CN205730772U - 从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***，其包括干燥器、一级板翅换热器、二级板翅换热器、一级气液分离器、二级气液分离器、三级气液分离器及包含膨胀端和增压端的膨胀机组。所述从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***利用尾气膨胀获得***所需冷量，最大化回收尾气的压力能；同时采用多级气液分离，其中第一级气液分离和第三级气液分离的巧妙设计，一方面用于回收重烃组分(主要为C4+组分)，作为惰性物质排出聚合反应***的一个出口，另一方面也避免C6+组分固化引起换热器堵塞的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油化工行业的环保技术领域，尤其涉及一种从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***及方法。
背景技术
聚烯烃是由许多相同或不同的简单烯烃分子(如乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯等)经过加聚反应形成的高分子化合物，其中以聚乙烯和聚丙烯最为重要。由于原料丰富、价格低廉、容易加工成型、综合性能优良，聚烯烃在生产和生活的各个领域均有着广泛的应用。聚烯烃的生产方法有高压聚合和低压聚合(包括溶液法、浆液法、本体法、气相法)。
聚烯烃的生产通常存在一个共同的问题，即在生产过程中有大量排放气产生，如为了控制聚合反应过程中惰性气体的含量而从反应器排出反应驰放气。这些排放气主要来自反应器、闪蒸罐、脱气仓等装置，含有大量未反应的烯烃单体、共聚单体、氢气、氮气、反应副产物、烷烃杂质及诱导冷凝剂。为了提高原料利用率，降低生产成本，上述排放气需要采取一定的技术手段，回收其中的有效组分送回反应***，不凝气则排放至火炬燃烧处理(这部分气体称之为排火炬气)。传统的回收工艺一般采用压缩冷凝法，其流程为先低压冷凝再高压冷凝，即排放气先经低压冷凝器冷却到一定温度(一般为-5℃)后送入低压冷凝罐，未冷凝的气体则由压缩机增压，经高压冷凝器冷却到一定温度(一般为-10℃)后送入高压冷凝罐，分离得到的高压冷凝液与低压冷凝液送回反应***，而不凝气则排往火炬。
在常压下，乙烯的沸点是-103.9℃，丙烯的沸点是-47.4℃，1-丁烯的沸点是-6.3℃。显然，压缩冷凝法可以实现对排放气的初步回收(C4及以上组分)，沸点较低的组分如乙烯、丙烯则仅能回收一部分，大部分都作为排火炬气燃烧处理。其中，乙烯/丙烯是聚乙烯/聚丙烯的主要原料，直接烧掉非常可惜。于是有研究者提出“压缩冷凝+膜分离”集成的方法以提高轻烃组分的回收效率，如美国专利US 5769927提出将该方法用于聚丙烯排放气回收，但是膜分离的作用仅为提浓，富丙烯气还需要返回进一步压缩、冷凝，因而循环量大于初始排放量，这导致压缩和冷凝阶段相应的设备投资和能耗都显著增加；中国专利CN1228366C提出了“压缩冷凝+真空回收+膜分离”集成的方法，根据专利中所述，二级膜分离的出口气体中还有10～20％的丙烯，而处理方式是送入火炬管道排空燃烧。
由上所述可知，经压缩冷凝和膜分离两步处理后，排火炬气仍然含有烯烃单体等有用组分，存在继续回收处理的可能性。于是有研究者(中国专利CN1048417C、CN202485331U、CN103520946B)提出在膜分离之后采用深冷分离的方法进一步回收轻烃。其中，专利CN202485331U和CN103520946B提供的深冷分离部分采用透平膨胀技术获得冷量，其优点是充分利用了膜分离尾气自身的压力能，不需要额外增加动力设备，节省了设备投资和占地，同时还回收了膜分离尾气中部分烃类物质。
从实际生产的数据看，聚烯烃所用的原料中往往含有少量烷烃，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷，同时在聚合过程中，也存在生产烷烃的副反应，而烷烃对于烯烃聚合***来说是惰性气体，在反应器中逐步富集，当烷烃浓度过高时，会影响聚合反应的进行。若回收得到的混合烃全部返回反应***将会加重富集效应，因此需采取措施避免烷烃(尤其是重烃)返回反应***。
另外，己烷及以上组分的熔点较高，如采用深冷分离的方式，有可能固化，从而堵塞板翅换热器的通道。
气体经膨胀机膨胀后，除了产生冷量外，还会产生一部分膨胀功，这部分功可以通过设计一套聚烯烃尾气专用的膨胀机组实现回收。回收的膨胀功可以用于富氮尾气增压，将其用作脱仓气或者其他工段。
