一種用于制造聚酰胺的裝置及系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】一種用于制造聚酰胺的裝置及系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年5月I日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/818，048的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其公開內(nèi)容通過(guò)引用以其全部?jī)?nèi)容結(jié)合在此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開內(nèi)容涉及用于制造聚酰胺的裝置和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]聚酰胺經(jīng)由以下方法獲得:其中將二胺(例如，六亞甲基-1，6-二胺)和二羧酸(例如，己二酸)，有時(shí)是水中的兩種組分的羧酸銨鹽的形式在縮聚條件下(例如，在180°C至300°C的范圍內(nèi)的溫度)聚合。縮合反應(yīng)產(chǎn)生聚酰胺(例如，尼龍6，6)和水作為副產(chǎn)物。水副產(chǎn)物在聚酰胺合成工藝的多個(gè)階段產(chǎn)生。
[0005]聚酰胺合成工藝有時(shí)包括管式反應(yīng)器的使用。這種管式反應(yīng)器包括位于沿反應(yīng)器的長(zhǎng)度的排放口，其中允許在聚酰胺合成工藝的過(guò)程中以水蒸氣的形式產(chǎn)生的水逸出。在通過(guò)洗刷系統(tǒng)之后，一般允許排放的水蒸氣逸出至大氣中或在洗刷中冷凝并通過(guò)至廢水處理工藝。
[0006]在關(guān)于可以排放至局部下水道系統(tǒng)中的水的量沒有限制的司法區(qū)域中，或在水至下水道系統(tǒng)中的排放相對(duì)廉價(jià)的情況下，水的處置可以意義很小或沒有意義。但是存在關(guān)于可以丟棄的水的量存在限制并且存在與超過(guò)該限制相關(guān)的顯著的成本后果的司法區(qū)域。另外，大體積的脫礦物質(zhì)的水的使用可以存在顯著的成本。因此，對(duì)用于從聚酰胺-制造設(shè)備回收水的方法和系統(tǒng)存在持續(xù)的需求，尤其是在當(dāng)超過(guò)水排放極限時(shí)產(chǎn)生顯著的成本后果的司法區(qū)域中。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]丟棄在聚酰胺合成工藝的過(guò)程中產(chǎn)生的水是有問題的，尤其是當(dāng)它是液體形式并且可以以提純的形式(例如，以提純的液體形式)回收并以液體形式(例如，構(gòu)成二胺/二羧酸溶液)或氣態(tài)形式(即，以蒸汽的形式，其中可以使用蒸汽將熱傳遞到聚酰胺合成工藝的一個(gè)或多個(gè)部件)在工藝中重新使用的情況。
[0008]本公開內(nèi)容涉及一種用于制造聚酰胺的裝置，所述裝置包括:
[0009]進(jìn)一步聚合部分聚合的聚酰胺，從而產(chǎn)生基本上氣相的水的管式反應(yīng)器；
[0010]移除二胺、羧酸和聚酰胺中的一種或多種以提供基本上氣相的純化水的精餾塔，所述精餾塔與所述管式反應(yīng)器流體連通；
[0011]接收所述基本上氣相的水并將所述基本上氣相的水轉(zhuǎn)化為基本上液相的水的冷凝組件，所述冷凝組件與所述精餾塔流體連通；和
[0012]將所述基本上液相的水返回到聚酰胺制造系統(tǒng)的至少一個(gè)部件的導(dǎo)管網(wǎng)絡(luò)。
[0013]本公開內(nèi)容涉及一種用于制造聚酰胺的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0014]管式反應(yīng)器，所述管式反應(yīng)器配置為進(jìn)一步聚合部分聚合的聚酰胺，從而產(chǎn)生基本上氣相的水；
