專利名稱：異烯烴－二烯生產(chǎn)方法和其設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異烯烴-二烯橡膠的生產(chǎn)方法和其設備。更具體地說，本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠的方法和設備，涉及用于從橡膠淤漿中分離異烯烴-二烯橡膠的方法和設備和用于從異烯烴-二烯橡膠反應釜中排出和/或轉(zhuǎn)移橡膠淤漿的方法和設備。
背景技術(shù)：
異烯烴-二烯橡膠，例如，丁基橡膠和由丁基橡膠衍生得到的鹵化丁基橡膠(例如氯化丁基橡膠和溴化丁基橡膠)，廣泛地使用于許多應用中，諸如輪胎制造中。工業(yè)上，異烯烴-二烯橡膠一般由異烯烴(例如異丁烯)和二烯(例如異戊二烯)在催化劑(例如Friedal-Crafts型催化劑)的存在下，在液體非水性反應介質(zhì)(例如包括稀釋劑，如烷基鹵)中，在低于-90℃的溫度下，在連續(xù)式反應釜中懸浮共聚，以形成細橡膠“固體顆?！痹诜磻橘|(zhì)中的懸浮液或淤漿來生產(chǎn)。在使用專門的催化劑的條件下，反應溫度可以更高。
工業(yè)設備，其除了其它零件外，包括在其中連續(xù)進行反應的反應釜、用于從在反應中形成的橡膠中蒸發(fā)出液體反應介質(zhì)和其它揮發(fā)性組分的閃蒸罐和用于把橡膠淤漿從反應釜轉(zhuǎn)移到閃蒸罐的出料管道。閃蒸罐通常是一個含有經(jīng)加熱、攪拌的水的容器，把橡膠排入其中，形成懸浮在水中的碎膠粒。將蒸氣噴射入閃蒸罐以保持溫度和驅(qū)除揮發(fā)性的殘留的反應介質(zhì)。在常規(guī)方法中，為了更進一步除去殘留物直到可接受的水平，閃蒸罐通常在下游接一個或多個汽提釜。反應組分通常以兩種分開的進料加入到反應釜中，含有單體和稀釋劑的混合進料和含有催化劑的催化劑進料。
此類方法遇到的一個問題是橡膠在反應釜和出料管道的內(nèi)表面上堆集，這會導致結(jié)垢和為除去結(jié)垢而花費相當長的停車時間。這種堆集是由于諸如丁基橡膠之類的異烯烴-二烯橡膠的“粘性”導致的。為了減少此問題，在反應釜和出料管道內(nèi)要保持比較高的流動速度。出料管道也帶蒸汽套管并且據(jù)信這會導致在出料管道的內(nèi)表面形成蒸氣層，其作用如同潤滑油膜。
此外，希望增加現(xiàn)有工業(yè)設備的總能量效率。目前，從反應釜排出的低溫橡膠淤漿通過出料管道直接轉(zhuǎn)移到閃蒸罐。在閃蒸罐里，包括諸如未反應單體等的揮發(fā)性組分的液體反應介質(zhì)被汽化。為了再循環(huán)利用汽化的組分，該方法部分包括冷凝那些蒸氣并冷卻液體回到反應溫度。這需要相當大的能量消耗。為了減少在冷卻初始的反應組分和/或再循環(huán)利用的反應組分中所耗費能量的數(shù)量，希望捕獲與從反應釜中排出的低溫液體反應介質(zhì)伴隨的能量。
1993年10月28日公開的Bruzzone等人的專利WO 93/21241描述了丁基橡膠的生產(chǎn)方法。異丁烯與異戊二烯的聚合反應是在特殊的催化劑存在下于-50℃這一相對高的溫度下實施的。其中反應釜包括一個立式圓柱形圓頂反應釜、一個與該反應釜相聯(lián)的立式單螺桿擠出機(即一個出料螺桿)和與該出料螺桿相連的臥式雙螺桿揮發(fā)器。立式擠出機向上輸送和擠壓含在淤漿里的固體聚合物并且從淤漿中“壓擠”出液體，使其向下(即向后)排回到反應釜里。這樣，在反應溫度下的包括未反應單體的有價值的反應介質(zhì)返回到反應釜中以進一步利用。在臥式螺桿揮發(fā)器中使包括剩余單體的殘留的反應介質(zhì)揮發(fā)，并且在其作為液體再進入到反應釜之前，以氣體形式加入熱交換器以降溫到聚合反應溫度。
雖然WO 93/21241的方法允許部分反應介質(zhì)通過強迫其回到反應釜來再循環(huán)利用，但是其存在幾個缺點。首先，出料螺桿是單螺桿擠出機，其易于結(jié)垢并且因此不可能在一個值得花費的時間長度內(nèi)連續(xù)操作。第二，液體反應介質(zhì)是通過重力的作用被強迫回到反應釜，而不是首先從料流中移出，從而無法提供提純該液體反應介質(zhì)的機會，或者如果反應介質(zhì)直接返回到反應釜會影響聚合過程，則無法提供把低溫反應介質(zhì)用作其它冷卻目的的機會。沒有提純該液體反應介質(zhì)的機會可能導致雜質(zhì)的嚴重累積，這很可能導致降低的催化劑效率和/或產(chǎn)生低分子量聚合物。后者可能引起結(jié)垢和隨后為了清潔反應釜的停車時間。不能把低溫的液體反應介質(zhì)用作其它冷卻目的降低了選擇能量回收方法的靈活性。第三，與使用閃蒸罐相比，使用螺桿脫揮發(fā)組分裝置來揮發(fā)殘留的反應介質(zhì)和單體不是成本有效的。
1947年6月10日公開的美孚石油開發(fā)公司的專利GB 589,045(‘045專利)描述了烯烴低溫聚合的方法。‘045專利指出將從反應釜排出的低溫淤漿輸送到振動篩以進行粗濾或者過濾操作。它更進一步指出將回收的低溫液體接著再循環(huán)返回進入反應區(qū)。把殘留的反應介質(zhì)和在反應中形成的橡膠從振動篩輸送到閃蒸槽，在這里將未反應單體和殘留的反應介質(zhì)汽化。
為了防止閃蒸罐的蒸汽進入振動篩并因此污染反應介質(zhì)，‘045專利教導了一個復雜的系統(tǒng)，由此密封氣體流提供從振動篩進入閃蒸罐的正壓力。這種體系是不實用的，因為密封氣體將與閃蒸罐的塔頂蒸汽混合。隨后的分離步驟將明顯增加該方法的成本。此外，‘045專利教導必須把振動篩冷卻到反應溫度，這在實踐中很難實現(xiàn)。此外，丁基橡膠領(lǐng)域中的經(jīng)驗是，在化學反應中生產(chǎn)的丁基橡膠“固體”是細小并相對軟的顆粒狀物形式，其容易附聚。此外，丁基橡膠領(lǐng)域中的經(jīng)驗是，與′045專利中敘述的相反，丁基橡膠即使在反應溫度下也是″粘的″。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員會預料到振動篩的結(jié)垢存在較大的問題。因此，不會期望振動篩能令人滿意地把丁基橡膠從反應介質(zhì)中分離出來。實際上，在‘045專利申請之后將近60年，在‘045專利里描述的篩選或者過濾設備和方法如今在丁基橡膠工業(yè)中沒有以任何形式使用，表明在‘045專利里描述的技術(shù)不切合實際和普遍缺乏可使用性。最后，‘045專利教導了在反應釜里生產(chǎn)的低溫橡膠淤漿含有1-10wt％的橡膠。目前，一般運用丁基橡膠反應釜生產(chǎn)橡膠含量約為25wt％的橡膠淤漿。上述使用振動篩產(chǎn)生的問題，特別是結(jié)垢問題，在其中反應釜生產(chǎn)橡膠含量大于10wt％的橡膠淤漿的設備里會加劇。
