺旋加料器1进入滚筒干燥器2，第一干燥氮气13也进入滚筒干燥器2与聚乙烯湿饼11逆流接触一段时间之后，己烷溶剂VOC挥发，第一含VOC氮气12离开滚筒干燥器2。低压蒸汽14进入滚筒干燥器2，间接加热聚乙烯湿饼11和第一干燥氮气13，使己烷溶剂VOC挥发，低压凝液15离开滚筒干燥器2。输送氮气16经过粉料输送风机5增压，与离开滚筒干燥器2并通过粉料回转阀4的干燥粉末17一起进入粉料脱气仓7顶部，并从上而下流出，第二干燥氮气19从粉料脱气仓7下部吹入，并从下而上吹出。气体和粉料逆向流动，将粉料中的己烷溶剂VOC挥发脱出，粉料中吸附的VOC含量下降，产品粉末20由粉料脱气仓7底部流出送至下游工段。第二含VOC氮气18离开粉料过滤器6经过处理后作为粉料输送循环气返回再使用。
在本实施例中，上述工艺流程适用于生产规模1～60万吨/年淤浆法聚乙烯装置。其中，来自上游工段聚乙烯湿饼11中的己烷溶剂VOC质量分率含量在5～50％之间；滚筒干燥器2的操作压力为2～6KPaG，操作温度为50～150℃，物料停留为0.1～5.0小时；离开滚筒干燥器2并通过粉料回转阀4的干燥粉末17己烷溶剂VOC残留2000～5000ppm之间；输送氮气16的操作压力为1～5KPaG，操作温度为0～40℃；第二干燥氮气19的操作压力为10～55KPaG，操作温度为30～90℃；粉料脱气仓7的操作压力为5～50KPaG，操作温度为20～80℃，物料停留为0.1～5.0小时；由粉料脱气仓7流出送至下游工段产品粉末20中的己烷溶剂VOC含量降低至100ppm以下。
对比例1
本对比例为现有技术中仅采用滚筒干燥器的淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产工艺，如图2所示，工艺流程具体如下：
来自上游工段含己烷溶剂VOC的聚乙烯湿饼11通过螺旋加料器1进入滚筒干燥器2，第一干燥氮气13也进入滚筒干燥器2与聚乙烯湿饼11逆流接触一段时间之后，己烷溶剂VOC挥发，第一含VOC氮气12离开滚筒干燥器2。低压蒸汽14进入滚筒干燥器2，间接加热聚乙烯湿饼11和第一干燥氮气13，使己烷溶剂VOC挥发，低压凝液15离开滚筒干燥器2。输送氮气16经过粉料输送风机5增压，与离开滚筒干燥器2并通过粉料回转阀4的干燥粉末17一起进入粉料过滤器6，反吹氮气29也进入粉料过滤器6，第二含VOC氮气18离开粉料过滤器6经过处理后作为粉料输送循环气返回再使用。在粉料过滤器6的聚乙烯粉末落入缓冲粉料仓27储存，产品粉末20由缓冲粉料仓27底部流出送至下游工段。
采用本对比例1所述现有技术的工艺方法，其产品粉末中的己烷溶剂VOC含量为200ppm左右。
应用实施例1
以生产规模12万吨/年聚乙烯装置为例，采用上述实施例1中的淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置及方法，其工艺流程如下：来自上游工段含己烷溶剂VOC的聚乙烯湿饼11通过螺旋加料器1进入滚筒干燥器2，第一干燥氮气13也进入滚筒干燥器2与聚乙烯湿饼11逆流接触一段时间之后，己烷溶剂VOC挥发，第一含VOC氮气12离开滚筒干燥器2。低压蒸汽14进入滚筒干燥器2，间接加热聚乙烯湿饼11和第一干燥氮气13，使己烷溶剂VOC挥发，低压凝液15离开滚筒干燥器2。输送氮气16经过粉料输送风机5增压，与离开滚筒干燥器2并通过粉料回转阀4的干燥粉末17一起进入粉料脱气仓7顶部，并从上而下流出，第二干燥氮气19从粉料脱气仓7下部吹入，并从下而上吹出。气体和粉料逆向流动，将粉料中的己烷溶剂VOC挥发脱出，粉料中吸附的VOC含量下降，产品粉末20由粉料脱气仓7底部流出送至下游工段。第二含VOC氮气18离开粉料过滤器6经过处理后作为粉料输送循环气返回再使用。
