CN111569607A - 一种聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利属于聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气的净化处理控制C3组分排放的技术领域，尤其涉及聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气处理达到排放标准的方法，其特征在于：所述闪蒸釜置换排放气经过收集罐稳定流量后，再依次进入压缩单元和变压吸附分离单元，即可。流量不稳定的聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气经过本发明方法吸附分离后，可以将聚丙烯装置闪蒸釜置换排放氮气中C3含量脱除到100mg/m3以下，解决了聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气超标的环境问题。装置工艺流程简单，自动化程度高，运行费用低。
Description
技术领域
本发明属于聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气的净化处理技术领域，尤其涉及一种聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气的处理方法。
背景技术
国内聚丙烯装置经过几十年的发展已衍变出多种生产工艺，都有聚合釜和闪蒸釜。
通常的生产中，聚合级的丙烯原料通过管道送入聚丙烯装置丙烯计量罐，经投料泵加压、精确计量后依次送入聚合釜，同时定量加入催化剂等物料，聚合釜开始搅拌，准备进行聚合反应。聚合反应完成后，聚合釜内还有少量的丙烯没有反应，为了减低丙烯单耗，需要回收丙烯。回收步骤为首先打开聚合釜的回收控制阀，将没有反应的丙烯气，通过过滤器，滤除粉料后进入冷凝器冷凝、冷却，将其冷凝成液态丙烯，送入丙烯计量罐循环使用；其次部分剩余气相丙烯不能完全回收至丙烯计量罐，此时，可以将气态丙烯送至压力低的丙烯气柜回收，经压缩机压缩后送回气体分馏装置再加工利用。聚合阶段的丙烯回收完成后，将聚丙烯粉料送至闪蒸釜。聚丙烯在闪蒸釜中，先通过真空泵将闪蒸釜抽真空，在负压下，将闪蒸釜内聚丙烯粉料中吸附的丙烯分离出去丙烯气柜，最后再用氮气置换闪蒸釜，将部分没能回收彻底的丙烯再置换排放至大气，直至闪蒸釜的置换排放气中丙烯含量小于1.0％为止。
由于丙烯浓度较低、氮气量较大而难以进入丙烯气柜回收处理，因此将这部分低浓度丙烯气直排大气。这样的生产方法中闪蒸釜的置换排放气中丙烯的含量都在1.0％以上，远远超出了《合成树脂工业污染物排放标准》GB31572-2015中要求排放大气的非甲烷烃小于100mg/m3的指标。
为了达到排放标准减少环境污染，同时提高闪蒸釜排放气中C3的利用率，需要对置换排放气进行有效的处理。但对闪蒸釜置换排放气处理存在着技术难点：置换排放气的流量不稳定且无连续性、压力低；排放气中的氮气95％左右，丙烯丙烷的浓度较低，体积分数仅1～5％，不易液化，沸点低。
目前处理含烃混合气的方法有冷凝法、膜分离法和吸附法等，但冷凝法和膜分离法处理闪蒸釜置换排放气无法达到丙烯丙烷小于100mg/m3的排放指标。
中国专利ZL200810166621.1说明书中一种处理本体法聚丙烯装置不凝气的变压吸附工艺，公开了一种采用二次吸附的变压吸附分离工艺，得到低丙烯浓度的净化氮气和高丙烯浓度的脱附气，但该工艺需要2次吸附才能达到GB20950-2007储油库大气污染物排放标准小于等于25g/m3，远高于100mg/m3的排放指标；有报道吸附法处理氯碱装置尾气达到了GB15581-2016《烧碱、聚氯乙烯工业污染物排放标准》的排放指标，但C3与氯乙烯和乙炔的吸附性能不同，不如氯乙烯和乙炔易被吸附，因此，亟需提供一种对聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气有效处理达到100mg/m3排放指标的方法。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明方法提供一种聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气的处理方法，解决聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气流量不稳定和C3排放指标未达标的技术问题，使聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气脱除到100mg/m3以下，排放气中气体达到排放标准；装置工艺流程简单仅一次吸附，自动化程度高，运行费用低。有机物全部回收，彻底消除外排废气造成的大气污染。
