CN101864011A - 间歇式本体法聚丙烯装置闪蒸釜氮气置换工艺 - Google Patents

Abstract

用氮气置换间歇式本体法聚丙烯装置闪蒸釜内丙烯单体的氮气置换工艺，包括连续氮气置换工艺或交替抽真空氮气置换工艺，能够将闪蒸釜置换过程产生的丙烯气全部排入气柜回收，减少丙烯损耗和氮气消耗，有利于保护大气环境和安全生产，同时具有更高的置换效率。

Description

间歇式本体法聚丙烯装置闪蒸釜氮气置换工艺

技术领域

本发明涉及间歇式本体法聚丙烯装置用氮气置换闪蒸釜内丙烯单体的氮气置换工艺。

背景技术

间歇式本体法聚丙烯工艺是国内自主开发，并在国内被广泛应用的一种聚丙烯生产工艺。在间歇式本体法聚丙烯装置生产过程中，液体丙烯在催化剂和活化剂等的作用下，在3.6MPa(绝)反应压力和75℃反应温度下，在聚合釜内发生聚合反应，生成固体聚丙烯粉料。聚合反应结束后，需要将聚合釜内剩余的丙烯回收，得到不含丙烯的固体聚丙烯粉料。通常情况下，首先进行高压回收丙烯操作，就是靠聚合釜自身的压力，将高于丙烯冷凝温度对应的相平衡压力以上部分的丙烯冷凝并回收，直至聚合釜达到1.4～1.6MPa(绝)的丙烯相平衡压力(相平衡压力由冷凝温度决定)。第二步是将聚合釜内的固体聚丙烯粉料和剩余的丙烯气一起渐次喷料到闪蒸釜，并依靠闪蒸釜与聚丙烯尾气回收系统的气柜之间的压差，将大部分的丙烯气靠自压泄放到气柜进行丙烯回收。第二步结束后，闪蒸釜内仍存留大量未反应的丙烯单体(气态丙烯)，需要进行第三步闪蒸釜氮气置换操作，就是将完成泄压后的闪蒸釜内以及闪蒸釜内聚丙烯固体粉料颗粒间丙烯单体用氮气置换出来，最终使闪蒸釜内气体的丙烯浓度达到1％以下，满足聚丙烯固体粉料的安全放料条件。

目前国内闪蒸釜氮气置换工艺大多是先进行回收置换然后进行放空置换。所谓回收置换是，用真空设备对闪蒸釜抽真空至15～50kpa(绝)，将抽真空设备排出的气体排入气柜回收，然后停止抽真空，向闪蒸釜内注入氮气至微正压，静止30～180秒，如此回收置换操作2～4次。由于国内目前普遍采用的压缩冷凝+膜分离丙烯尾气回收系统排放的净化氮气中丙烯浓度在10％左右，因此，低于10％以下丙烯浓度的丙烯气排入气柜是没有回收意义的。因而当回收置换操作将闪蒸釜内气体的丙烯浓度降到10％左右时，闪蒸釜氮气置换就转为放空置换，就是用氮气将闪蒸釜充压至200～350kpa(绝)的正压，静止30～180秒，然后将闪蒸釜内气体直排大气，使闪蒸釜恢复常压，如此反复放空置换操作2～4次，最终将闪蒸釜内气体的丙烯浓度降至1％以下，达到聚丙烯粉料安全出料条件。

上述闪蒸釜氮气置换工艺的缺陷是显而易见的。首先是丙烯资源的浪费，在放空置换过程中，闪蒸釜排出气体中有相当量的丙烯被排入大气，造成大约占整个聚丙烯过程1～2％的丙烯损耗；其次是氮气的浪费，每一次闪蒸釜的氮气充压和排放，都要消耗数值大体相当于闪蒸釜体积与排放前后压差乘积的氮气量，成为间歇式本体法聚丙烯过程氮气消耗比较高的主要因素；再者，低浓度丙烯气直排大气对大气造成污染，并对安全生产造成隐患；另外，由于充压和排放次数比较多，置换过程耗时也比较多。

发明内容

本发明的目的是提出可以将间歇式本体法聚丙烯装置闪蒸釜置换过程产生的丙烯气全部排入气柜回收，减少丙烯损耗，减少氮气消耗，同时更有利于保护大气环境和安全生产的、效率更高的闪蒸釜氮气置换工艺。

