WO2015055284A1 - Polymerisationsanlage mit regeneriereinrichtung für adsorptive und/oder katalytische reinigungseinrichtung, regeneriereinrichtung und regenerierverfahren - Google Patents

Polymerisationsanlage mit regeneriereinrichtung für adsorptive und/oder katalytische reinigungseinrichtung, regeneriereinrichtung und regenerierverfahren Download PDF

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cleaning device
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Volker Witzleb
Markus Dietzen
Uwe Göbel
Andre Heller
Olivier Grosse
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Definitions

  • the present invention relates to a polymerization plant for obtaining at least one polymerization product using at least one gaseous, hydrocarbon-rich feed stream and a regeneration unit and a regeneration process according to the preambles of the independent
  • Ethylene-propylene elastomers are described, for example, in the article "Rubber, 3rd Synthetic” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, online publication June 15, 2000, DOI 10.1002 / 14356007.a23_239.pub4. It is a family of random copolymers with fully saturated polymer backbone, which is why the abbreviation M is used according to DIN / ISO 1629.
  • EPM ethylene-propylene copolymers
  • EPDM terpolymers
  • Propylene is typically used at greater than 99% purity and must be substantially free of impurities such as hydrogen, oxygen, water, carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, methanol, acetylene, methyl acetylene, carbon disulfide, carbonyl sulfide, sulfur, arsenic and hydrogen sulfide, and mercaptans.
  • impurities such as hydrogen, oxygen, water, carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, methanol, acetylene, methyl acetylene, carbon disulfide, carbonyl sulfide, sulfur, arsenic and hydrogen sulfide, and mercaptans.
  • Nitriles, oxygenates and phosphines must not exceed certain minimum amounts, since they partially catalyst poisons for the Ziegler used in the polymerization, for example. Natta or metallocene catalysts or may affect the polymerization otherwise.
  • Hydrogen, oxygen, carbon monoxide and acetylene are reacted to metal oxide.
  • water, carbon dioxide, ammonia and oxygenates may each be suitably modified
  • Adsorption step on suitably modified alumina can be water
  • Ammonia, oxygenates, mercaptans and nitriles are removed.
  • Arsenic and phosphines can subsequently be reacted on metal oxide catalysts.
  • carbon monoxide and carbon dioxide are then removed.
  • the said catalytic and / or adsorptive cleaning devices must be regenerated after exhaustion of their capacity. This is done at least in part by means of a Regeneriergasstroms, which is passed through said container and is free of the components to be removed in each case.
  • the regeneration gas flow is typically suitably conditioned, ie heated, cooled, brought to a certain pressure and / or charged with additional gas streams.
  • pure nitrogen is used as the regeneration gas stream, to which other components may also be mixed.
  • the provision of correspondingly large amounts of pure nitrogen is complicated and expensive.
  • the invention seeks to remedy this situation and make the regeneration of catalytic and / or adsorptive purification devices in polymerization easier and cheaper.
  • the invention proposes a polymerization plant for obtaining at least one polymerization product from at least one gaseous, hydrocarbon-rich feed stream having at least one
  • catalytic and / or adsorptive cleaning device for the at least partial removal of at least one undesired component in the at least one feed stream and with a regeneration device for the regeneration of
  • a "polymerization plant” is understood here to mean a plant which is set up to synthesize a polymer from monomers, in particular a plant to which the respective monomers are fed as gaseous, hydrocarbon-rich streams.
  • this may be a polymerization plant for the production of ethylene-propylene elastomers such as EPM and EPDM, wherein ethylene and propylene are used as monomers.
  • EPM and EPDM ethylene-propylene elastomers
  • ethylene and propylene are used as monomers.
  • These monomers are fed to the polymerization plant in the form of separate gas streams and cleaned individually.
  • a "polymerization product” is any product of such a plant obtained from corresponding monomers by polymerization. These may in particular be copolymers or terpolymers, in particular EPM and EPDM.
  • the "catalytic and / or adsorptive cleaning device” comprises one or more containers that have a catalytic and / or adsorptive working
  • Cleaning medium optionally on appropriate carriers included. This also includes cleaning media for the so-called chemisorption.
  • Corresponding containers are hereinafter referred to as "cleaning container”. The gaseous, hydrocarbon-rich feed streams are through this
  • a corresponding feed stream can also be passed in succession through a plurality of corresponding cleaning containers, it is also possible to clean a feed stream in parallel in several cleaning containers.
  • a “regenerator” is adapted to regenerate the purifier by directing one or more gaseous streams through one or more purge vessels filled with the adsorptive and / or catalytic purification medium.
  • a corresponding regeneration device can be provided for directing a gas flow, which is referred to here as “regeneration gas flow”, either only through one or in succession or in parallel through a plurality of cleaning vessels of a corresponding purification device. Is a regenerator capacitively designed to simultaneously several
  • the "conditioning" of the Regeneriergasstroms in the present case includes any adjustment of its chemical and / or physical properties.
  • the conditioning comprises heating, cooling, setting a predetermined pressure, feeding in further components, purifying the regeneration gas stream itself, and / or setting a predetermined one
  • a “partially closed gas cycle” is a gas cycle in which the majority of the gas contained in a regular operation is performed cyclically.
  • a partially closed gas cycle may also include means for feeding or extracting gas streams, for example for
  • the present invention is based on a known polymerization plant for obtaining at least one polymerization product from at least one gaseous, hydrocarbon-rich feed stream.
  • Polymerization plant has at least one catalytic and / or adsorptive
  • Cleaning device for at least partially removing at least one undesirable component in the at least one feed stream and comprises a regeneration device for the regeneration of the cleaning device.