综上所述，传统的深冷分离方法还存在很大的改进空间。
实用新型内容
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和问题，本实用新型提供一种从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***及方法。
一种从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***，其包括：
干燥器110)，其用于接收来自聚烯烃反应***的排火炬气1，并输出第一流体2；
一级板翅换热器121，其用于冷却所述第一流体2，并输出第一气液混合物3；
一级气液分离器131，其用于分离所述第一气液混合物3中的重烃组分，输出第二流体5至所述一级板翅式换热器121形成第二气液混合物15，并输出富含氮气及轻烃组分的第三流体4；
二级板翅换热器122，其用于冷却所述第三流体4，并输出第三气液混合物6；
二级气液分离器132，其用于分离所述第三气液混合物6中的轻烃组分，并输出第四流体7和第五流体8，所述第四流体7依次顺序通过所述二级板翅换热器122和所述一级板翅换热器121形成第六流体10；
包含膨胀端141和增压端142的膨胀机组，所述膨胀端141用于对所述第五流体8进行膨胀降温，输出低温流体11依次顺序通过所述二级板翅换热器122和所述一级板翅换热器121形成膨胀流体13，同时输出膨胀功，所述增压端142接收所述膨胀端141输出的膨胀功，并为所述膨胀流体13增压，输出第七流体14；
三级气液分离器133，其用于分离所述第二气液混合物15中的轻烃组分，输出第八流体16和第九流体17，其中所述第九流体17与所述第六流体10汇合后返回至所述聚烯烃反应***。
本实用新型一较佳实施方式中，所述一级板翅换热器121输出的第一气液混合物3的温度范围为-30～-70℃。
本实用新型一较佳实施方式中，所述二级板翅换热器122输出的第三气液混合物6的温度范围为-80～-150℃。
本实用新型一较佳实施方式中，所述膨胀机组为透平膨胀机组。
本实用新型一较佳实施方式中，所述膨胀端141膨胀前压力为1.1～1.6MPa，膨胀后压力为0.05～0.2MPa。
一种从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的方法，其包括如下步骤：
S101、将来自聚烯烃反应***的排火炬气1经干燥器110处理后送至一级板翅换热器121进行降温；
S102、降温后的排火炬气送至一级气液分离器131进行气液分离，输出含重烃组分的第二流体5，并输出富含氮气及轻烃组分的第三流体4至二级板翅式换热器122形成第三气液混合物6；
S103、所述第三气液混合物6送至二级气液分离器132进行气液分离，形成的第四流体7依次顺序通过所述二级板翅换热器122和所述一级板翅换热器121形成第六流体10，形成的第五流体8经膨胀机组的膨胀端141膨胀降温后，依次顺序通过所述二级板翅换热器122和所述一级板翅换热器121形成膨胀流体13，所述膨胀流体13经增压端142增压后形成第七流体14；
S104、所述第二流体5经所述一级板翅式换热器121降温后输出第二气液混合物15至三级气液分离器133进行气液分离，输出第八流体16，并输出所述第九流体17与所述第六流体10汇合后返回至所述聚烯烃反应***。
相对于现有技术，本实用新型提供的从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***利用尾气膨胀获得***所需冷量，最大化回收尾气的压力能；同时采用多级气液分离，其中第一级气液分离和第三级气液分离的巧妙设计，一方面用于回收重烃组分(主要为C4+组分)，作为惰性物质排出聚合反应***的一个出口，另一方面也避免C6+组分固化引起换热器堵塞的问题；此外设计了一套聚烯烃尾气专用的膨胀机组，利用尾气的压力能获得冷量，同时还回收膨胀功。
可以理解的是，聚乙烯和聚丙烯的排火炬气组成近似，都可以采用本实用新型提出的从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***及方法进行回收，区别仅在于操作条件不同。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例提供的从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***的组成示意图；
