DE102004011324B4

DE102004011324B4 - Verfahren und Anlage zum Entgasen von Restmonomere enthaltendem Polyolefin-Granulat

Info

Publication number: DE102004011324B4
Application number: DE102004011324.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Stark Bernhard
Original assignee: Coperion GmbH
Current assignee: Coperion GmbH
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2023-10-19
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: DE102004011324A1

Abstract

Verfahren zum Entgasen von Restmonomere enthaltendem, entwässertem Polyolefin-Granulat,
- wobei das in einem Wasser-Granulat-Strom zugeführte Granulat entwässert wird,
- wobei das Granulat mit einer Oberflächen-Restfeuchte einer Pufferung zugeführt wird,
- wobei während der Pufferung eine Vorentgasung mittels Spülluft und eine Oberflächen-Trocknung des Granulats durchgeführt werden,
- wobei das Granulat aus der Pufferung abgezogen und durch pneumatische Förderung einer Lagerung zugeführt wird und
- wobei die aus dem Granulat austretenden Restmonomere während der Lagerung des Granulats mittels Spülluft abgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Entgasen von Restmonomere enthaltendem Polyolefin-Granulat.
Bei Verfahren und Anlagen der gattungsgemäßen Art, wie sie allgemein in der Praxis eingesetzt werden, wird das vom Extruder und einer nachgeordneten Granulier-Vorrichtung in einem Wasser-Granulat-Strom herangeförderte Granulat in einem Zentrifugal-Trockner entwässert und gegebenenfalls in einem durch den Zentrifugal-Trockner geleiteten Luftstrom zumindest weitgehend von der Oberflächen-Restfeuchte befreit. Anschließend wird es - gegebenenfalls nach einer entsprechenden Klassierung - mittels pneumatischer Förderung, und zwar mittels Flug- oder Langsamförderung, den Entgasungs-Silos zugeführt. In diesen Silos erfolgt eine Entgasung mittels Spülluft. Dies ist notwendig, da aus Polyolefinen noch Restmonomere austreten. Bei Niederdruckpolyethylen als Granulat handelt es sich um Ethylen. Die Restmonomere und insbesondere das Ethylen können zusammen mit der Luft zündfähige Gemische bilden, die zu lokalen Bränden, Verpuffungen oder auch schweren Explosionen führen können. Beispielsweise in der Zeitschrift „Chemie Anlagen und Verfahren“ 10/2003, Seiten 66 bis 69, ist dies im Einzelnen erläutert. Insbesondere wird in diesem Artikel darauf hingewiesen, dass ein hohes Explosionsrisiko im unteren konus- bzw. kegelförmigen Boden-Abschnitt zu Beginn der Befüllung des Entgasungs-Silos besteht.
Die Spülluft-Menge wird für die Entgasung so ausgelegt, dass 20 - 50 % der unteren Explosionsgrenze des Restmonomer-Luft-Gemisches bei einem maximalem Granulatdurchsatz durch die gesamte Anlage nicht überschritten werden.
Nach der Lagerung in den Entgasungs-Silos wird das Granulat pneumatisch in Lager-Silos weitertransportiert. Diese Lager-Silos werden nicht oder nur mit sehr geringen Mengen an Spülluft gespült. Die Luft-Spülung der Lager-Silos dient nur dazu, sicherzustellen, dass sich bei einer Lagerung des Granulats über Tage oder Wochen keine Restmonomere im Silo ansammeln.
Insbesondere beim Anfahren von Extrudern kann es vorkommen, dass extrem hohe Restmonomer-Gehalte auftreten. Um auch diese bei der Entgasung abführen zu können, ohne dass zu hohe Konzentrationen in der Spülluft auftreten, müssen die Entgasungs-Einrichtungen an den Silos sehr leistungsstark hinsichtlich Druck und Spülluftmenge ausgebildet werden.
Aus der WO 02/088194 A1 ist es bekannt, Restmonomere enthaltendes Polymer einem Reinigungskessel zuzuführen, in dem das Polymer erhitzt wird, und zwar auf eine unterhalb der Agglomerierungs-Temperatur liegende Temperatur. Es wird Luft im Gegenstrom durch den Reinigungskessel geblasen, wodurch Restmonomere ausgetragen werden.
DE 22 58 345 A1 offenbart ein Verfahren zur Aufbereitung von kleinteiligen, durch Polymerisation mittels Ziegler/Natta-Katalysatoren gewonnene Polyolefinen.
GB 14 42 388 A und US 3,925,341 A offenbaren ein Verfahren zur Aufbereitung von Polyolefinpartikeln, die durch Polymerisation gewonnen werden unter Verwendung einer Säure aus Ziegler/Natta-Katalysatoren.
US 4,452,977 und EP 0 068 561 B1 offenbaren ein Verfahren zur Vorbereitung von Polymerschmelzen, die im Wesentlichen keine flüchtigen Komponenten enthalten.
