(57)【要約】【課題】【解決手段】ポリマーペレットの揮発性成分を減らすための連続プロセス。
2008524037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（a）〜（g）の工程から成るポリエチレンペレット中の揮発性成分を減らす方法：
（a)  押出機(1)からのペレットを所望温度に達するのに十分な滞流時間の間、冷却水流が流れる冷却管（3）中を送り、
（b)  乾燥設備（4）中でペレットを水から分離し、水を冷却装置（5）を介して冷却装置へ戻し、冷却されたペレットはパイプ（9）を介して加熱サイロ（10）へ送り、
（c)  ペレットを加熱サイロ（10）中で、加熱サイロの低部近くから入り、上部開放表面から出る高温の気体流（11）下に5〜50時間の間維持し、
（d)  加熱サイロを常にいっぱいの状態に保つように材料の排出流を制御する弁(24)を介して加熱サイロの底部からペレットを連続的に取り出し、
（e)  ペレットを冷却装置（25）へ供給し、
（f)  上記冷却装置を室温に保ってペレットの温度を60〜70℃の所望レベルにし、
（g)  冷却されたペレットを均質化サイロへ送る。
【請求項２】
階段（c)の高温の気体流が空気である請求項1に記載の方法。
【請求項３】
冷却装置が気体流、好ましくは空気流下に室温（26）に維持された冷却サイロである請求項1または２に記載の方法。
【請求項４】
冷却サイロを出た温められた冷却気体を加熱ユニット（11）へ再循環する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
冷却装置がは室温の水で冷却された一組の垂直プレートであり、ペレットがこの垂直プレート間を重力加速度で落下する請求項1または２に記載の方法。
【請求項６】
階段（a)の所望温度が60〜70℃であり、この温度が40〜105℃、好ましくは50〜9０℃、さらに好ましくは55〜80℃の温度に保たれた冷却水流中の10〜20秒の滞流時間で達成される請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
階段（a)の所望温度が約100℃で、この温度が50〜8０℃の温度に保たれた冷却水流中の3〜10秒の滞流時間で達成される請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
階段（a)の所望温度が約100℃で、この温度が約100℃に保たれた冷却水流中の10〜20秒の滞流時間で達成される請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
冷却されたペレットを20〜60℃の温度の気体流によってパイプ（9）を通して加熱サイロへ送る請求項7または８に記載の方法。
【請求項１０】
冷却されたペレットを約100の温度の水流によってパイプ（9）を通して加熱サイロへ送り、加熱サイロの前のパイプ（9）の終わりで乾燥設備を設ける請求項7または８に記載の方法。
【請求項１１】
加熱サイロを80〜130℃の温度に保ち、そこでのペレットの滞留時間を5〜50時間にする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
感覚受容性(organoleptic properties)を有するペレットの製造での請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステムの使用。
【請求項１３】
揮発性成分含量が低いペレットの製造での請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は揮発成分を除去するためのポリエチレン粒子の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー、特にポリエチレンから作られた製品の多くは食品と接触するため「味覚が良い」グレードに製造することが望ましい。例えば飲料水と接触するパイプや食品と接触する食品の包装材料等の製品では残留炭化水素や添加剤が望ましくない臭気を発することになる。また、ある種の用途では最終生成物から残留炭化水素を除去すること、例えば低密度ポリエチレンからのエチレンを除去することが重要である。さらに、成形段階でのフュームを減らすために例えばポリプロピレンからの揮発性成分の量を減らすことが必要になる場合もある。
【０００３】
望ましくない臭気を減少または抑制するためにポリマーペレットは一般に押出機とブレンダとの間に配置されたペレット処理ユニットへ送られる。
