CN111811212A - 一种聚烯烃装置尾气组分分离与回收的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于聚烯烃装置尾气组分分离与回收的装置及方法。该装置包括：预处理机构，其用于接收原料气和吹扫气，将气体混合压缩后除去重烃等杂质，再输送至深冷机构；深冷机构，其用于接收来自所述预处理机构的混合气体，并分离回收其中的烃类，并排出富氮气体；变温吸附机构，其分为吸附单元和脱附单元，吸附单元用于接收来自所述深冷机构的富氮气体，将其中的烃类吸附，脱附单元用于接受来自所述预处理机构的吹扫气，对吸附质进行脱附后返回预处理机构以提高进深冷机构的烃类浓度。本发明的装置通过预处理机构、深冷机构和变温吸附机构的协调配合工作，不仅能高效回收尾气中各烃类组分，而且实现了在低能耗回收的情况下获得高回收率。

Description

一种聚烯烃装置尾气组分分离与回收的装置及方法

技术领域

本发明涉及烯烃聚合物生产领域，具体涉及烯烃聚合物生产中尾气回收的方法和装置。

背景技术

聚烯烃装置在聚合工艺中占有十分重要的地位。在聚烯烃生产过程中，从脱气仓顶部排出的尾气含有大量的惰性气体(氮气)、未反应的单体(如乙烯)以及诱导冷凝剂(如异戊烷、己烷)等。由于尾气中烃类含量较低，不能直接送回反应系统或其他工艺装置回收利用，而若直接放空或送去火炬系统燃烧，将会造成严重的原料浪费、经济损失以及环境污染。因此，对尾气中的烃类物质进行回收利用具有重大的意义。

压缩冷凝法是一种传统的气体分离方法，它通过尾气中各个气体组分露点温度的不同实现气体分离。由于其流程简单，处理量大，在聚烯烃尾气的回收利用中应用广泛。其工艺流程一般如下：尾气经过脱气仓后直接进入压缩冷凝工艺，经过低压冷却器和低压冷凝器后送往低压冷凝罐，回收冷凝液后将未冷凝的气体加压后依次送往高压冷却器和高压冷凝器，得到的气液混合物由高压凝液罐进行气液分离。分离得到冷凝液和低压冷凝液由泵一同送至反应系统回用，未冷凝的气体送至火炬系统。压缩冷凝工艺主要有以下缺点：尾气中可凝性烃类物质的含量越低，压缩冷凝工艺的效率就越低；仅对C4及以上烃类的回收率较大，难以回收低沸点烃类，尤其与吹扫气体氮气沸点接近的C1-C3烃类，其回收率一般不大于30％；未冷凝的尾气中氮气的浓度达不到脱挥的要求，无法循环使用。

膜分离技术可以通过气体中各组分在高分子膜表面上吸附能力不同以及在膜内溶解-扩散能力的差异实现气体分离。由于其流程简单、分离效率高、连续工作周期长，目前已在石油化工、环境保护等领域得到了广泛应用。有机蒸汽膜分离技术可以对聚烯烃装置尾气中的烯烃单体进行分离回收。但是有机蒸气膜的选择性不高，为了达到分离要求，往往需要将膜分离与其他气体分离技术结合或将膜分离工艺获得的气体重复压缩，而这两种方式都会显著地增加投资和能耗。

专利CN106000017A中，利用膜分离装置对聚乙烯装置尾气进行分离得到氢气，再使用深冷分离装置得到乙烯和富氮气体。其缺点在于没有回收利用尾气中含量较高的异戊烷成分。

专利CN101530711B中，首先利用预处理机构除去聚乙烯装置尾气中的颗粒杂质及液滴，再通过两级膜分离回收系统回收其中的共聚单体(如丁烯-1、己烯、辛烯等)、诱导冷凝剂(如异戊烷、己烷)、乙烯，将剩余气体升温至常温后进入变压吸附系统，回收烃类气体和氢气及氮气。其缺点在于不能分离得到纯度较高的单一组分气体，限制了回收气的再利用，同时变压吸附装置需要反复升压降压，能量消耗较高。