解决以上技术问题的本发明中的一种聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气的处理方法，其特征在于：所述闪蒸釜流量不稳定的置换排放气经过收集罐稳定流量后，依次进入压缩单元和变压吸附分离单元，即可；吸附器顶部输出的氮气中C3含量脱除到低于或等于100mg/m3，含C3的解吸气提高了热值去火炬管网燃烧或其它用。
本发明中置换排放气通过管道进入收集罐，置换排放气在收集罐内混合均匀经管道进入压缩机，再进入吸附器单元吸附，吸附器上部流出气中C3通过管道排出装置，吸附器下部抽空出来的解吸气通过解吸气管道去火炬管网。收集罐收集流量变化的置换排放气，给装置的吸附器单元提供稳定的原料。
所述原料气为聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气。闪蒸釜置换换排放气的流量不稳定，收集罐稳定置换排放气流量。排放气流量不稳定即流量时大时小。
所述闪蒸釜置换排放气压力值为4～20KPag，温度为常温，流量在2000Nm3/h以内。
所述压缩单元中增压至0.2～0.5MPag。
收集罐大小根据置换排放气的流量和压力确定，以满足变压吸附装置对原料气流量稳定的要求。
所述吸附器单元由4个或4个以上吸附器组成一个连续运转系统，各吸附器通过管道并联连接；还包括设有置换排放气输入管、置换排放气收集罐、压缩机、净化氮气输出管、解吸气输出管、程控阀、调节阀和真空泵，各个设备通过管道连接，吸附剂外表面上设有保温层。满足变压吸附工艺步骤要求，最少4个吸附器完成工艺步骤。
所述变压吸附分离单元中吸附器设有吸附剂，吸附器内充填吸附剂，吸附器内吸附剂充填顺序从下到上依次为氧化铝、改性硅胶和改性炭质吸附剂。吸附剂之间用量随气体组成含量不同而不同。
所述吸附剂的粒径为：氧化铝3～5mm、改性炭质吸附剂1～4mm、改性硅胶1～5mm。
变压吸附单元吸附C3，将闪蒸釜置换排放气中C3与氮气分离，使吸附器顶部输出的氮气中C3含量脱除到低于等于100mg/m3的水平；同时含C3的解吸气提高了热值，可以直接去低压火炬管网燃烧，也可以做其它用。
每个吸附器在一次循环中依次经历吸附、压力均衡降、抽空、压力均衡升和最终升压步骤，所述压力均衡降步骤的吸附器排出的工艺气送入压力均衡升步骤的吸附器。
本发明中变压吸附装置的每个吸附器经过的具体步骤如下：
(1)吸附
经压缩机加压至0.2～0.5MPag压力的原料气经管道和程控阀自下而上的送入吸附器内进行吸附，吸附器内的吸附剂对原料气中C3进行吸附，未被吸附的氮气自吸附器顶部排出。当吸附器出口C3含量达到100mg/m3时，关闭原料进入的程控阀，中止原料气进入吸附器、停止吸附。
(2)压力均衡降
开启压力均衡降程控阀，使完成了吸附步骤的吸附器内的气体顺着吸附方向通过压力均衡升程控阀进入刚完成抽空步骤的吸附器，直至2个吸附器的压力一致，这样降低了已完成吸附的吸附器内压力，回收了吸附器空间的C3。
(3)逆放
压力均衡降压步骤完成后，打开程控阀，逆着吸附的方向，将吸附器内的气体排出吸附器，吸附器的压力继续降低至接近0.02MPag。
(4)抽空
利用真空泵对接近常压的吸附器进一步降低吸附床层的压力，使C3解吸流出吸附器，吸附剂得以再生。
(5)压力均衡升压
用处于压力均衡降步骤的吸附器顶部流出的气体对完成抽空步骤的吸附器进行升压至两个吸附塔压力一致。
(6)最终升压
压力均衡升步骤完成后，用净化气对吸附器进行升压，压力升至接近吸附压力，准备下次吸附。
每个吸附器都将经历相同的步骤，时序上相互错开，以保证分离过程连续进行。
本发明中收集罐、吸附剂、吸附剂装填顺序和吸附工艺步骤，相互配合达到吸附分离的最终净化效果。流量不稳定的聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气经过本发明方法吸附分离后，可以将聚丙烯装置闪蒸釜置换排放氮气中C3含量脱除到100mg/m3以下，闪蒸釜置换排放气达到排放标准，从而解决了聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气超标的环境问题。排放达到了排放标准，减少环境污染，污染物减少了99％以上。且装置工艺流程简单，自动化程度高，运行费用低，成本低，增加经济效益。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明做更进一步详细说明：