本发明人在中国专利《处理本体法聚丙烯装置不凝气的变压吸附工艺》专利申请号200810166621.1中，提出了一种分离间歇式本体法聚丙烯装置不凝气中的丙烯和氮气，并回收其中丙烯的工艺，该工艺能够使进入气柜的丙烯气经过回收处理后净化氮气的丙烯浓度达到1％左右。这就使得闪蒸釜排出的浓度在1％以上的丙烯气都可以排入气柜进行回收，因而使得将闪蒸釜氮气置换过程产生的丙烯气全部排入气柜进行回收成为可能。本发明人进一步的研究还发现，完成聚合反应和喷料后，不但闪蒸釜内的空体积(除固体粉料床层所占体积外的闪蒸釜内其它空间)内以及闪蒸釜聚丙烯粉料颗粒间的空隙内存留大量丙烯单体，而且聚丙烯粉料颗粒内表面也吸附着大量的丙烯单体，而要想将闪蒸釜内的全部丙烯单体用氮气完全置换干净，难点是如何将聚丙烯粉料颗粒内表面吸附的丙烯脱附出来。

本发明人经过试验研究证明，采用连续氮气置换工艺，或采用交替抽真空氮气置换工艺，可以将完成泄压后的闪蒸釜内的丙烯单体用氮气置换干净，使闪蒸釜内气体的丙烯浓度降至1％以下，达到聚丙烯粉料安全出料条件。

所说的连续氮气置换工艺的工艺步骤是：

(1)将闪蒸釜抽真空至抽真空压力，将抽真空设备的排出气体全部排入气柜，

(2)继续对闪蒸釜抽真空，并从闪蒸釜底连续注入汽提氮气，保持闪蒸釜压力等于或略高于抽真空压力，维持运行汽提时间，将闪蒸釜空体积内、聚丙烯粉料颗粒间以及聚丙烯粉料颗粒内表面吸附的丙烯单体置换出来，使闪蒸釜内气体的丙烯浓度满足出料要求，将此步骤抽真空设备的排出气体全部排入气柜，

(3)停止对闪蒸釜抽真空，从闪蒸釜底注入充压氮气，使闪蒸釜恢复微正压；

(4)聚丙烯粉料出料；

所说的交替抽真空氮气置换工艺的工艺步骤是：

(1)将闪蒸釜抽真空至抽真空压力，将抽真空设备的排出气体全部排入气柜，

(2)停止对闪蒸釜抽真空，从闪蒸釜底注入充压氮气，使闪蒸釜恢复微正压，

(3)静止10～180秒，

(4)继续再重复一至三遍步骤(1)至(3)，将闪蒸釜空体积内、聚丙烯粉料颗粒间以及聚丙烯粉料颗粒内表面吸附的丙烯单体置换出来，使闪蒸釜内的气体丙烯浓度满足出料要求，

(5)聚丙烯粉料出料。

本发明人的进一步研究还发现，不论是连续氮气置换工艺，还是交替抽真空氮气置换工艺，降低抽真空压力有利于置换出闪蒸釜内的丙烯单体，尤其是有利于脱附出吸附在聚丙烯粉料颗粒内表面的丙烯单体。但降低抽真空压力受到两方面因素的限制，一是受抽真空设备(通常采用液环式真空泵)所能达到的极限真空的限制；二是抽真空压力降低至一定程度后，抽真空设备的抽气速率会显著降低。比较适宜的抽真空压力是5～20kpa(绝)。

当采用连续氮气置换工艺时，先将闪蒸釜抽真空至5～20kpa(绝)的抽真空压力，然后从闪蒸釜底连续注入汽提氮气，注入的氮气量以保持闪蒸釜压力等于或略高于抽真空压力为原则，之后，维持运行汽提时间，在此过程中，由于注入氮气的汽提作用，降低了聚丙烯粉料颗粒间的丙烯分压，使得吸附的丙烯单体从颗粒内表面脱附出来，进入颗粒间和空体积内，并最终被注入的氮气置换出闪蒸釜。从开始注入汽提氮气至停止对闪蒸釜抽真空，这段时间被称为汽提时间，汽提时间的长短取决于闪蒸釜汽提时间内的维持压力、闪蒸釜内聚丙烯粉料的温度、希望最终达到的闪蒸釜内气体的丙烯浓度要求等。通常情况下，比较适宜的汽提时间是2～60分钟。

不论是连续氮气置换工艺还是交替抽真空氮气置换工艺，都是将抽真空设备的排出气体全部排入气柜进行丙烯回收。由于没有直排大气的放空置换过程，因此本发明的工艺能够比现有置换工艺回收更多的丙烯，并基本消除这部分含丙烯气体直排大气带来的大气污染和安全生产隐患。