1987年12月22日公開的Bruzzone的專利US 4,714,747(‘747專利)描述了生產(chǎn)丁基橡膠的方法。丁基橡膠反應本身是在自清潔的雙螺桿擠出機里實施的。在反應擠出機里生產(chǎn)的橡膠淤漿被輸送到立式出料螺桿，該立式出料螺桿迫使液體反應介質(zhì)從淤漿中分離出并把液體反應介質(zhì)排回到反應擠出機，同時允許氣態(tài)的單體-溶劑混合物經(jīng)過出料螺桿頂部的蒸氣出口管線向外排出。橡膠相進入在出料螺桿底部的加熱的雙螺桿脫溶劑器。
‘747專利里描述的方法和設備有幾個缺點。首先，該方法依賴反應介質(zhì)的蒸發(fā)冷卻以除去聚合熱。因此該方法僅僅適用于較高溫度(即-20到+150℃)的丁基橡膠聚合反應，這只有在可獲得合適的高溫催化劑的條件下才能有效。常規(guī)的反應溫度對于蒸發(fā)冷卻而言太低得多而不能用普通的反應介質(zhì)進行，并且常規(guī)的催化劑在較高的溫度下不能生產(chǎn)具有可接受的分子量的聚合物。第二，液體反應介質(zhì)在重力的作用下流回反應擠出機，而沒有首先從料流中移出，因此無法提供提純液體反應介質(zhì)的機會。沒有提純該液體反應介質(zhì)的機會將會導致雜質(zhì)的嚴重累積，這很可能導致降低的催化劑效率和/或產(chǎn)生低分子量聚合物。第三，與使用閃蒸罐相比，使用出料螺桿和螺桿脫揮發(fā)組分裝置來使殘留的反應介質(zhì)和單體汽化是無效力的。第四，反應是在雙螺桿擠出機里而不是在典型的丁基橡膠反應釜里實施的。為了有效地供給反應組分，此類反應擠出機的體積容量必須大。該尺寸的螺桿擠出機耗費資金，因此極大的提高了設備的成本。
Carl Hagberg在1998年7月22日的國際膠乳會議(International LatexConference)上發(fā)表的標題為“從膠乳乳液中擠出機離析聚合物和彈性體(Extruder Isolation of Polymers and Elastomers from Latex Emulsions)”的文章描述了從膠乳乳液中離析固態(tài)聚合物的室溫體系。該體系使用反向旋轉(zhuǎn)、非-嚙合雙螺桿擠出機來連續(xù)地從膠乳乳液中洗滌、脫水和干燥膠乳粒子。為了從料流中除去水，該體系進一步包括一個或多個包含反向旋轉(zhuǎn)的、全嚙合雙螺桿擠出機的機械過濾機。
Hagberg的設備和方法適合于在室溫下從膠乳/水乳液體系離析膠乳粒子，這是與異丁烯-二烯懸浮聚合完全不同的領(lǐng)域。異烯烴-二烯懸浮聚合是在低溫下于非水性介質(zhì)里實施，并且結(jié)合使用閃蒸罐除去反應介質(zhì)，而Hagberg的膠乳方法是在更高得多的溫度下在含水介質(zhì)中實施并且沒有使用閃蒸罐。Hagberg的非-嚙合雙螺桿擠出機設計適合于輸送在膠乳體系里的橡膠，而不適于輸送在異烯烴-二烯體系里的橡膠，部分原因是異烯烴-二烯體系里的結(jié)垢問題更嚴重。
1944年5月15日公開的美孚石油開發(fā)公司的專利GB 561,324(‘324專利)描述了生產(chǎn)丁基橡膠的低溫聚合法。聚合產(chǎn)品在其形成的同時受到捏合并被輸送到擠出機。大部分反應介質(zhì)在捏合機內(nèi)汽化。然后把橡膠輸入擠出機，在這里包括剩余單體的任何殘留反應介質(zhì)作為蒸氣被除去。反應介質(zhì)作為蒸氣被再循環(huán)利用，這要求在反應介質(zhì)進入反應釜之前將其冷卻。此方法也使用了蒸發(fā)冷卻，但加入低沸點組分(乙烯)以得到所需的低操作溫度。
發(fā)明概述本發(fā)明提供生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠的方法，其包括在反應釜中把異烯烴與二烯在液體非水性反應介質(zhì)中于-110℃至-50℃范圍內(nèi)的溫度下反應以生產(chǎn)在淤漿中的異烯烴-二烯橡膠；在分離區(qū)壓擠淤漿以將至少部分液體非水性反應介質(zhì)從異烯烴-二烯橡膠中分離出來；輸送分離出的液體非水性反應介質(zhì)脫離料流；以及把殘留的淤漿輸送到淤漿加工區(qū)。
本發(fā)明進一步提供一種用于生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠的設備，其包括用于在液體非水性反應介質(zhì)中在-110℃到-50℃范圍內(nèi)的溫度下生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠淤漿的反應釜；一種與反應釜流體連通的用于從橡膠中分離至少部分液體非水性反應介質(zhì)的壓擠分離器；一種與壓擠分離器流體連通的用于接收殘留淤漿的淤漿加工釜；以及一種與壓擠分離器流體連通的位于反應釜和淤漿加工釜之間的輸送裝置，用于輸送分離出的液體非水性反應介質(zhì)脫離料流。
本發(fā)明還進一步提供一種用于生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠的設備，其包括用于在液體非水性反應介質(zhì)中在-110℃到-50℃范圍內(nèi)的溫度下生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠的反應釜；以及用于把橡膠從反應釜輸送到淤漿加工釜中的與反應釜流體連通的自清潔全嚙合雙螺桿輸送機。
本發(fā)明還進一步提供一種用于把-110℃到-50℃范圍內(nèi)的溫度下的異烯烴-二烯橡膠淤漿從反應釜轉(zhuǎn)移到淤漿加工釜的出料裝置，其包括具有第一末端和第二末端的機筒；用于把橡膠接收進入機筒的鄰近第一末端的進料口；用于把橡膠從機筒中排出的鄰近第二末端的出料口；一組位于機筒內(nèi)部的在出料口以遠的第二末端的具有反螺紋的全嚙合同向旋轉(zhuǎn)螺桿；以及用于旋轉(zhuǎn)螺桿的裝置。
本發(fā)明的方法和設備有利地減少出料裝置中的堵塞，這減少了與該堵塞有關(guān)的停車時間。此外，本發(fā)明的方法和設備允許回收反應材料和反應體系中的能量，從而提高了該方法的成本有效性。在本發(fā)明的方法中，能量的使用可以減少最高至大約30％，并且可能更多。
根據(jù)本發(fā)明，一種用于生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠的設備包括反應釜、淤漿加工釜和位于在反應釜和淤漿加工釜之間的自清潔出料裝置，該出料裝置用來把橡膠淤漿從反應釜轉(zhuǎn)移到淤漿加工釜中。反應釜、自清潔出料裝置和淤漿加工釜可以整合到其它方面為常規(guī)的異烯烴-二烯橡膠工藝中。