由此可见，现有聚烯烃装置尾气回收工艺存在回收效率不高、难以分离得到纯度较高的单一气体、设备投资大、能耗高等不足，因此，发明一种有效回收尾气各组分，降低尾气回收过程能量消耗的方法及装置具有重大的经济利益和现实意义。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种聚烯烃装置尾气组分分离与回收的装置。其包括预处理机构、深冷机构和变温吸附机构。本发明的装置通过预处理机构、深冷机构和变温吸附机构的协同配合工作，实现了在低能耗情况下同时获得高回收率、高纯度的烃类组分和氮气。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述聚烯烃装置尾气组分分离与回收装置回收分离尾气的方法，其包括预处理步骤、深冷分离步骤和变温吸附分离步骤。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种聚烯烃装置尾气组分分离与回收的装置，所述装置包括：

预处理机构，其用于接收原料气和变温吸附机构输送的吹扫气的混合气体，将混合气体压缩后再除去少量重烃，达到允许要求后输送至深冷机构；

深冷机构，其用于接收来自所述预处理机构的混合气体，并分离回收其中的烃类，并排出富氮气体；

变温吸附机构，其分为吸附单元和脱附单元，吸附单元用于接收来自所述深冷机构的富氮气体，将富氮气体中的烃类吸附，排放气去深冷机构的膨胀设备进行膨胀制冷；脱附单元用于接受来自所述预处理机构中的压缩机后部分气体，所述部分气体作为吹扫气将所述脱附单元中的吸附质脱附后返回预处理机构以提高进深冷机构的烃类浓度。

根据本发明的一个具体实施例，所述预处理机构包括：至少一个混合器，用于混合原料气和变温吸附机构输送的吹扫气，至少一个压缩机，用于接收混合气体，并将混合气体进行压缩；至少一个分流器，用于将压缩后的气体分流，得到吹扫气和第一气体；至少一个换热器，用于冷却第一气体；至少一个气液分离器，用于除去第一气体中的少量重烃，得到第二气体。

根据本发明的一个具体实施例，原料气和变温吸附机构输送的吹扫气分别输入混合器入口，混合器出口与压缩机的入口相连，压缩机出口与分流器的入口相连，分流器的一个出口连接至变温吸附机构的脱附单元，将吹扫气送至变温吸附机构，另一个出口与换热器的入口相连，换热器的出口与气液分离器的入口相连，气液分离器的气相出口(排出第二气体)与深冷机构相连。

根据本发明的一个具体实施例，压缩机将混合气体压缩至8～20bar，优选12bar，换热器将混合气体冷却至15～25℃，以分离混合气体中少量重烃。

根据本发明的一个具体实施例，分流得到的吹扫气与第一气体比例为1:9。

根据本发明的一个具体实施例，所述深冷机构包括：至少一个多流股换热器，其用于接收并冷却来自预处理机构的第二气体，将烃类冷凝下来；至少一个气液分离器，其用于接收来自多流股换热器冷凝得到的气液混合物，液相出口输出的烃类进入所述多流股换热器回收冷量，气相出口输出的富氮气进入所述变温吸附机构；至少一个膨胀机，用于接收变温吸附器分离出的高纯度氮气；至少一个分流器，用于将膨胀后的气体分流，一股送入多流股换热器回收冷量，一股送往变温吸附机构预冷吸附塔。

根据本发明的一个具体实施例，预处理机构的第二气体出口与深冷机构的多流股换热器的一个入口相连，将第二气体送入多流股换热器，多流股换热器的一个出口与气液分离器的入口相连，气液分离器的液相出口输出高纯度烃类，并与多流股换热器的一入口相连，经换热回收冷量后排出，气液分离器的气相出口输出富氮气，与变温吸附机构的吸附单元相连。变温吸附机构输送的高纯度氮气与深冷机构的透平膨胀机入口相连，经过透平膨胀机膨胀制冷，透平膨胀机出口与分流器入口相连，分流器一个出口与多流股换热器相连，将高纯度氮气中的冷量回收，另一个出口与变温吸附机构相连，将高纯度氮气送往变温吸附机构以预冷吸附塔。

根据本发明的一个具体实施例，深冷机构将来自预处理机构的第二气体经过换热器冷却至-50～-60℃，从而冷凝分离并回收异戊烷，将气液分离器气相出口输出的富含氮气和乙烯的混合气体再次冷却至-120～-130℃，从而冷凝分离并回收乙烯。