従来の大抵のペレット処理ユニットはバッチ処理で運転される。すなわち、押出機から出たペレットは約300トンの容量を有するサイロへ送られる。このサイロが所望レベルに満たされた後、ペレットに高温の気体流を送る、その時間はガス温度に反比例し、温度が高いほど滞流時間は短くなる。しかし、温度が高過ぎるとペレットが溶けて互い接着し始め、逆に、温度が過度に低くなると、コストは低下するが、滞流時間が極端に長くなるため、両者をバランスさせる必要がある。ポリエチレンの場合の典型的な温度値と滞流時間は80〜110℃と5〜50時間である。高温の気体はサイロ低部近傍からコンプレッサーを用いて注入され、その温度は電気抵抗加熱または熱交換器を用いて製品１トン当り500〜5000m3/hrの速度で調節される。統制される。ペレットの内部からその表面へ移行した炭化水素はサイロ頂部から出る気体と一緒に排出される。ペレットを標的温度の80〜110℃まで加熱し、10〜50時間の必要滞流時間の間その温度を維持するには一定体積の高温の気体が必要になる。その後、粘着しないで容易に輸送できるようにするためにペレットを60〜70℃の温度まで冷却する必要がある。５〜50時間の滞流時間経過後に、サイロの含有物を冷却気体で冷却し、ペレットをその底部から抜き出し、ガスコンプレッサーでブレンダへ送る。
【０００４】
従来は上記のような方法が使われてきたが、サイロ中にペレットが満たされて動かない間、かなりの時間が無駄になるという欠点があった。さらに、サイロ全体を約100℃の所望温度まで加熱し、その後に約60の温度まで冷却するために長い時間と多大なエネルギーが必要であった。
下記文献にはポリマーの連続処理方法が記載されているが、多量のパージング空気が必要である。
【特許文献１】国際特許第WO2004/039848号公報
【０００５】
パージされた揮発性成分は処理が極めて難しい希釈ガスで、一般には大気中に放出されている。
従って、時間とエネルギーをより少くしたシステムに対するニーズがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、必要な待ち時間が短いペレット処理ユニットを提供する。
本発明はさらに、消費する加熱エネルギーがより少ないシステムを提供する。
本発明はさらに、加熱を必要としないか、わずかにしか必要とせず、法主されるパージガスの量を大幅に低下させるシステムを提供する。パージガスは処理され、外気中に放出される揮発成分はないか、その量はごくわずかである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、サイロを一定レベルにして連続モードで作動するペレット処理ユニットを開示する。本発明の運転法ではサイロを満たすのに必要な待ち時間を短くすることができ、一杯にしたサイロの含有物を加熱するのに必要な時間を短くすることができる。冷却サイロから出た熱い気体を加熱サイロを加熱するのに用いる高温の気体流中へ戻して再循環させることでサイロを加熱するのに必要なエネルギー量をさらに減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
押出機（1）を出た溶融したポリエチレンのストランドは回転ナイフ（2）によってペレットに切断される。熱いペレットは冷却液体、一般には水流によって冷却管（3）中を運ばれる。次いで、ペレットは乾燥設備（4）で冷却液体から分離される。
ペレットとの接触で暖められた流体は冷却装置（5）へ送られ、冷却管へ再循環される。パイプ中の連続流はポンプ（6）によって循環される。60〜70℃の温度になったペレットは小さいサイロ（7）へ取出され、サイロの底部に位置した回転バルブ（8）を通してパイプ（9）に送られる。気体流、一般には50〜60℃の温度の気体流によって加熱サイロ（10）へ運ばれる。
【０００９】
ペレットは加熱サイロ（10）の上側表面を通って加熱サイロ（10）に入る。この加熱サイロ（10）はプラグフロー（押出し流れ）の挙動をするように設計されている。次いで、ペレットは高温の気体流（11）によって所望温度まで加熱される。大気ガスは濾過器（20）を介して高温気体ブロワー送風機（21）へ送られ、それから第２の濾過器（22）を介して気体加熱装置（23）へ送られ、そこから加熱サイロの底部に入る。この気体の加熱装置は中圧スチーム流か電気抵抗である。高温の気体はサイロ中を上方へ向かって流れ、サイロの上側表面から出る。ペレットは炭化水素残留物がペレット表面へ移行し、高温気体によって上方へ運ばれ、サイロの上側表面から逃げるのに十分な時間の間、加熱サイロ中に維持される。
【００１０】