反應釜可以是任何適于生產(chǎn)，特別是連續(xù)生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠的容器。反應釜必須能保持合適的反應溫度，一般在-110℃到-50℃的范圍內(nèi)。通常通過在反應釜外蒸發(fā)液態(tài)乙烯達到冷卻。再循環(huán)的低溫液體反應介質(zhì)可用于將供給反應釜的進料預冷卻。再循環(huán)的低溫液體反應介質(zhì)替代或連同預冷卻進料，可用來輔助冷凝壓縮的乙烯蒸氣，使其接近反應溫度。反應釜一般包括與用于把橡膠淤漿從反應釜中排出的出料裝置流體連通的出料口。在反應釜內(nèi)生產(chǎn)的橡膠淤漿包括高粘度橡膠部分和低粘度液體反應介質(zhì)部分。
第一方面，自清潔出料裝置的功能是把橡膠淤漿從反應釜輸送到淤漿加工釜。輸送裝置的自清潔特性避免需要使用其它方法防止橡膠粘著到出料裝置內(nèi)部，例如不需要使用蒸汽套管。
第二方面，出料裝置還可以用作壓擠分離器，以把高粘度橡膠從至少一部分低粘度反應介質(zhì)中分離出。正如下面所討論的，從反應介質(zhì)中分離橡膠可以回收反應介質(zhì)中的材料和與反應介質(zhì)的低溫相伴的能量。
自清潔出料裝置可以是任何用來把橡膠淤漿從反應釜輸送到淤漿加工釜的合適的自清潔裝置。在一個實施方案中，自清潔出料裝置是自清潔螺桿輸送機，優(yōu)選自清潔雙螺桿輸送機，更優(yōu)選自清潔全嚙合雙螺桿輸送機，再更加優(yōu)選自清潔全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿輸送機，更進一步優(yōu)選自清潔全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機。全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿通常比全嚙合反向旋轉(zhuǎn)設計在輸送材料方面更有效。在后者中，橡膠實質(zhì)上受到在一根螺桿的螺紋尖端和另一根螺桿的根部之間的碾磨作用，導致了高功率的消耗和對橡膠不必要的加工。
在具有一組全嚙合同向旋轉(zhuǎn)螺桿的出料裝置，例如自清潔全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機的情況下，出料裝置包括一組在機筒內(nèi)的全嚙合螺桿。優(yōu)選的布置是使出料裝置按與常規(guī)的擠出過程中使用的方式相反的方式運行。螺桿可以布置為使得優(yōu)選在反應釜的頂端從反應釜中抽出橡膠淤漿，通過進料口進入機筒，然后把淤漿輸送到淤漿加工釜中?？梢杂萌魏魏线m的方法來完成向淤漿加工釜中出料，例如，在機筒中有一個出料口(或一系列出料口)，優(yōu)選向下指入淤漿加工釜。
此外，螺桿軸的密封可以位于淤漿加工釜的相對反應釜的另一側(cè)并且用于旋轉(zhuǎn)螺桿的裝置(例如包括馬達和齒輪裝置的驅(qū)動裝置)位于密封以遠。反螺紋的螺桿段可以位于機筒內(nèi)的出料口(或者出料口系列)以遠以保證淤漿經(jīng)出料口(或出料口系列)排入淤漿加工釜并且沒有到達密封。這種布置容許密封和旋轉(zhuǎn)螺桿的裝置位于遠離低溫反應區(qū)的地方，使得設計和材料選擇明顯更簡單。用于調(diào)節(jié)由低溫反應釜和溫熱淤漿加工釜之間的溫差所引起的熱運動的裝置可以插放于出料裝置和淤漿加工釜之間。此類用于調(diào)節(jié)熱運動的裝置的實例是滑動法蘭盤或者波形接頭。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是其它設計也可用于把橡膠淤漿從螺桿排入到淤漿加工釜。
淤漿加工釜可以是任何可用于進一步加工橡膠淤漿的容器。在丁基橡膠廠里，淤漿加工釜可以是閃蒸罐。在橡膠要被鹵化和橡膠必須在溶液形式下的應用中，出料裝置可以配備溶劑進料口，以便可以引入必要的溶劑來啟動溶解過程。此外，出料不是排入含有熱水的閃蒸罐，而是排入可使橡膠溶解完全和殘留揮發(fā)性反應介質(zhì)蒸發(fā)的溶解容器中。
出料裝置也可以用作壓擠分離器，特別地在期望回收低溫液體反應介質(zhì)的情況下。優(yōu)選，這樣的壓擠分離器是自清潔的。壓擠是指“當固體被保留在壓縮表面之間時在允許液體逸出的條件下通過壓縮把液體從兩相固體-液體體系中分離。壓擠不同于過濾之處在于壓力是通過保留壁的運動而施加，而不是通過泵送材料進入固定的空間而施加”(Perry′s Chemical Engineers′Handbook，第六版，McGraw-Hill Inc.(1984)第19-103頁)?？梢允褂萌魏魏线m的壓擠分離器。在Perry′s Chemical Engineers′Handbook，第六版，McGraw-Hill Inc.(1984)第19-103到19-107頁里描述了壓擠和壓擠分離器，其中的公開內(nèi)容引入本文作為參考。螺桿分離器是優(yōu)選的，更優(yōu)選螺桿擠出機，再更優(yōu)選雙螺桿擠出機。特別優(yōu)選的是全嚙合雙螺桿擠出機，例如全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機或者全嚙合反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機。全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機是更優(yōu)選的，由于它更有效，它消耗較少功率并且它使橡膠受到較少的碾磨作用。
在壓擠分離器是全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機的情沖下，優(yōu)選的布置類似于上面描述的僅用來把橡膠從反應釜輸送到閃蒸罐的一組全嚙合的同向旋轉(zhuǎn)螺桿的幾何結(jié)構(gòu)，但是比其更復雜。當被用作壓擠分離器時，全嚙合的同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機可包含第一段，在該第一段中設計螺桿幾何結(jié)構(gòu)以從反應釜輸送橡膠淤漿的滿流。沿著螺桿方向的分路，幾何結(jié)構(gòu)可以改變以便螺桿只具有足夠的容量來輸送橡膠部分，橡膠仍然由于吸收液體反應介質(zhì)而被溶脹。用這樣的方式，液體反應介質(zhì)從橡膠淤漿中壓擠出，從而完成至少部分液體反應介質(zhì)從橡膠中分離。幾何結(jié)構(gòu)的改變可以特別包括例如改變螺距、螺紋導程和成型段長度。然后把橡膠部分出料入淤漿加工釜，例如經(jīng)由如上所述的出料口(或者出料口系列)。
與壓擠分離器在反應釜和淤漿加工釜之間的一處(或多處)流體連通的輸送裝置可用來輸送從來自壓擠分離器的料流分離出的液體反應介質(zhì)。輸送從料流中分離出的液體反應介質(zhì)提供了許多回收和/或再循環(huán)利用的機會。例如全部或者部分液體反應介質(zhì)可再循環(huán)回到反應釜中。通過把此低溫介質(zhì)送回到反應釜，輸送到反應釜中的新鮮進料的數(shù)量相應地降低，從而需要較少能量來冷卻進料。然而，新鮮進料不需要較高的單體濃度以補償在被送回的反應介質(zhì)里消耗的單體濃度。此外，工廠蒸氣循環(huán)系統(tǒng)的負荷極大地降低，特別是考慮到必須把水從自閃蒸罐再循環(huán)的蒸氣中除去。
