一种钕系稀土顺丁橡胶聚合装置及其进料系统

摘要

一种钕系稀土顺丁橡胶聚合装置及其进料系统，该钕系稀土顺丁橡胶聚合装置包括进料系统和聚合反应釜，该进料系统，包括：静态混合器，通过第一管路与催化剂存储器连通，所述催化剂存储器用于存储作为催化剂的氢铝和氯铝，所述第一管路上分别设置有氢铝添加口和氯铝添加口；陈化罐，通过第二管路与所述静态混合器连接，所述第二管路上有钕剂添加口，催化剂存储器内的氢铝、氯铝按照一设定配比经过所述第一管路注入所述静态混合器，经所述静态混合器混合后，与从所述钕剂添加口加入的钕剂在所述第二管路混合后一起从所述陈化罐上部注入，通过所述陈化罐搅拌混合、陈化后，从陈化罐的出料口出来，进入聚合反应釜。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钕系稀土顺丁橡胶聚合生产装置，特别是一种能更好地促 进聚合反应活性中心的生成、节约催化剂用量且保证聚合反应平稳运行的钕系 稀土顺丁橡胶聚合装置及其进料系统。

背景技术

钕系稀土顺丁橡胶生产过程中，三种催化剂需要混合、陈化一段时间才能 形成活性中心，但氯铝、氢铝混合液与钕剂接触会不可避免产生紫红色的絮状 沉淀物，并且这种沉淀物被证明是引发聚合反应的一种活性中心。参见图1， 图1为现有技术稀土顺丁橡胶催化剂进料系统结构示意图。正常生产时，催化 剂氢铝3和氯铝4按照一定配比注入稀土催化剂进料系统，经静态混合器1 混合5min后，与钕剂5的溶液在管线混合，在静态混合器2和后续管线混合 陈化10～15分钟后，注入反应釜6。为方便拆卸和能量隔离，管线、阀门、混 合器全部采用法兰连接。钕系稀土顺丁橡胶生产过程中，催化剂陈化物不可避 免产生絮状沉淀物，在催化剂进料系统不断累积造成聚合釜反应活性中心减 少、反应逐渐下滑、聚合反应波动，严重时催化剂进料管线堵塞严重，催化剂 泵压高，聚合停车。

沉淀物对钕系稀土顺丁橡胶生产有以下影响：

1)沉淀物容易在进料混合器和后续管线沉积，造成聚合釜中活性中心减 少，反应下滑，其中，活性中心是新癸酸钕经烷基化、氯化后的过渡金属，丁 二烯在活性中心上配位加成，引发丁二烯发生定向聚合反应，生成高顺式结构 高分子长链——顺丁橡胶；

2)催化剂进料管线中积累的沉淀物被带入或顶入聚合釜，会使聚合反应 迅速变强，造成反应波动。

3)催化剂进料混合器及管线堵塞严重，会造成催化剂泵压力高、催化剂 打量不稳、聚合反应波动甚至被迫停车。

总之，稀土催化剂在陈化过程中产生的沉淀物已经成为制约钕系稀土顺丁 橡胶连续稳定生产的主要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术上述问题，提供一种改进钕系 稀土顺丁橡胶催化剂进料方式，消除沉淀物在进料管线的沉积的钕系稀土顺丁 橡胶聚合装置及其进料系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种钕系稀土顺丁橡胶聚合装置的进料 系统，包括：

静态混合器，通过第一管路与催化剂存储器连通，所述催化剂存储器用于 存储作为催化剂的氢铝和氯铝，所述第一管路上分别设置有氢铝添加口和氯铝 添加口；

陈化罐，通过第二管路与所述静态混合器连接，所述第二管路上有钕剂添 加口，催化剂存储器内的氢铝、氯铝按照一设定配比经过所述第一管路注入所 述静态混合器，经所述静态混合器混合5min后，与从所述钕剂添加口加入的 钕剂在所述第二管路混合后一起从所述陈化罐上部注入，通过所述陈化罐搅拌 混合、陈化10～15分钟后，从陈化罐的出料口出来，进入聚合反应釜。