  • the regeneration device is at least temporary
  • the polymerization system according to the invention allows a multiplicity of conditioning options for a corresponding regeneration gas flow.
  • at least one heating device, at least one cooling device and / or at least one compressor is advantageously provided in the gas circulation of the regenerating device.
  • Regenerator can thus flexibly operate different modes of operation in the regeneration, for example, for drying, oxidation, reduction and further steps in the regeneration in the cleaning tanks. All such steps are summarized under the generic term "regeneration".
  • a common regenerating device For a plurality of cleaning containers of a cleaning device can be provided a common regenerating device and as common
  • Regenerating system can be used for different types of adsorptive and / or catalytic cleaning media.
  • the regeneration gas in the illustrated circuit can be heated, cooled and diluted with air, for example. It can also be continuously fed a limited amount of fresh nitrogen in the circulation.
  • the discharge of a certain amount of the regeneration gas from the at least partially closed gas circulation can be pressure-controlled, whereby in particular a predetermined (back) pressure in the gas cycle can be maintained.
  • the gas circulation may therefore have at least one feed device and / or at least one removal device for a gas flow.
  • a certain regeneration tasks for example, a certain
  • Oxygen content in the regeneration gas may be required.
  • it may be provided to feed oxygen and / or air into the gas cycle.
  • the feed amount may be adjusted using a controller that operates based on a measured amount of oxygen in the gas loop. Exceeds the amount of oxygen required for regeneration one
  • the cleaning device may comprise a plurality of each filled with a cleaning medium cleaning container and the
  • Regenerating device for alternative, successive or simultaneous guidance of Regeneriergasstroms be set up by at least two cleaning containers.
  • it is advantageous, in particular in the case of regeneration which is not always required, and / or in the case of little expenditure of time, for a corresponding regeneration, if the cleaning device is capacitive only for the simultaneous regeneration of a
  • the regenerating device is also adapted to the
  • the cleaning unit can be bypassed, for example with a bypass line.
  • An inventively designed regenerating device can also be shut down during such periods.
  • the present invention is particularly suitable for use in polymerization plants, which are designed to obtain at least one ethylene-propylene elastomer of ethylene and propylene.
  • the purification device is advantageously for the at least partial removal of hydrogen, oxygen, water, carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, methanol, acetylene, methyl acetylene, carbon disulfide, carbonyl sulfide, sulfur, arsenic, hydrogen sulfide, mercaptans, nitriles, oxygenates and / or phosphines from the at least a gaseous,
  • the regeneration device can be adapted particularly flexibly to the respective components to be removed and / or the cleaning media used for this purpose.
  • the cleaning device may advantageously comprise at least one modified alumina and / or at least one metal oxide catalyst. Further absorptive and / or catalytic cleaning agents can be provided and regenerated in each known manner.
  • Regenerating device in particular for a polymerization plant for obtaining at least one polymerization product as explained above, is characterized
  • Cleaning device of a polymerization plant for obtaining at least one polymerization product from at least one gaseous
  • the cleaning device is set up to at least partially remove at least one undesired component in the at least one feed stream.
  • the method according to the invention comprises using a regeneration device, by means of which at least temporarily a regeneration gas stream is conditioned and guided through the cleaning device by means of a partially closed gas circulation of the regeneration device.
  • Figure 1 shows a polymerization plant according to an embodiment of the invention in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows a polymerization system according to an embodiment of the invention is shown schematically and designated 100 in total.
  • the polymerization unit 00 is shown very schematically. In particular, has been dispensed with the representation of a variety of valves and control and regulating devices.
  • hydrocarbon-rich feed streams 1 and 2 fed which may be, for example, ethylene and / or propylene.
  • the polymerization plant 100 comprises a purification device 20 and a regeneration device 10 and a polymerization unit 30, which is shown only schematically. In this, a polymerization product 3 is obtained. In normal operation of a corresponding polymerization plant 100, the
  • hydrocarbon-rich feed streams 1, 2 passed through cleaning tank 21 to 25 of the cleaning device 20 and in the polymerization device 30th
  • the feed stream 1 first passed through the cleaning tank 21 and then through the cleaning tank 22.
  • the feed stream 2, however, is first passed through the cleaning tank 23, then through the cleaning tank 24 and finally through the cleaning tank 25.
  • FIG. 1 shows a regeneration operation for the cleaning device 20. This means that in the time shown, the hydrocarbon-rich
  • Feed streams 1, 2 are not passed through the cleaning device 20, as illustrated by dotted arrows.
  • the cleaning device 20 is doing regenerated, wherein a Regeneriergasstrom 4 is performed in the illustrated example by the cleaning device 21.
  • the other cleaning containers 22 to 25 are not currently being regenerated, as illustrated by dashed arrows.
  • the regenerating device 10 is in the example shown for successive
  • Regeneriergasstrom 4 is successively passed through the cleaning tank 21 to 25. As explained, however, several of the cleaning containers 21 to 25 can be cleaned in parallel.
  • the regenerating device 10 includes a partially closed gas circuit 1 1. As explained, a corresponding gas circuit 11 is then partially closed, if at each pass only at most 25% of the contained gas, here the Regeneriergasstroms 4, are replaced.
  • a Regeneriergasstrom 4 in the gas circuit 1 1 can be conditioned in the regenerating device 10 in different ways, for example, heated by a heater 12, by means of a cooling device 13, which illustrated with an only hinted
  • Cooling water circuit can be operated, cooled, and compacted by means of a compressor M coupled to a compressor 14. Via feed devices 15 gas streams can be fed, which may be, for example, nitrogen, air and / or other gas components.
  • two removal devices 16 are provided in the illustrated example, which are provided with corresponding valves. At the removal devices 16, a part of the guided in the gas circuit 1 1 Regeneriergasstroms 4 can be discharged.
