CN114225622A - 一种排放气回收方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种排放气回收方法及装置，涉及气体回收技术领域，以解决聚合物生产中的废气排放的问题。所述排放气回收方法，所述排放气包括氢气、烃类气和氮气，所述回收方法包括将具有一定压力的所述排放气经过深冷箱冷凝，气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体；所述未冷凝的气体加热至预定的温度；使用氢气膜将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气，所述可燃气包括氢气和至少一部分气相烃。本发明提供的排放气回收方法及装置用于烃类和氮气的回收。
Description
技术领域
本发明涉及气体回收领域，尤其涉及一种排放气回收方法及装置。
背景技术
在LLDPE/HDPE生产过程中，会产生排放气，排放气中一般含有体积含量4%左右的乙烯气体、3%左右的重烃类（C4+）气体和90%左右的氮气。对于一个年产量动辄40万吨/年的聚合物生产厂家来说，排放气的流量可达2000kg/h，该股排放气直接排向火炬，造成巨大浪费。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种排放气回收方法及装置。
本发明的排放气回收方法及装置，有效利用了聚合物生产中的废气排放，实现了节能减排的目的。
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种排放气回收方法，所述排放气包括氢气、烃类气和氮气，所述回收方法包括
（1）将具有一定压力的所述排放气经过深冷箱冷凝，气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体；
（2）所述未冷凝的气体加热至预定的温度；
（3）使用氢气膜将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气，所述可燃气包括氢气和至少一部分气相烃。
根据本发明的至少一个实施方式，在所述将具有一定压力的所述排放气经过深冷箱冷凝，气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体之前，所述回收方法还包括
使用缓冲罐对所述排放气进行调压，使得所述排放气具有一定的压力。
根据本发明的至少一个实施方式，所述将具有一定压力的所述排放气经过深冷箱冷凝，气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体中，
所述深冷箱设置有透平膨胀机、第一分离器和第二分离器，所述透平膨胀机用于对所述排放气冷凝，所述第一分离器分离出液相的重烃，所述第二分离器分离出液相的轻烃。
根据本发明的至少一个实施方式，在所述使用氢气膜将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气之后，所述回收方法还包括将所述可燃气排至火炬。
根据本发明的至少一个实施方式，在所述使用氢气膜将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气之后，所述回收方法还包括将所述氮气回送至上游的脱气仓。
根据本发明的至少一个实施方式，所述氢气膜为MTR氢气膜。
根据本发明的至少一个实施方式，所述深冷箱的温度为-50℃～-125℃。
相对于现有技术，本发明的排放气回收方法具有以下优势：
本发明提供的排放气回收方法，用于排放气中含有氢气等不凝气体、可被冷凝的烃类气体以及氮气。本发明中先将排放气在一定压力下通入深冷箱中进行冷凝，将液相的烃类和剩余的未冷凝的气体进行分离，进而将未冷凝的气体加热至一定温度后通入氢气膜中，氢气膜将氮气和可燃气分离，使得氮气可以回用，而可燃气送至火炬中进行燃烧，经过氢气膜分离后的可燃气中包括氢气和一部分气相烃，燃烧后无污染。本发明的回收方法可通过深冷箱获得液相的烃类，使得排放气中大部分的气态烃基本被回收。相对于现有技术，本发明采用的回收方法先对排放气进行冷凝，再经过氢气膜分离可以提高氮气和液相烃类的回收率。
同时，本发明提供的排放气回收方法无需烃类分离膜，因此所需的流程较短，使用回收装置较少，还节省了回收装置的占地面积和成本。
本发明的另一目的在于还提供一种排放气回收装置，应用于上述的排放气回收方法，所述排放气回收装置包括缓冲罐、深冷箱、加热装置和氢气膜组件，
所述缓冲罐用于所述排放气调整至一定压力；
所述深冷箱用于将所述排放气进行气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体；