图1为本发明实施例2的装置流程示意图
图2为本发明实施例3的装置流程示意图
图3为本发明实施例4的装置流程示意图
其中，图中标识为：1.原料气输入管，2.收集罐，3.压缩机，4.吸附器，5.程控阀，6.净化氮气输出管，7.管道，8.保温层，9.解吸气气输出管，10.真空泵，11.调节阀，12.压力表，13.流量计
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明，：
实施例1
聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气处理的方法，闪蒸釜置换排放气经过收集罐稳定流量后，再依次进入压缩单元和变压吸附分离单元，即可。闪蒸釜置换排放气压力值为4～20KPag，温度为常温，流量在2000Nm3/h以内。压缩单元中增压至0.2～0.5MPag。若压力太低不够床层阻力降。
吸附器单元由4个或4个以上吸附器组成一个连续运转系统，各吸附器通过管道并联连接；还包括设有置换排放气输入管、置换排放气收集罐、压缩机、净化气输出管、解吸气输出管、程控阀、调节阀和真空泵，各个设备通过管道连接，吸附剂外表面上设有保温层。
变压吸附分离单元中吸附器设有吸附剂，吸附器内充填吸附剂，吸附器内吸附剂充填顺序从下到上依次为氧化铝、改性硅胶和改性炭质吸附剂。吸附剂之间用量比例随C3含量不同而变化。
本发明中吸附器单元中至少包括4个或4个以上吸附器组成一个连续运转系统，吸附器内充填吸附剂，每个吸附器在一次循环中依次经历吸附、压力均衡降、抽空、压力均衡升和最终升压步骤，所述压力均衡降步骤的吸附器排出的工艺气送入压力均衡升步骤的吸附器。
本发明中变压吸附装置的每个吸附器经过的具体步骤如下：
(1)吸附
经压缩机加压至0.2～0.5MPag压力的原料气经管道和程控阀自下而上的送入吸附器内进行吸附，吸附器内的吸附剂对原料气中C3进行吸附，未被吸附的氮气自吸附器顶部排出。当吸附器出口C3含量达到100mg/m3时，关闭原料进入的程控阀，中止原料气进入吸附器、停止吸附。
(2)压力均衡降
开启压力均衡降程控阀，使完成了吸附步骤的吸附器内的气体顺着吸附方向通过压力均衡升程控阀进入刚完成抽空步骤的吸附器，直至2个吸附器的压力一致，这样降低了已完成吸附的吸附器内压力，回收了吸附器空间的C3。
(3)逆放
压力均衡降压步骤完成后，打开程控阀，逆着吸附的方向，将吸附器内的气体排出吸附器，吸附器的压力继续降低至接近0.02MPag。
(4)抽空
利用真空泵对接近常压的吸附器进一步降低吸附床层的压力，使C3解吸流出吸附器，吸附剂得以再生。
(5)压力均衡升压
用处于压力均衡降步骤的吸附器顶部流出的气体对完成抽空步骤的吸附器进行升压至两个吸附塔压力一致。
(6)最终升压
压力均衡升步骤完成后，用净化氮气对吸附器进行升压，压力升至接近吸附压力，准备下次吸附。
每个吸附器都将经历相同的步骤，时序上相互错开，以保证分离过程连续进行。
聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气的变压吸附装置，设有原料输入管、收集罐、压缩机、变压吸附单元、净化气输出管和解吸气输出管，原料输入管与收集罐连接，收集罐与压缩机连接，压缩机与变压吸附单元连接，变压吸附单元上下端分别与净化气输出管和解吸气输出管连接，解吸气输出管与火炬管网连接。以上各个设备之间由管道连接。
变压吸附单元包括设有N个吸附器、程序控制阀、流量计、压力表和真空泵，吸附器之间并联连接，每个吸附器上下两端分别设有程序控制阀，净化气输出管通过程序控制阀与吸附器顶端连接；真空泵一端通过程序控制阀与吸附器底端连接，另一端与解吸气输出管连接；压力表设在吸附器顶端与程序控制阀之间。
本发明中置换排放气输入管与置换排放气收集罐进口连接，收集罐的出口与压缩机连接，压缩机的出口通过管道和程控阀与吸附器连接，净化气通过吸附器上出口连接的程控阀和管道排出装置，吸附器的下出口通过管道和程序控制阀与真空泵连接，真空泵抽出浓缩的含C3气体经解吸气输出管输出装置；所有单元之间通过管道连接；其中变压吸附单元吸附器的工作状态和气体走向由程控阀控制。
N≥4,变压吸附单元由4个或4个以上吸附器组成一个连续运转系统，各吸附器并联连接。置换排放气收集罐：收集流量变化的置换排放气，给吸附器提供稳定的原料。
吸附器外表面上设有保温层。氮气输出管与程序控制阀之间还设有调节阀。
吸附器内充填吸附剂，吸附器内吸附剂充填顺序从下到上依次为氧化铝、改性硅胶和改性炭质吸附剂。吸附剂的粒径为：氧化铝3～5mm、改性炭质吸附剂1～4mm、改性硅胶1～5mm。
