CN102921271A - 一种吸附法回收聚烯烃尾气中非甲烷烃的改进工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸附法回收聚烯烃尾气中非甲烷烃的改进工艺，其中每个吸附塔循环依次经历低压吸附、均压升、升压、高压吸附、均压降、置换、逆放、抽空和升压步骤，或每个吸附塔循环依次经历低压吸附、升压、高压吸附、均压降、置换、逆放、抽空和均压升等步骤。本发明的改进方法具有低能耗、控制简单易操作等优点，并且在抽真空压力为10-15KPa（绝压），即可以最终得到浓度大于90%的非甲烷烃产品气体。

Description

一种吸附法回收聚烯烃尾气中非甲烷烃的改进工艺

技术领域

本发明涉及聚烯烃生产过程中的不同压力排放尾气的回收处理工艺，是对已有高低压吸附处理聚烯烃尾气工艺的改进。

背景技术

 聚乙烯生产过程中产生含乙烯9%～65%（重量百分比，下同）的聚合尾气，主要杂质是氮气，含乙烯50%～65%的聚合尾气以送至烯烃厂回收为主，少量排至火炬管网，而其余聚合尾气氮气含量较高，烯烃厂无法接受，全部排至火炬管网；聚乙烯装置膜分离排放的滞留气乙烯浓度在5%左右，聚乙烯的排放气压力大于0.5MPaG，目前排入火炬放空系统，造成了乙烯资源的极大浪费。

聚丙烯装置的干燥器和脱气仓排放气的丙烯浓度在5%～10%，乙烯浓度0.01%～5%，主要杂质为氮气，这部分排放气的压力为常压，通常是直排大气（因火炬放空系统背压高，常压排放气进不去），对周围大气环境造成污染，且还易造成雷击着火事故。

处理回收聚乙烯尾气和聚丙烯尾气中的乙烯、丙烯及乙烷、丙烷等非甲烷烃作为乙烯装置的裂解原料具有很高的经济效益，同时也有利于环境保护，减少污染物的排放。

公示专利CN102389682A公开了处理聚乙烯、聚丙烯生产过程中产生的高压聚烯烃尾气和低压聚烯烃尾气，得到高浓度的富烃气体和净化氮气的高低压吸附的工艺流程，每座吸附塔依次经历低压吸附步骤、高压吸附步骤、顺放1步骤、浓缩步骤、抽真空步骤和真空清洗步骤，浓缩步骤包括顺放2、逆放1和置换步骤、撇头步骤。高压吸附步骤先用高压聚烯烃尾气升压至高压吸附压力再吸附，顺放1步骤的气体排出吸附塔作为放空气排放，顺放2、逆放1和撇条步骤的气体排至低压尾气系统。这一系列的浓缩步骤是为了将吸附塔中的氮气排出，以达到浓缩非甲烷烃的目的，但是在排出氮气的同时也排出了部分以乙烯乙烷为主的非甲烷烃，虽然公示专利将这部分以乙烯乙烷为主的非甲烷烃返回了低压尾气系统，但是在0.11～0.2 MPa（绝）压力下乙烯乙烷的被吸附的能力很弱导致其损失，因此有必要让这部分气在高压下吸附能提高非甲烷烃的收率。浓缩步骤中的顺放1、顺放2、逆放1和撇头步骤在装置运行时控制较复杂不易操作。

中国公示专利CN102389682A公开了吸附剂是活性炭，或负载金属离子的活性炭，或分层装填活性炭与硅胶，或分层装填负载金属离子的活性炭与硅胶。由于其采用的吸附剂原因使得己烷等高碳烃解吸困难，必须消耗高能耗使抽空步骤的真空压力达到1～8KPa（绝）才能将己烷等高碳烃解吸，否则己烷等高碳烃在吸附塔内累积成液，装置无法正常运行。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低能耗、控制简单易操作的工艺处理回收聚烯烃尾气中非甲烷烃，该工艺包含均压和置换步骤。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的：