根据本发明的一个具体实施例，由变温吸附机构分离出的高纯度氮气输入深冷分离机构，经透平膨胀机将压力降低至2.4～3.5bar，再通过多流股换热器回收冷量。

根据本发明的一个具体实施例，所述变温吸附机构包括：至少两个变温吸附塔，富氮气进入变温吸附机构的某一吸附塔之后，烃类为强吸附组分被吸附剂吸附(此时该变温吸附塔作为吸附单元)，氮气为弱吸附组分穿过吸附塔得到高纯度氮气，当该吸附塔内的吸附剂达到吸附饱和后，将富氮气切换到另一只已经再生好的吸附塔继续吸附，而该吸附饱和的吸附塔则使用预处理机构输送的吹扫气进行吹扫再生(此时该变温吸附塔作为脱附单元)，将富烃吹扫气返回预处理机构以提浓烃类，提浓后的混合气作为深冷分离机构的原料气，吹扫完成后通入深冷机构输送的高纯度氮气对吸附塔进行预冷。

根据本发明的一个具体实施例，变温吸附机构的吸附单元入口与深冷机构的富氮气出口相连，变温吸附机构的预冷气入口与深冷机构的高纯度氮气出口相连，变温吸附机构的脱附单元入口与预处理机构的吹扫气出口相连，变温吸附机构的吸附单元出口输出高纯度氮气，并与所述深冷机构中的膨胀机入口相连，变温吸附机构的脱附单元出口输出吹扫气，并与所述预处理机构的混合器入口相连。

根据本发明的一个具体实施例，所述的吹扫气进入所述预处理机构做循环处理，使得深冷分离的原料气中烃浓度显著提高，从而降低深冷分离的能耗，同时提高烃类的回收率和纯度。

根据本发明的一个具体实施例，所述变温吸附器使用的吸附剂为13X沸石，操作温度为-150～130℃，优选-120～90℃。

根据本发明另一个方面，本发明提供了一种使用聚烯烃装置尾气组分分离与回收的装置来分离回收尾气的方法，其包括如下步骤：

预处理步骤，接收原料气与吹扫气，并将混合气体压缩冷却，分离并排出其中的重烃；

深冷分离步骤，接收混合气体，并分离回收其中的烃类组分，排出富氮气体；

变温吸附步骤，接收富氮气体，对气体中氮气和少量烃类做进一步分离，排出高纯度氮气和吹扫气，并将吹扫气作循环处理。

深冷分离、变温吸附都是常见的分离手段，本发明通过对不同分离模块的合理优化与组合，提供了一种聚烯烃装置尾气组分分离与回收的装置及方法。针对现有技术的不足，其具有以下突出优点：1、使用深冷法对该类体系进行分离时，在获得相同回收率和产物纯度情况下其能耗比膜分离和吸附分离等其他分离手段低得多，如在聚丙烯装置尾气回收中，在得到氮气的回收率达99％，纯度达95％以上时，使用深冷分离的能耗比膜分离节约54.4％，比变压吸附节约30.5％，故应尽量使用深冷法对该类体系进行分离；2、与单纯的深冷法相比，变温吸附与深冷法联合工艺将深冷分离的原料气中烃类浓度显著提高，有利于降低深冷分离的能耗，提高烃类的回收率和纯度；3、变温吸附步骤也同时对惰性气体进行了提纯，获得高纯度氮气；4、使用透平膨胀机将高纯度氮气的压力能转化为冷量，减少整体能耗；5、装置投资少，经济效益高，环保无污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见，下面简述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明的一种聚烯烃装置尾气组分分离与回收的装置示意图。

图2表示本发明的一个优选实施例1的装置示意图。

图3表示本发明的一个优选实施例2的装置示意图。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不全是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1所示，本发明提供了一种聚烯烃装置尾气组分分离与回收的装置包括：

预处理机构X，其用于接收原料气和变温吸附机构输送的吹扫气的混合气体，将混合气体压缩后再除去其中的重烃，达到允许要求后输送至深冷机构；

深冷机构Y，其用于接收来自所述预处理机构的混合气体，并分离回收其中的烃类，并排出富氮气体；

变温吸附机构Z，其分为两个单元，吸附单元用于接收来自所述深冷机构的富氮气体，将富氮气体中的烃类吸附，排放气去深冷机构的膨胀设备进行膨胀制冷；脱附单元用于接受来自所述预处理机构中的压缩机后部分气体，所述部分气体作为吹扫气将所述脱附单元中的吸附质脱附后返回预处理机构以提高进深冷机构的烃类浓度。

