CN204865453U

CN204865453U - 一种聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置

Info

Publication number: CN204865453U
Application number: CN201520586768.1U
Authority: CN
Inventors: 刘丽; 张剑锋; 刘照利; 杨云
Original assignee: Sichuan Tianyi Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Southwest Research and Desigin Institute of Chemical Industry
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2025-08-06

Abstract

本实用新型公开了聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置，包括通过管道顺次连接的高低压冷却冷凝回收单元、粗精过滤单元、预净化单元、变压吸附分离浓缩单元和脱氢单元，聚乙烯装置尾气依次经过高低压冷却冷凝回收单元、粗精过滤单元、预净化单元、变压吸附分离浓缩单元和脱氢单元回收得到纯度达90％以上的烃类组分和纯度达98％以上且氢气含量小于1％的氮气。本实用新型引入了改进的变压吸附工艺和脱氢工艺，使得聚乙烯装置尾气的回收简单且能实现完全回收再利用；取消膜分离单元，仅通过变压吸附分离浓缩单元回收经高低压冷凝处理后的尾气，简化工艺流程；引入的脱氢单元能够有效去除氮气中混有的氢气，进而实现氮气的完全回收利用。

Description

一种聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置

技术领域

本实用新型涉及聚乙烯生产装置的尾气回收技术领域，更具体地讲，本实用新型涉及一种聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置。

背景技术

在聚乙烯的生产过程中，通常会从聚合反应器和聚乙烯粉料脱气仓中排放出大量的由包括未聚合的乙烯和共聚单体(丙烯、丁烯、己烯等)等的烃类组分、诱导冷凝剂(异戊烷、己烷等)、氢气和脱气仓的吹扫氮气所混合而成的聚乙烯装置尾气，其典型组成如表1所示。这部分聚合尾气通常排至火炬管网，造成了烃类资源的极大浪费，同时也污染了环境。回收聚乙烯尾气中的烃类组分和氮气等气体，对于聚乙烯装置的节能降耗而言意义重大。

表1聚乙烯装置尾气的典型组成(mol％)

组分名称

H₂

N₂

CH₄

C₂H₄

C₂H₆

C₄H₈

C₅H₁₂

含量

1～10

60～90

0～3

2.5～20

1～10

0～8

0～2

回收聚乙烯装置尾气中的烃类组分作为燃料或乙烯装置的原料或乙苯装置的原料具有很高的经济效益，如果回收的氮气纯度大于95％，同时其中氢浓度小于1％，则可返回脱气仓作吹扫气或循环气，这也有利于环境保护并实现污染物的零排放。

现有的回收聚乙烯尾气的方法通常包括加压冷凝、膜分离和变压吸附等步骤，从而能够实现烃类组分的有效回收，其中，烃类组分的回收率可达到99％以上。但是，采用现有技术中上述方法回收的氮气中均含有氢气，也即回收的为氢氮混合气，如果将回收的氢氮混合气直接返回至脱气仓循环使用，则可能会形成仓内的氢气积累而造成严重的安全隐患。

因此，亟需提供一种能够真正使聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题和不足，本实用新型的目的在于提供一种工艺流程简单且能完全回收聚乙烯尾气并再利用的改进装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置，所述改进装置包括通过管道顺次连接的高低压冷却冷凝回收单元、粗精过滤单元、预净化单元、变压吸附分离浓缩单元和脱氢单元，其中，所述聚乙烯装置尾气依次经过所述高低压冷却冷凝回收单元、粗精过滤单元、预净化单元、变压吸附分离浓缩单元和脱氢单元回收得到纯度达90％以上的烃类组分和纯度达98％以上且氢气含量小于1％的氮气。

根据本实用新型的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置的一个实施例，所述变压吸附分离浓缩单元包括不少于5台的吸附塔，其中，所述吸附塔中装填的吸附剂为改性分子筛、改性硅胶、改性活性炭和改性氧化铝中的至少一种。

根据本实用新型的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置的一个实施例，所述高低压冷却冷凝回收单元回收所述聚乙烯装置尾气中的大部分共聚单体和诱导冷凝剂，所述粗精过滤单元去除所述聚乙烯装置尾气中的固体颗粒和液滴，所述预净化单元除去所述聚乙烯装置尾气中的微量烷基铝。

根据本实用新型的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置的一个实施例，所述吸附塔中装填的吸附剂为从上到下依次布置的改性分子筛、改性活性炭、改性硅胶和改性氧化铝或者从上到下依次布置的改性硅胶、改性活性炭和改性氧化铝。

根据本实用新型的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置的一个实施例，所述变压吸附分离浓缩单元还包括与所述吸附塔连接的程序控制阀、缓冲罐、压缩机和真空泵。

根据本实用新型的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置的一个实施例，所述脱氢单元为催化脱氢单元或化学吸附脱氢单元。

