聚烯烴排火炬氣的深冷分離回收系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油化工行業(yè)的環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚烯烴排火炬氣的深冷 分離回收系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚烯烴是由許多相同或不同的簡單烯烴分子(如乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯等)經(jīng) 過加聚反應(yīng)形成的高分子化合物，其中以聚乙烯和聚丙烯最為重要。由于原料豐富、價格低 廉、容易加工成型、綜合性能優(yōu)良，聚烯烴在生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。聚 烯烴的生產(chǎn)方法有高壓聚合和低壓聚合(包括溶液法、漿液法、本體法、氣相法）。
[0003] 聚烯烴的生產(chǎn)通常存在一個共同的問題，即在生產(chǎn)過程中有大量排放氣產(chǎn)生，如 為了控制聚合反應(yīng)過程中惰性氣體的含量而從反應(yīng)器排出反應(yīng)馳放氣。這些排放氣主要來 自反應(yīng)器、閃蒸罐、脫氣倉等裝置，含有大量未反應(yīng)的烯烴單體、共聚單體、氫氣、氮氣、反應(yīng) 副產(chǎn)物、烷烴雜質(zhì)及誘導(dǎo)冷凝劑。為了提高原料利用率，降低生產(chǎn)成本，上述排放氣需要采 取一定的技術(shù)手段，回收其中的有效組分送回反應(yīng)系統(tǒng)，不凝氣則排放至火炬燃燒處理(這 部分氣體稱之為排火炬氣）。傳統(tǒng)的回收工藝一般采用壓縮冷凝法，其流程為先低壓冷凝再 高壓冷凝，即排放氣先經(jīng)低壓冷凝器冷卻到一定溫度(一般為_5°C)后送入低壓冷凝罐，未 冷凝的氣體則由壓縮機增壓，經(jīng)高壓冷凝器冷卻到一定溫度(一般為_l〇°C)后送入高壓冷 凝罐，分離得到的高壓冷凝液與低壓冷凝液送回反應(yīng)系統(tǒng)，而不凝氣則排往火炬。
[0004] 在常壓下，乙烯的沸點是-103.9°C，丙烯的沸點是-47.4°C，1-丁烯的沸點是-6.3 °C。顯然，壓縮冷凝法可以實現(xiàn)對排放氣的初步回收(C4及以上組分），沸點較低的組分如乙 烯、丙烯則僅能回收一部分，大部分都作為排火炬氣燃燒處理。其中，乙烯/丙烯是聚乙烯/ 聚丙烯的主要原料，直接燒掉非?？上АＳ谑怯醒芯空咛岢?壓縮冷凝+膜分離"集成的方法 以提高輕烴組分的回收效率，如美國專利US 5769927提出將該方法用于聚丙烯排放氣回 收，但是膜分離的作用僅為提濃，富丙烯氣還需要返回進一步壓縮、冷凝，因而循環(huán)量大于 初始排放量，這導(dǎo)致壓縮和冷凝階段相應(yīng)的設(shè)備投資和能耗都顯著增加；中國專利 CN1228366C提出了"壓縮冷凝+真空回收+膜分離"集成的方法，根據(jù)專利中所述，二級膜分 離的出口氣體中還有10~20%的丙烯，而處理方式是送入火炬管道排空燃燒。
[0005] 由上所述可知，經(jīng)壓縮冷凝和膜分離兩步處理后，排火炬氣仍然含有烯烴單體等 有用組分，存在繼續(xù)回收處理的可能性。于是有研究者（中國專利CNl 04841 7C、 CN202485331U、CN103520946B)提出在膜分離之后采用深冷分離的方法進一步回收輕烴。其 中，專利CN202485331U和CN103520946B提供的深冷分離部分采用透平膨脹技術(shù)獲得冷量， 其優(yōu)點是充分利用了膜分離尾氣自身的壓力能，不需要額外增加動力設(shè)備，節(jié)省了設(shè)備投 資和占地，同時還回收了膜分離尾氣中部分烴類物質(zhì)。僅從膜分離尾氣回收的角度看，上述 方法優(yōu)勢明顯，但是在更大一些范圍內(nèi)（即聚烯烴排放氣回收系統(tǒng)整體)分析，其局限性也 很明顯。