实施例1

在本实施例中，原料气的质量流率为2057kg/h，压力为1.073bar，温度为40℃，其中各组分质量分数如下：异戊烷18.96％、乙烯2.54％、氮气78.5％。

在本实施例中，预处理机构X包括：一个混合器MIX，用于混合原料气和变温吸附机构输送的吹扫气，一个压缩机COM，用于接收混合气体，并将混合气体压力由1.073bar提升至12bar；一个分流器SPLIT1，用于将压缩后的气体分流，得到吹扫气和第一气体，吹扫气和第一气体的体积比例为1:9；一个换热器HEAT，用于冷却第一气体，使其温度降至20℃；一个气液分离器SEPA，用于除去第一气体中重烃，得到第二气体。

在本实施例中，混合器MIX出口与压缩机COM的入口相连，压缩机COM出口与分流器SPLIT1的入口相连，分流器SPLIT1的一个出口输出吹扫气，另一个出口与换热器HEAT的入口相连，换热器HEAT的出口与气液分离器SEPA的入口相连，气液分离器SEPA的气相出口输出第二气体进入深冷机构Y。

在本实施例中，所述换热器为管式换热器，其作用是通过采用便宜的冷媒介，例如循环冷却水，将压缩后的第一气体冷却到要求的温度，以节省能耗。

在本实施例中，深冷机构Y包括：一个多流股换热器MHEX，用流股间匹配换热回收冷量，其用于接收并冷却来自预处理机构的第二气体，将第二气体冷却至-60℃；两个气液分离器，气液分离器SEPA1接收第二气体冷却后得到的气液混合物，其液相出口输出的异戊烷纯度高达93.6％，回收率达97.9％，将该股液流送回多流股换热器回收冷量，气液分离器SEPA1气相出口输出的第三气体送至多流股换热器冷却至-130℃，送往气液分离器SEPA2，其液相出口输出的乙烯纯度高达90％，回收率达85％，将该股液流送回多流股换热器MHEX回收冷量，气液分离器SEPA2气相出口输出的富氮气送往变温吸附机构；一个膨胀机TURB，接收变温吸附器分离出的高纯度氮气，高纯度氮气流经透平膨胀机降压至3bar，将压力能转化为冷量；一个分流器SPLIT2，将膨胀后的气体分流，得到第四气体和第五气体，第四气体和第五气体的体积比为9:1，第四气体送入多流股换热器回收冷量，第五气体送往变温吸附机构预冷吸附塔。

在本实施例中，预处理机构X的第二气体出口与深冷机构Y的多流股换热器MHEX的一个入口相连，将第二气体送入多流股换热器MHEX，多流股换热器的MHEX一个出口与气液分离器SEPA1的入口相连，气液分离器SEPA1的液相出口输出高纯度异戊烷，并与多流股换热器MHEX的一入口相连，经换热回收冷量后排出，气液分离器SEPA1的气相出口与多流股换热器MHEX的一入口相连，冷凝后进入气液分离器SEPA2，气液分离器SEPA2的液相出口输出高纯度乙烯，并与多流股换热器MHEX的一入口相连，经换热回收冷量后排出，气液分离器SEPA2的气相出口输出富氮气。变温吸附机构Z输送的高纯度氮气与深冷机构Y的膨胀机TURB入口相连，将高纯度氮气送入透平膨胀机TURB，使其压力能转化为冷量利用，透平膨胀机TURB出口与分流器SPLIT2入口相连，将高纯度氮气分流为第四气体和第五气体，第四气体出口与多流股换热器MHEX一入口相连，将第四气体冷量回收后排出，第五气体送入变温吸附机构以预冷吸附塔。

在本发明的一个优选实例中,所述多流股换热器MHEX引入低温流股C-1，其成分为液态丙烷，作用是为其他换热流股提供足够的冷量。低温流股C-1的温度为-64℃，经多流股换热器MHEX的一个入口进入，换热后由多流股换热器MHEX的一个出口流出。

在本实施例中，变温吸附机构Z包括：两个变温吸附塔，富氮气进入变温吸附机构的某一吸附塔以吸附烃类，当该吸附塔内的吸附剂达到吸附饱和后，将富氮气切换到另一只已经再生好的吸附塔继续吸附，而该吸附饱和的吸附塔则使用预处理机构输送的吹扫气进行吹扫再生，将富烃吹扫气返回预处理机构以提浓烃类，吹扫完成后通入第五气体以预冷吸附塔。