一种吸附法回收聚烯烃尾气中非甲烷烃的改进工艺，其中每个吸附塔循环依次经历低压吸附、均压升、升压、高压吸附、均压降、置换、逆放、抽空和升压步骤。

进一步的，本发明采用的吸附剂可以是改性活性炭、改性氧化铝、改性硅胶和分子筛中至少一种。

进一步的，本发明的吸附剂也可以采用于活性炭、氧化铝、硅胶和分子筛中至少一种。

在本发明中，吸附剂在吸附塔中分层装填，装填顺序和装填量可依据被处理的聚烯烃尾气的组成或含量变化而定。一般而言，吸附塔至下往上依次装填改性氧化铝、改性活性炭、改性硅胶和改性分子筛。

变压吸附技术优劣的关键在于吸附剂和工艺流程。本发明的工艺包括改进的工艺流程配置改性吸附剂在较低的真空度下就能得到高浓度的非甲烷烃产品气体。一般而言，采用本发明中改性的吸附剂，抽空步骤的抽真空压力为10-15KPa（绝压），吸附床层就能再生，可以最终得到浓度大于90%的非甲烷烃产品气体。

进一步的，作为优选，高压吸附步骤之后至少包括一次均压升步骤，优选为两次；在高压吸附步骤和置换步骤之间至少包括一次均压降步骤，优选为两次。 

进一步的，在本发明中，低压吸附步骤之后的升压是用高压吸附塔出口排出的吸附废气返回待升压的吸附塔做升压气体；抽空步骤之后的升压是用低压吸附塔出口排出的吸附废气返回待升压的吸附塔做升压气体。这样操作的优点之一是使吸附床层中杂质吸附前沿较低，利于下一个吸附周期；优点之二是装置的运行压力平稳。

本发明根据聚烯烃尾气的压力、产品非甲烷烃的浓度和收率等工艺要求，可对均压降、均压升和升压步骤进行合理的取舍、排列和次数设置。比如（仅例举）：低压吸附、均压升、升压h、高压吸附、均压降、置换、逆放、抽空和升压1；低压吸附、2次均压升、1次均压升、升压h、高压尾气吸附、1次均压降、2次均压降、置换、逆放、抽空和升压1等等。

每个吸附塔都将经历相同的步骤，各塔只是在时间上相互错开，以使装置连续、稳定运行。

本发明上述回收聚烯烃尾气非甲烷烃改进工艺中可供采用的各步骤具体过程如下：

低压吸附（Al）

低压聚烯烃尾气从吸附塔进口进入吸附床，低压聚烯烃尾气中绝大部分C₂以上有效组份在低压聚烯烃尾气压力下被吸附，未被吸附的大量H₂、N₂、CH₄等组份作为吸附废气从吸附塔出口排出。

均压升（ER）

低压尾气吸附步骤停止后，通过管道和程控阀与处于均压降步骤的吸附塔相连，使压力较高的均压降步骤吸附塔的气体进入均压升的吸附塔，以升高均压升吸附塔的压力，并回收均压降气体中的非甲烷烃。均压升步骤根据高压尾气吸附压力可设置为1次或多次。均压结束时，均压升和均压降的吸附塔压力基本相等，达到一个中间压力。

升压（FRh）

利用正处于高压尾气吸附步骤的吸附塔所排出的吸附废气吸附塔进行升压，直到吸附塔基本上达到高压尾气吸附压力为止。

高压尾气吸附(Ah)

高压吸附废气对吸附塔完成升压（FRh）步骤后，高压尾气进入吸附塔，原料气中绝大部分C₂以上有效组份在高压吸附压力下被吸附，未被吸附的大量H₂、N₂、CH₄等组份作为高压吸附废气从吸附塔出口排出。