EP 0 123 882 A1 offenbart ein Verfahren zur Aufbereitung von feinverteilten Polyolefinen, die durch Polymerisation vorbereitet werden unter Verwendung von halogenhaltigen Ziegler/Natta-Katalysatoren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, dass mit geringem konstruktiven Aufwand eine wirtschaftliche, zuverlässige und sichere Entgasung des Restmonomere enthaltenden Granulats erfolgt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Durch die Vorentgasung während einer Pufferung nach einer Entwässerung und gegebenenfalls Trocknung und Klassierung und vor der pneumatischen Förderung zu einer Lagerung mit weiterer Entgasung muss die bei der weiteren Entgasung eingesetzte Spülluftmenge nicht mehr auf eine maximal anfallende Restmonomermenge, insbesondere also Ethylengasmenge, ausgelegt werden. Hierdurch reduziert sich die erforderliche Spülluftmenge und der Druckverlust bei der weiteren Entgasung. Bei dieser Lagerung, bei der eine zweite in der Regel abschließende Entgasung erfolgt, kann es sich auch wiederum um eine Pufferung handeln, d. h. es kann sich um eine Zwischen-Lagerung handeln, der sich dann erst eine Endlagerung anschließt. Durch die zwischen der Trocknung und der pneumatischen Förderung vorgesehene Vorentgasung wird das Explosionsrisiko bei Ausfall der pneumatischen Förderung reduziert, da die untere Explosionsgrenze in der pneumatischen Förderleitung aufgrund des Ausgasens von Restmonomeren aus dem Granulat sehr viel später erreicht wird. Es steht also mehr Zeit zur Verfügung, um die pneumatische Förderleitung mit Inertgas, z. B. Stickstoff, zur Vermeidung einer Explosion zu füllen. Die der Vorentgasung vorgeschaltete Entwässerung und Trocknung kann vereinfacht werden, da die Trocknung der Oberflächen-Restfeuchte des Granulats während der Vorentgasung in der Pufferung erfolgt. Hierdurch wird das Explosionsrisiko gesenkt, da bei einer höheren Oberflächenfeuchte des Granulates während der Pufferung die Zündgefahr durch sogenannte Schüttkegel- oder Gleitbüschelentladungen in Folge der Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit der Granulat-Schüttung stark reduziert wird.
Die Vorentgasung kann nur zeitweilig, beispielsweise unmittelbar nach dem Anfahren eines Extruders, erfolgen, wenn extrem hohe Restmonomer-Gehalte im Granulat vorhanden sind; zweckmäßigerweise wird sie aber ständig erfolgen.
Die Ansprüche 2 und 3 geben vorteilhafte Zeitbereiche und Spülluftanteile wieder, die bei der Vorentgasung während der Pufferung eingesetzt werden.
Die Spülluft, die gemäß Anspruch 4 im Gegenstrom die Feuchtigkeit des Granulates aufnimmt, tritt ebenfalls mit erhöhter Luftfeuchte an der Oberfläche der Granulat-Schüttung aus, was die Leitfähigkeit der Granulat-Schüttung ebenfalls zusätzlich positiv beeinflusst, insbesondere bei relativen Luftfeuchten von über 65 %.
Die Weiterbildung nach Anspruch 5 gibt an, wie die Vorentgasung verstetigt werden kann.
Die Ansprüche 7 bis 10 geben die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Anlage zur Durchführung des Verfahrens wieder.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, die eine Anlage zur Vorentgasung und Entgasung von Restmonomere enthaltendem Granulat in schematischer Darstellung zeigt.
Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Anlage weist einen Zentrifugal-Trockner als Entwässerungs-Einrichtung 1 auf, dem ein Wasser-Granulat-Gemisch von einem Extruder 1a mit nachgeordneter Granulier-Vorrichtung 1b über eine hydraulische Förderung zugeleitet wird und in dem das Granulat entwässert wird, wobei aber in der Regel das Granulat noch Oberflächen-Restfeuchte aufweist. Es wird in einer nachgeordneten KlassierVorrichtung 2 klassiert und dann einem Puffer-Behälter 3 von oben zugeführt. Der Puffer-Behälter 3 weist in üblicher Weise einen im Wesentlichen zylindrischen, vertikal angeordneten Behälter-Abschnitt 4 und einen kegelförmigen, sich nach unten verjüngenden Boden-Abschnitt 5 auf. Aus dem Boden-Abschnitt 5 mündet nach unten eine Fall-Leitung 6 aus, in der eine als Zellrad-Schleuse ausgebildete Abzugs-Vorrichtung 7 angeordnet ist. Die Abzugs-Vorrichtung 7 wird über einen drehzahlregelbaren Motor 8 angetrieben, dessen Drehzahl von einer Füllstands-Erfassungs-Einrichtung 9 im Puffer-Behälter 3 angesteuert wird.
Die Fall-Leitung 6 mündet in eine pneumatische Förderleitung 10, die von einem Förderluft-Gebläse 11 mit Förderluft beaufschlagt wird. Die Förderleitung 10 führt zu mehreren nebeneinander angeordneten Entgasungs-Silos 12, 13, 14 in die das vom Puffer-Behälter 3 über die Förderleitung 10 pneumatisch zugeführte Granulat jeweils nach Schaltung vorgeordneter Weichen 15 bzw. 16 gefördert wird, von wo es dann einer End-Lagerung zugeführt wird. Bei den Silos 12, 13, 14 kann es sich naturgemäß auch um Lager-Silos für eine endgültige Lagerung handeln.
In den Boden-Abschnitt 5 des Puffer-Behälters 3 münden mehrere Spülluft-Leitungen 17, 18, 19, denen zentral mittels eines Spülluft-Gebläses 20 Spülluft zugeführt wird, das durch die Granulat-Füllung im Puffer-Behälter 3 aufsteigt und nach oben durch einen Gas-Austritt 21 abgeführt wird.
Die Silos 12, 13, 14 weisen ebenfalls in ihren unteren kegelförmigen Boden-Abschnitten 22 mehrere Spülluft-Leitungen 23, 24, 25 auf, denen mittels jeweils eines Spülluft-Gebläses 26 Spülluft zugeführt wird, das nach Durchströmen der Granulatfüllung von unten nach oben an der Oberseite des jeweiligen Silos 12, 13, 14 durch einen Gas-Austritt 27 abgeführt wird.
Aus den einzelnen Silos 12, 13, 14 kann Granulat nach unten jeweils über eine als Zellradschleuse ausgebildete Abzug-Vorrichtung 28 abgezogen werden.
Die Wirkungsweise ist wie folgt:

Aus dem Zentrifugal-Trockner wird das Granulat dem Puffer-Behälter 3 entwässert, aber noch mit Oberflächen-Restfeuchte behaftet, zugeführt. Im Puffer-Behälter 3 wird von unten über die Spülluft-Leitungen 17 bis 19 Spülluft durch das Granulat nach oben geblasen. Hierdurch werden im Granulat enthaltene und aus diesem austretende Restmonomere entfernt. Das Problem tritt generell bei Polyolefinen auf, und zwar insbesondere bei Niederdruckpolyethylen (LDPE), aus dem Ethylen austritt. Da die aus dem Granulat austretenden Restmonomere, und zwar insbesondere das austretende Ethylen, in über der Zeit abnehmender Menge, also degressiv, austreten, kann in einem verhältnismäßig kleinen Puffer-Behälter 3, also in einer verhältnismäßig geringen Zeit von 10 bis 30 und insbesondere von 15 bis 25 Minuten, die insgesamt austretende und mittels Spülluft abzuführende Menge an Restmonomeren, insbesondere also Ethylen, halbiert und sogar geviertelt werden. Insbesondere letzteres ist erreichbar, wenn beim Anfahren des Extruders und der Granulier-Vorrichtung extrem hohe Restmonomer-Gehalte im Granulat auftreten, oder wenn die Temperatur des Granulats am Austritt aus dem Zentrifugal-Trockner sehr hoch ist, zum Beispiel 70° bis 80°C.