所述加热装置用于将未冷凝的气体加热至预定的温度；
所述氢气膜组件用于将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气。
根据本发明的至少一个实施方式，所述深冷箱设置有透平膨胀机、第一分离器和第二分离器，所述透平膨胀机用于对所述排放气冷凝，
所述第一分离器分离出液相的重烃，所述第二分离器分离出液相的轻烃。
根据本发明的至少一个实施方式，所述第一分离器的温度为-50℃～-70℃，所述第二分离器的温度为-110℃～-125℃。
相对于现有技术，本发明所述的排放气回收装置具有以下优势：
所述排放气回收装置与上述排放气回收方法与现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是根据本发明的实施方式的排放气回收装置的示意图。
图2是A和B公司的排放气回收装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
某公司40万吨/年LLDPE/HDPE装置排放气回收单元的高压凝液罐中含有乙烯、C4+烃类及氮气，若直接排向火炬，造成巨大的浪费。为了回收高压凝液罐中的排放气，现有技术中，通常采用排放气先经过烃分离膜，分离重烃后，再将排放气通入氢气膜进行分离，分离后的部分烃类气体进入冷箱后进行回收。但是，存在各种产物的回收率不高，投资和维护成本高的缺点。
请参阅图1所示，根据本发明的实施方式，提供了一种排放气回收方法，其中排放气包括氢气、烃类气和氮气，回收方法包括（1）将具有一定压力的排放气经过深冷箱200冷凝，气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体；（2）未冷凝的气体加热至预定的温度；（3）使用氢气膜将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气，可燃气包括氢气和至少一部分气相烃。
本发明实施例提供的排放气回收方法包括以下步骤：
步骤1，将来自高压凝液罐中含有乙烯、C4+烃类及氮气或其它气体的排放气在一定的压力下再深冷箱200中进行冷凝，这里的一定的压力是指较排放气具有较为稳定的压力，例如为1MPa-2MPa，通过控制深冷箱的冷凝温度可以分离得到液相的烃类，例如乙烯、丙烯或重烃（C4+烃）。当然通过深冷箱未被冷凝的气体被分离出来进行下一步的回收处理；
步骤2，未被冷凝的气体加热至预定的温度，由于从深冷箱中输出的未被冷凝的气体温度很低，对于后续过程的处理造成回收效率不高，因此在此步骤中先被加热至预定的温度，这里的温度可以为适于后续氢气膜可以发挥最大分离作用的温度，例如80℃～90℃，在这一温度条件下，氢气膜的效率是最高的。
步骤3，使用氢气膜将未冷凝的气体分离为氮气和可燃气，由于氮气具有回用或回收的价值，而且不具有可燃性，利用氢气膜的透过性，使得可以透过氢气膜的氢气或少量的气相烃作为渗透气收集，而不能透过氢气膜的氮气作为渗余气进行收集，从而实现了氮气的回收利用。
现有技术中，将氢气膜分离设置在深冷箱之前，且在氢气膜之前还需设置烃类分离膜，主要目的是降低氢气膜前的烃类浓度从而减少烃类在氢气膜中的损失。烃类分离膜之后再设置氢气膜的目的是将系统中氢气等不凝气排出，进而避免不凝气在系统中累积。相对于现有技术，本发明实施例将氢气膜分离步骤置于深冷箱步骤之后，直接通过深冷箱将烃类物质回收，从而减少了乙烯等烃类在氢气膜分离过程中的损失率，进而提高了烃类物质回收率，而由于直接经过深冷箱步骤进行回收烃类物质，基本上绝大部分烃类物质已经被回收，因此无需再设置烃分离膜，不但节省了设备投资，维护成本也降低了，同时叠加烃类物质的回收率的增加，这对于一个年产几十万吨的企业来说，经济效益更为显著。
根据本发明的一些实施例，在将具有一定压力的排放气经过深冷箱冷凝，气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体之前，回收方法还包括使用缓冲罐对排放气进行调压，使得排放气具有一定的压力。由于排放气进入到深冷箱冷凝的过程中，需要保持稳定的压力，这样才能使得冷凝效率更高，因此采用缓冲罐的缓冲将来自高压凝液罐的排放气进行一定的缓冲，以方便可以持续不断地为后续工序供气，提高处理效率，另一方面来自高压凝液罐的压力不稳定且较高，通过缓冲罐可以对排放气的压力进行调节，调节至适宜的压力，例如1.3MPa -1.5MPa。
作为一种可能的实现方式，将具有一定压力的排放气经过深冷箱冷凝，气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体中，深冷箱设置有透平膨胀机、第一分离器和第二分离器，透平膨胀机用于对排放气冷凝，第一分离器分离出液相的重烃，第二分离器分离出液相的轻烃。