工艺参数如下：聚乙烯湿饼11中的己烷溶剂VOC质量分率含量为22％；滚筒干燥器2的操作压力为3KPaG，操作温度为90℃，物料停留为2.3小时；离开滚筒干燥器2并通过粉料回转阀4的干燥粉末17己烷溶剂VOC残留3160ppm；输送氮气16的操作压力为2KPaG，操作温度为20℃；第二干燥氮气19的操作压力为19KPaG，操作温度为48℃；粉料脱气仓7的操作压力为14KPaG，操作温度为38℃，物料停留为2.3小时。
采用上述淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置及方法，很好地降低聚乙烯产品的VOC含量，产品粉末中的己烷溶剂VOC含量从现有技术200ppm左右降低至本实施例98ppm，取得了较好的技术效果。
应用实施例2
本实施例采用的淤浆法低VOC聚乙烯产品生产工艺流程与应用实施例1相同，仅仅生产规模扩大到30万吨/年聚乙烯装置，工艺参数修改如下：聚乙烯湿饼11中的己烷溶剂VOC质量分率含量为41％；滚筒干燥器2的操作压力为5KPaG，操作温度为120℃，物料停留为3.5小时；离开滚筒干燥器2并通过粉料回转阀4的干燥粉末17己烷溶剂VOC残留3980ppm；输送氮气16的操作压力为4KPaG，操作温度为25℃；第二干燥氮气19的操作压力为38KPaG，操作温度为75℃；粉料脱气仓7的操作压力为35KPaG，操作温度为65℃，物料停留为3.5小时。
采用上述淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置及方法，很好地降低聚乙烯产品的VOC含量，产品粉末中的己烷溶剂VOC含量从现有技术200ppm左右降低至本实施例96ppm，取得了较好的技术效果。
应用实施例3
本实施例采用的淤浆法低VOC聚乙烯产品生产工艺流程与应用实施例1相同，仅仅生产规模修改为1万吨/年聚乙烯中试装置，工艺参数修改如下：聚乙烯湿饼11中的己烷溶剂VOC质量分率含量为5％；滚筒干燥器2的操作压力为2KPaG，操作温度为50℃，物料停留为0.1小时；离开滚筒干燥器2并通过粉料回转阀4的干燥粉末17己烷溶剂VOC残留2000ppm；输送氮气16的操作压力为1KPaG，操作温度为0℃；第二干燥氮气19的操作压力为10KPaG，操作温度为30℃；粉料脱气仓7的操作压力为5KPaG，操作温度为20℃，物料停留为0.1小时。
采用上述淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置及方法，很好地降低聚乙烯产品的VOC含量，产品粉末中的己烷溶剂VOC含量从现有技术200ppm左右降低至本实施例100ppm，取得了较好的技术效果。
应用实施例4
本实施例采用的淤浆法低VOC聚乙烯产品生产工艺流程与应用实施例1相同，仅仅生产规模扩大到60万吨/年聚乙烯装置，二条生产线，工艺参数修改如下：聚乙烯湿饼11中的己烷溶剂VOC质量分率含量为50％；滚筒干燥器2的操作压力为6KPaG，操作温度为150℃，物料停留为5.0小时；离开滚筒干燥器2并通过粉料回转阀4的干燥粉末17己烷溶剂VOC残留5000ppm；输送氮气16的操作压力为5KPaG，操作温度为40℃；第二干燥氮气19的操作压力为55KPaG，操作温度为90℃；粉料脱气仓7的操作压力为50KPaG，操作温度为80℃，物料停留为5.0小时。
采用上述淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置及方法，很好地降低聚乙烯产品的VOC含量，产品粉末中的己烷溶剂VOC含量从现有技术200ppm左右降低至本实施例95ppm，取得了较好的技术效果。
由上述实施例和应用实施例可知，本发明所述淤浆法低VOC聚乙烯产品的生产装置及方法，通过“滚筒干燥器+粉料脱气仓”组合能够大幅度地降低聚乙烯产品中的VOC含量，较好地解决了现有技术存在的问题。产品粉末中的己烷溶剂VOC含量从现有技术200ppm左右降低至本发明100ppm以下，取得了较好的技术效果。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。