上述的进料系统，其中，所述陈化罐包括：

罐体，所述罐体上设置有罐体顶部开口和所述出料口，所述出料口通过第 三管路与所述聚合反应釜连通；

罐盖，安装在所述罐体顶部开口上并密封所述罐体顶部开口；

进料口，与所述第二管路连通，设置在所述罐体或所述罐盖上；

搅拌器，设置在所述罐体内；

动力机构，安装在所述罐盖上并与所述搅拌器连接。

上述的进料系统，其中，所述搅拌器为浆式搅拌器，所述浆式搅拌器的顶 端穿过所述顶部开口与所述动力机构连接，所述浆式搅拌器的轴线与所述罐体 的轴线同轴。

上述的进料系统，其中，所述罐体、罐盖和所述搅拌器均为不锈钢件。

上述的进料系统，其中，所述动力机构包括电机、联轴器、轴承座和减速 机，所述电机的机架通过所述轴承座安装在所述罐盖上，所述电机通过所述减 速机和联轴器与所述搅拌器连接。

上述的进料系统，其中，所述轴承座的轴封为机械密封件或填料密封件。

上述的进料系统，其中，所述罐盖上设置有测温孔、测压孔和/或安全放 空孔。

上述的进料系统，其中，所述静态混合器包括混合器管体和安装在所述混 合器管体内的螺旋片，所述螺旋片包括左旋单元片和右旋单元片，所述左旋单 元片和右旋单元片依次间隔沿所述管体轴线方向排列。

上述的进料系统，其中，所述第一管路、第二管路与所述静态混合器之间、 所述第二管路与所述罐体之间分别通过法兰密封连接。

上述的进料系统，其中，还包括冲洗油线，所述冲洗油线的一端与所述第 二管路连通并位于所述钕剂添加口前，作为所述陈化罐前冲洗线或通过注入微 量溶剂油，稀释所述催化剂的浓度，以间接缩短所述催化剂在所述陈化罐中的 陈化时间，所述冲洗油线的另一端与所述陈化罐的出料口连通，作为所述陈化 罐的后冲洗线，于所述陈化罐出口管线堵塞时进行冲洗。

上述的进料系统，其中，还包括氮气管线，所述氮气管线与所述第一管路 连通并位于所述氢铝添加口和氯铝添加口前，用于对所述进料系统进行吹扫和 置换。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种钕系稀土顺丁橡胶聚合装 置，包括进料系统和聚合反应釜，其中，所述进料系统为上述的进料系统。

本发明的技术效果在于：

1)可靠性好，结构简单、成本低廉、易于推广；

2)可以消除陈化沉淀物在催化剂进料系统的沉积；

3)有利于促进聚合反应活性中心的生成、节约催化剂用量，而且可以保 证聚合反应强度，使生产能够连续平稳运行；

4)可以很好的调节催化剂陈化时间，促进聚合反应更好的进行。

总之，本发明对目前的钕系稀土顺丁橡胶催化剂进料和陈化方式进行改 进。消除了钕系稀土顺丁橡胶生产过程中催化剂陈化沉淀物对聚合反应的影 响，能有效调节催化剂陈化时间，真正实现钕系稀土顺丁橡胶连续、稳定、高 效生产。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。

附图说明

图1为现有技术稀土顺丁橡胶催化剂进料系统结构示意图；

图2为本发明的钕系稀土顺丁橡胶聚合装置结构示意图；

图3为本发明的陈化罐结构示意图；

图4为本发明的静态混合器结构示意图。

其中，附图标记

现有技术

1静态混合器

2静态混合器

3氢铝

4氯铝

5钕剂

6反应釜

本发明

10静态混合器

11第一管路

12氢铝添加口

13氯铝添加口

14混合器管体

15螺旋片

20催化剂存储器

30陈化罐

31第二管路

32钕剂添加口

33罐体

331罐体顶部开口

332出料口

34第三管路

35罐盖

351安全放空孔

36进料口

37搅拌器

38动力机构

381电机

382联轴器

383轴承座

384减速机

40聚合反应釜

50冲洗油线

51质量流量计

52控制阀

60氮气管线

70钕剂管线

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图2，图2为本发明的钕系稀土顺丁橡胶聚合装置结构示意图。本发 明的钕系稀土顺丁橡胶聚合装置，包括进料系统和聚合反应釜40，因该聚合 反应釜40的结构、功用、工作原理及其与进料系统的连接方式等均为较成熟 的现有技术，故在此不做赘述，下面仅对本发明的进料系统予以详细说明。

本发明的钕系稀土顺丁橡胶聚合装置的进料系统，包括：

静态混合器10，通过第一管路11与催化剂存储器20连通，所述催化剂 存储器20用于存储作为催化剂的氢铝和氯铝，所述第一管路11上分别设置有 氢铝添加口12和氯铝添加口13；