均压降（ED）

均压降步骤是高压吸附步骤完成后的吸附塔，与进入均压升步骤的吸附塔相连，将均压降步骤吸附塔由于压力降低而解吸的气体排入进处于均压升步骤的吸附塔，提高吸附塔中被吸附组份的浓度。均压降步骤根据高压尾气吸附压力可设置为一次或多次。均压降和均压升的吸附塔压力基本相等，达到一个中间压力。

置换（RP）

返回部分非甲烷烃产品气对完成均压降步骤的吸附塔，从吸附塔原料气入口端置换阀进入吸附床，利用非甲烷烃浓度较高的产品气将吸附塔中的氮气等杂质顶出吸附塔，提高吸附塔中非甲烷烃的浓度，从吸附塔出口排出的置换废气或进入高压尾气或进入低压尾气。

逆放（D）

对完成了置换步骤的吸附塔，开启吸附塔原料气入口端的逆放阀，排出吸附塔中气体，降低吸附塔压力使吸附剂上吸附的非甲烷烃解吸，得到非甲烷烃产品气。

抽空（V）

将真空泵对逆放后的吸附塔进行抽空，进一步降低吸附塔压力，使吸附剂上的非甲烷烃进一步解吸，得到非甲烷烃产品气。

升压（FR1）

抽空步骤完成后，利用正处于低压尾气吸附步骤的吸附塔所排出的低压吸附废气从吸附塔的出口端对吸附塔进行升压，使之基本上达到低压尾气吸附压力，准备进入下一个循环周期。

具体实施方式

以下通过具体实施方式的实施例对本发明作进一步详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。

某厂的低压聚丙烯尾气2000Nm³/h，温度40℃，尾气压力0.11MPa(绝压)，其中非甲烷烃200 Nm³/h，高压聚乙烯尾气1000Nm³/h，温度40℃，尾气压力0. 4MPa(绝压)，其中非甲烷烃220 Nm³/h，2种尾气组成见表1：

表1  高低压尾气组成（V％）

处理回收上述聚烯烃尾气的变压吸附装置由6个吸附塔、一组缓冲罐和程控阀组成，吸附塔中装填的吸附剂由上至下分别为改性分子筛、改性活性炭和改性硅胶。6个吸附塔分别为A、B、C、D、E和F，各吸附塔每一次循环依次经历低压吸附、均压升、升压h、高压吸附、均压降、置换、逆放、抽空和升压1九个步骤，其运行时序和各步骤见表2：

表2   聚烯烃尾气回收装置吸附塔工作时序表

回收装置运行时，由计算机按一定程序通过各程控阀的开关控制吸附塔的工作步骤。现以吸附塔A为例，说明变压吸附回收聚烯烃尾气装置运行的工艺过程：

低压尾气吸附（A1）

开启A塔低压尾气进口和低压吸附废气出口程控阀，低压聚烯烃尾气进入吸附塔，低压聚烯烃尾气中绝大部分C₂以上有效组份在低压聚烯烃尾气压力下被吸附，未被吸附的大量H₂、N₂、CH₄等组份作为吸附废气从吸附塔出口排出。当吸附时间到后，关闭低压尾气进口和低压吸附废气出口程控阀，终止低压尾气的吸附，此时低压尾气进入处于隔离步骤的另一吸附塔进行吸附。

均压升（ER）

开启A吸附塔和E吸附塔的均压程控阀，E吸附塔内气体进入A吸附塔，以升高A吸附塔的压力，并回收E塔排出气体中的非甲烷烃。完成均压降E塔与完成抽空步骤的A吸附塔进行压力均衡，两塔压力基本相等时，关闭A和E塔的均压程控阀。

升压（FRh）

开启充压程控阀，利用正处于高压尾气吸附步骤的吸附塔所排出的吸附废气对A吸附塔进行升压，使A吸附塔基本上达到高压尾气吸附压力，准备进入高压尾气吸附步骤。

高压尾气吸附(Ah)