ペレットは回転バルブ（24）を介して加熱サイロから出て、冷却サイロ（25）中に落下する。回転バルブ（24）の回転速度は加熱サイロを絶えず一杯に保つように調整されている。粘着を避けるためにペレットは冷たい気体流（26）によって冷却されてからブレンダへ送られる。大気ガスは濾過器（27）を介して冷気体ブロワー送風機（28）へ送られ、それから第２の濾過器（29）を通って気体冷却装置（30）へ送られ、さらに冷却サイロの底部に入る。この気体は水で冷却される。ペレットは回転バルブ（31）を介して冷却サイロから出て、冷たい気体流によってパイプ（40）を介して均質化（homogenisation）サイロへ送られる。大気ガスは濾過器（41）を介してペレット移送ブロワー送風機（42）へ送られ、それからペレット移送クーラー（43）、次いでブレンダの内部へ送られる。
ペレットを冷やすのに使われる気体は本発明プロセス中で暖められ、加熱ユニットへ再循環されて、エネルギー使用量を減少させることができる。
【００１１】
本発明はさらに、下記（a）〜（g）の工程から成るポリエチレンペレット中の揮発性成分を減らす方法を提供する：
（a)  押出機(1)からのペレットを所望温度に達するのに十分な滞流時間の間、冷却水流が流れる冷却管（3）中を送り、
（b)  乾燥設備（4）中でペレットを水から分離し、水を冷却装置（5）を介して冷却装置へ戻し、冷却されたペレットはパイプ（9）を介して加熱サイロ（10）へ送り、
（c)  ペレットを加熱サイロ（10）中で、加熱サイロの低部近くから入り、上部開放表面から出る高温の気体流（11）下に5〜50時間の間維持し、
（d)  加熱サイロを常にいっぱいの状態に保つように材料の排出流を制御する弁(24)を介して加熱サイロの底部からペレットを連続的に取り出し、
（e)  ペレットを冷却装置（25）へ供給し、
（f)  上記冷却装置を室温に保ってペレットの温度を60〜70℃の所望レベルにし、
（g)  冷却されたペレットを均質化サイロへ送る。
【００１２】
加熱サイロに送られる高温の気体流は適当な任意の気体にすることができ、特に高密度ポリエチレンの場合には全てのケースで空気にするのが好ましい。高い安全製を要求される他のポリマーの場合には不活性ガスにするのが好ましい。
押出機に隣接する冷却水流の温度は一般に50〜70℃で、これによってペレットは、60〜70℃の温度に冷やされる。ペレットを所望レベルへクールダウンするのに必要な滞流時間は10〜20秒である。
加熱サイロ中の滞流時間はサイロ温度に依存し、温度が高いほど滞流時間は短くなる。ポリエチレンペレットの場合の最も好ましい運転条件は80〜110℃の温度と５〜50時間、好ましくは８〜15時間の滞流時間である。
冷却サイロを出るペレットの温度は一般に60〜70℃である。
上記プロセスでも多量の高温気体を必要とし、加熱サイロを加熱するのに多量のエネルギーを必要とする。
【００１３】
本発明の好ましい実施例では、押出機を出たペレットは60〜70の典型的な温度より高い、加熱サイロの温度にできるだけ近い温度まで冷却される。ポリエチレンの場合には一般に80〜110℃、好ましくは80〜100℃の温度まで冷却される。これは上記２つの方法のどちらかの手順で行なうことができる。すなわち、
1）  冷却水温を変えずに、押出機に隣接した冷却装置の滞流時間を短くする。
2）  滞流時間を変えずに、冷却水流の温度をペレットの新しい標的温度の近くに維持する。
【００１４】
最初のオプションでは押出機に隣接した冷却装置の滞流時間を一般に半分にして、４〜10秒にする。この短い滞流時間によってペレットの外部シェルは冷却流の温度すなわち60〜70℃の温度となる。ペレットのコアは熱いままで、一般には110〜130℃の温度のままである。ペレットの冷たい表面と内部の熱いコアとの間で温度が次第に均一化されて、ペレット全体の温度が加熱サイロ内での必要温度の近くになる。この方法の利点は、押出機出口の温度条件を変える必要がなく、従って、押出機を出たストランドをナイフで正しくペレットに切断できる点にある。
【００１５】
第２のオプションでは、冷却装置の温度を上げる。その温度はペレットの種類、主としてその粘性に依存する。粘性のあるポリマーに適した温度は流動性のあるポリマーの場合の温度より高くする。高密度ポリエチレンの場合に適した水温は100℃までであり、低密度ポリエチレンの場合の水温は約80℃である。この方法の欠点は押出機出口の条件を変える必要がある点にある。従って、水温を慎重に制御しないと、押出機を出たストランドをペレットに切断するときに温度上昇によってペレットが粘着性の塊に変化する危険がある。
【００１６】
いずれの方法でも乾燥設備から加熱サイロまでのパイプ中をペレットを移送する際に「エンジエルヘアー（天使の毛）」ができるという小さな欠点がある。最初のオプションが好ましい。これら２つの方法でもペレットは加熱サイロの温度に近い温度に保たれ、従って、ペレットを処理するのに必要な高温気体の量は大幅に減少する。
【００１７】