由于连续氮气置换工艺在汽提时间内注入的氮气量显著减小，和交替抽真空氮气置换工艺中抽真空和氮气充压的次数显著减少，本发明的工艺比现有置换工艺消耗的氮气量更少，从而节省氮气。同时由于排入气柜的氮气量减少，丙烯尾气回收系统排放的净化氮气带出的丙烯量也相应减少。

另外，本发明的连续氮气置换工艺和交替抽真空氮气置换工艺都比现有置换工艺所用的置换时间更短，因而生产效率更高。

附图说明

图1是间歇式本体法聚丙烯装置闪蒸釜系统的流程示意图

具体实施方式

以下结合图1所示的流程示意图对本发明所说的间歇式本体法聚丙烯装置闪蒸釜氮气置换工艺做进一步说明。

在图1中，聚合釜(1)通过喷料管线(6)和设在管线上的阀门(5)与闪蒸釜(2)连通，闪蒸釜顶与气柜(3)通过泄压管线(10)和设在管线上的阀门(9)连通，闪蒸釜顶的抽真空管线(12)与抽真空设备(4)的入口连通，抽真空管线上设有阀门(11)，抽真空设备(4)的出口通过管线(13)与管线(10)，并最终通过管线(10)与气柜(3)连通，气柜(3)的抽出口与丙烯尾气回收系统(20)通过管线(19)连通，管线(21)是经丙烯尾气回收系统(20)处理后的净化氮气直排大气管线，管线(22)是丙烯液体回收管线。设在闪蒸釜底的氮气管线(14)分别通过汽提氮气管线和设在管线上的阀门(15)，以及充压氮气管线和设在管线上的阀门(16)与闪蒸釜连通，设在闪蒸釜底的管线(18)和阀门(17)分别是聚丙烯粉料出料管线和出料阀门。

聚合釜内完成丙烯聚合反应和高压丙烯回收后，聚合釜(1)内压力在1.4～1.6MPa(绝)左右，这时打开阀门(5)，聚合釜(1)内聚丙烯粉料和未反应的丙烯单体通过喷料管线(6)逐次排入闪蒸釜(2)内，喷料过程中，阀门(9)逐次打开，依靠闪蒸釜(2)与气柜(3)(气柜内压力一般在105kpa(绝)左右)之间的压差，闪蒸釜内的大部分的丙烯气通过泄压管线(10)泄放到气柜(3)内，当聚合釜(1)内的聚丙烯粉料喷料完成后，关闭阀门(5)，停止喷料，进一步将闪蒸釜泄压，当闪蒸釜泄压至接近气柜压力时，关闭阀门(9)，接下来进行闪蒸釜氮气置换操作。

当采用本发明的连续氮气置换工艺时，先开启抽真空设备(4)并打开阀门(11)，对闪蒸釜(2)抽真空，抽出的丙烯气经管线(12)和抽真空设备(4)升压后，经管线(13)和管线(10)排入气柜，当闪蒸釜(2)被抽至抽真空压力时，打开阀门(15)，汽提氮气通过管线(14)和阀门(15)从闪蒸釜(2)底部进入闪蒸釜，在自下而上经过聚丙烯粉料床层过程中，由于真空和汽提氮气降低丙烯分压的作用，聚丙烯粉料颗粒内表面吸附的丙烯单体逐渐被脱附出来，粉料颗粒间和闪蒸釜空体积内的丙烯也逐渐被氮气所置换，持续上述操作一定时间(汽提时间)后，闪蒸釜(2)内的丙烯单体基本被置换干净，闪蒸釜达到聚丙烯粉料的出料条件，这时关闭阀门(11)和阀门(15)，打开充压氮气阀门(16)，将闪蒸釜(2)充压至微正压，最后进入闪蒸釜聚丙烯粉料出料作业，打开阀门(17)，基本不含丙烯单体的聚丙烯粉料经管线(18)卸出装袋。由于通过阀门(15)进入的汽提氮气流量很小，因此整个汽提时间段内注入的氮气量很少。注入的氮气与置换出来的丙烯一起作为混合气体与之前泄压的丙烯气在气柜(3)内混合，再经管线(19)进入丙烯尾气回收系统(20)，经回收处理后，几乎不含丙烯的净化氮气经管线(21)直排大气，回收下来的液体丙烯经管线(22)送至储罐。