  • the regeneration device or its gas circuit 11 may have a plurality of bypass lines, here by way of the example of the bypass lines 17 and 18
  • the compressor 14 and / or the cleaning device 20 (if no regeneration gas stream 4 in the
  • Control means 19 may be provided, which are illustrated here very schematically.
  • an oxygen content of Regeneriergasstroms 4 in the gas circuit 11 and / or a pressure can be measured by means of appropriate measuring and adjusted on this basis a feed of air and / or oxygen and / or a valve position in the removal devices 16.

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Abstract

Es wird eine Polymerisationsanlage (100) zur Gewinnung wenigstens eines Polymerisationsprodukts (1) aus wenigstens einem gasförmigen, kohlenwasserstoffreichen Einsatzstrom (1, 2) vorgeschlagen, die wenigsten eine katalytische und/oder adsorptive Reinigungseinrichtung (20) zur wenigstens teilweisen Entfernung wenigstens einer unerwünschten Komponente in dem wenigstens einen Einsatzstrom (1, 2) und eine Regeneriereinrichtung (10) zur Regeneration der Reinigungseinrichtung (20) umfasst. Die Regeneriereinrichtung (10) ist zum wenigstens zeitweisen Konditionieren und Führen eines Regeneriergasstroms (4) durch die Reinigungseinrichtung (20) mittels eines teilweise geschlossenen Gaskreislaufs (11) eingerichtet. Ein entsprechendes Regenerierverfahren ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Description

Beschreibung
Polymerisationsanlage mit Re eneriereinrichtung für adsorptive und/oder katalytische Reinigungseinrichtung, Regeneriereinrichtung und Regenerierverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polymerisationsanlage zur Gewinnung wenigstens eines Polymerisationsprodukts unter Verwendung wenigstens eines gasförmigen, kohlenwasserstoffreichen Einsatzstroms sowie eine Regeneriereinheit und ein Regenerierverfahren gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen
Patentansprüche. Stand der Technik
Bei der Gewinnung von Polymerisationsprodukten aus gasförmigen,
kohlenwasserstoffreichen Einsatzströmen werden diese häufig nicht direkt zur
Polymerisation verwendet, sondern zuvor gereinigt. Dies wird nachfolgend am Beispiel der Herstellung von Ethylen-Propylen-Elastomeren beschrieben, gilt aber auch für eine Vielzahl anderer Anlagen.
Ethylen-Propylen-Elastomere sind beispielsweise im Artikel "Rubber, 3. Synthetic" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Onlineveröffentlichung 15. Juni 2000, DOI 10.1002/14356007.a23_239.pub4, beschrieben. Es handelt sich um eine Familie statistischer Copolymere mit vollständig gesättigtem Polymerrückgrat, weshalb gemäß DIN/ISO 1629 die Kurzbezeichnung M verwendet wird. Man unterscheidet zwischen Ethylen-Propylen-Copolymeren (EPM) und Terpolymeren (EPDM). Die zur Herstellung von EPM und EPDM verwendeten Monomere Ethylen und
Propylen werden typischerweise mit einer Reinheit von mehr als 99% verwendet und müssen weitgehend frei von Verunreinigungen wie Wasserstoff, Sauerstoff, Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Ammoniak, Methanol, Acetylen, Methylacetylen, Schwefelkohlenstoff, Carbonylsulfid, Schwefel, Arsen- und Schwefelwasserstoff sowie Mercaptanen, Nitrilen, Oxygenaten und Phosphinen sein. Die Restgehalte derartiger Verbindungen dürfen bestimmte Mindestmengen nicht überschreiten, da sie teilweise Katalysatorgifte für die bei der Polymerisation beispielsweise verwendeten Ziegler- Natta- oder Metallocenkatalysatoren darstellen oder die Polymerisation anderweitig beeinträchtigen können.
Stammen die Monomere Ethylen und Propylen aus üblichen Quellen, beispielsweise Steamcrackern, die mit Rohbenzin als Einsatz betrieben werden, enthalten diese jedoch noch beträchtliche Mengen entsprechender Verunreinigungen. Zu deren Entfernung werden daher Reinigungseinrichtungen eingesetzt, in denen auch mehrere Reinigungsstufen hintereinandergeschaltet sein können. Bei solchen Reinigungsstufen handelt es sich jeweils um Behälter, die ein katalytisch und/oder adsorptiv arbeitendes Reinigungsmedium, ggf. auf entsprechenden Trägern, enthalten, und durch die Ethylen und Propylen typischerweise als getrennte Gasströme geführt werden.
Beispielsweise können dabei in einem Ethylenstrom in einem ersten Schritt
Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenmonoxid und Acetylen an Metalloxidkatalysatoren umgesetzt werden. In einem oder mehreren weiteren Schritten können Wasser, Kohlendioxid, Ammoniak und Oxygenate jeweils mit geeignet modifiziertem
Aluminiumoxid adsorptiv entfernt werden.
Aus einem Propylenstrom können in einem ersten Adsorptionsschritt an geeignet modifiziertem Aluminiumoxid Kohlendioxid, Schwefelkohlenstoff, Carbonylsulfid und Schwefelwasserstoff durch Adsorption entfernt werden. In einem weiteren
Adsorptionsschritt an geeignet modifiziertem Aluminiumoxid können Wasser,
Ammoniak, Oxygenate, Mercaptane und Nitrile entfernt werden. Arsenwasserstoff und Phosphine können anschließend an Metalloxidkatalysatoren umgesetzt werden. In weiteren Adsorptionsschritten an geeignet modifiziertem Aluminiumoxid werden anschließend Kohlenmonoxid und Kohlendioxid entfernt.