原料气为聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气。压缩机和变压吸附单元之间设有流量计。
实施例2
某聚丙烯装置置换排放气1000Nm3/h，组成如表1所示：
表1聚丙烯装置置换气排放气
| 组分 | N<sub>2</sub> | C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> | C<sub>3</sub>H<sub>6</sub> |
| 含量，v％ | 98.31 | 0.2 | 1.49 |
压力6KPag、总量1000Nm3/h的聚丙烯装置置换排放气经收集罐混合均匀后经压缩机增压至0.3MPag冷却至40℃后，经管道进入吸附器，吸附器内吸附剂吸附其中的C3，未被吸附的氮气从吸附器的顶部经管道排出装置，其中C3含量低于100mg/m3，达到了《合成树脂工业污染物排放标准》GB31572-2015要求的排放标准。
每个吸附器依次经历吸附、压力均衡降压、逆放、抽空、压力均衡升压和最终升压等步骤，各吸附器的时序运行见表2。以吸附器A为例描述具体步骤如下：
(1)吸附
经压缩机加压至0.3MPag压力的原料气经管道和程控阀自下而上的送入吸附器内进行吸附，吸附器内的吸附剂对原料气中C3进行吸附，未被吸附的氮气自吸附器顶部排出。当吸附器出口C3含量达到100mg/m3时，关闭原料进入的程控阀，中止原料气进入吸附器、停止吸附。
(2)压力均衡降
开启压力均衡降压程控阀，使完成了吸附步骤的吸附器内的气体顺着吸附方向通过压力均衡升压程控阀进入刚完成抽空步骤的吸附器，直至2个吸附器的压力一致，这样降低了已完成吸附的吸附器内压力，回收了吸附器空间的C3。
(3)逆放
压力均衡降压步骤完成后，打开程控阀，逆着吸附的方向，将吸附器内的气体排出吸附器，吸附器的压力继续降低至0.02MPag。
(4)抽空
利用真空泵对接近常压的吸附器进一步降低吸附床层的压力，使C3解吸流出吸附器,吸附剂得以再生。
(5)压力均衡升
用处于压力均衡降步骤的吸附器顶部流出的气体对完成抽空步骤的吸附器进行升压至两个吸附塔压力一致。
(6)最终升压
压力均衡升步骤完成后，用净化氮气对吸附器进行升压，压力升至接近吸附压力，准备下次吸附。
每个吸附器都将经历相同的步骤，时序上相互错开，以保证分离过程连续进行。
表2实施例2的工艺时序
实施例3
某聚丙烯装置置换排放气2000Nm3/h，组成如表3所示：
表3聚丙烯装置置换气排放气
| 组分 | N<sub>2</sub> | C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> | C<sub>3</sub>H<sub>6</sub> |
| 含量，v％ | 96.02 | 1.1 | 2.88 |
压力6KPag、总量2000Nm3/h的聚丙烯装置置换排放气经收集罐混合均匀后经压缩机增压至0.4MPag冷却至40℃后，经管道进入由5个吸附器和一系列程控阀组成的吸附单元，吸附塔中装填的吸附剂由顺序从下到上依次为氧化铝、改性硅胶和改性炭质吸附剂。吸附器内吸附剂吸附其中的C3，未被吸附的氮气从吸附器的顶部经管道排出装置，其中C3含量低于100mg/m3，达到了《合成树脂工业污染物排放标准》GB31572-2015要求的排放标准。
实施例中5个吸附器依次经历吸附、压力均衡降、逆放、抽空、压力均衡升和最终升压等步骤，各吸附器的时序运行见表4。
表4实施例3的工艺时序
各工艺步骤内容与实施例2相同。
实施例4
某聚丙烯装置置换排放气1000Nm3/h，组成如表5所示：
表5聚丙烯装置置换气排放气
| 组分 | N<sub>2</sub> | C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> | C<sub>3</sub>H<sub>6</sub> |
| 含量，v％ | 98.31 | 0.2 | 1.49 |
压力6KPag、总量1000Nm3/h的聚丙烯装置置换排放气经收集罐混合均匀后经压缩机增压至0.2MPag冷却至40℃后，经管道进入由4个吸附器和一系列程控阀组成的吸附单元，吸附塔中装填的吸附剂由顺序从下到上依次为氧化铝、改性硅胶和改性炭质吸附剂。吸附器内吸附剂吸附其中的C3，未被吸附的氮气从吸附器的顶部经管道排出装置，其中C3含量低于100mg/m3，达到了《合成树脂工业污染物排放标准》GB31572-2015要求的排放标准。
实施例中每个吸附器依次经历吸附、压力均衡降压、抽空冲洗、抽空、压力均衡升压和最终升压等步骤，各吸附器的时序运行见表6。以吸附器A为例描述具体步骤如下：
