能量回收系統(tǒng)和方法以及具有此類回收系統(tǒng)的聚合設備的制造方法
【專利說明】能量回收系統(tǒng)和方法以及具有此類回收系統(tǒng)的聚合設備
[0001]本發(fā)明涉及用于設備中的能量的回收以便改善設備的能量效率的系統(tǒng)和方法。更具體地，所述系統(tǒng)和所述方法允許由連續(xù)操作的放熱單元產(chǎn)生的能量朝不連續(xù)(分批)操作的吸熱單元傳遞。本發(fā)明的可能應用之一是在聚合工藝中，并且特別是在包含橡膠的聚合物樹脂的生產(chǎn)工藝中。
[0002]在熱塑性聚合物的生產(chǎn)設備中，為了控制反應器內部的溫度，使用充當“載熱體”的流體，該流體吸收所生成的能量并且將其傳遞到環(huán)境中，然后該流體被重新傳送到反應器。為了增加設備的能量效率，反應熱可用于對在低于反應溫度的溫度下的吸熱操作單元提供加熱。
[0003]具有質量連續(xù)技術的包含橡膠的聚合物樹脂(諸如例如ABS和HIPS)的生產(chǎn)需要橡膠在供給到反應區(qū)域之前在溶劑中溶解。通常使用的溶劑是所生產(chǎn)的聚合物樹脂的起始單體，而且還有一旦供給到反應區(qū)域就允許反應速率被有效控制以便獲得最終產(chǎn)物的其他液體。橡膠的溶解階段表示原材料的制備工藝中的重要步驟，以允許獲得具有期望特性的聚合物。
[0004]此階段分批進行并且按照特定程序，該特定程序包括將溶劑裝入溶解容器中的階段、將溶劑加熱至期望的溶解溫度的階段、將橡膠研磨并且將其裝入包含溶劑的容器中的階段。一旦已裝入橡膠，就將該系統(tǒng)靜置持續(xù)允許橡膠在溶劑中溶解所需的時間。在對橡膠溶解步驟中的溶劑加熱的階段期間，所需要的能量比通過反應連續(xù)生成的能量多。當前用于加熱溶解溶劑的技術設想到所述溶劑可以兩種不同的方式加熱。第一種方式是在溶劑供給到溶解容器之前穿過交換器；第二種方式是通過溶解容器的表面加熱溶劑和橡膠的混合物。在兩種情況下，低壓蒸汽都用作載熱體流體。
[0005]低壓蒸汽在聚合設備中的界區(qū)外部產(chǎn)生，并且使用該設備本身外部的能量。在聚合設備中，用于冷卻的工作流體(service fluid)從未達到低壓蒸汽典型的溫度。因此，在目前技術水平中不可能利用聚合工藝的反應熱以用于生成低壓蒸汽并且因此加熱溶劑。
[0006]此外，為了縮短溶解的循環(huán)時間以及減少此部分中裝備的體積，溶劑的加熱時間必須減少到最小值。加熱溶劑進一步加速了橡膠的溶解階段。這確保了在短時間內加熱橡膠的溶解部分所需的熱大于在反應區(qū)域中連續(xù)產(chǎn)生的熱。
[0007]在聚合期間產(chǎn)生的能量可被特別用于對橡膠的溶解溶劑加熱中。然而，溶解區(qū)域和反應區(qū)域之間的熱整合需要分批吸熱操作(即，橡膠的溶解)與連續(xù)放熱操作(聚合反應)耦合(couple)。由于上述原因，難以將連續(xù)操作的反應部分與分批操作的橡膠的溶解部分耦合，因此限制了能量回收的可能性。
[0008]因此，出現(xiàn)了將分批吸熱操作與連續(xù)放熱操作結合，改善所涉及的設備的能量效率的需要。
[0009]為了克服上述關鍵方面，本申請人將設備的部分限定為專用于存儲由放熱單元產(chǎn)生的能量(“熱存儲區(qū)域”)，必要時從該放熱單元可以吸取熱用于實現(xiàn)加熱至低于該放熱單元的溫度的溫度。此部分包括插在連續(xù)放熱操作和分批吸熱操作之間的積聚裝置。在放熱單元中產(chǎn)生的能量(優(yōu)選熱)借助于服務于放熱單元的工作流體傳遞到積聚裝置。此工作流體被存儲在積聚裝置中并且在能量產(chǎn)生時在其中被加熱。該工作流體的一部分因此被去除以提供熱。
[0010]以這種方式，可以改善設備特別是聚合設備的能量效率，因此將分批吸熱操作與連續(xù)放熱操作整合。
[0011]通過以下僅為例證性和非限制性目的而提供的描述和附圖，本發(fā)明的另外的目的和優(yōu)點將變得更明顯。
[0012]圖1示出本發(fā)明的目的的系統(tǒng)，其中是能量積聚裝置，2是冷卻裝置，3是連續(xù)操作的放熱裝置，4是分批操作的吸熱裝置；A、B和C是熱工作流體；D和E是冷工作流體。
[0013]圖2示出在實施例中描述的本發(fā)明的具體應用，但是其參考標號與圖1相同。
[0014]圖3示出根據(jù)實施例的關于傳熱油(diathermic oil)、軟化水和溶解器內部的工藝流體的流的溫度的模擬的結果。
[0015]在圖3中:
[0016].T主體溶解器(bulk dissolver):溶解器內部的工藝流體的溫度；
[0017].T夾套入口:在溶解器的夾套的入口處的軟化水的溫度是在由傳熱油加熱后的水的溫度；