全部或者部分液體反應介質(zhì)在被再循環(huán)流回反應釜之前可以經(jīng)過提純步驟以減少污染的可能性和減少對在反應釜里的聚合反應有毒物的累積。提純可以通過下列方式完成，例如，通過過濾，通過吸附劑(例如分子篩，硅鋁酸鹽)，通過它們的組合，等等?？梢詫嵤┮后w反應介質(zhì)的提純是為了，例如，除去累積的反應副產(chǎn)物，從分離料流中分離催化劑殘留物，等等。提純的反應介質(zhì)的全部或者部分可再循環(huán)回到反應釜中。
液體反應介質(zhì)的能量可以用各種各樣的方式來回收。例如a.液體反應介質(zhì)可以輸送到分離式熱交換器中用來冷卻一種或多種反應組分的進料，特別是用于冷卻混合進料。
b.液體反應介質(zhì)可用來幫助冷卻反應釜，例如，通過把液體反應介質(zhì)輸送到熱交換器中以輔助冷凝經(jīng)壓縮的反應冷卻劑(例如乙烯蒸氣)，使得冷卻劑接近反應溫度。
c.如上所述，液體反應介質(zhì)可以再循環(huán)回到反應釜中。
d.輸送裝置本身可以用作冷卻反應釜進料的熱交換器。
可以應用以上所述的方式的任何組合并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地確定其它方式，該方式中分離的液體反應介質(zhì)可用來降低工藝的總成本。
輸送裝置可以是任何合適的用于輸送從料流中分離的液體反應介質(zhì)的裝置。它可以是簡單的管道、帶有過濾器的管道、泵、它們的組合，等等。在一種實施方案中，該輸送裝置是機械過濾器。機械過濾器有利地提供從橡膠淤漿的橡膠部分進一步分離液體反應介質(zhì)，此外還用作分離的液體反應介質(zhì)的輸送裝置。在一種實施方案中，該機械過濾器是螺桿輸送機，例如全嚙合反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機或全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機。當迫使橡膠回到壓擠分離器中時，機械過濾器能允許液體反應介質(zhì)經(jīng)過它而通過。優(yōu)選地，輸送裝置是全嚙合反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機，其中在螺桿螺紋上的間隙和螺桿間的間隙可允許較低粘度液體反應介質(zhì)通過的同時，運行螺桿以將高粘度橡膠相推回到壓擠分離器中。
在一種實施方案中，淤漿加工釜是閃蒸罐(或者如其可以被稱作閃蒸槽)。閃蒸罐通常是一個在底部有一池水，優(yōu)選熱水的大罐。閃蒸罐里的水可以被加熱，例如通過蒸汽。從出料裝置排出的橡膠淤漿落入水里，在這里反應介質(zhì)和剩余單體汽化，在熱水里留下粗淤漿形式的橡膠。如果需要的話，當橡膠淤漿的料流從出料裝置流出時可以使用蒸汽噴射流粉碎該料流。盡管為了降低橡膠粘附到閃蒸罐側(cè)壁上的機率，通常優(yōu)選在靠近罐的橫截面中間的位置排出橡膠，但是從出料裝置排出的橡膠可以在閃蒸罐的任何位置出料。
在本領(lǐng)域中異烯烴-二烯橡膠是公知的。此類橡膠特別包括，例如，丁基橡膠(IR)，溴化丁基橡膠(BIIR)，氯化丁基橡膠(CIIR)。丁基橡膠可以通過單體(例如異丁烯(97-99.5wt％)與少量的異戊二烯(3.0-0.5wt％))在含有催化劑的液體非水性反應介質(zhì)里懸浮共聚而形成。其它共聚單體或三元共聚單體可以用來改變橡膠的性能。聚合反應優(yōu)選在連續(xù)反應釜里，在反應溫度為約從-110℃到-50℃，例如約從-110℃到-70℃，或者約從-100℃到-90℃的條件下實施。在反應中形成的橡膠通常不溶于反應介質(zhì)并且形成細粒在反應介質(zhì)里的懸浮液(淤漿)。當橡膠被描述為固體或者顆粒狀物形式時，本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解這樣的橡膠固體或者粒子是十分柔軟的，它們通過吸收的液體而溶脹以致使它們形成高粘度相。鹵化丁基橡膠(例如氯化丁基橡膠和溴化丁基橡膠)可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式，將丁基橡膠鹵化而形成。
可以使用任何適合的液體非水性反應介質(zhì)，例如，烷基鹵，硫酰氯，等等。烷基鹵是優(yōu)選的，特別是氯代甲烷。可以使用任何適合的催化劑，例如Friedal-Craft′s催化劑，共催化劑，等等。氯化鋁是優(yōu)選的催化劑。溫度為從約-110℃到-50℃，例如從約-110℃到-70℃，或者從約-100℃到-90℃。該方法通常是在大約環(huán)境壓力下實施的，例如約0.7atm-1.2atm。
希望在反應釜里生產(chǎn)的橡膠淤漿的橡膠含量盡可能高以降低再循環(huán)反應介質(zhì)的需求。然而，一般對產(chǎn)自反應釜的淤漿中的橡膠含量有實際的限制。通常，淤漿內(nèi)的橡膠含量大約為10wt％-40wt％。橡膠含量可以約為20wt％-30wt％或者約25wt％。橡膠的“粒子”尺寸可以相差很大，但一般約為20微米數(shù)量級?？赡馨l(fā)生粒子附聚，這使得粒子尺寸增大，特別在淤漿的后續(xù)加工期間。
當不進行再循環(huán)的時候，在反應釜里生產(chǎn)的橡膠淤漿通過如上所述的出料裝置輸送到淤漿加工區(qū)。當進行液體反應介質(zhì)和/或能量的再循環(huán)時，從反應釜排出的橡膠淤漿進入自清潔分離區(qū)，在該處淤漿被壓擠以使得至少部分液體非水性反應介質(zhì)從橡膠中分離出來。分離的液體反應介質(zhì)被輸送脫離料流。把剩余的包括殘余液體反應介質(zhì)和橡膠的淤漿輸送到淤漿加工區(qū)。用于壓擠橡膠淤漿和用于輸送從料流分離的反應介質(zhì)的設備的例子在上文已經(jīng)描述。
在一種實施方案中，淤漿加工區(qū)可以在閃蒸罐里。在閃蒸罐里，橡膠淤漿與熱水接觸并且含有未反應單體的液體反應介質(zhì)汽化，在熱水中留下粗淤漿形式的橡膠。在該階段，可以向橡膠淤漿中加入少量的抗附聚劑和穩(wěn)定劑來防止淤漿粒子的進一步附聚以及在進一步加工的期間保護橡膠防止其降解。可以加入堿，例如氫氧化鈉，用來中和催化劑殘留物。在含有未反應單體的汽化反應介質(zhì)再循環(huán)回到反應釜之前，把該反應介質(zhì)從閃蒸罐中移出，然后干燥，壓縮(冷卻)和提純。