陈化罐30，通过第二管路31与所述静态混合器10连接，所述第二管路 31上有与钕剂管线70连通的钕剂添加口32，催化剂存储器20内的氢铝、氯 铝按照一设定配比经过所述第一管路11注入所述静态混合器10，经所述静态 混合器10混合一段时间，优选5min后，与从所述钕剂添加口32加入的钕剂 在所述第二管路31混合后一起从所述陈化罐30上部注入，通过所述陈化罐 30搅拌混合、陈化一段时间，优选10～15分钟后，从陈化罐30的出料口332 出来，进入聚合反应釜40。陈化罐30体积优选15L(具体体积需要根据实际 催化剂加注量来确定，保证催化剂在陈化罐30中陈化10～15分钟，根据实验 和工业化生产情况，催化剂在陈化罐30中最佳陈化时间为10～15分钟，可以 根据催化剂实际注入量，通过在质量流量计上设定流量，确保催化剂在陈化罐 30中陈化10～15分钟；质量流量计会根据设定的流量自动调节)，罐体33的 材质优选不锈钢，搅拌形式优选浆式搅拌器37，自陈化罐30的罐体顶部开口 331中心垂直插入罐体33内。陈化罐30的罐盖35上可安装压力表，并预留 催化剂注入孔和排气用的安全放空孔351等。陈化罐30上部封头可拆卸，便 于检查、清理。氢铝、氯铝经第一管路管线11，经过静态混合器10混合后与 钕剂管线70连接，一起从陈化罐30上部注入。陈化罐30前冲洗线需增加质 量流量计51及副线，质量流量计51采用法兰连接，便于拆卸修理。陈化罐 30后冲洗线不常用，需增加隔离阀。在氢铝、氯铝添加口12、13前增加氮气 管线60，用于催化剂进料系统置换、吹扫。在聚合反应釜40的催化剂进料阀 前增加倒淋，用于催化剂进料系统倒空、置换。

参见图3，图3为本发明的陈化罐结构示意图。本实施例中，该陈化罐30 包括：

罐体33，所述罐体33上设置有罐体顶部开口331和所述出料口332，所 述出料口332通过第三管路34与所述聚合反应釜40连通；

罐盖35，安装在所述罐体顶部开口331上并密封所述罐体顶部开口331， 其中，所述罐盖35上还可设置有测温孔、测压孔和/或安全放空孔351；

进料口36，与所述第二管路31连通，设置在所述罐体33或所述罐盖35 上；

搅拌器37，设置在所述罐体33内；

动力机构38，安装在所述罐盖35上并与所述搅拌器37连接。

其中，所述搅拌器37为浆式搅拌器，所述浆式搅拌器37的顶端穿过所述 罐体顶部开口331与所述动力机构38连接，所述浆式搅拌器37的轴线与所述 罐体33的轴线同轴。

其中，所述罐体33、罐盖35和所述搅拌器37均为不锈钢件。罐盖35可 根据工艺要求开进料、出料、测温、测压、安全放空等工艺管孔。罐体33与 罐盖35，罐体33与前后管线使用法兰密封连接，便于拆卸清理。

本实施例中，所述动力机构38包括电机381、联轴器382、轴承座383 和减速机384，所述电机381通过所述轴承座383安装在所述罐盖35上，所 述电机381通过所述减速机384和联轴器382与所述搅拌器37连接。其中， 所述轴承座383的轴封可根据需要设置为机械密封件或填料密封件。

参见图4，图4为本发明的静态混合器结构示意图。本实施例中，所述静 态混合器10包括混合器管体14和安装在所述混合器管体14内的螺旋片15， 所述螺旋片15包括左旋单元片和右旋单元片，所述左旋单元片和右旋单元片 依次间隔沿所述管体轴线方向排列。本实施例中使用的是SK型静态混合器 10，由两头带法兰的管子和螺旋片15组成，螺旋片15焊接在管子内部。静态 混合器10前后都安装有闸阀，通过法兰连接，便于拆装。SK型静态混合器 10适用于要求不太高的混合过程以及与混合有关的单元操作过程，也能用于 强化传热。在各种型号的静态混合器中SK型最不容易堵塞，所以适用于处理 较脏的物料。催化剂氢铝和氯铝先经静态混合器10混合一段时间，例如5min 后，与钕剂溶液在管线混合后再进入陈化罐30搅拌混合最后从陈化罐30底部 出料口332出来，进入聚合反应釜40。