(1)吸附
经压缩机加压至0.2MPag压力的原料气经管道和程控阀自下而上的送入吸附器内进行吸附，吸附器内的吸附剂对原料气中C3进行吸附，未被吸附的氮气自吸附器顶部排出。当吸附器出口C3含量达到100mg/m3时，关闭原料进入的程控阀，中止原料气进入吸附器、停止吸附。
(2)压力均衡降压
开启压力均衡降压程控阀，使完成了吸附步骤的吸附器内的气体顺着吸附方向通过压力均衡升压程控阀进入刚完成抽空步骤的吸附器，直至2个吸附器的压力一致，这样降低了已完成吸附的吸附器内压力，回收了吸附器空间的C3。
(3)抽空
利用真空泵对接近常压的吸附器进一步降低吸附床层的压力，使C3解吸流出吸附器，吸附剂得以再生。
(5)压力均衡升
用处于压力均衡降步骤的吸附器顶部流出的气体对完成抽空步骤的吸附器进行升压至两个吸附塔压力一致。
(6)最终升压
压力均衡升步骤完成后，用净化气对吸附器进行升压，压力升至接近吸附压力，准备下次吸附。
每个吸附器都将经历相同的步骤，时序上相互错开，以保证分离过程连续进行。
表6实施例4的工艺时序
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点，上述实施例和说明书所描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.处理聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气达到排放标准的方法，包括吸附处理聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气，其特征在于：所述闪蒸釜流量不稳定的置换排放气经过收集罐稳定流量后，依次进入压缩单元和变压吸附分离单元，吸附器内的吸附剂吸附C3，将闪蒸釜置换排放气中C3与氮气分离，使吸附器顶部输出的氮气中C3含量脱除到低于或等于100mg/m3，含C3的解吸气去火炬管网燃烧或其它用。
2.根据权利要求1所述的处理聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气达到排放标准的方法，其特征在于：所述闪蒸釜置换排放气压力值为4～20KPag，温度为常温。
3.根据权利要求1所述的处理聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气达到排放标准的方法，其特征在于：所述压缩单元中增压至0.2～0.5MPag。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的处理聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气达到排放标准的方法，其特征在于：所述闪蒸釜置换排放气流量在2000Nm3/h以内。
5.根据权利要求1所述的处理聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气达到排放标准的方法，其特征在于：所述吸附器单元由4个或4个以上吸附器组成一个连续运转系统，吸附器并联连接；吸附器顶端还设有净化氮气输出管，吸附器下端还设有富C3解吸气输出管与真空泵链接。
6.根据权利要求5所述的处理聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气达到排放标准的方法，其特征在于：所述的每个吸附器循环依次经历吸附、压力均衡降、逆放、抽空、压力均衡升和最终升压操作步骤。
7.根据权利要求5或6所述的处理聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气达到排放标准的方法，其特征在于：所述吸附器内充填吸附剂。
8.根据权利要求5所述的处理聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气达到排放标准的方法，其特征在于：所述吸附剂为改性硅胶、改性炭质吸附剂和氧化铝。
9.根据权利要求8所述的处理聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气达到排放标准的方法，其特征在于：所述吸附剂在吸附器内分层装填，顺序从下到上依次为氧化铝、改性硅胶和改性炭质吸附剂。
10.根据权利要求8所述的处理聚丙烯装置闪蒸釜置换排放气达到排放标准的方法，其特征在于：所述吸附剂的粒径为：氧化铝3～5mm、改性炭质吸附剂1～4mm、改性硅胶1～5mm。
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