[0018]籲T夾套出口:在溶解器的夾套的出口處的軟化水的溫度是在水-油交換器的入口處的水的溫度；
[0019].T箱中的油:箱內部的傳熱油的溫度(在先前的方案中其是流“C”，這是因為此流從箱中取出該油)；
[0020].T回油:在加熱軟化水之后的傳熱油的溫度(在先前的方案中其是流“E”)。
[0021]圖4示出根據(jù)實施例的待傳送到交換器以對橡膠溶解部分進行加熱的油的流量。
[0022]詳細描沐
[0023]本發(fā)明的目的因此涉及用于能量回收的特定的系統(tǒng)，其中分批吸熱單元與連續(xù)操作的放熱單元耦合。所述系統(tǒng)包括:
[0024]a.連續(xù)操作的放熱裝置(3)，
[0025]b.與所述放熱裝置流體連通的冷卻裝置(2)，
[0026]c.不連續(xù)(分批)操作的吸熱裝置⑷，
[0027]所述系統(tǒng)的特征在于其包括用于積聚由與分批吸熱裝置流體連通的放熱裝置(“熱存儲區(qū)域”)產(chǎn)生的能量的裝置(I)、連續(xù)操作的放熱裝置以及使用工作流體的冷卻裝置。
[0028]為了本發(fā)明的目的，術語“包含”或“包括”也包括“基本上由…組成”或“僅由…組成”的情況。
[0029]放熱裝置優(yōu)選地具有在80°C至160°C范圍內變化的溫度分布。
[0030]積聚裝置內部的工作流體優(yōu)選地在高于或等于80°C的溫度下。
[0031]連續(xù)操作的放熱裝置產(chǎn)生僅可在較低熱水平下使用的熱能:由連續(xù)操作的單元的冷卻流體吸收的能量僅可用于將第二流體加熱最高至低于工作流體的溫度的溫度。
[0032]工作流體可從能量積聚裝置中去除并且連續(xù)或分批傳送到必須被加熱的設備的各個部分而不干擾其他裝置。
[0033]當分批操作不需要熱能時，能量積聚在積聚裝置內部，優(yōu)選聚合工藝的反應熱，增加了包含在其中的工作流體的溫度，所述裝置總是與放熱裝置連續(xù)流體連通。當工作流體被分布到設備的各個部分時，積聚裝置中的溫度降低。
[0034]能量積聚裝置的溫度取決于放熱裝置中的溫度或溫度分布(例如聚合溫度)、需要工藝內的熱的設施的數(shù)量和類型以及其所插入的設備的配置。
[0035]為了對積聚裝置定出尺寸(dimens1ning)而進行的模擬允許工作流體的溫度在所述裝置的內部被確定。優(yōu)選地，在生產(chǎn)包含橡膠的聚合物樹脂，更優(yōu)選地ABS或HIPS的工藝中，由于熱交換的原因，已確定所述裝置內部的工作流體的溫度不得低于80°C。在這些特定應用中，離開或返回到積聚裝置的流體流必須確保溫度不降到80°C之下。
[0036]如果熱存儲區(qū)域內的溫度降到80°C之下，可用于實現(xiàn)加熱工作的溫度Δ (temperature delta)下降，因此增加實現(xiàn)相同加熱工作所需的時間或甚至使它們不可會K。
[0037]本發(fā)明的目的的系統(tǒng)可優(yōu)選地用在用于生產(chǎn)包含橡膠的樹脂的聚合工藝中并且具有回收反應焓(反應熱)的目的，所述反應焓將用于加熱橡膠的溶解溶劑。
[0038]放熱裝置優(yōu)選地是聚合工藝的反應部分，更優(yōu)選地是用于生產(chǎn)包含橡膠的聚合物樹脂的聚合工藝。吸熱裝置優(yōu)選地是在用于生產(chǎn)包含橡膠的樹脂的聚合工藝中的橡膠的溶劑溶解部分。
[0039]本發(fā)明優(yōu)選地涉及在用于生產(chǎn)包含橡膠的樹脂的聚合設備中的能量回收系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0040]?連續(xù)操作的放熱反應部分，優(yōu)選地具有在80 °C _160°C的范圍內的增加的溫度分布，
[0041]?與所述反應部分流體連通的冷卻部分，
[0042]籲分批操作的橡膠的溶劑溶解部分，
[0043]所述系統(tǒng)的特征在于其包括由反應部分產(chǎn)生的能量的積聚裝置，其中工作流體在高于或等于80°C的溫度下，其中所述積聚裝置與橡膠的溶解部分、與反應部分以及與使用工作流體的冷卻裝置流體連通。
[0044]本發(fā)明的另外的目的涉及用于回收在本文中所述的和所要求保護的系統(tǒng)的放熱裝置中產(chǎn)生的能量的方法，該放熱裝置連續(xù)操作。所述方法包括以下階段:
[0045]i)通過利用由連續(xù)操作的放熱單元(3)產(chǎn)生的能量加熱第一工作流體，因此形成第一熱工作流體(B)，
[0046]ii)將所述第一熱工作流體⑶傳送到能量積聚裝置⑴，
[0047]iii)從能量積聚裝置中提取至少第二熱工作流體(A和C)并且將其連續(xù)傳送到冷卻裝置(2)或分批傳送到分批操作的吸熱裝置(4)。
[0048]本發(fā)明優(yōu)選地涉及用于通過在