关闭充压程控阀。开启A塔高压尾气进口和高压吸附废气出口程控阀，高压尾气进入A吸附塔，高压尾气中绝大部分C₂以上有效组份在高压吸附压力下被吸附，未被吸附的大量H₂、N₂、CH₄等组份作为高压吸附废气从吸附塔出口排出。当吸附时间到后，关闭高压尾气进口和高压吸附废气出口程控阀，终止高压尾气的吸附，此时高压尾气进入处于升压步骤的另一吸附塔进行吸附。

均压降（ED）

开启A吸附塔和C吸附塔的均压程控阀，完成高压吸附后的A塔与进入均压升步骤的C吸附塔相连，将A吸附塔由于压力降低而解吸的气体排入进C吸附塔，提高吸附塔中被吸附组份的浓度。当A塔和C塔压力基本平衡后，关闭均压程控阀，完成了A塔的均压降。

置换（RP）

开启A塔置换气进口和置换废气出口阀，返回部分非甲烷烃产品气从吸附塔原料气入口端置换进口阀进入完成均压降步骤的A吸附塔进行置换，利用非甲烷烃浓度较高的产品气将吸附塔中的氮气等杂质顶出吸附塔，提高吸附塔中非甲烷烃的浓度，从吸附塔出口排出的置换废气进入低压尾气管道作为低压吸附原料气。当置换时间到后，关闭A塔置换气进口和置换废气出口阀，终止置换。

逆放（D）

开启逆放程控阀，完成了置换步骤的A吸附塔逆着吸附的方向排出吸附塔中气体，降低吸附塔压力使吸附剂上吸附的非甲烷烃解吸，得到非甲烷烃产品气。当A吸附塔压力降至常压后，关闭A吸附塔的程控阀，逆放完成。

抽空（V）

开启A吸附塔抽真空程控阀，通过真空泵对逆放后的A吸附塔进行抽空，进一步降低吸附塔压力，使吸附剂上的非甲烷烃进一步解吸，得到非甲烷烃产品气，抽空气与逆放气混合，一部分作为产品气输出，一部分作为置换气经压缩机加压后返回装置。当抽空步骤完成后，关闭A吸附塔抽空程控阀。

升压（FR1）

开启充压程控阀，利用正处于低压尾气吸附步骤的吸附塔所排出的低压吸附废气从吸附塔的出口端对A吸附塔进行升压，使之基本上达到低压尾气吸附压力，准备进入A塔的下一个循环周期。

至此，A吸附塔在一个周期内的所有步骤均执行完毕，并开始进入下一次循环，其它5个吸附塔所执行的步骤与A塔相同，只是在时间上相互错开，以保证分离过程连续进行。

每个吸附塔压力随工艺步骤的变化呈周期性变化，根据实际操作情况，低压和高压吸附压力可以适当调整，其它步骤压力则相应发生变化。

Claims (6)

1.一种吸附法回收聚烯烃尾气中非甲烷烃的改进工艺，其中每个吸附塔循环依次经历低压吸附、均压升、升压、高压吸附、均压降、置换、逆放、抽空和升压步骤。

2.如权利要求1所述的改进工艺，其中吸附塔采用的吸附剂为改性活性炭、改性氧化铝、改性硅胶和分子筛中至少一种。

3.如权利要求1-2任一项所述的改进工艺，其中吸附塔至下往上依次装填改性氧化铝、改性活性炭、改性硅胶、改性分子筛。

4.如权利要求1-3任一项所述的改进工艺，其中低压吸附步骤之后至少包括一次均压升步骤，优选为两次；在高压吸附步骤和置换步骤之间至少包括一次均压降步骤，优选为两次。

5.如权利要求1-4任一项所述的改进工艺，其中低压吸附步骤之后的升压是用高压吸附塔出口排出的吸附废气返回待升压的吸附塔做升压气体；抽空步骤之后的升压是用低压吸附塔出口排出的吸附废气返回待升压的吸附塔做升压气体 。

6.如权利要求1-5任一项所述的改进工艺，其中抽空步骤的抽真空压力为10-15KPa（绝压），非甲烷烃产品气体最终浓度大于90%。