在本实施例中，变温吸附机构Z的富氮气入口与深冷机构Y的富氮气出口相连，变温吸附机构Z的吹扫气入口与预处理机构X的吹扫气出口相连，变温吸附机构Z的第五气体入口与深冷机构的第五气体出口相连，变温吸附机构Z的吸附单元出口输出高纯度氮气，并与所述深冷机构Y中的膨胀机入口相连，变温吸附机构的脱附单元出口输出吹扫气，并与所述预处理机构X的混合器入口相连。

在本实施例中，所述的吹扫气进入所述预处理机构X做循环处理，由此显著提高了异戊烷和乙烯的回收率，降低深冷分离的能耗。

在本实施例中，所述变温吸附器使用的吸附剂为13X沸石，操作温度为-120～90℃。

在本实施例中，在吸附回收系统中，任何时刻总是有一台吸附塔处于吸附步骤，由入口端通入富氮气，从吸附塔出口放出的纯度为99.9％的高纯度氮气，吸附饱和后将富氮气通入另一吸附塔继续吸附，向原吸附塔中通入高温吹扫气对吸附剂进行再生，同时回收被吸附的烃类组分，降低深冷分离的能耗，提高异戊烷和乙烯的回收率。

本发明还提供了一种利用聚烯烃装置尾气组分分离与回收的装置来分离回收尾气的方法，其包括如下步骤：

预处理步骤，接收原料气和变温吸附机构输送的吹扫气的混合气体，将混合气体压缩后再除去重烃，达到允许要求后输送至深冷机构，具体操作步骤为：(1)混合器MIX将来自变温吸附机构的吹扫气和原料气混合；(2)压缩机COM将混合气体压缩至12bar；(3)分流器SPLIT1将压缩后的混合气体分为两股，一股为吹扫气，流向变温吸附机构，一股为第一气体，吹扫气与第一气体的体积比例为1:9；(4)换热器HEAT将第一气体冷却至20℃；(5)气液分离器SEPA将第一气体中重烃等杂质分离，得到第二气体并排出。

深冷分离步骤，接收第二气体，并分离回收其中的异戊烷和乙烯，并排出富氮气体，具体操作步骤为：(1)利用多流股换热器MHEX，将第二气体温度降低到-60℃，得到的气液混合物进入气液分离器SEPA1；(2)气液混合物在气液分离器SEPA1中进行气液分离，液相出口输出液体异戊烷等，气相出口输出的第三气体进入多流股换热器MHEX继续降温至-130℃，所得的气液混合物进入气液分离器SEPA2；(3)气液分离器SEPA2液相出口输出液体乙烯等，气相出口输出为富氮气；(4)为回收冷量，将液体异戊烷和乙烯送入多流股换热器MHEX进行复热，异戊烷复热至10℃，乙烯复热至-70℃；(5)来自变温吸附机构的高纯度氮气在透平膨胀机TURB中降压降温，压力由12bar降至3bar，温度由-130℃降至-157℃；(6)降温后的高纯度氮气由分流器SPLIT2分为第四气体和第五气体，第四气体送至多流股换热器MHEX进行冷量回收，使其温度由-157℃升高至12℃，第五气体送往变温吸附机构以预冷吸附塔。

变温吸附步骤，接收富氮气体，对气体中氮气和少量烃类做进一步分离，排出高纯度氮气和吹扫气，并将吹扫气作循环处理；具体操作步骤为：(1)富氮气输入一个变温吸附器(吸附剂采用13X沸石)中，吸附剂将吸附大部分烃类，输出高纯度氮气，高纯度氮气送往深冷机构进行冷量回收；(2)变温吸附器内吸附剂饱和后将富氮气通入另一个变温吸附器，用高温吹扫气对原吸附器进行吹扫，使吸附剂再生，吹扫气返回预处理机构进行循环，以提浓烃类，提浓后的混合气作为深冷分离机构的原料气；(3)吹扫完成后将第五气体通入吸附器中进行预冷。

实施例2

在本实施例中，原料气的质量流率为2057kg/h，压力为1.073bar，温度为40℃，其中各组分质量分数如下：异戊烷18.96％、乙烯2.54％、氮气78.5％。