图2为本实用新型第二实施例提供的从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本实用新型第一实施例提供一种从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***100，其包括干燥器110、一级板翅换热器121、二级板翅换热器122、一级气液分离器131、二级气液分离器132、三级气液分离器133及包含膨胀端141和增压端142的膨胀机组。
所述干燥器110用于接收来自聚烯烃反应***(图未示)的排火炬气1，并输出第一流体2；具体地，来自上游工序(即聚烯烃反应***)的物料(即排火炬气，流股1)经过所述干燥器110，其常压露点降至-70℃后送至液化分离单元(包括所述一级气液分离器131、所述二级气液分离器132和三级气液分离器133)进行液化分离。
所述一级板翅换热器121用于冷却所述第一流体2，并输出第一气液混合物3。具体地，所述干燥器110处理合格的物料(即第一流体，流股2)送入所述一级板翅换热器121，经过逐级降温至-30～-70℃(具体温度根据物料组成而定)后，送入所述一级气液分离器131。
本实施例中，所述一级板翅换热器121输出的第一气液混合物3(流股3)的温度范围为-30～-70℃，可以理解的是，具体温度可根据排火炬气1的具体组成而定。
所述一级气液分离器131用于分离所述第一气液混合物3中的重烃组分，输出第二流体5至所述一级板翅式换热器121形成第二气液混合物15，并输出富含氮气及轻烃组分的第三流体4。具体地，经所述一级气液分离器131气液分离得到的液相(即第二流体，流股5)经所述一级板翅换热器121复温后，送至所述三级气液分离器133。
所述二级板翅换热器122用于冷却所述第三流体4，并输出第三气液混合物6。具体地，经所述一级气液分离器131气液分离得到的气相(即第三流体，流股4)送入所述二级板翅换热器122，经过逐级降温至-80～-150℃(具体温度根据物料组成而定)后，送入所述二级气液分离器132。可以理解的是，所述二级板翅换热器122输出的流股6的温度根据排火炬气1的具体组成而定。
本实施例中，所述二级板翅换热器122输出的第三气液混合物6的温度范围为-80～-150℃。可以理解的是，具体温度可根据第三气液混合物6(流股6)的具体组成而定。
所述二级气液分离器132用于分离所述第三气液混合物6中的轻烃组分，并输出第四流体7和第五流体8，所述第四流体7依次顺序通过所述二级板翅换热器122和所述一级板翅换热器121形成第六流体10。具体地，经所述二级气液分离器132气液分离得到的气相(即第五流体，流股8)经聚烯烃尾气专用的所述膨胀机组的膨胀端141膨胀降温，依次返回所述二级板翅换热器122和所述一级板翅换热器121，为所述从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***100提供冷量，然后经所述膨胀机组的增压端142增压后送出界区。经所述二级气液分离器132气液分离得到的液相(即第四流体，流股7)依次返回所述二级板翅换热器122和所述一级板翅换热器121复温，最后形成第六流体10(流股10)与第九流体(流股17)汇合送回聚合反应***。
本实施例中，所述膨胀机组包含膨胀端141和增压端142，所述膨胀端141用于对所述第五流体8进行膨胀降温，输出低温流体11依次顺序通过所述二级板翅换热器122和所述一级板翅换热器121形成膨胀流体13，同时输出膨胀功，所述增压端142接收所述膨胀端141输出的膨胀功，并为所述膨胀流体13增压，输出第七流体14。优选地，所述膨胀机组为透平膨胀机组，可以理解的是，所述膨胀机组可以进一步优选为聚烯烃尾气专用的透平膨胀机组，包含所述膨胀端141和所述增压端142；所述膨胀端141膨胀前压力为1.1～1.6MPa，膨胀后压力为0.05～0.2MPa，可以理解的是，所述膨胀机组的膨胀端141膨胀前压力和膨胀后压力依据进料压力而定。
所述三级气液分离器133用于分离所述第二气液混合物15中的轻烃组分，输出第八流体16和第九流体17，其中所述第九流体17与所述第六流体10汇合后返回至所述聚烯烃反应***。具体地，经所述三级气液分离器133气液分离得到的液相(即第八流体，流股16，以C5+组分为主的重烃产品)送出界区，经所述三级气液分离器133气液分离得到的气相(第九流体，流股17)汇入流股10，即与第六流体10(流股10)汇合送回聚合反应***。
请参阅图2，本实用新型第二实施例提供一种从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的方法，其包括如下步骤：