其一，系統(tǒng)能獲得的冷量受限于膜分離尾氣的操作條件和膨脹出口尾氣的要求，如 膜分離尾氣壓力較低或膨脹出口尾氣壓力要求較高，會出現(xiàn)冷量不足的情況，從而導(dǎo)致烴 類物質(zhì)回收率下降，即可操作的空間較小；其二，膨脹出口尾氣壓力低，這對進一步回收造 成困難，如采用PSA技術(shù)回收尾氣中的氫氣或氮氣時，需要增設(shè)壓縮機;其三，回收得到的烴 類物質(zhì)壓力較低，如返回反應(yīng)系統(tǒng)，當(dāng)采出是氣相時需增設(shè)壓縮機，當(dāng)采出是氣液兩相時需 增設(shè)壓縮機和換熱器;其四，生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品牌號調(diào)整以及排放氣來源多樣性導(dǎo)致了排火炬 氣的工況頻繁波動，給整套裝置長期平穩(wěn)運行帶來壓力，這是因為透平膨脹機轉(zhuǎn)速高達數(shù) 萬轉(zhuǎn)/分，在尾氣流量或壓力波動導(dǎo)致轉(zhuǎn)速大幅變化時，極易導(dǎo)致透平膨脹機的轉(zhuǎn)子損壞。 綜上所述，只有在膨脹后尾氣直接排火炬，回收得到的烴類物質(zhì)作為燃料使用，同時廠家對 烴類物質(zhì)回收率的要求不太高的情況下，專利CN202485331U和CN103520946B提供的方法才 具有優(yōu)勢;反之，雖然回收膜分離尾氣本身不需要動力設(shè)備，但在下游可能需要增加更多的 動力設(shè)備，整體核算下來能耗和投資并不低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和問題，本發(fā)明提供一種聚烯烴排火炬氣的 深冷分離回收系統(tǒng)及方法。
[0007] 一種聚烯烴排火炬氣的深冷分離回收系統(tǒng)，其包括連通至板翅式換熱器120的干 燥器110、氣液分離器130、低溫栗140、氮氣壓縮機150及透平膨脹機160,排火炬氣經(jīng)所述干 燥器110處理后送至所述板翅式換熱器120降溫，其后送至所述氣液分離器130進行氣液分 離，氣相物質(zhì)經(jīng)所述板翅式換熱器120復(fù)溫后送至后處理單元，液相物質(zhì)經(jīng)所述低溫栗140 增壓后再經(jīng)所述板翅式換熱器120復(fù)溫返回至反應(yīng)系統(tǒng);低壓氮氣經(jīng)所述氮氣壓縮機150增 壓后送至所述板翅式換熱器120預(yù)冷，其后經(jīng)所述透平膨脹機160膨脹、降溫，再返回所述板 翅式換熱器120復(fù)溫至常溫后送入所述氮氣壓縮機150的入口形成循環(huán)制冷。
[0008] 本發(fā)明一較佳實施方式中，所述板翅換熱器120出口的排火炬氣溫度范圍為-50 ~-150。。。
[0009] 本發(fā)明一較佳實施方式中，所述低溫栗140的出口壓力范圍為2MPa~5MPa。
[0010] 本發(fā)明一較佳實施方式中，所述低溫栗140為柱塞栗或離心栗。
[0011] 本發(fā)明一較佳實施方式中，所述干燥器(110 )、所述氣液分離器(130 )、所述低溫栗 (140)和所述板翅式換熱器（120)的加熱端共同構(gòu)成所述聚烯烴排火炬氣的深冷分離回收 系統(tǒng)的原料側(cè)，所述氮氣壓縮機（150)、所述透平膨脹機（160)和所述板翅式換熱器（120)的 制冷端共同構(gòu)成所述聚烯烴排火炬氣的深冷分離回收系統(tǒng)的循環(huán)制冷端，所述原料側(cè)和所 述循環(huán)制冷端相對獨立。
[0012] -種聚烯烴排火炬氣的深冷分離回收方法，其包括如下步驟：
[0013] S101、排火炬氣經(jīng)干燥器110處理后送至板翅式換熱器120進行降溫；
[0014] S102、降溫后的排火炬氣送至氣液分離器130進行氣液分離，氣相物質(zhì)經(jīng)所述板翅 式換熱器120復(fù)溫后送至后處理單元，液相物質(zhì)經(jīng)低溫栗140增壓后再經(jīng)所述板翅式換熱器 120復(fù)溫，然后返回至反應(yīng)系統(tǒng)；
[0015] S103、低壓氮氣經(jīng)氮氣壓縮機150增壓后送至所述板翅式換熱器120預(yù)冷，預(yù)冷后 的低壓氮氣經(jīng)透平膨脹機160膨脹、降溫，再返回所述板翅式換熱器120復(fù)溫至常溫，其后送 入所述氮氣壓縮機150的入口形成循環(huán)制冷。