Es versteht sich, dass die genannten Schritte auch in abweichender Reihenfolge und, je nach den enthaltenen Verunreinigungen, auch in abweichender Kombination oder nur teilweise eingesetzt werden können.
Die genannten katalytischen und/oder adsorptiven Reinigungseinrichtungen müssen nach Erschöpfung ihrer Kapazität regeneriert werden. Dies erfolgt wenigstens teilweise mittels eines Regeneriergasstroms, der durch die genannten Behälter geleitet wird und frei von den jeweils zu entfernenden Komponenten ist. Der Regeneriergasstrom wird typischerweise geeignet konditioniert, d.h. erwärmt, gekühlt, auf einen bestimmten Druck gebracht und/oder mit zusätzlichen Gasströmen beaufschlagt.
Als Regeneriergasstrom wird insbesondere reiner Stickstoff verwendet, dem ggf. noch weitere Komponenten zugemischt werden. Die Bereitstellung entsprechend großer Mengen an reinem Stickstoff ist jedoch aufwendig und teuer.
Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen und die Regeneration von katalytischen und/oder adsorptiven Reinigungseinrichtungen in Polymerisationsanlagen einfacher und kostengünstiger gestalten.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schlägt vor diesem Hintergrund eine Polymerisationsanlage zur Gewinnung wenigstens eines Polymerisationsprodukts aus wenigstens einem gasförmigen, kohlenwasserstoffreichen Einsatzstrom mit wenigstens einer
katalytischen und/oder adsorptiven Reinigungseinrichtung zur wenigstens teilweisen Entfernung wenigstens einer unerwünschten Komponente in dem wenigstens einen Einsatzstrom und mit einer Regeneriereinrichtung zur Regeneration der
Reinigungseinrichtung, eine entsprechende Regeneriereinrichtung sowie ein entsprechendes Regenerierverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung. Vor der Erläuterung der im Rahmen der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile werden einige der verwendeten Begriffe erläutert.
Unter einer "Polymerisationsanlage" wird hier eine Anlage verstanden, die zum Synthetisieren eines Polymers aus Monomeren eingerichtet ist, insbesondere eine Anlage, der die jeweiligen Monomere als gasförmige, kohlenwasserstoffreiche Ströme zugeführt werden. Insbesondere kann es sich hierbei um eine Polymerisationsanlage zur Herstellung von Ethylen-Propylen-Elastomeren wie EPM und EPDM handeln, wobei als Monomere Ethylen und Propylen verwendet werden. Diese Monomere werden der Polymerisationsanlage in Form getrennter Gasströme zugeführt und individuell gereinigt. In anderen Polymerisationsanlagen kann jedoch auch vorgesehen sein, mehrere gasförmige, kohlenwasserstoffreiche Einsatzströme miteinander zu vereinigen und gemeinsam zu reinigen.
Ein "Polymerisationsprodukt" ist jedes Produkt einer solchen Anlage, das aus entsprechenden Monomeren durch Polymerisation erhalten wird. Hierbei kann es sich insbesondere um Co- oder Terpolymere handeln, insbesondere um EPM und EPDM.
Die "katalytische und/oder adsorptive Reinigungseinrichtung" umfasst einen oder mehrere Behälter, die ein katalytisch und/oder adsorptiv arbeitendes
Reinigungsmedium, gegebenenfalls auf entsprechenden Trägern, enthalten. Dies umfasst auch Reinigungsmedien für die sogenannte Chemisorption. Entsprechende Behälter werden nachfolgend als "Reinigungsbehälter" bezeichnet. Der oder die gasförmigen, kohlenwasserstoffreichen Einsatzströme werden durch diese
Reinigungsbehälter geführt und dabei gereinigt. Ein entsprechender Einsatzstrom kann auch nacheinander durch mehrere entsprechender Reinigungsbehälter geführt werden, ebenso ist möglich, einen Einsatzstrom parallel in mehreren Reinigungsbehältern zu reinigen. Wie zuvor erläutert, sind zur Reinigung von Ethylen und Propylen zur
Herstellung von Ethylen-Propylen-Elastomeren typischerweise mehrere
Reinigungsstufen (und damit Reinigungsbehälter) seriell hintereinander angeordnet.
Eine "Regeneriereinrichtung" ist dafür eingerichtet, die Reinigungseinrichtung zu regenerieren, indem diese einen oder mehreren gasförmige Ströme durch einen oder mehrere Reinigungsbehälter, die mit dem adsorptiv und/oder katalytisch arbeitenden Reinigungsmedium gefüllt sind, leitet. Eine entsprechende Regeneriereinrichtung kann dabei dafür vorgesehen sein, einen Gasstrom, der hier als "Regeneriergasstrom" bezeichnet wird, entweder nur durch einen oder nacheinander oder parallel durch mehrere Reinigungsbehälter einer entsprechenden Reinigungseinrichtung zu leiten. Ist eine Regeneriereinrichtung kapazitiv dafür ausgelegt, gleichzeitig mehrere
Reinigungsbehälter parallel zueinander mit einem Regeneriergasstrom zu
beaufschlagen, beschleunigt dies die Regenerierung. Insbesondere in Fällen, in denen eine Regenerierung nur selten erforderlich ist, ist es jedoch günstig, eine
Regeneriereinrichtung so zu dimensionieren, dass jeweils nur ein Reinigungsbehälter oder nur ein Teil der Reinigungsbehälter mit dem Regeneriergasstrom beaufschlagt wird. Dies ermöglicht es, die ohnehin nur zeitweise erforderliche Regeneriereinrichtung kleiner und kostengünstiger auszubilden. Das "Konditionieren" des Regeneriergasstroms umfasst im vorliegenden Fall jegliche Einstellung seiner chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften. Insbesondere umfasst das Konditionieren ein Erwärmen, ein Abkühlen, ein Einstellen eines vorgegebenen Drucks, eine Zuspeisung von weiteren Komponenten, eine Reinigung des Regeneriergasstroms selbst und/oder das Einstellen einer vorgegebenen
Strömungsgeschwindigkeit.