在步骤2中，排放气的深冷箱冷凝装置中，深冷箱采用透平膨胀机，可选地，为了达到更低的温度，可采用多个透平膨胀机来对排放气进行制冷冷凝。根据烃类物质不同的冷凝温度，可以通过多个分离器分离出不同种类的烃类物质，例如使用第一分离器分离出液相的重烃，重烃包括C4+烃类物质，使用第二分离器分离出液相的轻烃，轻烃包括聚乙烯、聚丙烯或其它C2等烃类物质。通过透平膨胀机良好的制冷效果可以将排放气中绝大多数的烃类物质以液相的方式分离出来，其中重烃的回收率可达到100%。
本发明实施例的液相重烃类产品，相对现有技术中采用烃类分离膜分离出的重烃气态产品，对于用户是更宝贵的资源。而且现有技术中采用烃类分离膜分离出的重烃气态产品的工艺设置在深冷箱的上游，烃类分离膜分离出的重烃气态产品以及深冷箱分离出的液相重烃需气化后进行回用，例如返回至上游的压缩机，从而增加了加热介质的消耗量，而且上游的压缩机能耗也会相应地增加。
在一些实施方式中，在使用氢气膜将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气的步骤之后，回收方法还包括将可燃气排至火炬。在步骤3之后，通过氢气膜的分离，可分离出氮气和可燃气体，氮气进行回收，而可燃气体主要为氢气或其它未被冷凝的微量的烃类气体，直接排放到大气中会产生环保问题，因此，将可燃气进行燃烧处理，仅产生水和二氧化碳，是一个较为环保的选择。
考虑到对氮气的高效利用，在使用氢气膜将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气之后，回收方法还包括将氮气回送至上游的脱气仓。将氮气回用至上游的脱气仓后，可以用于保护气，从而提高上游的LLDPE/HDPE装置的聚合效率，从而达到循环利用氮气的目的，进而节约了投资和维护成本。
由于本发明实施例的氢气膜分离工艺设置在深冷箱冷凝工艺之后，因此进入氢气膜的排放气的压力相对于现有技术较低，示例性地，本发明采用MTR氢气膜，MTR氢气膜对于压力较低的膜入口压力具有更好的适应性，较小的压力不会影响氢气膜的分离效果。这里的MTR氢气膜为迈特尔研发中心（Membrane Technology & Research, Inc.）的VaporSepTM氢气膜，可以使得氢气膜分离工艺设置在深冷箱工艺下游具有更高的可行性和可靠性。
根据排放气中烃类物质的冷凝温度需要，本发明实施例的深冷箱设置的温度可以为-50℃～-125℃，一方面在这一温度范围内，可以最大效率的将重烃类和轻烃类物质以液相的方式分离出来。
根据本发明的另一方面，还提供了一种排放气回收装置，应用于上述的排放气回收方法，排放气回收装置包括缓冲罐、深冷箱、加热装置和氢气膜组件，缓冲罐用于排放气调整至一定压力；深冷箱用于将排放气进行气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体；加热装置用于将未冷凝的气体加热至预定的温度；氢气膜组件用于将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气。
请参阅图1所示，本发明实施例的排放气回收装置包括缓冲罐100、深冷箱200、加热装置300和氢气膜组件400。
排放气的回收方法包括来自高压凝液罐的排放气先经过缓冲罐100调整至一定的压力，进入深冷箱200中进行分离，分离出液相的烃类，包括乙烯和重烃产品。未被深冷箱200冷凝的气体由于温度较低需经过加热装置300加热后进入氢气膜组件400中，氢气膜组件400将进入的未被深冷箱200冷凝的气体分离为氮气和可燃气。其中氮气可以被收集、回用，而可燃气可排至火炬中进行燃烧处理。本发明的回收装置由于工艺流程较短，整个回收装置不但取消了烃类分离膜的组件，节约了烃类分离膜的投资及维护，并且节约了用地面积。
本发明实施例的排放气回收装置的深冷箱200设置有透平膨胀机、第一分离器和第二分离器，透平膨胀机用于对排放气冷凝，第一分离器分离出液相的重烃，第二分离器分离出液相的轻烃。通过深冷箱的第一分离器和第二分离器即可分离出重烃产品。示例性地，第一分离器的温度为-50℃～-70℃，可选地为-65℃，可分离出重烃类产品；第二分离器的温度为-110℃～-125℃，可选地为-120℃，可分离出乙烯类产品。
两公司（A公司和B公司）所提供的排放气回收方法的技术方案流程基本相同，请参与图2所示，排放气回收方法包括排放气进入缓冲装置10稳压，通过加热器20预热后进入烃类分离膜30，分离重烃后进入氢气膜40，氢气膜的渗透气排至火炬。渗余气进入冷箱50进行重烃和乙烯的回收，降温后的不凝气一部分作为氮气产品回脱气仓，一部分排向高压火炬。