在異烯烴-二烯橡膠工藝中，其它的加工和設備元件是常規(guī)的，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的，并且可以與在此描述的本發(fā)明的設備和方法結(jié)合使用。
附圖簡述為了可以更清楚地理解本發(fā)明，現(xiàn)在通過實施例詳細描述本發(fā)明優(yōu)選的實施方案，以附圖為參考，其中

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)丁基橡膠的方法的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的設備的第一種實施方案的示意圖，其中把自清潔同向旋轉(zhuǎn)全嚙合雙螺桿擠出機用作從丁基橡膠反應釜輸送到閃蒸罐的出料體系。
圖3A是自清潔全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機的螺桿的一段的平面圖。
圖3B是圖3A的螺桿在多個旋轉(zhuǎn)位置上的一系列端截面視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的設備的第二種實施方案的示意圖，其中把全嚙合反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機與自清潔同向旋轉(zhuǎn)全嚙合雙螺桿擠出機排料體系結(jié)合用作機械過濾器。
圖5是根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)丁基橡膠的方法的一種實施方案的示意圖，其中液體反應介質(zhì)再循環(huán)返回反應釜；并且，圖6是根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)丁基橡膠的方法的另一種實施方案的示意圖，其中液體反應介質(zhì)的能量被用來冷卻混合進料料流。
優(yōu)選實施方案的描述參見圖1，描述了用于丁基橡膠的總體生產(chǎn)的現(xiàn)有技術(shù)工業(yè)化方法。把在氯代甲烷中混合的異丁烯和異戊二烯單體的進料流2和溶于氯代甲烷的氯化鋁催化劑的進料流4在低于約-90℃的溫度下連續(xù)地加入到丁基橡膠反應釜6中。在低于約-90℃的溫度下在催化劑的存在下，異丁烯和異戊二烯共聚合，形成丁基橡膠在氯代甲烷和殘余單體中的懸浮液(淤漿)。在冷卻系統(tǒng)10里通過液態(tài)乙烯的蒸發(fā)來冷卻反應釜6內(nèi)的物質(zhì)。反應釜6內(nèi)的丁基橡膠淤漿經(jīng)受葉輪12產(chǎn)生的高流速，從而減少了在反應釜內(nèi)表面上橡膠的聚積。把橡膠濃度約為25wt％的橡膠淤漿從反應釜6的頂部排出經(jīng)過帶蒸汽套管的出料管道14進入閃蒸罐16中。在閃蒸罐16的底部是一池溫度約為75℃的熱水18，其由經(jīng)過管線20的蒸汽流連續(xù)地加熱。當?shù)蜏叵鹉z淤漿接觸熱水的時候，氯代甲烷和殘留的異丁烯和異戊二烯汽化，同時丁基橡膠在熱水中形成粗淤漿。氣態(tài)的氯代甲烷，異丁烯和異戊二烯與水蒸汽一起從閃蒸罐16的頂部抽出。然后蒸氣經(jīng)過多個加工步驟17，包括干燥、壓縮和提純，留下作為提純液體的本體，其經(jīng)過管線19再循環(huán)進入進料流2。把抗附聚劑(0.4-1.0wt％，以硬脂酸和硬脂酸鋅混合物的橡膠為基準計)和穩(wěn)定劑(0.02-0.15wt％的烷基化二苯基胺，烷基化苯基胺、烷基化苯酚或烷基化亞磷酸苯基酯)的料流22加入到閃蒸罐16內(nèi)的熱水中。同樣把氫氧化鈉料流24加入到熱水中，以中和催化劑殘留物。通過在脫水濾網(wǎng)上篩濾，將粗橡膠淤漿從總水28中分離出來，然后相繼地加料入脫水擠出機30和干燥擠出機32，在此處大部分剩余水被壓擠出。一些情況下，為了在將橡膠傳送到脫水濾網(wǎng)之前進一步除去殘留的揮發(fā)性材料，在閃蒸罐下游可以使用一個或多個附加的汽提釜。在離開干燥擠出機32時，熱壓縮橡膠由殘余水產(chǎn)生的蒸汽粉碎成松散的、多孔的碎膠粒34，其已在加壓下被加熱。冷卻碎膠粒34并使剩余水在輸送機36上蒸發(fā)。然后碎膠粒34被加入打包機38，其中把碎膠粒壓實成膠包，在聚乙烯包裝紙中包裝并且堆放以便運輸。
參見圖2，描述了根據(jù)本發(fā)明的設備的第一種實施方案的示意圖。該設備提供了橡膠淤漿從丁基橡膠反應釜到閃蒸罐的簡單出料。丁基橡膠反應釜50與自清潔全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機55流體連通，該擠出機包括一對螺桿56，一個機筒57，在機筒底部的一個孔58和一個包括馬達和齒輪裝置的用于旋轉(zhuǎn)螺桿的驅(qū)動裝置59。為簡化制造，擠出機55可以分段建造，并組裝成一個裝置。擠出機55橫穿閃蒸罐60，使得孔58接近閃蒸罐的中央。擠出機55與用于調(diào)節(jié)設備的熱運動的波形接頭63a、63b一起安裝在閃蒸罐60上。每個螺桿的旋轉(zhuǎn)軸封62(僅顯示一個)位于螺桿軸離開閃蒸罐的位置，并且用來防止蒸氣的滲漏或者空氣的進入。閃蒸罐60的密閉的頂部包括氣體管線出口61，經(jīng)由該管線出口氣態(tài)的氯代甲烷和氣態(tài)的殘留異丁烯和異戊二烯單體從閃蒸罐中抽出。橡膠淤漿從反應釜50的頂部排出，并經(jīng)由擠出機55，通過一組螺紋65，其傾斜至使淤漿在擠出機中位移，而輸送。全嚙合同向旋轉(zhuǎn)螺桿56的自刮凈作用防止橡膠粘附到擠出機內(nèi)部的表面上，從而防止了擠出機的堵塞。當?shù)竭_孔58時，橡膠淤漿落入閃蒸罐60并接觸閃蒸罐底部的熱水(未顯示)，從而氯代甲烷和殘留的異丁烯和異戊二烯單體汽化。為防止橡膠淤漿從孔58旁邊經(jīng)過，螺桿56在孔以遠包含一組反螺紋66。反螺紋66傾斜到把橡膠淤漿推回擠出機并且經(jīng)該孔推出。
為了進一步描述全嚙合同向旋轉(zhuǎn)螺桿對，參考圖3A和3B。圖3A是螺桿的一段的平面圖，其中橡膠淤漿沿著擠出機輸送。第一根螺桿100包括一道或多道槽，一道標記為102，和第一組螺紋，一條螺紋標記為101。第二根螺桿120包括一道或多道槽，一道標記為122，和第二組螺紋，一條螺紋標記為121。在這種實施方案里，顯示出了雙頭排列。類似的作用可以由具有單頭或者多于兩個的多頭螺桿來獲得。
兩個螺桿相互嚙合，使得當它們旋轉(zhuǎn)時一根螺桿上的一條螺紋的尖端刮擦另一根螺桿的槽中的一道槽。兩根螺桿的旋轉(zhuǎn)運動由齒輪傳動到螺桿而是同步的。兩組螺紋完全嚙合，使得一組螺紋上的一條螺紋的尖端刮擦第二組螺紋上的鄰近螺紋的面。當螺桿旋轉(zhuǎn)時，在特定的軸向位置，刮擦作用在第一和第二組螺紋之間交替進行。這可以在圖3B中更清楚地看出，該圖為圖3A的雙螺桿通過A-A截面截取的在多個不同的旋轉(zhuǎn)位置上，例如0°、15°、33°、45°、57°、65°、90°、105°、125°、135°、147°、155°和180°的一系列截面端視圖。在下述討論中，顯然的是任何一個旋轉(zhuǎn)位置上標記的參考數(shù)字也相應地適用于另一個旋轉(zhuǎn)位置。