Ein "teilweise geschlossener Gaskreislauf" ist ein Gaskreislauf, in dem in einem regulären Betrieb der überwiegende Anteil des enthaltenen Gases zyklisch geführt wird. Ein teilweise geschlossener Gaskreislauf kann jedoch auch Einrichtungen zur Einspeisung oder Entnahme von Gasströmen umfassen, beispielsweise zum
Ausschleusen unerwünschter Komponenten und/oder zum Konditionieren eines Regeneriergasstroms, der in dem Gaskreislauf geführt wird. Es bleiben jedoch stets zumindest 75%, gegebenenfalls auch zumindest 80%, 90%, 95% oder 99% des in dem Gaskreislauf vorhandenen Gases, beispielsweise eines Regeneriergasstroms, erhalten, so dass nur ein entsprechend geringer Anteil von höchstens 25%, gegebenenfalls auch höchstens 20%, 10%, 5% oder 1 % durch Entnahme bzw.
Einspeisung von Frischgas ersetzt wird. Es versteht sich jedoch, dass bei
Inbetriebnahme eines entsprechenden Gaskreislaufs dieser anfänglich mit einem entsprechenden Gas gefüllt und ggf. auch mehrfach mit Gas gespült werden kann.
Vorteile der Erfindung Die vorliegende Erfindung geht von einer an sich bekannten Polymerisationsanlage zur Gewinnung wenigstens eines Polymerisationsprodukts aus wenigstens einem gasförmigen, kohlenwasserstoffreichen Einsatzstrom aus. Eine derartige
Polymerisationsanlage weist wenigstens eine katalytische und/oder adsorptive
Reinigungseinrichtung zur wenigstens teilweisen Entfernung wenigstens einer unerwünschten Komponente in dem wenigstens einen Einsatzstrom auf und umfasst eine Regeneriereinrichtung zur Regeneration der Reinigungseinrichtung. Die Merkmale einer aus entsprechenden Komponenten aufgebauten Polymerisationsanlage wurden bereits zuvor erläutert. Erfindungsgemäß ist die Regeneriereinrichtung zum wenigstens zeitweisen
Konditionieren und wenigstens zeitweisen Führen eines Regeneriergasstroms durch die Reinigungseinrichtung mittels eines teilweise geschlossenen Gaskreislaufs eingerichtet. Wie erläutert, bleiben in einem derartigen teilweise geschlossenen Gaskreislauf bei jedem zyklischen Durchlauf stets zumindest 75% oder mehr des in dem Gaskreislauf vorhandenen Gases, hier des Regeneriergasstroms, erhalten. Dies ist vorteilhaft, weil sich hierdurch beträchtliche Mengen an Regeneriergas,
insbesondere reinem Stickstoff, einsparen lassen. Beispielsweise werden in einer Polymerisationsanlage zur Herstellung von EPDM bis zu 12 Tonnen Ethylen pro Stunde und bis zu 8,6 Tonnen Propylen pro Stunde gereinigt. Die Regeneration hierzu eingesetzter adsorptiv und/oder katalytisch arbeitender Reinigungseinrichtungen erfordert in herkömmlichen Anlagen Stickstoff im Wert von bis zu 500.000 Euro pro Jahr, legt man einen üblichen Endverkaufspreis für Reinstickstoff von 120 Euro pro Tonne zugrunde. Auch bei der Zugrundelegung geringerer Stickstoff preise, beispielsweise von 60 Euro pro Tonne, ist der erforderliche Reinstickstoff ein beträchtlicher Kostenfaktor. In herkömmlichen Anlagen wird der hierbei verwendete Stickstoff nach dem Durchströmen der Reinigungseinrichtung in die Umgebung abgeblasen. Zur Reduzierung dieser Menge ist aus der EP 2 421 902 A1 zwar ein Verfahren bekannt, das es ermöglicht, den Gesamtstickstoffverbrauch um ca. 35% und den maximalen Volumenstrom um ca. 16% zu reduzieren. Durch den Einsatz des teilweise geschlossenen Gaskreislaufs der vorliegenden Erfindung lässt sich jedoch eine nochmals deutlich verbesserte Reduktion erzielen. Hierdurch ergeben sich signifikante Einsparungen bei den Betriebskosten
entsprechender Anlagen, insbesondere von Anlagen zur Bereitstellung von
Reinstickstoff oder anderen geeigneten Regeneriergasen. Entsprechende Anlagen oder die Umrüstung bestehender Anlagen führen nur zu geringen zusätzlichen
Investitionskosten, weil beispielsweise ein entsprechendes Versorgungssystem für Reinstickstoff aufgrund des geringeren Gesamt- und Spitzenbedarfs für eine geringere Leistung ausgelegt werden kann.
Mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird der
Gesamtstickstoffverbrauch um bis zu 70% reduziert. Die Implementierungskosten für die Bereitstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Regeneriereinrichtung sind typischerweise in unter 2 Jahren amortisiert.
