CN101972582A - 处理不凝气的变压吸附装置的切换方法 - Google Patents

Abstract

一种用于间歇本体法聚丙烯装置回收不凝气的变压吸附装置的切换方法，用冷凝压力和冷凝温度以及变压吸附装置的不凝气进料流量为参数运算得到的丙烯量作为变压吸附装置的切换参数，控制变压吸附装置的切换操作。

Description

处理不凝气的变压吸附装置的切换方法

技术领域

本发明涉及一种处理间歇本体法聚丙烯装置低压丙烯气回收系统排放不凝气的变压吸附装置的切换方法。

背景技术

间歇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3.5MPa(表)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1.3～1.5MPa(表)的丙烯相平衡压力(相平衡压力由冷凝温度决定)。然后将聚合釜内的固体聚丙烯粉料和剩余的丙烯气一起喷料到闪蒸釜，在闪蒸釜内，带压的丙烯气靠自压排入低压丙烯气回收系统，然后再通过对闪蒸釜抽真空和氮气置换操作，最终将闪蒸釜内和粉料中的丙烯全部用氮气置换干净，使闪蒸釜内气体含丙烯浓度低于1％，达到聚丙烯固体粉料的出料条件为止。这一过程中由闪蒸釜排入低压丙烯气回收系统气柜中的气体主要成分是丙烯(有时可能含有少量丙烷、C₂、C₄等组分)和喷料前闪蒸釜内存留的氮气以及置换丙烯过程中消耗的氮气。

低压丙烯气回收系统主要由气柜、压缩机、冷却器、气液分离器、不凝气处理装置等构成。由闪蒸釜排入低压丙烯气回收系统的丙烯气在气柜内缓冲混合，之后经压缩机压缩升压至1.8～2.2MPa(表)左右，再经冷凝器冷凝冷却(通常冷却介质为循环水)至20～40℃左右，这时丙烯气中的大部分丙烯被冷凝称为液体，在气液分离器内被分离出来，作为液体丙烯被回收利用。而气液分离器顶部得到的含丙烯浓度55～75％左右，其余主要是氮气的不凝气则被排出。

中国专利申请号200810166621.1提出用变压吸附工艺处理不凝气，回收其中丙烯的变压吸附工艺，是一种比较有效的回收不凝气中丙烯的工艺。该工艺通过二次吸附的变压吸附将不凝气中的丙烯和氮气进行分离，得到丙烯浓度＜1％的净化氮气直排大气，而丙烯浓度比较高的脱附气则循环返回气柜再一次进行压缩冷凝回收。但在实践中，不论采用哪种变压吸附工艺，都要遇到变压吸附过程怎样切换操作的问题。

我们知道，在变压吸附工艺中，吸附床在接近达到饱和吸附时，就要及时进行切换操作，将接近饱和的吸附床降压脱附，否则易吸附组分就会穿透吸附床从出口流出；反之，如果吸附床在远没有达到饱和吸附时就切换操作，吸附床上就没用吸附上足够量的易吸附组分，这样在接下来的降压脱附过程中，得到的脱附气中易吸附组分的浓度就比较低。对于处理不凝气的变压吸附工艺来说，如果装置在超过了最佳切换点后切换操作，丙烯就会穿透吸附床，排入大气的净化氮气中就会带出比较多的丙烯，这一方面造成丙烯资源浪费，另一方面也污染大气环境；而如果不到最佳切换点就提前切换操作，吸附床上就没有吸附上足够多的丙烯，脱附过程中得到的脱附气丙烯浓度就比较低，这样循环返回气柜的脱附气中的氮气量就比较大，这会增大气柜、压缩机、冷凝器等工艺过程的负荷，降低低压丙烯气回收过程的效率。

多数变压吸附装置是根据设定的时间参数切换的，这对于进料流量和浓度比较稳定的工况来说是合适的。但低压丙烯气回收过程产生的不凝气的流量和浓度常常是不稳定的，首先，间歇本体法聚丙烯生产工艺过程本身就是不连续的，因此由闪蒸釜排入气柜的丙烯气的流量和浓度是不断变化的，这导致低压丙烯气回收系统产生的不凝气的流量和浓度也是变化的；其次，环境温度对循环水温度，进而对冷后气液分离温度也有很大影响；再者，环境条件和操作条件的变化也会影响压缩机的运行状态，造成冷后气液分离压力的变化。这样，相同的吸附时间内，吸附床吸附的丙烯量常常变化比较大，显然这会影响变压吸附装置的运行效果。也有用检测仪器检测到的变压吸附装置入口或出口丙烯浓度作为切换参数的，但这种检测仪器往往投资比较大，可靠性、稳定性和准确性也不是太好。

发明内容

本发明的目的是要提出一种使处理间歇本体法聚丙烯装置低压丙烯气回收系统排放不凝气的变压吸附装置处于最佳运行状态的切换方法。

本发明提出的使处理间歇本体法聚丙烯装置低压丙烯气回收系统排放不凝气的变压吸附装置处于最佳运行状态的切换方法是，用压缩冷凝产生不凝气的冷凝压力和冷凝温度以及变压吸附装置的不凝气进料流量为参数运算得到的丙烯量作为变压吸附装置的切换参数，控制变压吸附装置的切换操作。