仍然參見圖3B，能夠看出各螺桿的橫截面通常包括三部分。參考第一根螺桿100，但是類似描述同樣也適用于第二根螺桿120。參見0°旋轉(zhuǎn)位置，第一根螺桿100包括兩個構(gòu)成螺紋的短的圓柱形部分104、105，然后在理論上修正的剖面圖上，兩個構(gòu)成螺根的更為圓柱形的部分106、107，和四個形成槽的其余部分的一般橢圓形的部分108、109、110、111。在實際上，為了制造方便，幾何結(jié)構(gòu)與理論上修正的不同，但是只要偏差不大，就幾乎沒有損害。參見33°旋轉(zhuǎn)位置，在圓柱形的螺紋部分和橢圓形的部分之間有四個轉(zhuǎn)變點113、114、115、116。螺桿的旋轉(zhuǎn)方向由兩個螺桿100和120內(nèi)的箭頭來表示。在從0°旋轉(zhuǎn)位置旋轉(zhuǎn)到99°旋轉(zhuǎn)位置期間，第一根螺桿100的低處螺紋刮擦第二根螺桿120的槽。當經(jīng)過三個位相時可以看到刮擦作用。在從0°到33°的第一位相中，第一根螺桿上的點115刮擦第二根螺桿的槽。在從33°到57°的第二位相中，第一根螺桿上圓柱形的部分105刮擦第二根螺桿的螺根。在從57°到90°的第三位相中，第一根螺桿上的點116刮擦第二根螺桿的槽。
顯然的是在從90°旋轉(zhuǎn)位置到180°旋轉(zhuǎn)位置的過程中，按照如上所述類似方式，第二根螺桿120的上部螺紋刮擦第一根螺桿100的槽。也顯然的是在180°和270°之間以及在270°和360°之間的旋轉(zhuǎn)也遵循類似的模式。例如，在180°與270°之間旋轉(zhuǎn)過程中，第一根螺桿100的點113、114和圓柱形的部分104將刮擦第二根螺桿120的槽。因此，可以把螺桿360°旋轉(zhuǎn)的循環(huán)看作四個90°循環(huán)，其中第一和第二螺桿交替地互相刮擦。同樣類型的自刮凈作用可以在沿著螺桿長度的任何橫截面A-A上觀察到。
正如上文所指出的，螺紋尖端在形狀上是圓柱形的。它們的直徑要達到可提供在機筒圓柱形部分內(nèi)部的間隙并且要允許有足夠的寬度，以便為順利的機械操作提供足夠的支撐面。
參見圖4，描述了根據(jù)本發(fā)明的設備的第二種實施方案的示意圖。該設備提供將橡膠淤漿從丁基橡膠反應釜到閃蒸罐的出料，并提供從橡膠分離至少部分液體反應介質(zhì)。丁基橡膠反應釜250與自清潔全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機255流體連通，該擠出機包括一對螺桿256、一個機筒257、在機筒底部中的一個孔258和包括馬達和齒輪裝置的用于旋轉(zhuǎn)螺桿的驅(qū)動裝置259。為了簡化制造，擠出機255可以分段建造并且組裝成一個裝置。擠出機255橫穿閃蒸罐260，使得孔258靠近閃蒸罐的中央。擠出機255與用來調(diào)節(jié)設備的熱運動的波形接頭263a、263b一起安裝在閃蒸罐260上。各螺桿的旋轉(zhuǎn)軸封262(僅顯示出一個)位于螺桿軸離開閃蒸罐的位置，并且用來防止蒸氣的滲漏或空氣進入。閃蒸罐260的密閉頂部包括氣體管線出口261，通過該出口氣態(tài)氯代甲烷以及氣態(tài)殘留的異丁烯和異戊二烯單體從閃蒸罐抽出。以全嚙合反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機270形式的機械過濾器與擠出機255流體連通。
橡膠淤漿從反應釜250的頂部排出并經(jīng)過擠出機255通過一組螺紋265而輸送，該螺紋傾斜至使得淤漿在擠出機內(nèi)位移并且其間隔至使得淤漿被壓擠，從而使高粘度橡膠相沿著擠出機向前輸送，同時低粘度液體反應介質(zhì)能夠通過螺桿槽倒漏。全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機的螺桿槽描述了螺旋形流道，經(jīng)過該流道液體反應介質(zhì)可以經(jīng)過擠出機流回。該組螺紋265可以包括第一區(qū)267，在該區(qū)中為了供應經(jīng)過擠出機255的相對大體積量的液體反應介質(zhì)，該螺紋相對較寬地間隔開。沿著擠出機朝向孔258的更遠處，該組螺紋265包括螺紋相互間隔緊密的第二區(qū)268。螺距的改變產(chǎn)生壓力梯度，這導致了液體反應介質(zhì)的壓擠分離。用這樣的方式，在擠出機內(nèi)的橡膠和反應介質(zhì)之間進行分離。全嚙合同向旋轉(zhuǎn)螺桿256的自刮凈作用防止橡膠粘附到擠出機內(nèi)表面，從而防止擠出機堵塞。
沿著第一區(qū)267的某個位置，作為以全嚙合反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機270，例如NFM/Welding Engineers Inc.(馬西隆，俄亥俄州，美國)的Mech FiltTM擠出機形式的機械過濾器配備的輸送裝置與同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機255流體連通。反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機270包括一對螺桿276，一個機筒277，機筒側(cè)面內(nèi)的一個出料口278和包括馬達和齒輪裝置的用于旋轉(zhuǎn)螺桿的驅(qū)動裝置279。反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機270的螺桿設計用以把橡膠推回到同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機255中。然而，因為反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機270在螺桿之間和在螺桿的螺紋和機筒之間的間隙窄，低粘度液體能向上通過擠出機270，而橡膠不能。從而橡膠被保留在擠出機255之內(nèi)而不允許從擠出機270中排出。把分離出的液體反應介質(zhì)輸送脫離料流并且從反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機270中經(jīng)由出料口278排出。