其中，所述第一管路11、第二管路31与所述静态混合器10之间、所述 第二管路31与所述罐体33之间分别通过法兰密封连接。

本实施例中，还包括冲洗油线50，所述冲洗油线50的一端与所述第二管 路31连通并位于所述钕剂添加口32前，作为所述陈化罐30前冲洗线或通过 注入微量溶剂油，稀释所述催化剂的浓度，以间接缩短所述催化剂在所述陈化 罐30中的陈化时间，所述冲洗油线50的另一端与所述陈化罐30的出料口332 连通，作为所述陈化罐30的后冲洗线，于所述陈化罐30出口管线堵塞时进行 冲洗。冲洗油线50一部分去钕剂注入点前，作为陈化罐30前冲洗线或通过注 入微量溶剂油，稀释催化剂浓度，间接缩短催化剂在陈化罐30中的陈化时间。 冲洗油线50另外一部分去陈化罐30底部，与陈化罐30出料线连接，作为陈 化罐30后的冲洗线，一旦陈化罐30出口管线堵塞，可以打开冲洗油线50进 行冲洗。如果陈化罐30中催化剂陈化产生的沉淀物可以搅拌均匀，被溶液带 走，不堵塞管线，就不用打开冲洗油。该冲洗油线50与第二管路31连通的管 线上可以设置自动质量流量计51和控制阀52。

本实施例中，还可包括氮气管线60，所述氮气管线60与所述第一管路11 连通并位于所述氢铝添加口12和氯铝添加口13前，用于对所述进料系统进行 吹扫和置换。

工作原理：催化剂氢铝和氯铝按照一定配比注入稀土催化剂进料系统，经 静态混合器10混合5min后，与钕剂溶液在管线混合后从陈化罐30上部进料 口36进入，通过陈化罐30搅拌混合、陈化10～15分钟后，从陈化罐30底部 出料口332出来，进入聚合反应釜40。相比之前的静态混合器10，通过陈化 罐30搅拌，不但可以增强催化剂混合、陈化，促进活性中心的生成，而且生 成的活性中心及沉淀颗粒均匀分布在溶液中，可以随溶液一起进入聚合反应釜 40，而不是在陈化罐30的罐底沉积、结块，有利于聚合反应平稳。

本发明通过带搅拌的陈化罐30，氢铝、氯铝经过静态混合器10混合后与 钕剂一起从陈化罐30上部注入；另外，本发明的冲洗油线50，一部分去钕剂 注入点前，一是作为陈化罐30前冲洗线，二是通过调节冲洗油流量来调节催 化剂的陈化时间；一部分去陈化罐30底部，与陈化罐30出料线连接，作为陈 化罐30后的冲洗线。

本发明的陈化罐30，通过搅拌增强催化剂混合、陈化，生成的活性中心 比较均匀，有利于聚合反应平稳；催化剂陈化沉淀物在搅拌作用下不会沉积堵 塞管线，会比较均匀的带到聚合反应釜40，不但保证聚合反应强度，而且有 利于聚合反应平稳；设置了冲洗油线50，如果催化剂进料管线有陈化沉淀物 累积，可以打开冲洗油进行冲洗，可以通过调节冲洗油量使稀土顺丁橡胶催化 剂有一个最佳的陈化时间，促进聚合反应更好的进行。还可以通过陈化罐30 顶部压力表指示来判断管线的堵塞情况。可以根据情况在催化剂进料系统中增 设远传压力显示，如果催化剂进料系统压力超高正常上限，说明催化剂管线堵 塞，需要处理。

本发明改进了钕系稀土顺丁橡胶催化剂的进料方式，通过增加陈化罐30， 通过不断搅拌破坏催化剂沉淀物沉积，将沉淀物均匀带入聚合反应釜40，避 免沉淀物堵塞管线，保证聚合反应平稳；通过增加冲洗油线50，调节陈化时 间，带走管线沉淀物来保证聚合反应强度。本发明消除了沉淀物在进料管线的 沉积，不但能更好地促进聚合反应活性中心的生成、节约催化剂用量，而且可 以调节催化剂陈化时间，促进聚合反应更好的进行，保证聚合反应平稳运行。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但 这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。