[0015]精餾塔，所述精餾塔與所述管式反應(yīng)器流體連通，配置為移除二胺、羧酸和聚酰胺中的一種或多種以提供基本上氣相的純化水；
[0016]冷凝組件，所述冷凝組件與所述精餾塔流體連通，配置為接收所述基本上氣相的水并將所述基本上氣相的水轉(zhuǎn)化為基本上液相的水；和
[0017]導(dǎo)管網(wǎng)絡(luò)，所述導(dǎo)管網(wǎng)絡(luò)配置為將所述基本上液相的水返回到聚酰胺制造系統(tǒng)的至少一個(gè)部件。
[0018]本公開內(nèi)容涉及一種系統(tǒng)和方法，其解決以提純的形式從在聚酰胺合成工藝中使用的管式反應(yīng)器回收水的問題。本文描述的系統(tǒng)和方法或者以液體形式重新使用從在聚酰胺合成工藝中使用的管式反應(yīng)器回收的提純的水，或者以蒸汽的形式使用在聚酰胺合成工藝中使用的管式反應(yīng)器中產(chǎn)生的水以將熱從蒸汽傳遞到聚酰胺合成工藝的一個(gè)或多個(gè)部件。
【附圖說(shuō)明】
[0019]在附圖中，貫穿數(shù)個(gè)視圖可以使用相同的數(shù)字描述相同的元件。附圖通過(guò)實(shí)例的方式而非限定的方式一般地示例本公開內(nèi)容中討論的多個(gè)實(shí)施方案。
[0020]圖1是用于聚酰胺的制造的系統(tǒng)的圖示。
[0021]圖2是管式反應(yīng)器的圖示(頂視圖)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本公開內(nèi)容描述用于從至少一種羧酸和至少一種二胺的制備聚酰胺的縮合反應(yīng)回收水的系統(tǒng)和方法，其包括:從蒸發(fā)器獲得包含羧酸和二胺中的至少一種以及部分聚合的聚酰胺的水性混合物；使所述水性混合物通過(guò)管式反應(yīng)器，同時(shí)使所述水性混合物經(jīng)歷足以通過(guò)所述羧酸和二胺的縮合而進(jìn)一步聚合所述部分聚合的聚酰胺的溫度和壓力，從而產(chǎn)生基本上氣相的水；使所述基本上氣相的水通過(guò)精餾塔，從而移除二胺、羧酸和聚酰胺中的一種或多種，以提供基本上氣相的純化水；和將所述基本上氣相的純化水冷凝為基本上液相的純化水。
[0023]參考圖1，貯器10 (有時(shí)稱為“鹽池(salt strike) ”)可以含有水溶液，所述水溶液包含二羧酸、二胺和基本上液相的水。在一些實(shí)例中，二羧酸和二胺形成二胺和二羧酸的鹽，如銨鹽或二銨鹽，其在貯器10中溶解在水中。可以使用貯器10混合或儲(chǔ)存水溶液。對(duì)于貯器10預(yù)期的貯器的類型不受限制并且可以是任意合適的貯器。
[0024]在一個(gè)實(shí)例中，水溶液可以經(jīng)由管線12、閥14和管線16進(jìn)入至蒸發(fā)器18，其中可以將水溶液通過(guò)將一部分的基本上液相的水(例如，通過(guò)在約100°C至約300°C的溫度加熱)轉(zhuǎn)化為基本上氣相的水而濃縮。
[0025]如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“二羧酸”廣義地是指C4-C18Ci，ω-二羧酸。該術(shù)語(yǔ)包括C4-C10 α，ω-二羧酸和C4-C8CX，ω-二羧酸。C4-C18 α，ω - 二羧酸包括的二羧酸的實(shí)例包括，但是不限于，琥珀酸(丁烷二酸)、戊二酸(戊烷二酸)、己二酸(己烷二酸)、庚二酸(庚烷二酸)、辛二酸(辛烷二酸)、壬二酸(壬烷二酸)和癸二酸(癸烷二酸)。在一些實(shí)例中，C4-C18 α , ω-二羧酸是己二酸、庚二酸或辛二酸。在再其他的實(shí)例中，C4-C18CX，ω-二羧酸是己二酸。
[0026]如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“二胺”廣義地是指C4-C18Ci，ω-二胺。該術(shù)語(yǔ)包括C4-C10 α，ω - 二胺和C4-C8 α，ω - 二胺。由C4-C18 α，ω - 二胺包括的二胺的實(shí)例包括，但是不限于，丁烷-1，4-二胺、戊烷-1，5-二胺和己烷-1，6-二胺，也稱為六亞甲基二胺。在一些實(shí)例中，C4-C18 α，ω-二胺是六亞甲基二胺。