繼續(xù)經(jīng)過同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機255的橡膠和殘余液體反應介質(zhì)最后達到孔258，落入閃蒸罐260中并且接觸閃蒸罐底部的熱水(未顯示)，從而把氯代甲烷和殘留的異丁烯和異戊二烯單體汽化。為了防止橡膠從孔258旁邊經(jīng)過，螺桿256在孔以遠包括一組反螺紋266。反螺紋266設計用來把橡膠淤漿推回到擠出機255中并且經(jīng)孔258而排出。
圖5描述了根據(jù)本發(fā)明用于生產(chǎn)丁基橡膠的方法的一種實施方案，其中液體反應介質(zhì)再循環(huán)回丁基橡膠反應釜中。新鮮進料300與再循環(huán)的材料318一起進入儲存和摻混體系320，該體系在接近環(huán)境溫度的條件下操作。把包括在液體氯代甲烷中的按該方法要求比例的異丁烯和異戊二烯單體的混合進料301從儲存和摻混體系320輸送到加料冷卻器321，在此處混合進料被冷卻到低于約-90℃。在冷卻后，將混合進料與來自管線312的低溫的分離出的液體反應介質(zhì)結(jié)合形成組合進料料流302。把低溫的組合進料料流302和在液體氯代甲烷中氯化鋁催化劑的低溫(約低于-90℃)催化劑進料流303連續(xù)地加入反應釜305，在反應釜中聚合是在通過利用蒸發(fā)液態(tài)乙烯的冷卻系統(tǒng)306而通常保持在約-90℃到約-98℃的溫度下發(fā)生。把在聚合期間得到的橡膠淤漿輸送到自清潔同向旋轉(zhuǎn)全嚙合雙螺桿擠出機310中，在此處通過壓擠把橡膠相從液體反應介質(zhì)中分離出。在閃蒸罐315中，通過約75℃溫度的熱水把殘留的氯代甲烷和單體從橡膠中閃蒸出來。氯代甲烷和單體蒸氣通過管線316輸送并且經(jīng)過多個加工步驟317，包括干燥、壓縮和提純，留下作為提純液體的本體，其通過管線318再循環(huán)進入儲存和摻混體系320中，在此處它與新鮮進料300混合。通過反向旋轉(zhuǎn)全嚙合雙螺桿擠出機311，輸送低溫的分離出的液體反應介質(zhì)脫離來自同向旋轉(zhuǎn)全嚙合雙螺桿擠出機310的料流，然后通過管線312輸送并與形成進入反應釜305的組合進料流302的混合進料結(jié)合。低溫液體反應介質(zhì)的再循環(huán)導致了用于冷卻數(shù)量降低的混合進料的較少能量。該方法的其它特征是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。
圖6描述根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)丁基橡膠的方法的另一種實施方案，其中把低溫液體反應介質(zhì)的能量用來冷卻氯代甲烷和單體的混合進料。新鮮進料400與再循環(huán)的材料418一起進入儲存和摻混體系420，該體系在接近環(huán)境溫度的條件下操作。把包括在液體氯代甲烷中的按該方法所要求比例的異丁烯和異戊二烯單體的混合進料401從儲存和摻混體系420輸送到預熱交換器422中，然后輸送到最終冷卻器421中，在最終冷卻器中把混合進料冷卻到低于約-90℃的溫度下以形成低溫混合進料流402。把低溫混合進料流402和氯化鋁催化劑在氯代甲烷中的低溫(低于約-90℃)催化劑進料流403連續(xù)地加入反應釜405中，在反應釜中聚合是在通過利用蒸發(fā)液態(tài)乙烯的冷卻系統(tǒng)406而通常保持在約-90℃到約-98℃的溫度下發(fā)生。把在聚合期間得到的橡膠淤漿輸送到自清潔同向旋轉(zhuǎn)全嚙合雙螺桿擠出機410中，在此處通過壓擠把橡膠相從液體反應介質(zhì)中分離出。在閃蒸罐415中，通過約75℃溫度的熱水把殘留的氯代甲烷和單體從橡膠中閃蒸出來。氯代甲烷和單體蒸氣通過管線416輸送并且經(jīng)過多個加工步驟417，包括干燥、壓縮和提純，留下作為提純液體的本體，其通過管線418再循環(huán)進入儲存和摻混體系420。通過反向旋轉(zhuǎn)全嚙合雙螺桿擠出機411，輸送低溫的分離出的液體反應介質(zhì)脫離來自同向旋轉(zhuǎn)全嚙合雙螺桿擠出機410的料流，并且通過管線412輸送到預熱交換器422，從而為混合進料提供足夠的冷卻。以此方式，使用液態(tài)乙烯，通過熱交換器作為最終冷卻器421而需要較少能量以在混合進料進入反應釜405之前將其冷卻。在把分離的液體反應介質(zhì)用來幫助冷卻混合進料之后，通過管線423把分離的液體反應介質(zhì)輸送到閃蒸罐中，在此處揮發(fā)性組分(例如氯代甲烷和單體)被汽化和如上所述再循環(huán)，而非揮發(fā)性組分(例如低聚物和低分子量聚合物組分)成為橡膠的一部分。該方法的其它特征是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。
本發(fā)明的方法可以工業(yè)或中試規(guī)模應用，然而在工業(yè)和中試規(guī)模的方法之間某些工藝條件可以不同。在工業(yè)規(guī)模上，反應釜內(nèi)的流量可以約為12,000kg/h，而在中試規(guī)模上，流量可以約為8kg/h。在混合進料中，工業(yè)規(guī)模上氯代甲烷與單體的比率可約為69∶31，而中試規(guī)模上此比率可約為82∶18。工業(yè)規(guī)模上從反應釜排出的氯代甲烷、剩余單體和橡膠的出料濃度可按比率分別約為69∶6∶25，而中試規(guī)模的反應釜中該比率可分別約為82∶6∶12。
在壓擠分離器(例如全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機)中把液體反應介質(zhì)從橡膠中分離的情況下，從擠出機排出的固體的濃度在工業(yè)和中試規(guī)模都可約為68wt％。因此，在工業(yè)規(guī)模上，分離用于再循環(huán)的液體的數(shù)量可約為84％；而在中試規(guī)模上，分離用于再循環(huán)的液體的數(shù)量可約為94％。如果工業(yè)規(guī)模上分離用于再循環(huán)的液體的數(shù)量可約為84％，則在本發(fā)明的工業(yè)化方法中通過冷凍移出的總熱量是在常規(guī)的工業(yè)化方法中的相應量的約70％。就圖5表示的實施方案來說，從閃蒸罐再循環(huán)的汽化反應介質(zhì)的量減少而導致更為經(jīng)濟。
特別可以中試規(guī)模使用的全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機可具有一個雙頭設計，該設計的螺紋導程約38mm，螺桿直徑約24mm，擠出機長度約36倍直徑以及轉(zhuǎn)速約100rpm。