在本实施例中，预处理机构X包括：一个混合器MIX，用于混合原料气和变温吸附机构输送的吹扫气，一个压缩机COM，用于接收混合气体，并将混合气体压力由1.073bar提升至12bar；一个分流器SPLIT1，用于将压缩后的气体分流，得到吹扫气和第一气体，吹扫气和第一气体的体积比例为1:9；一个换热器HEAT，用于冷却第一气体，使其温度降至20℃；一个气液分离器SEPA，用于除去第一气体中重烃等杂质，得到第二气体。

在本实施例中，混合器MIX出口与压缩机COM的入口相连，压缩机COM出口与分流器SPLIT1的入口相连，分流器SPLIT1的一个出口输出吹扫气，另一个出口与换热器HEAT的入口相连，换热器HEAT的出口与气液分离器SEPA的入口相连，气液分离器SEPA的气相出口输出第二气体进入深冷机构Y。

在本实施例中，所述换热器为管式换热器，其作用是通过采用便宜的冷媒介，例如循环冷却水，将压缩后的第一气体冷却到要求的温度，以节省能耗。

在本实施例中，深冷机构Y包括：一个多流股换热器MHEX，用流股间匹配换热回收冷量，其用于接收并冷却来自预处理机构的第二气体，将第二气体冷却至-60℃；两个气液分离器，气液分离器SEPA1接收第二气体冷却后的气液混合物，其液相出口输出的异戊烷纯度高达95.6％，回收率达98.3％，将该股液流送回多流股换热器MHEX回收冷量，气液分离器SPEA1气相出口输出的第三气体送至多流股换热器MHEX冷却至-130℃，所得的气液混合物送往气液分离器SEPA2，气液分离器SEPA2液相出口输出的乙烯纯度高达92％，回收率达88％，将该股液流送回多流股换热器MHEX回收冷量,气液分离器SPEA2气相出口输出的为富氮气，将其送至多流股换热器MHEX中升温至-90℃；一个膨胀机TURB，接收多流股换热器MHEX输出的富氮气，将其压力降至3bar，温度由-90℃下降至-123.7℃；一个分流器SPLIT2，将富氮气分流为第四气体和第五气体，第四气体和第五气体的比例为9:1，将第四气体送入多流股换热器升温至-110℃以避免温度过低对变温吸附机构产生影响，升温后的第四气体送往变温吸附机构以吸附其中的烃类，将第五气体送往变温吸附机构以预冷吸附塔。

在本实施例中，预处理机构X的第二气体出口与深冷机构Y的多流股换热器MHEX的一个入口相连，将第二气体送入多流股换热器MHEX，多流股换热器MHEX的一个出口与气液分离器SEPA1的入口相连，气液分离器SEPA1的液相出口输出高纯度异戊烷，并与多流股换热器MHEX的一入口相连，经换热回收冷量后排出，气液分离器SEPA1的气相出口输出第三气体，与多流股换热器MHEX的一入口相连，冷凝后进入气液分离器SEPA2，气液分离器SEPA2的液相出口输出高纯度乙烯，并与多流股换热器MHEX的一入口相连，经换热回收冷量后排出，气液分离器SEPA2的气相出口输出富氮气，与多流股换热器MHEX的一入口相连，升温后送至透平膨胀机TURB，透平膨胀机TURB出口与分流器SPLIT2入口相连，分流器SPLIT2将富氮气分流为第四气体和第五气体，第四气体出口与多流股换热器MHEX的一入口相连，升温后送往变温吸附机构Z，第四气体吸附后得到的高纯度氮气与多流股换热器MHEX的一个入口相连，经多流股换热器MHEX将压力能转化为冷量利用；第五气体出口与变温吸附机构Z的预冷气入口相连。

在本发明的一个优选实例中,所述多流股换热器MHEX引入低温流股C-1，其成分为液态丙烷，作用是为其他换热流股提供足够的冷量。低温流股C-1的温度为-140℃，经多流股换热器MHEX的一个入口进入，换热后由多流股换热器MHEX的一个出口流出。

在本实施例中，变温吸附机构Z包括：两个变温吸附塔，富氮气进入变温吸附机构的某一吸附塔以吸附烃类，当该吸附塔内的吸附剂达到吸附饱和后，将富氮气切换到另一只已经再生好的吸附塔继续吸附，而该吸附饱和的吸附塔则使用预处理机构输送的吹扫气进行吹扫再生，将富烃吹扫气返回预处理机构以提浓烃类，吹扫完成后用深冷机构输送的第五气体对吸附塔进行预冷。