[0027]在一些實(shí)例中，在本文預(yù)期己二酸與六亞甲基二胺組合的使用。
[0028]如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“聚酰胺”廣義地是指聚酰胺如尼龍6、尼龍7、尼龍11、尼龍12、尼龍6，6、尼龍6，9 ;尼龍6，10、尼龍6，12，或它們的共聚物。
[0029]如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“基本上”是指大部分，或主要地，為至少約50 %、60 %、70 %、80%,90%,95%,96%,97%,98%,99%,99.5%,99.9%,99.99%，或至少約 99.999 % 以上。
[0030]在蒸發(fā)器18中，可以將包含二羧酸和二胺的水溶液通過(guò)將一部分的基本上液相的水轉(zhuǎn)化(例如，通過(guò)在約100°C至約300°C溫度加熱)為基本上氣相的水從而濃縮。在蒸發(fā)器18中，二羧酸和二胺也可以部分地反應(yīng)以形成包含聚酰胺預(yù)聚物(例如，未基本上完全聚合的聚酰胺)的水性混合物。
[0031]在一些情況下，排放口管線26可以接收通過(guò)管線22和閥24傳遞的至少一些基本上氣相的水。排放口管線26可以與洗刷系統(tǒng)(未顯示)或合適的冷凝器(未顯示)流體連通，其可以將基本上氣相的水轉(zhuǎn)化為基本上液相的水。可以將一部分的基本上液相的水傳遞到儲(chǔ)存容器(未顯示)用于，例如，后續(xù)使用或丟棄至聚酰胺-制造設(shè)備的下水道系統(tǒng)(未顯不)中。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以將一部分的基本上液相的水傳遞到儲(chǔ)存容器(未顯示)用于，例如，后續(xù)使用；可以將一部分丟棄至聚酰胺-制造設(shè)備的下水道系統(tǒng)(未顯示)中；并且可以將一部分重新使用(例如，在貯器10或管式反應(yīng)器34中重新使用)。在管式反應(yīng)器中重新使用可以包括作為蒸汽重新使用，如用于熱傳遞。
[0032]如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“聚酰胺預(yù)聚物”廣義地是指未反應(yīng)的二羧酸和二胺；是指未基本上完全聚合的聚酰胺(例如，低聚物)；并且是指未反應(yīng)的二羧酸和二胺和未基本上完全聚合的聚酰胺(例如，低聚物)的混合物。聚酰胺預(yù)聚物可以主要地或整體地由二胺/二酸鹽組成，或者可以主要地或整體地由聚酰胺組成，并且不需要包括任意大比例的，或任意的，以它們的純的形式的二酸和二胺。
[0033]包含聚酰胺預(yù)聚物的水性混合物可以通過(guò)管線28、閥30和管線32傳遞到管式反應(yīng)器34(側(cè)視圖在圖1中給出并且頂視圖在圖2中給出)，其中未反應(yīng)的二羧酸和二胺可以進(jìn)一步反應(yīng)并形成另外的聚酰胺預(yù)聚物。
[0034]在多個(gè)實(shí)例中，反應(yīng)器可以加熱反應(yīng)混合物并從其蒸發(fā)水，將平衡進(jìn)一步向聚酰胺產(chǎn)物推動(dòng)?？梢詫⒎磻?yīng)混合物在反應(yīng)器內(nèi)加熱至任意合適的溫度，如約150-400°C，或約250-350°C，或約 250-310°C，或約 200°C 或更低，或約 210°C、220、230、240、250、260、265、270、275、280、285、290、295、300、305、310、320、330、340°〇或約 350°C或更高。離開反應(yīng)器并通到閃蒸器的反應(yīng)混合物可以具有任意合適的重量％的水，如約0.000, I重量％至20重量％，0.001至15重量％，或約0.01至15重量％，或約0.000, I重量％或更低，或約0.001重量 ％、0.0U0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19 重量％，或約 20 重量％或更高。