盡管這樣具體地描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是可以在下文本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)進行改進。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠的方法，其包括(a)在反應釜中在-110℃到-50℃的溫度下將異烯烴與二烯在液體非水性反應介質(zhì)中反應，以生產(chǎn)在淤漿中的異烯烴-二烯橡膠；(b)在分離區(qū)內(nèi)壓擠淤漿，以將至少部分液體非水性反應介質(zhì)從異烯烴-二烯橡膠中分離出來；(c)輸送經(jīng)分離出的液體非水性反應介質(zhì)脫離料流；以及，(d)把殘留的淤漿輸送到淤漿加工區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其進一步包括再循環(huán)經(jīng)分離出的液體非水性反應介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中在分離區(qū)內(nèi)壓擠的淤漿具有異烯烴-二烯橡膠的起始濃度為10重量％-40重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的方法，其中淤漿的壓擠是通過全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機完成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中液體非水性反應介質(zhì)的分離進一步通過一個與全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機流體連通的機械過濾器完成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中機械過濾器是一個全嚙合反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項的方法，其中異烯烴-二烯橡膠是丁基橡膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項的方法，其中淤漿加工區(qū)是在閃蒸罐內(nèi)。
9.一種用于生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠的設備，其包括(a)用于在液體非水性反應介質(zhì)中在-110℃到-50℃溫度下生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠淤漿的反應釜；(b)用于將至少部分液體非水性反應介質(zhì)從橡膠中分離出的與反應釜流體連通的壓擠分離器；(c)用于接收殘留淤漿的與壓擠分離器流體連通的淤漿加工釜；和，(d)位于反應釜和淤漿加工釜之間，與壓擠分離器流體連通的用于輸送經(jīng)分離出的液體非水性反應介質(zhì)脫離料流的輸送裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設備，其中輸送裝置包括與壓擠分離器流體連通的用于進一步從橡膠中分離至少部分液體反應介質(zhì)的機械過濾器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設備，其中機械過濾器是全嚙合反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項的設備，其進一步包括用于將至少部分的經(jīng)分離出的液體反應介質(zhì)再循環(huán)進入反應釜的與輸送裝置流體連通的再循環(huán)裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項的設備，其進一步包括一個熱交換裝置，該熱交換裝置與輸送裝置流體連通并用于接收用來冷卻一種或多種反應組分的一個或多個進料流的至少部分的經(jīng)分離出的液體反應介質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項的設備，其中壓擠分離器是全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項的設備，其中淤漿加工釜是閃蒸罐。
16.一種用于生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠的設備，其包括(a)用于在液體非水性反應介質(zhì)中在-110℃到-50℃溫度下生產(chǎn)異烯烴-二烯橡膠的反應釜；和，(b)用于將橡膠從反應釜轉(zhuǎn)移到淤漿加工釜的與反應釜流體連通的自清潔全嚙合雙螺桿輸送機。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設備，其中輸送機是自清潔全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17的設備，其中淤漿加工釜是閃蒸罐。
19.一種出料裝置，其用于將-110℃到-50℃溫度下的異烯烴-二烯橡膠淤漿從反應釜轉(zhuǎn)移到淤漿加工釜，該裝置包括(a)具有第一末端和第二末端的機筒；(b)接近第一末端的進料口，用于把橡膠接收進入機筒；(c)接近第二末端的出料口，用于把橡膠從機筒中排出；(d)一組位于機筒內(nèi)部的全嚙合、同向旋轉(zhuǎn)螺桿，其在出料口以遠的第二末端處具有反螺紋；和，(e)用于旋轉(zhuǎn)螺桿的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的出料裝置，其中所述的一組螺桿是一對全嚙合同向旋轉(zhuǎn)的螺桿。
全文摘要
在異烯烴－二烯橡膠生產(chǎn)方法(例如丁基橡膠生產(chǎn)方法)中，把在反應釜中得到的低溫橡膠淤漿從反應釜輸送到閃蒸罐，在此期間可以壓擠低溫淤漿以將至少部分低溫液體反應介質(zhì)從異烯烴－二烯橡膠中分離出來。分離的低溫液體反應介質(zhì)被輸送脫離料流，例如通過機械過濾器，其中可把該反應介質(zhì)再循環(huán)回反應釜中和/或可把該反應介質(zhì)用于冷卻反應組分的一個或多個進料流。把異烯烴－二烯烯膠和殘余液體反應介質(zhì)輸送入閃蒸罐用于進一步加工。能夠分離和再循環(huán)低溫液體反應介質(zhì)使得該方法更加經(jīng)濟。在一個方面，可通過自清潔全嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機把淤漿從反應釜輸送到閃蒸罐，這有助于克服由于橡膠粘附到淤漿轉(zhuǎn)移裝置的表面而引起的堵塞問題。
文檔編號C08L23/22GK1670046SQ200510062809
公開日2005年9月21日 申請日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者J·洛夫格羅夫, H-J·米克 申請人:蘭科瑟斯有限公司