在本实施例中，变温吸附机构Z的富氮气入口与深冷机构的富氮气出口相连，变温吸附机构Z的吹扫气入口与预处理机构X的吹扫气出口相连，变温吸附机构Z的第五气体入口与深冷机构的第五气体出口相连，变温吸附机构Z的吸附单元出口输出高纯度氮气，并与所述深冷机构Y中的多流股换热器入口相连，变温吸附机构的脱附单元出口输出吹扫气，并与所述预处理机构X的混合器入口相连。

在本实施例中，所述的吹扫气进入所述预处理机构X做循环处理，由此显著提高了异戊烷和乙烯的回收率，降低深冷分离的能耗。

在本实施例中，所述变温吸附器使用的吸附剂为13X沸石，操作温度为-110～90℃。

在本实施例中，在吸附回收系统中，任何时刻总是有一台吸附器处于吸附步骤，由入口端通入富氮气，从吸附塔出口放出的纯度为99.99％的高纯度氮气，吸附饱和后将富氮气通入另一吸附器，向原吸附器中通入高温吹扫气对吸附剂进行再生，同时回收被吸附的烃类组分，提高异戊烷和乙烯的回收率，降低深冷分离的能耗。优选地，可将多流股换热器输出的部分高纯度氮气作为吹扫气，以提高吸附剂的再生度。

本发明还提供了一种利用聚烯烃装置尾气组分分离与回收的装置来分离回收尾气的方法，其包括如下步骤：

预处理步骤，接收原料气和变温吸附机构输送的吹扫气的混合气体，将混合气体压缩后再除去重烃等杂质，达到允许要求后输送至深冷机构，具体操作步骤为：(1)混合器MIX将来自变温吸附机构的吹扫气和原料气混合；(2)压缩机COM将混合气体压缩至12bar；(3)分流器SPLIT1将压缩后的混合气体分为两股，一股为吹扫气，流向变温吸附机构，一股为第一气体，吹扫气与第一气体的体积比例为1:9；(4)换热器HEAT将第一气体冷却至20℃；(5)气液分离器SEPA将第一气体中重烃等杂质分离，得到第二气体并排出。

深冷分离步骤，接收第二气体，并分离回收其中的异戊烷和乙烯，并排出富氮气体，具体操作步骤为：(1)利用多流股换热器MHEX，将第二气体温度降低到-60℃，得到的气液混合物进入气液分离器SEPA1；(2)气液混合物在气液分离器SEPA1中进行气液分离，液相出口输出液体异戊烷等，气相出口输出的第三气体进入多流股换热器MHEX继续降温至-130℃，所得的气液混合物进入气液分离器SEPA2；(3)气液分离器SEPA2液相出口输出液体乙烯等，气相出口输出为富氮气，富氮气经多流股换热器MHEX升温至-90℃后进入透平膨胀机TURB；(4)透平膨胀机TURB将富氮气压力由12bar降至3bar，温度由-90℃降至-124℃，使富氮气中压力能转化为冷量；(5)分流器SPLIT2将富氮气分流为第四气体和第五气体，其体积比为9:1，第四气体通过多流股换热器MHEX复热至-110℃，以避免温度过低对变温吸附机构产生影响，将第五气体送入变温吸附机构Z以预冷吸附塔；(6)为回收冷量，将液体异戊烷和乙烯送入多流股换热器MHEX进行复热，异戊烷复热至10℃，乙烯复热至-70℃；(7)来自变温吸附机构的高纯度氮气送至多流股换热器MHEX进行冷量回收，使其温度由-110℃升高至-53℃。

变温吸附步骤，接收富氮气体，对气体中氮气和少量烃类做进一步分离，排出高纯度氮气和吹扫气，并将吹扫气作循环处理；具体操作步骤为：(1)富氮气输入一个变温吸附器(吸附剂采用13X沸石)中，吸附剂将吸附大部分烃类，输出高纯度氮气，高纯度氮气送往深冷机构进行冷量回收；(2)变温吸附器内吸附剂饱和后将富氮气通入另一个变温吸附器，用高温吹扫气对原吸附器进行吹扫，使吸附剂再生，吹扫气返回预处理机构进行循环以提浓烃类，提浓后的混合气作为深冷分离机构的原料气；(3)吹扫完成后将第五气体通入吸附器中进行预冷。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (9)