我们知道，在吸附床吸附时间区间内，将变压吸附装置的不凝气进料流量和不凝气丙烯浓度的乘积进行积分，就能求得吸附床吸附的丙烯量。即：

$Q=\underset{t=0}{\overset{t}{\∫}}F*C$

式中：Q——吸附时间段内的累计丙烯量

      F——不凝气进料流量

      C——不凝气丙烯浓度

      t——吸附时间

而根据相平衡理论，在以丙烯和氮气为主要成分的二元体系中，不凝气丙烯浓度是冷凝压力和冷凝温度的函数。即：

C＝f(T，P)

式中：T——产生不凝气的冷凝温度

      P——产生不凝气的冷凝压力

因此将低压丙烯气回收系统检测到的丙烯气压缩冷凝后的冷凝压力和冷凝温度参数输入变压吸附装置的PLC或DCS控制系统中，通过控制程序中的相平衡数学模型运算就能求得不凝气丙烯浓度(对于熟悉本领域的专业人员来说，不难建立这样的数学模型)，再用不凝气丙烯浓度乘以测得的变压吸附装置不凝气进料流量参数，并将乘积在吸附时间区间内积分，就能知道吸附床在吸附时间区间内实际吸附的丙烯量，当达到设定丙烯吸附量(也可以是吸附饱和度)时，变压吸附装置切换操作，这样就能保证吸附床既不会因为吸附丙烯量过大而穿透，又不会因为吸附丙烯量过小而降低脱附气的丙烯浓度，从而使变压吸附装置达到最佳运行状态。上述冷凝压力、冷凝温度和不凝气流量都是工艺过程必有的参数，相对于安装价格比较高、性能不太稳定的浓度检测仪来说，这些参数的可靠性、稳定性和精确性更好。

附图说明

图1是带有本发明提出的变压吸附装置切换方法的间歇本体法聚丙烯装置低压丙烯气回收系统流程示意图

具体实施方式

以下结合附图1对发明所说的处理间歇本体法聚丙烯装置低压丙烯气回收系统排放的不凝气的变压吸附装置的切换方法做进一步说明。

自聚丙烯装置闪蒸釜(图中未画出)来的以丙烯和氮气为主的混合气体——丙烯气经管线(8)，沿箭头(7)进入低压丙烯气回收系统的气柜(1)，在气柜内缓冲混合后，经管线(9)沿箭头(10)进入压缩机(2)，经压缩升压至1.8～2.2MPa左右压力后，经管线(11)进入循环水冷却器(3)冷凝冷却至20～40℃左右，丙烯气中的大部分丙烯被液化，气液混合物经管线(12)进入气液分离罐(4)进行气液分离，气液分离后得到的液体丙烯经管线(13)沿箭头(14)排入外部回收储罐(图中未画出)。而气液分离后的不凝气则经管线(16)沿箭头(17)进入变压吸附装置(5)，一般变压吸附装置内有多个可以相互切换操作的吸附床(图中未画出)，当不凝气穿过其中处于吸附状态的吸附床时，丙烯是易吸附组分，被吸附床吸附下来，而氮气是不易吸附组分，则作为净化氮气穿过吸附床经管线(18)沿箭头(19)排入大气。随着吸附过程的进行，吸附床入口侧部分的床层首先被丙烯饱和吸附，然后饱和吸附前沿逐渐向出口侧移动，在吸附前沿未突破吸附床层前，净化氮气的丙烯浓度一直比较低，当吸附前沿接近穿透时，整个吸附床层接近饱和吸附，这时变压吸附装置根据切换判定条件执行切换操作，将饱和吸附了丙烯的吸附床转入脱附状态，同时将其它一个完成脱附再生的吸附床转入吸附状态。变压吸附装置的脱附过程是将吸附床压力逐渐降低，在降压过程中，吸附在吸附床上的丙烯逐渐被脱附下来，与存留在吸附床内的少量氮气混合为丙烯浓度比较高的脱附气经管线(20)沿箭头(21)循环返回气柜(1)。显然准确把握合适的切换点，是处理不凝气的变压吸附装置操作控制的一个关键因素，过晚切换，吸附床可能被穿透，排入大气中净化氮气会带出比较多的丙烯；而过早切换，吸附床未充分吸附，脱附气丙烯浓度就比较低，脱附气的循环量就比较大，从而造成气柜(1)、压缩机(2)、冷却器(3)负荷的增加。

本发明的切换方法是将已有的冷凝温度、冷凝压力和不凝气流量参数分别通过温度变送器(22)经信号线(25)、压力变送器(23)经信号线(26)和流量变送器(24)经信号线(27)输入变压吸附装置的PLC(或DCS)(28)，这些参数在PLC(或DCS)(28)内经数学模型运算得到吸附床吸附的丙烯量或吸附饱和度，当达到设定值时，变压吸附装置(5)执行切换操作。

Claims (1)

1.一种处理间歇本体法聚丙烯装置低压丙烯气回收系统不凝气的变压吸附装置的切换方法，其特征在于：用压缩冷凝产生不凝气的冷凝压力和冷凝温度以及变压吸附装置的不凝气进料流量为参数运算得到的丙烯量作为变压吸附装置的切换参数，控制变压吸附装置的切换操作。

Images