S101、将来自聚烯烃反应***的排火炬气1经干燥器110处理后送至一级板翅换热器121进行降温。
具体地，来自上游工序(即聚烯烃反应***)的物料(即排火炬气，流股1)经过所述干燥器110，其常压露点降至-70℃，其后送至所述一级板翅换热器121进行降温。
S102、降温后的排火炬气送至一级气液分离器131进行气液分离，输出含重烃组分的第二流体5，并输出富含氮气及轻烃组分的第三流体4至二级板翅式换热器122形成第三气液混合物6。
具体地，降温后的排火炬气经所述一级气液分离器131气液分离得到的液相(即第二流体，流股5)和气相(即第三流体，流股4)，其中液相经所述一级板翅换热器121复温后，送至所述三级气液分离器133；气相送入所述二级板翅换热器122，经过逐级降温至-80～-150℃(具体温度根据物料组成而定)后，送入所述二级气液分离器132。
S103、所述第三气液混合物6送至二级气液分离器132进行气液分离，形成的第四流体7依次顺序通过所述二级板翅换热器122和所述一级板翅换热器121形成第六流体10，形成的第五流体8经膨胀机组的膨胀端141膨胀降温后，依次顺序通过所述二级板翅换热器122和所述一级板翅换热器121形成膨胀流体13，所述膨胀流体13经增压端142增压后形成第七流体14。
具体地，经所述二级气液分离器132气液分离得到的气相(即第五流体，流股8)经聚烯烃尾气专用的所述膨胀机组的膨胀端141膨胀降温，依次返回所述二级板翅换热器122和所述一级板翅换热器121，为所述从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***100提供冷量，然后经所述膨胀机组的增压端142增压后送出界区。经所述二级气液分离器132气液分离得到的液相(即第四流体，流股7)依次返回所述二级板翅换热器122和所述一级板翅换热器121复温，最后形成第六流体10(流股10)与第九流体(流股17)汇合送回聚合反应***。
S104、所述第二流体5经所述一级板翅式换热器121降温后输出第二气液混合物15至三级气液分离器133进行气液分离，输出第八流体16，并输出所述第九流体17与所述第六流体10汇合后返回至所述聚烯烃反应***。
具体地，经所述三级气液分离器133气液分离得到的液相(即第八流体，流股16，以C5+组分为主的重烃产品)送出界区，经所述三级气液分离器133气液分离得到的气相(第九流体，流股17)汇入流股10，即与第六流体10(流股10)汇合送回聚合反应***。
实施例
某石化公司聚乙烯生产装置的排火炬气工况参数的实测值如表1所示。其压力范围为1.3MPa(G)，温度为40℃，流量为2030Nm3/h。
表1排火炬气组成实测值(v％)
排火炬气(流股1)首先进入干燥器110处理，待露点达到-70℃左右，送至一级板翅换热器121，温度逐级下降至-40℃，然后送至一级气液分离器131。经一级气液分离器131分离得到的液相(流股5)经一级板翅换热器121复温后，送至三级气液分离器133。经三级气液分离器133分离得到的气相(流股17)汇入流股10，经三级气液分离器133分离得到的液相(流股16，重烃类产品)送出界区。经一级气液分离器131分离得到气相(流股4)送至二级板翅换热器122继续降温至-125℃，然后送至二级气液分离器132。经二级气液分离器132分离得到的液相(流股7)依次经二级板翅换热器122、一级板翅换热器121复温，返回聚合反应***(流股10，轻烃类产品)，经二级气液分离器132分离得到的气相(流股8)经膨胀机组的膨胀端141膨胀降温至-138℃后，依次经过二级板翅换热器122、一级板翅换热器121，为***提供必要的冷量，充分复温，再经膨胀机组的增压端142增压后送出界区(流股14)。
排火炬气1经所述从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***100进行深冷分离处理后，分别得到以氮气为主的尾气(流股14)、以C5+为主的重烃类产品(流股16)和以乙烯为主的轻烃类产品(流股11)。其中流股14的参数为：压力0.29MPa(G)、温度30℃、流量为1506Nm3/h，其组成如表2所示；其中流股16的参数为压力0.085MPa(G)、温度30℃、流量为94Nm3/h，其组成如表3所示；其中流股11的参数为压力0.075MPa(G)、温度40℃、流量为430Nm3/h，其组成如表4所示。
表2尾气组成(v％)
表3重烃类产品组成(v％)
表4轻烃类产品组成(v％)