本発明の他の好ましい実施例では、押出機に隣接した冷却装置から加熱サイロへのペレットの移送は高温ガス流より熱水流で行う。この方法は冷却装置中での滞流時間が短くなり、それに伴って「エンジエルヘアー」の発生が減り、特に加熱サイロへ至る全行程でシステムの温度が一定に保たれるため、必要なエネルギー量が減る。さらに、最初のオプションを使った場合、ペレットは冷却なしに非常に長い行程を進むためペレットの内部の温度を均一にすることができる。この方法では乾燥設備を加熱サイロの直前に置く。ペレットの空気移送を無しにするために加熱サイロの真上または加熱サイロの隣りに置いて必要とする空気移送距離を短くすることができる。
【００１８】
本発明のさらに他の実施例では、冷却サイロを室温の水を充填した垂直プレートから成る熱交換システムに代える。加熱サイロを出たペレットは重力加速度下に冷却プレートの垂直壁間を下降する。冷却プレートは一般に長方形で、その典型的な寸法は1.5〜2.5メートル×1.4〜2メートルである。体積減少が少なく、滞流時間は短くなる。プレート間の滞流時間は極めて短く、ペレットはプレート間を単に重力作用で通過するだけである。
本発明のいずれの実施例でも高温気体の消費量を大幅に減少させることができる。
【実施例】
【００１９】
実施例1
パイプ製造に適したポリエチレンペレットを以下のペレット処理ユニットで脱気した。
［図２］はペレット処理ユニットの脱気部分を示している。約70℃の温度のペレットは加熱サイロに入り、そこで約100℃の加熱空気流下で約12時間維持される。ペレット処理ユニットは約42トン/時の流速でペレットを生産するのに適応するように設計されている。サイロの容積は約1000m3であり、入って来るペレットと出ていくペレットが「プラグフロー」するようなプロフィルに設計されている。ホッパーの放出角度は50度である。
【００２０】
一実施例では、ポリエチレンの溶融を避けるために入口での最高温度が105℃にした加熱空気によって、ペレットを7O℃から100℃まで加熱するのに必要な全熱量エネルギーの663キロワット時を供給する。サイロの上側表面から出た空気は約80℃であり、サイロ底部から抜き出したペレットは約100℃の温度であった。従って、ペレットを加熱するのに必要な気体量は約75,000Nm3/時である。空気を圧縮するのに必要な仕事率は750kWであり、空気を4O℃から105℃まで加熱する（コンプレッサの出口）のに必要なからエネルギーは約1700kWである。
【００２１】
次の階段では冷却サイロでペレットを冷却してから均質化ユニットへ送る。冷却サイロの容積は約200m3である。ペレットは加熱サイロの出口温度の100℃から次の階段に適した70℃の温度まで冷却される。冷却手段は約30℃の温度で冷却サイロに入り、90℃の温度で冷却サイロの上側表面から出る冷たい空気である。従って、必要な冷却空気量は約31,000 Nm3/時である。冷却空気は大気から送られる。空気を圧縮するのに必要なエネルギーは約300kWである。加熱された空気を大気中に排気するが、クロマトグラフィ（KWS方法、炭素-水素クロマトグラフィ）で測定した揮発成分量は入口で約560ppm、出口で80ppmであった。従って、上記処理によって揮発成分量は85％減り、揮発性成分を約19.8kg/時の速度で除去できた。
【００２２】
揮発性成分は75000Nm3/時に希釈され、更なる処理は必要としない。大部分の揮発性成分は最初のサイロ中で除去された。  移送ライン中でのエンジェルヘアーの発生を最小にするために移送ラインは、「ガンマーベンド」を設けてショットピーニング（shot-peened）をした。また、ペレットを2×2cmの金網スクリーンを通すことによって大きなエンジェルヘアーの発生を無くした。製品を25トン製造する毎に上記スクリーンで集められたエンジェルヘアーの量は0.2gであった。
【００２３】
実施例２
「冷却サイロ」を出る暖められた冷却空気を最初のサイロへ再循環することによって実施例1に記載のシステムの熱効率を改善した。熱バランスを以下のようにして修正した。
44000Nm3/時の加熱空気を加熱サイロ（パージ・サイロ）へ供給し、31000 Nm3/時の冷却サイロを出た温められた空気を加熱サイロ中へ再循環して戻した。44000Nm3/時を圧縮するのに必要なエネルギーは約450kWであった。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
サイロに入る揮発性成分の量は550ppmであり、冷却サイロを出た時の量は80ppmであった。25トンの製品を製造する毎の最終生産物中のエンジェルヘアーの量は約0.3gであった。
【００２６】
実施例３