本发明实施例与上述两公司工艺的技术方案的主要性能指标对比如下表1所示：
表1 主要性能指标对比
| A公司 | B公司 | 本发明实施例 | ||
| 1 | 乙烯回收率，% | 88.73 | 88.83 | 98.64 |
| 2 | 重烃回收率，% | 99.68 | 98.98 | 100 |
| 3 | N2回收率，% | 83.05 | 80.89 | 95.53 |
| 4 | 氮气纯度，wt% | 97.01 | 97.49 | 96.92 |
由表1的对比数值可知，A公司和B公司的工艺路线类似，主要性能指标接近。而本发明实施例的回收方案在乙烯回收率和氮气回收率上具有明显优势，按照处理量2000kg/h计算，本发明实施例的技术方案与A或B公司的技术方案相比，为用户创造了更高的经济效益，折合人民币约130万元/年。
A公司和B公司的工艺路线在氢气膜之前设置了烃类分离膜，而本发明实施例直接通过深冷箱将烃类物质回收，从而减少了乙烯等烃类物质在膜分离过程中的损失率。因此，乙烯回收率及氮气回收率高，可以为用户创造更多的经济效益。同时节省了烃类分离膜的分离工艺，工艺路线更短，设备投资更少，维护成本也少，而且占地面积也相应地减少。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种排放气回收方法，其特征在于，所述排放气包括氢气、烃类气和氮气，所述回收方法包括
（1）将具有一定压力的所述排放气经过深冷箱冷凝，气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体；
（2）所述未冷凝的气体加热至预定的温度；
（3）使用氢气膜将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气，所述可燃气包括氢气和至少一部分气相烃。
2.根据权利要求1所述的排放气回收方法，其特征在于，在所述将具有一定压力的所述排放气经过深冷箱冷凝，气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体之前，所述回收方法还包括
使用缓冲罐对所述排放气进行调压，使得所述排放气具有一定的压力。
3.根据权利要求1所述的排放气回收方法，其特征在于，所述将具有一定压力的所述排放气经过深冷箱冷凝，气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体中，
所述深冷箱设置有透平膨胀机、第一分离器和第二分离器，所述透平膨胀机用于对所述排放气冷凝，所述第一分离器分离出液相的重烃，所述第二分离器分离出液相的轻烃。
4.根据权利要求1所述的排放气回收方法，其特征在于，在所述使用氢气膜将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气之后，所述回收方法还包括将所述可燃气排至火炬。
5.根据权利要求1所述的排放气回收方法，其特征在于，在所述使用氢气膜将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气之后，所述回收方法还包括将所述氮气回送至上游的脱气仓。
6.根据权利要求1所述的排放气回收方法，其特征在于，所述氢气膜为MTR氢气膜。
7.根据权利要求1所述的排放气回收方法，其特征在于，所述深冷箱的温度为-50℃～-125℃。
8.一种排放气回收装置，其特征在于，应用于权利要求1～7任一项所述的排放气回收方法，所述排放气回收装置包括缓冲罐、深冷箱、加热装置和氢气膜组件，
所述缓冲罐用于所述排放气调整至一定压力；
所述深冷箱用于将所述排放气进行气液分离后得到液相的烃类和未冷凝的气体；
所述加热装置用于将未冷凝的气体加热至预定的温度；
所述氢气膜组件用于将具有预定温度的未冷凝的气体分离为氮气和可燃气。
9.根据权利要求8所述的排放气回收装置，其特征在于，所述深冷箱设置有透平膨胀机、第一分离器和第二分离器，所述透平膨胀机用于对所述排放气冷凝，
所述第一分离器分离出液相的重烃，所述第二分离器分离出液相的轻烃。
10.根据权利要求9所述的排放气回收装置，其特征在于，所述第一分离器的温度为-50℃～-70℃，所述第二分离器的温度为-110℃～-125℃。
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| 张大勇等: "膜分离和深冷分离组合技术在聚乙烯装置的应用", 《石油化工应用》 * |
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