1.一种用于聚烯烃装置尾气组分分离与回收的装置，其特征在于，包括：

预处理机构，其用于接收原料气和变温吸附机构输送的吹扫气，将其混合为混合气体，并将混合气体压缩后再除去其中的重烃，输送至深冷机构；

深冷机构，其用于接收来自所述预处理机构的混合气体，并分离回收其中的烃类并排出富氮气体；

变温吸附机构，其分为吸附单元和脱附单元，其中，吸附单元用于接收来自所述深冷机构的富氮气体，将富氮气体中的烃类吸附，排放气去深冷机构的膨胀设备进行膨胀制冷；脱附单元用于接受来自所述预处理机构中压缩机后的部分气体，所述部分气体作为吹扫气将所述脱附单元中的吸附质脱附后返回预处理机构以提高进深冷机构的烃类浓度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预处理机构包括：至少一个混合器，用于混合原料气和变温吸附机构输送的吹扫气，至少一个压缩机，用于接收混合气体，并将混合气体进行压缩；至少一个分流器，用于将压缩后的气体分流，得到输送给脱附单元的吹扫气和第一气体；至少一个换热器，用于冷却所述的第一气体；至少一个气液分离器，用于除去第一气体中的少量重烃，得到第二气体。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述深冷机构包括：至少一个多流股换热器，其用于接收并冷却来自预处理机构的第二气体，将烃类冷凝下来；至少一个气液分离器，其用于接收来自多流股换热器冷凝得到的气液混合物，其液相出口输出烃类进入所述多流股换热器回收冷量，气相出口输出富氮气进入所述变温吸附机构的吸附单元；至少一个膨胀机，用于接收变温吸附机构分离出的高纯度氮气；至少一个分流器，用于将膨胀后的气体分流，一股送入多流股换热器回收冷量，一股送往变温吸附机构预冷吸附塔。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，深冷机构将来自预处理机构的第二气体经多段冷凝依次回收其中的不同烃类组分。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述变温吸附机构包括：至少两个变温吸附塔，富氮气进入变温吸附机构中作为吸附单元的变温吸附塔，烃类为强吸附组分被吸附剂吸附，氮气为弱吸附组分穿过吸附塔得到高纯度氮气，当该吸附塔内的吸附剂达到吸附饱和后，将富氮气切换到另一只已经再生好的吸附塔作为吸附单元继续吸附，而该吸附饱和的吸附塔则作为脱附单元使用预处理机构输送的吹扫气进行吹扫再生，将富烃吹扫气返回预处理机构以提浓烃类，吹扫完成后使用深冷机构输送的高纯度氮气对吸附塔进行预冷。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当原料气中含有水分时，在预处理机构中增加干燥单元，以防所述深冷机构发生冰堵。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，当尾气中含重烃和轻烃，在所述深冷机构中增加至少一个气液分离器以分离重烃，气液分离器液相出口输出的重烃进入所述多流股换热器回收冷量，气相出口输出的轻烃和惰性气体进入所述多流股换热器冷却并回收轻烃。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述变温吸附器使用的吸附剂为13X沸石，操作温度为-150～130℃。

9.一种用于聚烯烃装置尾气组分分离与回收的方法，其特征在于包括：

1)预处理步骤

接收原料气和变温吸附机构输送的吹扫气，将其混合为混合气体，并将混合气体压缩后再除去其中的重烃，达到允许要求后进行深冷分离；

2)深冷分离步骤

接收来自预处理机构的混合气体，并分离回收其中的烃类并排出富氮气；

3)变温吸附步骤

富氮气进入变温吸附机构作为吸附单元的变温吸附塔，烃类为强吸附组分被吸附剂吸附，氮气为弱吸附组分穿过吸附塔得到高纯度氮气，当该吸附塔内的吸附剂达到吸附饱和后，将富氮气切换到另一只已经再生好的吸附塔作为吸附单元继续吸附，而该吸附饱和的吸附塔则作为脱附单元使用预处理机构输送的吹扫气进行吹扫再生，将富烃吹扫气返回预处理机构以提浓烃类，提浓后的混合气作为深冷分离机构的原料气，吹扫完成后使用深冷机构输送的高纯度氮气对吸附塔进行预冷。

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