この実施例ではペレットの温度を上げるために造粒階段を修正した。ペレタイザーの入口の水温を55℃から75℃に上げて水/ペレット接触時間を約15秒に増加させた。この温度増加は冷却水の冷却度をさげて行なった。乾燥設備出口でのペレットの温度は約95度であった。ペレットの温度は熱電対を数分間、ペレットバッグ中に維持して一定温度になってから測定した。ペレットを実施例1と同じ移送ラインを用いて加熱サイロへ移した。約9O℃の温度でパージサイロを入れた。脱気は、冷却サイロを出た温められた空気のみを約31000Nm3/時の量でパージサイロへ再循環して行なったので必要な加熱量は不要か、わずかであった。冷却サイロを出た空気は105℃まで加熱してからパージサイロへ送った。
【００２７】
【表２】
2008524037.tif 000004
【００２８】
揮発性成分の量は入口で600ppm、処理後には110ppmに下がった。製品中のエンジェルヘアーのレベルは25トンの製品を製造する毎に3gであった。
【００２９】
実施例４
実施例４は実施例３と同じであるが、ペレタイザーを出た後の冷却水中でのペレットの滞流時間を13秒から5秒に減した。これによってエンジェルヘアーの生成には非常にポジティブな効果があり、25トンの製品の製造毎に3gから1.1gに減少した。
【００３０】
実施例５
造粒条件とパージサイロへの移送条件は実施例４と同じものを使ったが、冷却サイロをプレート交換器、特にペレットを加熱または冷却するように設計したプレート交換器に代えた。熱交換器のタイプは例えば下記文献に記載されている。
【非特許文献１】Chemie Technik、28、Jahrgang（1999）、Nr 4、p84
【００３１】
パージサイロに導入した空気量は約1000Nm3/時で、これは揮発性成分を除去するのに十分な量であった。9O℃で到着したペレットはそれ以上に更に加熱する必要がなかった。空気を105℃まで加熱したが、この温度まで加熱するの必須ではない。冷却空気はプレートクーラーを流れる間による冷却水に代えた。ペレットは約9O℃の温度でプレート交換体に入り、約6O℃の温度で熱交換器を出る。
【００３２】
【表３】
2008524037.tif 000005
【００３３】
入口での揮発性成分量の600ppmが処理後には130ppmに下がる。除去交換率は若干低下した。揮発性成分は従来の回収システム、例えば活性炭ベッドを使用して処理した。製品中のエンジェルヘアーのレベルは25トンの製品を製造する毎に約1.5gであった。
【００３４】
実施例６
ペレット冷却用の水温を65℃にセットした。42トン/時のペレット生産速度で、ペレット／水移送速度を約420m3/時にした。ペレット冷却水中でのペレットの滞流時間は５秒にした。ペレットと水は分離器50で分離し、ペレット冷却水の約90％は回収した。濃縮したペレットスラリー（50％水、50％ペレット）を100℃の温度の移送水51と混合した。［図３］に示すように、ペレットはパージサイロ10の上部に設けられた乾燥設備52へ運ばれ、それから重力でパージサイロへ供給される。パージサイロに入るペレットは100℃の温度を有し、ごくわずかな加熱しか必要としなかった。冷却サイロは実施例５の冷却プレートシステムに代えた。
【００３５】
【表４】
2008524037.tif 000006
【００３６】
入口で600ppmの揮発性成分量は処理後に65ppmに下がった。エンジェルヘアーは生じなかった。
【００３７】
実施例７
実施例6と同じシステムを使用したが、ペレットがペレット冷却水と接触する時間を13秒にし、ペレット運搬水の温度を106℃にした。
【００３８】
【表５】
2008524037.tif 000007
【００３９】
入口で600ppmの揮発性成分量は処理後に65ppmに下がった。エンジェルヘアーは生じなかった。
全ての実施例の全エネルギー使用量を［表６］にまとめて示す。
【００４０】
【表６】
2008524037.tif 000008
【００４１】
本発明の全ての実施例で大きなエネルギーのゲインが得られることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ペレタイザーから貯蔵サイロまでのペレット処理ユニット全体の概念図。
【図２】冷却ユニットを出た、温められた気体を加熱ユニットへ再循環するためのサイロ・加熱サイロ／冷却ユニットの概念図。
【図３】ペレタイザーを出たペレットを温水流によって加熱サイロ/冷却サイロユニットへ運ぶペレット処理ユニットの概念図。
【図１】
2008524037.tif 000009
【図２】
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【図３】
2008524037.tif 000011
【国際調査報告】
2008524037.tif 000012
2008524037.tif 000013
2008524037.tif 000014