Die restliche dann innerhalb einer verhältnismäßig langen Zeit von vielen Stunden austretende Restmenge an Restmonomeren kann durch entsprechende Spülung in den Silos 12 bis 14 entfernt werden. Da aus dem in die Silos 12, 13, 14 geförderten Granulat die noch vorhandenen, austretenden und abzuführenden Restmonomer-Mengen sehr langsam austreten, können keine unzulässigen Konzentrationsspitzen in den Silos 12 bis 14 auftreten, die zu Verpuffungen oder dergleichen führen könnten.
Darüber hinaus wird dadurch, dass das Granulat noch mit einer Oberflächen-Restfeuchte in den Puffer-Behälter 3 gefördert wird, die OberflächenLeitfähigkeit des Granulats erhöht, so dass statische Aufladungen, die wiederum über Funken zu Verpuffungen führen könnten, vermieden werden. Durch das feuchte Granulat wird die Spülluft befeuchtet, was zu einer Erhöhung der Mindestzündenergie führt.
Die Praxis hat überraschenderweise gezeigt, dass ein Puffer-Behälter 3 mit einem der in maximal etwa 30 Minuten herangeförderten Granulat-Menge entsprechenden Volumen ausreichend ist, um die Vorentgasung im Puffer-Behälter 3 durchzuführen. Gegenüber den konventionellen, ohnehin vor der pneumatischen Förderleitung 10 erforderlichen Puffer-Behältern ist nur eine geringfügige Volumen-Vergrößerung des Puffer-Behälters 3 notwendig. Grundsätzlich hat sich gezeigt, dass das Volumen des Puffer-Behälters 3 so dimensioniert sein sollte, dass er 20 % bis 70 % und bevorzugt 25 % bis 60 % des pro Stunde in den Puffer-Behälter 3 geförderten Granulats aufnehmen kann. Die insgesamt benötigte Spülluft-Menge, und damit auch die entsprechende Gesamt-Leistung der Gebläse 20, 26, bleibt unverändert, da die Gesamt-Spülluft-Menge unverändert bleibt. Der Grund liegt darin, dass der Spülluftstrom so dimensioniert wird, dass eine bestimmte vorgegebene unkritische Konzentration von Restmonomeren, insbesondere also Ethylen, in der Spülluft eingehalten wird. Aus den vorstehenden Zeitangaben ergibt sich auch, dass zur Erreichung dieses Ziels 25 bis 75 % und bevorzugt 35 bis 55 % der insgesamt eingesetzten Spülluft-Menge zur Vorentgasung im Puffer-Behälter 3 eingesetzt wird. Die Silos 12 bis 14 behalten die übliche Größe, d. h. sie können jeweils die Granulat-Menge aufnehmen, die in 4 bis 8 Stunden anfällt.
Da bei der Vorentgasung im Puffer-Behälter 3 gleichzeitig auch die Oberflächen-Restfeuchte vom Granulat entfernt wird, tritt ein zusätzlicher vorteilhafter Effekt dadurch ein, dass diese Oberflächen-Nachtrocknung nicht nach der Entwässerung im Zentrifugal-Trockner oder in einer nachgeordneten Nachtrocknungs-Einrichtung durchgeführt werden muss. Der Zentrifugal-Trockner kann also kleiner als ansonsten bisher in der Praxis üblich ausgebildet werden. Alternativ oder kumulativ kann eine gesonderte Nachtrocknungs-Einrichtung entfallen.
Bezugszeichenliste