[0035]參考圖2，管式反應(yīng)器34可以是可以用于進(jìn)一步聚合未反應(yīng)的二羧酸、二胺和聚酰胺預(yù)聚物以形成另外的聚酰胺預(yù)聚物的任意合適的管式反應(yīng)器。管式反應(yīng)器34可以具有任意合適的形狀和設(shè)計(jì)。管式反應(yīng)器34可以包括具有設(shè)置在圓柱形管的外側(cè)的夾套的圓柱形管。
[0036]管式反應(yīng)器34可以具有任意合適的長(zhǎng)度，如沿直的部分和彎曲的部分的入口與出口之間的長(zhǎng)度。管式反應(yīng)器34可以具有約50至約300米，約75至約125米，或約90至約 110 米，或約 50 米或更小，或約 60 米、70、80、85、90、95、100、105、110、115、120、130、140、150、160、170、180、190、200、225、250、275 或約 300 米或更大的長(zhǎng)度。
[0037]管式反應(yīng)器34可以具有任意合適的如直的和彎曲的部分的內(nèi)徑。內(nèi)徑可以從反應(yīng)器的一端至另一端變化，或者內(nèi)徑可以是常數(shù)。例如，內(nèi)徑可以從管式反應(yīng)器的入口至管式反應(yīng)器的出口擴(kuò)大。管式反應(yīng)器34可以具有約1cm至80cm，或約25cm至約60cm，或約 35cm 至 50cm，或約 1cm 或更低，或約 15cm、20、25、30、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、55、60、65、70、75cm或約80cm或更大的內(nèi)徑。如果管式反應(yīng)器34包括夾套，夾套可以具有任意合適的外直徑，在一些情況下與管式反應(yīng)器34的外直徑相配合，如超過(guò)內(nèi)徑約l_50cm，或約I至25cm，或超過(guò)內(nèi)徑約Icm或更低，或超過(guò)內(nèi)徑約2、4、6、
8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48 或約 50cm 或更大。
[0038]管式反應(yīng)器可以具有不變的內(nèi)徑，或者直徑可以從反應(yīng)器的入口至出口擴(kuò)大，如線性擴(kuò)大，或非線性擴(kuò)大。直徑可以足夠地?cái)U(kuò)大以使得當(dāng)使用反應(yīng)器時(shí)從反應(yīng)器的入口至出口保持基本上恒定壓力。直徑可以擴(kuò)大以使得當(dāng)使用反應(yīng)器時(shí)壓力從入口至出口降低。管式反應(yīng)器的膨脹率可以足以使得對(duì)反應(yīng)混合物施加的熱、從反應(yīng)混合物通過(guò)氣化和排放移除的水的量，以及在沿長(zhǎng)度的給定位置的反應(yīng)混合物的壓力的組合有助于保持反應(yīng)混合物朝向反應(yīng)器的出口的流動(dòng)和減少或最小化凝膠或其他的雜質(zhì)的產(chǎn)生或積聚。反應(yīng)器的內(nèi)徑可以相對(duì)于約6.25m至約750m的長(zhǎng)度擴(kuò)大約2.5cm，相對(duì)于約22.5m至約550m的長(zhǎng)度擴(kuò)大約2.5cm，相對(duì)于22.5m至約IlOm的長(zhǎng)度擴(kuò)大約2.5cm，或相對(duì)于約6m的長(zhǎng)度或更低，或相對(duì)于約 8m、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、120、125、150、175、200、225、250、275、300、325、350、375、400、425、450、475、500、525、550、600、650、700或約750m的長(zhǎng)度擴(kuò)大約2.5cm。