Die erfindungsgemäße Polymerisationsanlage ermöglicht aufgrund der spezifischen Ausbildung der Regeneriereinrichtung eine Vielzahl von Konditionierungsoptionen für einen entsprechenden Regeneriergasstrom. Hierzu ist vorteilhafterweise wenigstens eine Heizvorrichtung, wenigstens eine Kühleinrichtung und/oder wenigstens ein Verdichter in dem Gaskreislauf der Regeneriereinrichtung vorgesehen. Die
Regeneriereinrichtung kann damit flexibel unterschiedliche Betriebsmodi bei der Regenerierung bedienen, beispielsweise zur Trocknung, Oxidation, Reduktion und für weitere Schritte bei der Regeneration in den Reinigungsbehältern. Sämtliche derartige Schritte werden unter dem Oberbegriff "Regeneration" zusammengefasst.
Für mehrere Reinigungsbehälter einer Reinigungseinrichtung kann dabei eine gemeinsame Regeneriereinrichtung vorgesehen sein und als gemeinsames
Regeneriersystem für unterschiedliche Typen adsorptiv und/oder katalytisch arbeitender Reinigungsmedien verwendet werden.
Mit anderen Worten können unterschiedliche Adsorber und/oder katalytische
Reinigungsreaktoren (die auch mittels sogenannter Chemiesorption arbeiten können) mit dem Regeneriergasstrom beaufschlagt werden. Das Regeneriergas in dem erläuterten Kreislauf kann erwärmt, abgekühlt und beispielsweise mit Luft verdünnt werden. Es kann auch kontinuierlich eine begrenzte Menge frischen Stickstoffs in den Kreislauf eingespeist werden. Die Ausschleusung einer bestimmten Menge des Regeneriergases aus dem wenigstens teilweise geschlossenen Gaskreislauf kann druckgeregelt erfolgen, wodurch insbesondere ein vorgegebener (Rück-)Druck in dem Gaskreislauf eingehalten werden kann.
Wie erläutert, kann damit der Gaskreislauf dazu wenigstens eine Einspeiseeinrichtung und/oder wenigstens eine Entnahmeeinrichtung für einen Gasstrom aufweisen. Für bestimmte Regenerieraufgaben kann beispielsweise auch ein bestimmter
Sauerstoffgehalt im Regeneriergas erforderlich sein. Hierzu kann vorgesehen sein, in den Gaskreislauf Sauerstoff und/oder Luft einzuspeisen. Die Einspeisemenge kann insbesondere unter Verwendung einer Regeleinrichtung, die auf Grundlage einer gemessenen Sauerstoffmenge in dem Gaskreislauf arbeitet, eingestellt werden. Überschreitet die zur Regenerierung erforderliche Sauerstoffmenge einen
vorgegebenen Wert, kann aus Sicherheitsgründen eine zusätzliche Verbindung für Instrumentenluft vorgesehen sein. Wie ebenfalls teilweise erläutert, kann die Reinigungseinrichtung mehrere, jeweils mit einem Reinigungsmedium gefüllte Reinigungsbehälter umfassen und die
Regeneriereinrichtung zur alternativen, sukzessiven oder gleichzeitigen Führung des Regeneriergasstroms durch wenigstens zwei Reinigungsbehälter eingerichtet sein. Wie erläutert, ist insbesondere bei nicht ständig erforderlicher Regenerierung und/oder bei geringem Zeitaufwand für eine entsprechende Regenerierung vorteilhaft, wenn die Reinigungseinrichtung kapazitativ nur zur gleichzeitigen Regenerierung eines
Reinigungsbehälters eingerichtet ist. Diese baut kleiner und kann daher bedeutend kostengünstiger erstellt werden. Insbesondere ist die Regeneriereinrichtung auch dafür eingerichtet, den
Regeneriergasstrom zeitweise nicht durch die Reinigungseinrichtung zu führen.
Während derartiger Zeiten kann die Reinigungseinheit beispielsweise mit einer Bypassleitung umgangen werden. Es handelt sich hierbei um Zeiträume, in denen die Reinigungseinrichtung katalytisch und/oder adsorptiv arbeitet und nicht regeneriert wird. Eine erfindungsgemäß ausgebildete Regeneriereinrichtung kann während derartiger Zeiträume auch stillgelegt werden.
Wie erläutert, eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere zum Einsatz in Polymerisationsanlagen, die zur Gewinnung wenigstens eines Ethylen-Proplyen- Elastomers aus Ethylen und Propylen eingerichtet sind.
Hierbei ist die Reinigungseinrichtung vorteilhafterweise zur wenigstens teilweisen Entfernung von Wasserstoff, Sauerstoff, Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Ammoniak, Methanol, Acetylen, Methylacetylen, Schwefelkohlenstoff, Carbonylsulfid, Schwefel, Arsenwasserstoff, Schwefelwasserstoff, Mercaptanen, Nitrilen, Oxygenaten und/oder Phosphinen aus dem wenigstens einen gasförmigen,
kohlenwasserstoffreichen Einsatzstrom eingerichtet. Die Regeneriereinrichtung ist, wie erläutert, besonders flexibel an die jeweils zu entfernenden Komponenten und/oder die hierzu verwendeten Reinigungsmedien anpassbar. Dabei kann die Reinigungseinrichtung vorteilhafterweise wenigstens ein modifiziertes Aluminiumoxid und/oder wenigstens einen Metalloxidkatalysator aufweisen. Auch weitere absorptiv und/oder katalytisch arbeitende Reinigungsmittel können vorgesehen und in jeweils bekannter Weise regeneriert werden.
Zu den Merkmalen und Vorteilen der erfindungsgemäßen Regeneriereinrichtung sei auf die obigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen. Eine derartige
Regeneriereinrichtung, insbesondere für eine Polymerisationsanlage zur Gewinnung wenigstens eines Polymerisationsprodukts wie zuvor erläutert, zeichnet sich
erfindungsgemäß dadurch aus, dass sie zum wenigstens zeitweisen Konditionieren und Führen eines Regeneriergasstroms durch eine katalytische und/oder adsorptive Reinigungseinrichtung mittels eines teilweise geschlossenen Gaskreislaufs, wie zuvor erläutert, eingerichtet ist.