另外，流股4中的己烷含量降至74ppm，大大降低了二级板翅换热器122发生冻堵的可能性。由此可见，所述从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***100采用多级气液分离器(一级气液分离器131、二级气液分离器132、三级气液分离器133)的设计确实具有相当好的效果。
本实用新型提出的从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***具有如下优点：其一、多级气液分离器的设计具有两方面的好处：一方面，第三气液分离器得到的液相产品以重烃为主，该产品送出***，减轻了重烃在反应***的富集；另一方面，利用第一气液分离器在相对高的温度下先分离出重烃，降低了第二板翅换热器发生冻堵的风险。其二、膨胀机组设计巧妙，利用膨胀端获得冷量，同时增压端又回收了膨胀功，最大化的利用尾气的压力能；对传统方法而言，为了保证尾气顺利送出界区，膨胀机出口压力不能过低(通常不能低于0.2MPa(G)，主要用于克服下游管道及设备的阻力)，这就限制了膨胀机能够获得的冷量；而本实用新型增设了膨胀机增压端，从而膨胀端出口的压力可以低至0.05～0.2MPa(G)，这意味着在同等进料压力的条件下，本实用新型提出的从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***比传统方法获得更多的冷量，回收效果更好。其三、尾气中的氮气含量高达97％，可以直接再利用。
另外，聚乙烯和聚丙烯生产过程的尾气组成相似，完全可以采用相同回收方法，仅仅在设计参数上有所差别。故本实用新型提出的从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***同时适用于聚乙烯和聚丙烯排火炬气以及具有近似成的排放气回收利用。
同时，所述提出的从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的方法的步骤简单易行，便于推广应用。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***，其特征在于，包括：
干燥器(110)，其用于接收来自聚烯烃反应***的排火炬气(1)，并输出第一流体(2)；
一级板翅换热器(121)，其用于冷却所述第一流体(2)，并输出第一气液混合物(3)；
一级气液分离器(131)，其用于分离所述第一气液混合物(3)中的重烃组分，输出第二流体(5)至所述一级板翅式换热器(121)形成第二气液混合物(15)，并输出富含氮气及轻烃组分的第三流体(4)；
二级板翅换热器(122)，其用于冷却所述第三流体(4)，并输出第三气液混合物(6)；
二级气液分离器(132)，其用于分离所述第三气液混合物(6)中的轻烃组分，并输出第四流体(7)和第五流体(8)，所述第四流体(7)依次顺序通过所述二级板翅换热器(122)和所述一级板翅换热器(121)形成第六流体(10)；
包含膨胀端(141)和增压端(142)的膨胀机组，所述膨胀端(141)用于对所述第五流体(8)进行膨胀降温，输出低温流体(11)依次顺序通过所述二级板翅换热器(122)和所述一级板翅换热器(121)形成膨胀流体(13)，同时输出膨胀功，所述增压端(142)接收所述膨胀端(141)输出的膨胀功，并为所述膨胀流体(13)增压，输出第七流体(14)；
三级气液分离器(133)，其用于分离所述第二气液混合物(15)中的轻烃组分，输出第八流体(16)和第九流体(17)，其中所述第九流体(17)与所述第六流体(10)汇合后返回至所述聚烯烃反应***。
2.如权利要求1所述的从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***，其特征在于，所述一级板翅换热器(121)输出的第一气液混合物(3)的温度范围为 -30～-70℃。
3.如权利要求1所述的从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***，其特征在于，所述二级板翅换热器(122)输出的第三气液混合物(6)的温度范围为-80～-150℃。
4.如权利要求1所述的从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***，其特征在于，所述膨胀机组为透平膨胀机组。
5.如权利要求1所述的从聚烯烃排火炬气中回收混合烃的***，其特征在于，所述膨胀端(141)膨胀前压力为1.1～1.6MPa，膨胀后压力为0.05～0.2MPa。
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