[0039]管式反應(yīng)器34可以具有任意合適的長(zhǎng)度/內(nèi)徑(L/ID，例如，管式反應(yīng)器的長(zhǎng)度除以內(nèi)徑)。例如，管式反應(yīng)器34的L/ID可以是約50至2500，或約100至500，或約230至270，或約 50 或更低，或約 75、100、125、150、175、200、210、220、230、235、240、245、250、255、260、265、270、280、290、300、400、500、600、700、800、900、1000、1250、1500、1750、2000、2250或約2500或更高。
[0040]參考圖1和2，管式反應(yīng)器34沿其長(zhǎng)度包括一個(gè)或多個(gè)排放口 62。管式反應(yīng)器34可以包括任意合適的數(shù)目和類型的排放口 62，以使得可以將蒸汽從排放口 62釋放。管式反應(yīng)器34可以包括沿其長(zhǎng)度任意合適數(shù)目的排放口 62。例如，管式反應(yīng)器34可以沿其長(zhǎng)度具有約5至50個(gè)排放口 62，或約10至25個(gè)排放口 62，或約5個(gè)以下排放口 62，或沿其長(zhǎng)度約 6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、30、35、約 45 個(gè)排放口 62或約50個(gè)或更多個(gè)排放口 62。
[0041]排放口 62可以在管式反應(yīng)器34中以離開相鄰的排放口 62任意合適的平均距離的范圍存在。例如，管式反應(yīng)器34可以沿管式反應(yīng)器34的長(zhǎng)度每約2米至約15米，沿管式反應(yīng)器34的長(zhǎng)度每約3米至約9米，或每約5至約8米具有平均約I個(gè)排放口 62，或沿管式反應(yīng)器34的長(zhǎng)度每約2米以下，或約每3米、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或約15米或更多具有平均約I個(gè)排放口 62。
[0042]管式反應(yīng)器34可以沿其長(zhǎng)度具有排放口 62之間任意合適的平均間隔量。例如，排放口 62可以沿管式反應(yīng)器34的長(zhǎng)度隔開平均約2米至約15米，約3米至約9米，或者可以沿管式反應(yīng)器34的長(zhǎng)度隔開平均約5至約8米，或平均約2米或更低，或沿管式反應(yīng)器34的長(zhǎng)度隔開平均約3米、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14，或平均約15米或更多。
[0043]管式反應(yīng)器34可以具有一定數(shù)目和分布的排放口 62以使得管式反應(yīng)器34內(nèi)基本上氣相的水的速度不超過(guò)任意合適的最大值。例如，排放口 62的數(shù)目和分布可以足以使得管式反應(yīng)器34內(nèi)的蒸汽的速度不超過(guò)約0.5m/s至約400m/s、l-200m/s、2_100m/s、4-50m/s 或約 0.5m/s，或更低，或約 lm/s、2、3、4、5、15、10、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、125、150、175、200、250、300111/8，或約 400m/s，或更高。
[0044]管式反應(yīng)器可以具有任意合適的從其通過(guò)的聚合物材料的流速。例如，流速可以是IL/分鐘至約I, 000，000L/分鐘，或約1L/分鐘至約100，000L/分鐘，或約IL/分鐘以下，1L/ 分鐘、20、30、40、50、60、70、80、90、100、125、150、175、200、225、250、275、300、350、400、450、500、600、700、800、900、1，000,2, 500,5, 000,10, 000,50, 000,100, 000,500, 000 或約1，000，000L/分鐘以上。包括管式反應(yīng)器的聚合系統(tǒng)可以以任意合適的速率制