1: Entwässerungs-Einrichtung
1a: Extruder
1b: Granulier-Vorrichtung
2: Glasiervorrichtung
3: Puffer-Behälter
4: Behälter-Abschnitt
5: Boden-Abschnitt
6: Fall-Leitung
7: Abzugs-Vorrichtung
8: Motor
9: Füllstands-Erfassungs-Einrichtung
10: Förderleitung
11: Förderluft-Gebläse
12: Silo
13: Silo
14: Silo
15: Weiche
16: Weiche
17: Spülluft-Leitung
18: Spülluft-Leitung
19: Spülluft-Leitung
20: Spülluft-Gebläse
21: Gas-Austritt
22: Boden-Abschnitt
23: Spülluft-Leitung
24: Spülluft-Leitung
25: Spülluft-Leitung
26: Spülluft-Gebläse
27: Gas-Austritt
28: Abzugs-Vorrichtung

Claims

Verfahren zum Entgasen von Restmonomere enthaltendem, entwässertem Polyolefin-Granulat, - wobei das in einem Wasser-Granulat-Strom zugeführte Granulat entwässert wird, - wobei das Granulat mit einer Oberflächen-Restfeuchte einer Pufferung zugeführt wird, - wobei während der Pufferung eine Vorentgasung mittels Spülluft und eine Oberflächen-Trocknung des Granulats durchgeführt werden, - wobei das Granulat aus der Pufferung abgezogen und durch pneumatische Förderung einer Lagerung zugeführt wird und - wobei die aus dem Granulat austretenden Restmonomere während der Lagerung des Granulats mittels Spülluft abgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorentgasung über 10 bis 30 Minuten und vorzugsweise über 15 bis 25 Minuten durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass 25 bis 75 Prozent und bevorzugt 35 bis 55 Prozent der bei der Pufferung und bei der Lagerung eingesetzten Gesamt-Spülluft-Menge bei der Vorentgasung eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorentgasung im Gegenstrom durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Vorentgasung durch Regelung der Verweilzeit des Granulats in der Pufferung geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung als weitere Pufferung ausgestaltet ist.
Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, - mit einer Entwässerungs-Vorrichtung (1), in der das in einem Wasser-Granulat-Strom zugeführte Granulat entwässert wird und aus der das Granulat mit einer Oberflächen-Restfeuchte abgezogen wird, - mit einem der Entwässerungs-Einrichtung (1) nachgeordneten, eine Spülgas-Vorentgasungs-Einrichtung aufweisenden Puffer-Behälter (3), der so dimensioniert ist, dass er 20 bis 70 % des pro Stunde im Puffer-Behälter (3) geförderten Granulats aufnehmen kann, - mit einer dem Puffer-Behälter (3) nachgeordneten pneumatischen Förderleitung (10), - mit mindestens einem mit der Förderleitung (10) verbundenen Silo (12, 13, 14) und - mit einer am Silo (12, 13, 14) angeordneten Spülgas-Entgasungs-Einrichtung.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Puffer-Behälter (3) so dimensioniert ist, dass er 25 bis 60 Prozent des pro Stunde im Puffer-Behälter (3) geförderten Granulats aufnehmen kann.
Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülluft-Vorentgasungs-Einrichtung so dimensioniert ist, dass sie 25 bis 75 Prozent der bei der Vorentgasung im Puffer-Behälter (3) und bei der Entgasung im Silo (12, 13, 14) eingesetzten Gesamt-Spülluft-Menge liefert.
Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Puffer-Behälter (3) und der Förderleitung (10) eine Abzugs-Vorrichtung (7) vorgesehen ist, deren Abzugs-Leistung über eine Füllstands-Erfassungs-Einrichtung (9) am Puffer-Behälter (3) regelbar ist.