[0016]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的聚烯烴排火炬氣的深冷分離回收系統(tǒng)采用氮氣循 環(huán)膨脹工藝取代尾氣膨脹工藝，最大化回收排火炬氣中的烴類物質(zhì)，同時便于下游更方便 的利用該烴類物質(zhì)和進一步處理尾氣，從而在整體上實現(xiàn)回收系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明第一實施例提供的聚烯烴排火炬氣的深冷分離回收系統(tǒng)的組成示意 圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明第二實施例提供的聚烯烴排火炬氣的深冷分離回收方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中 給出了本發(fā)明的較佳實施方式。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專 利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間 接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
[0020] 除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的 技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具 體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語"及/或"包括一個或多個 相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0021] 請參閱圖1，本發(fā)明第一實施例提供一種聚烯烴排火炬氣的深冷分離回收系統(tǒng) 100,其包括連通至板翅式換熱器120的干燥器110、氣液分離器130、低溫栗140、氮氣壓縮機 150及透平膨脹機160,排火炬氣經(jīng)所述干燥器110處理后送至所述板翅式換熱器120降溫， 其后送至所述氣液分離器130進行氣液分離，氣相物質(zhì)經(jīng)所述板翅式換熱器120復(fù)溫后送至 后處理單元，液相物質(zhì)經(jīng)所述低溫栗140增壓后再經(jīng)所述板翅式換熱器120復(fù)溫返回至反應(yīng) 系統(tǒng);低壓氮氣經(jīng)所述氮氣壓縮機150增壓后送至所述板翅式換熱器120預(yù)冷，其后經(jīng)所述 透平膨脹機160膨脹、降溫，再返回所述板翅式換熱器120復(fù)溫至常溫后送入所述氮氣壓縮 機150的入口形成循環(huán)制冷。
[0022] 可以理解的是，所述干燥器110、所述氣液分離器130、所述低溫栗140和所述板翅 式換熱器120的加熱端共同構(gòu)成所述聚烯烴排火炬氣的深冷分離回收系統(tǒng)100的原料側(cè)，即 排火炬氣回收端;所述氮氣壓縮機150、所述透平膨脹機160和所述板翅式換熱器120的制冷 端則共同構(gòu)成所述聚烯烴排火炬氣的深冷分離回收系統(tǒng)100的循環(huán)制冷端;優(yōu)選地，所述原 料側(cè)和所述循環(huán)制冷端相對獨立。
[0023] 本實施例中，所述干燥器110的入口接通排火炬氣，出口通過管道連通所述板翅式 換熱器120。來自上游工序的物料（即排火炬氣，流股1)經(jīng)過所述干燥器110處理及所述板翅 式換熱器120降溫后，其常壓露點降至-70°C后送至所述液化分離器130。具體地，所述干燥 器110處理合格的物料(流股2)送入所述板翅換熱器120,經(jīng)過逐級降溫至-50~-150°C(具 體溫度根據(jù)物料組成而定)后，送入(流股3)所述氣液分離器130。
[0024] 本實施例中，所述氣液分離器130的入口通過管道連通所述板翅式換熱器120,排 出氣相物質(zhì)的出口通過管道連通所述板翅式換熱器120,排出液相物質(zhì)的出口通過管道連 通低溫栗140的入口，所述低溫栗140的出口通過管道連通所述板翅式換熱器120。物料經(jīng)所 述氣液分離器130氣液分離后，得到的氣相物質(zhì)(流股5)經(jīng)所述板翅換熱器120復(fù)溫后(流股 7)送至后續(xù)工序進一步回收處理，得到的液相物質(zhì)（流股4)經(jīng)所述低溫栗140增壓至2~ 3.5Mpa(具體壓力根據(jù)反應(yīng)系統(tǒng)的需要而定）后，