当采用本发明的交替抽真空氮气置换工艺时，先开启抽真空设备(4)并打开阀门(11)，对闪蒸釜(2)抽真空，抽出的丙烯气经管线(12)和抽真空设备(4)升压后，经管线(13)和管线(10)排入气柜，当闪蒸釜(2)被抽至抽真空压力时，关闭阀门(11)，停止抽真空，然后打开充压氮气阀门(16)，将闪蒸釜充压至微正压，再静止10～180秒。设置静止过程的目的是防止再次抽真空时带出聚丙烯粉料。如此再重复上述抽真空-氮气充压-静止操作一至三遍(合计是二至四遍)，闪蒸釜(2)内的丙烯单体基本被置换干净，闪蒸釜达到聚丙烯粉料的出料条件，最后进入下一步闪蒸釜聚丙烯粉料出料作业。其余丙烯气回收和卸料过程与连续氮气置换工艺相似，此处不再赘述。本发明的交替抽真空氮气置换工艺与现有置换工艺不同之处在于，按照现有丙烯尾气回收系统技术，经过丙烯尾气回收系统处理后从管线(21)外排的净化氮气丙烯浓度在10％左右，低于这一浓度的丙烯气即使从闪蒸釜排入气柜也没有回收意义，因此，现有置换工艺在完成几次抽真空回收置换后，不得不再进行几次放空置换，也就是打开阀门(16)，将闪蒸釜氮气充压至200～350kpa(绝)，然后打开阀门(7)，将闪蒸釜(2)内的低丙烯浓度气体直排大气。最终通过放空置换将闪蒸釜内的丙烯置换干净。

需要说明的是，不论是现有置换工艺还是本发明的连续氮气置换工艺或交替抽真空氮气置换工艺，上述操作都可以通过程序控制自动完成。

实施例1：

采用本发明的连续氮气置换工艺，喷料结束和闪蒸釜泄压至120kpa(绝)后，开始对闪蒸釜抽真空，当闪蒸釜被抽真空至8kpa(绝)的抽真空压力时，注入汽提氮气，汽提氮气的注入量控制在维持闪蒸釜压力10kpa(绝)左右，持续20分钟的汽提时间，最后停止抽真空，将闪蒸釜氮气充压至微正压，闪蒸釜内气体取样分析，氮气浓度99.4％，丙烯浓度0.6％，达到丙烯浓度＜1％的出料要求，整个氮气置换过程中抽真空设备排出的丙烯气全部排入气柜回收。

实施例2：

采用本发明的交替抽真空氮气置换工艺，喷料结束和闪蒸釜泄压至120kpa(绝)后，开始对闪蒸釜抽真空，当闪蒸釜被抽真空至8kpa(绝)的抽真空压力时，停止抽真空，注入充压氮气至闪蒸釜110kpa(绝)，静止30秒，然后再重复进行上述抽真空-氮气充压-静止操作二遍。闪蒸釜内气体取样分析，氮气浓度99.3％，丙烯浓度0.7％，达到丙烯浓度＜1％的出料要求，整个氮气置换过程中抽真空设备排出的丙烯气全部排入气柜回收。

Claims (3)

1.用氮气将间歇式本体法聚丙烯装置闪蒸釜内的丙烯单体置换出来的工艺，其特征是：将完成喷料和泄压后的闪蒸釜采用连续氮气置换工艺进行氮气置换，连续氮气置换工艺的步骤是：

(1)将闪蒸釜抽真空至抽真空压力，将抽真空设备的排出气体全部排入气柜，

(2)继续对闪蒸釜抽真空，并从闪蒸釜底连续注入氮气，保持闪蒸釜压力等于或略高于抽真空压力，维持运行汽提时间，将闪蒸釜空体积内、聚丙烯粉料颗粒间以及聚丙烯粉料颗粒内吸附的丙烯单体置换出来，使闪蒸釜内气体的丙烯浓度满足出料要求，将此步骤抽真空设备的排出气体全部排入气柜，

(3)停止对闪蒸釜抽真空，从闪蒸釜底注入充压氮气，使闪蒸釜恢复微正压；

(4)聚丙烯粉料出料；

或采用交替抽真空氮气置换工艺进行氮气置换，交替抽真空氮气置换工艺的步骤是：

(1)将闪蒸釜抽真空至抽真空压力，将抽真空设备的排出气体全部排入气柜，

(2)停止对闪蒸釜抽真空，从闪蒸釜底注入充压氮气，使闪蒸釜恢复微正压，

(3)静止10～180秒，

(4)继续再重复一至三遍步骤(1)至(3)，将闪蒸釜空体积内、聚丙烯粉料颗粒间以及聚丙烯粉料颗粒内表面吸附的丙烯单体置换出来，使闪蒸釜内的气体丙烯浓度满足出料要求，

(5)聚丙烯粉料出料。

2.根据权利要求1所述的连续氮气置换工艺或交替抽真空氮气置换工艺，其特征是：抽真空压力的范围是5～20kpa(绝)。

3.根据权利要求1所述的连续氮气置换工艺，其特征是：汽提时间的范围是2～60分钟。

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