Ein Verfahren zum Regenerieren einer katalytischen und/oder adsorptiven
Reinigungseinrichtung einer Polymerisationsanlage zur Gewinnung wenigstens eines Polymerisationsprodukts aus wenigstens einem gasförmigen,
kohlenwasserstoffreichen Einsatzstrom ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Hierbei ist die Reinigungseinrichtung zur wenigstens teilweisen Entfernung wenigstens einer unerwünschten Komponente in dem wenigstens einen Einsatzstrom eingerichtet. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst, eine Regeneriereinrichtung zu verwenden, mittels derer wenigstens zeitweise ein Regeneriergasstrom konditioniert und mittels eines teilweise geschlossenen Gaskreislaufs der Regeneriereinrichtung durch die Reinigungseinrichtung geführt wird. Die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits zuvor unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäß vorgesehene Polymerisationsanlage erläutert. Insbesondere ist vorgesehen, das erfindungsgemäße Verfahren in einer bereits zuvor erläuterten Polymerisationsanlage durchzuführen. Dies umfasst vorteilhafterweise wenigstens zwei unterschiedliche Betriebsmodi, in denen der Regeneriergasstrom unterschiedlich konditioniert und damit an die jeweiligen Regenerieraufgaben angepasst werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Polymerisationsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Polymerisationsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Die Polymerisationsanlage 00 ist stark schematisiert dargestellt. Insbesondere wurde auf die Darstellung einer Vielzahl von Ventilen sowie von Steuer- und Regeleinrichtungen verzichtet.
Der Polymerisationsanlage 100 werden im dargestellten Beispiel zwei
kohlenwasserstoffreiche Einsatzströme 1 und 2 zugeführt, bei denen es sich beispielsweise um Ethylen und/oder Propylen handeln kann.
Die Polymerisationsanlage 100 umfasst eine Reinigungseinrichtung 20 und eine Regeneriereinrichtung 10 sowie eine Polymerisationseinheit 30, die lediglich schematisch dargestellt ist. In dieser wird ein Polymerisationsprodukt 3 erhalten. Im Normalbetrieb einer entsprechenden Polymerisationsanlage 100 werden die
kohlenwasserstoffreichen Einsatzströme 1, 2 durch Reinigungsbehälter 21 bis 25 der Reinigungseinrichtung 20 geführt und in der Polymerisationseinrichtung 30
polymerisiert.
Im Normalbetrieb einer entsprechenden Polymerisationsanlage 100 wird
beispielsweise der Einsatzstrom 1 zunächst durch den Reinigungsbehälter 21 und dann durch den Reinigungsbehälter 22 geführt. Der Einsatzstrom 2 wird hingegen zunächst durch den Reinigungsbehälter 23, dann durch den Reinigungsbehälter 24 und schließlich durch den Reinigungsbehälter 25 geführt.
In Figur 1 ist jedoch ein Regenerationsbetrieb für die Reinigungseinrichtung 20 gezeigt. Dies bedeutet, dass im dargestellten Zeitpunkt die kohlenwasserstoffreichen
Einsatzströme 1 , 2 nicht durch die Reinigungseinrichtung 20 geführt werden, wie hier durch gepunktete Pfeile veranschaulicht. Die Reinigungseinrichtung 20 wird dabei regeneriert, wobei ein Regeneriergasstrom 4 im dargestellten Beispiel durch die Reinigungseinrichtung 21 geführt wird. Die anderen Reinigungsbehälter 22 bis 25 werden momentan nicht regeneriert, wie hier mit gestrichelten Pfeilen veranschaulicht. Die Regeneriereinrichtung 10 ist im dargestellten Beispiel zum sukzessiven
Regenerieren der Reinigungsbehälter 21 bis 25 ausgebildet, so dass ein
Regeneriergasstrom 4 nacheinander durch die Reinigungsbehälter 21 bis 25 geführt wird. Wie erläutert, können jedoch auch mehrere der Reinigungsbehälter 21 bis 25 parallel gereinigt werden. Die Regeneriereinrichtung 10 umfasst einen teilweise geschlossenen Gaskreislauf 1 1. Wie erläutert, ist ein entsprechender Gaskreislauf 11 dann teilweise geschlossen, wenn bei jedem Durchlauf nur höchstens 25% des enthaltenen Gases, hier des Regeneriergasstroms 4, ausgetauscht werden. Ein Regeneriergasstrom 4 in dem Gaskreislauf 1 1 kann in der Regeneriereinrichtung 10 auf unterschiedliche Weise konditioniert werden, beispielsweise mittels einer Heizeinrichtung 12 erhitzt, mittels einer Kühleinrichtung 13, die mit einem nur angedeutet veranschaulichten
Kühlwasserkreislauf betrieben werden kann, abgekühlt, und mittels eines mit einem Motor M gekoppelten Verdichters 14 verdichtet. Über Einspeiseeinrichtungen 15 können Gasströme zugespeist werden, wobei es sich beispielsweise um Stickstoff, Luft und/oder weitere Gaskomponenten handeln kann.
Ferner sind im dargestellten Beispiel zwei Entnahmeeinrichtungen 16 vorgesehen, die mit entsprechenden Ventilen versehen sind. An den Entnahmeeinrichtungen 16 kann ein Teil des in dem Gaskreislauf 1 1 geführten Regeneriergasstroms 4 ausgeleitet werden. Durch eine entsprechende Einstellung der Ventile in den
Entnahmeeinrichtungen 16 kann ein geeigneter Rückdruck in dem Gaskreislauf 1 1 eingestellt werden, so dass der Regeneriergasstrom 4 immer mit einem vorgegebenen Druck bereit steht. Die Regeneriereinrichtung bzw. deren Gaskreislauf 11 kann mehrere Bypassleitungen, hier am Beispiel der Bypassleitungen 17 und 18
veranschaulicht, umfassen. Beispielsweise kann hierdurch der Verdichter 14 und/oder die Reinigungseinrichtung 20 (wenn kein Regeneriergasstrom 4 in der
Reinigungseinrichtung 10 benötigt wird) umgangen werden.
An unterschiedlichen Stellen in dem Gaskreislauf 11 können Mess- und/oder
Regelmittel 19 vorgesehen sein, die hier stark schematisiert veranschaulicht sind. Beispielsweise kann mittels entsprechender Messmittel ein Sauerstoffgehalt des Regeneriergasstroms 4 in dem Gaskreislauf 11 und/oder ein Druck gemessen und auf dieser Grundlage eine Zuspeisung von Luft und/oder Sauerstoff und/oder eine Ventilstellung in den Entnahmeeinrichtungen 16 eingestellt werden.

Claims

Patentansprüche
Polymerisationsanlage (100) zur Gewinnung wenigstens eines
Polymerisationsprodukts (3) aus wenigstens einem gasförmigen,
kohlenwasserstoffreichen Einsatzstrom (1 , 2), mit wenigstens einer katalytischen und/oder adsorptiven Reinigungseinrichtung (20) zur wenigstens teilweisen Entfernung wenigstens einer unerwünschten Komponente in dem wenigstens einen Einsatzstrom (1 , 2), und mit einer Regeneriereinrichtung (10) zur
Regeneration der Reinigungseinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneriereinrichtung (10) zum wenigstens zeitweisen Konditionieren und Führen eines Regeneriergasstroms (4) durch die Reinigungseinrichtung (20) mittels eines teilweise geschlossenen Gaskreislaufs (11) eingerichtet ist.
Polymerisationsanlage (100) nach Anspruch 1 , wobei in dem Gaskreislauf (11) wenigstens eine Heizeinrichtung (12), wenigstens eine Kühleinrichtung (13) und/oder wenigstens ein Verdichter (14) angeordnet sind.
Polymerisationsanlage (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gaskreislauf (1 1) wenigstens eine Einspeiseeinrichtung (15) und/oder wenigstens eine
Entnahmeeinrichtung (16) für einen Gasstrom aufweist.
Polymerisationsanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Reinigungseinrichtung (20) mehrere, jeweils mit einem Reinigungsmedium (26) gefüllte Reinigungsbehälter (21 - 25) umfasst und die Regeneriereinrichtung (10) zum alternativen oder gleichzeitigen Führen des Regeneriergasstroms (4) durch wenigstens zwei Reinigungsbehälter (21 - 25) eingerichtet ist.
Polymerisationsanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Regeneriereinrichtung (10) für einen Betrieb in unterschiedlichen Betriebsphasen eingerichtet ist, in denen der Regeneriergasstrom (4) mittels der
Regeneriereinrichtung (10) unterschiedlich konditioniert wird.
Polymerisationsanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Regeneriereinrichtung (10) dafür eingerichtet ist, den Regeneriergasstrom (4) zeitweise nicht durch die Reinigungseinrichtung (20) zu führen.
7. Polymerisationsanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die zur Gewinnung wenigstens eines Ethylen-Propylen-Elastomers aus Ethylen (1) und Propylen (2) eingerichtet ist.
8. Polymerisationsanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Reinigungseinrichtung (20) zur wenigstens teilweisen Entfernung von Wasserstoff, Sauerstoff, Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Ammoniak, Methanol,
Acetylen, Methylacetylen, Schwefelkohlenstoff, Carbonylsulfid, Schwefel,
Arsenwasserstoff, Schwefelwasserstoff, Mercaptanen, Nitrilen, Oxygenaten und/oder Phosphinen aus dem wenigstens einen gasförmigen,
kohlenwasserstoffreichen Einsatzstrom (1 , 2) eingerichtet ist.
9. Polymerisationsanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Reinigungseinrichtung (20) wenigstens ein modifiziertes Aluminiumoxid und/oder wenigstens einen Metalloxidkatalysator aufweist.
10. Regeneriereinrichtung (10), insbesondere für eine Polymerisationsanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum wenigstens zeitweisen Konditionieren und Führen eines Regeneriergasstroms (4) durch eine katalytische und/oder adsorptive Reinigungseinrichtung (20) in Form eines teilweise geschlossenen Gaskreislaufs (11).
11. Verfahren zum Regenerieren einer katalytischen und/oder adsorptiven
Reinigungseinrichtung (20) einer Polymerisationsanlage (100) zur Gewinnung wenigstens eines Polymerisationsprodukts (1) aus wenigstens einem gasförmigen, kohlenwasserstoffreichen Einsatzstrom (1 , 2), die zur wenigstens teilweisen Entfernung wenigstens einer unerwünschten Komponente in dem wenigstens einen Einsatzstrom (1 , 2) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeneriereinrichtung (10) verwendet wird, mittels derer wenigstens zeitweise ein Regeneriergasstrom (4) konditioniert und in Form eines teilweise geschlossenen Gaskreislaufs (11) durch die Reinigungseinrichtung (20) geführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , das in einer Polymerisationsanlage (100) nach
einem der Ansprüche 1 bis 9 durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, das in zumindest zwei unterschiedlichen Betriebsmodi durchgeführt wird, in denen der Regeneriergasstrom (4) unterschiedlich konditioniert wird.
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