本实用新型引入了改进的变压吸附工艺和脱氢工艺，使得聚乙烯装置尾气的回收工艺简单且能实现聚乙烯装置尾气的完全再利用；取消了膜分离单元，仅通过变压吸附分离浓缩单元回收经高低压冷凝处理后的尾气，简化了工艺流程，降低了投资和运行成本；变压吸附分离浓缩单元中的处理步骤中取消了冲洗抽空，仅保留抽空的步骤，有利于进一步浓缩烃类组分；并且，引入的脱氢工艺能够有效去除氮气中混有的氢气，进而实现氮气的完全回收利用，避免安全隐患。采用本实用新型的技术方案，能够实现烃类组分的回收率≥99.9％且纯度≥90％，氮气的回收率＞99％、纯度≥98％且氢气含量小于1％。

附图说明

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置的结构框图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图详细说明本实用新型的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置。并且，若无特别说明，本实用新型中所涉及的百分比均为摩尔百分比。

根据本实用新型，所述聚乙烯装置尾气是指在聚乙烯的正常生产过程中从聚合反应器和聚乙烯粉料脱气仓中排放出的由包括未聚合的乙烯和共聚单体(丙烯、丁烯、己烯等)等的烃类组分、诱导冷凝剂(异戊烷、己烷等)、氢气和脱气仓的吹扫氮气所混合而成的气体。

本实用新型的目的是提供一种能够对聚乙烯装置尾气进行完全回收再利用的改进装置，从而能够将分离出的烃类组分作为燃料综合利用或作为乙烯装置的原料或作为乙苯装置的原料，同时提浓后的氢氮混合气经脱氢单元脱氢后能够使氮气提浓至98％以上而回收至聚乙烯装置再利用，彻底实现尾气的完全回收再利用，达到零排放。

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置的结构框图。如图1所示，所述改进装置包括通过管道顺次连接的高低压冷却冷凝回收单元、粗精过滤单元、预净化单元、变压吸附分离浓缩单元和脱氢单元，其中，所述聚乙烯装置尾气依次经过所述高低压冷却冷凝回收单元、粗精过滤单元、预净化单元、变压吸附分离浓缩单元和脱氢单元回收得到纯度达90％以上的烃类组分和纯度达98％以上且氢气含量小于1％的氮气。

先使聚乙烯装置尾气进入变压吸附分离浓缩单元中，一方面可以使氢氮混合气与烃类组分分离，另一方面能够提浓烃类组分与氢氮混合气，从而有利于后续的脱氢处理和回收物的重新利用。根据本实用新型的优选实施例，将所述烃类组分回收用作燃料或乙烯装置的原料或乙苯装置原料，将所述氮气返回至聚乙烯装置的脱气仓作为吹扫气使用，既有利于环境保护，也有利于实现污染物的零排放。

其中，所述高低压冷却冷凝回收单元用于回收聚乙烯装置尾气中的大部分共聚单体和诱导冷凝剂，所述粗精过滤单元去除所述聚乙烯装置尾气中的固体颗粒和液滴，，所述预净化单元去除所述聚乙烯装置尾气中的微量烷基铝，其中，预净化单元中装填有活性炭。高低压冷却冷凝回收单元、粗精过滤单元和预净化单元均为本领域常用的设备，其结构和工作方式在此不进行赘述。

本实用新型的改进之处在于变压吸附工艺的改进和脱氢技术的引入，从而使得尾气的回收工艺简单且实现完全再利用。具体地，所采用的变压吸附分离浓缩单元包括不少于5台的吸附塔，当然其还可以包括与吸附塔连接的程序控制阀、缓冲罐、压缩机和真空泵等辅助设备。

其中，本实用新型在吸附剂上进行了改进，从而使得高低压冷却冷凝回收单元处理后的尾气中残留的分子较大的共聚单体和诱导冷凝剂能够得到较好的选择性吸附，并且在短时间内通过降压抽空就能顺利解吸。具体地，所述吸附塔中装填的吸附剂为改性分子筛、改性硅胶、改性活性炭和改性氧化铝中的至少一种。优选地，所述吸附塔中装填的吸附剂为从上到下依次布置的改性分子筛、改性活性炭、改性硅胶和改性氧化铝或者从上到下依次布置的改性硅胶、改性活性炭和改性氧化铝，从而实现最佳的吸附分离效果，并且这也是本发明的技术方案不同于现有技术，即不需要通过膜分离回收一部分烃类组分后再进变压吸附回收的重要原因。

根据本实用新型，每个吸附塔依次经历吸附、均压降、置换、逆放、抽空、均压升和最终升压的循环处理步骤，其中，控制各吸附塔在同一时刻进行的处理步骤互不相同并且确保在任何时刻都有一台以上的吸附塔进行吸附处理步骤。也即，需要通过控制实现各吸附塔在时间上相互错开地工作，以使装置连续、稳定地运行。由于吸附塔的具体处理步骤是根据聚乙烯装置尾气的压力具体确定的，操作人员可以根据实际工况实时调整步骤，例如增加均压降、均压升的次数等。

本实用新型中选用的吸附剂不仅可以实现对乙烯、乙烷等烃类组分的选择性吸附，还可以吸附分子较大的共聚单体和诱导冷凝剂，而氢氮混合气则从吸附塔塔顶的气体出口被分离出来。其中，从吸附塔进口端得到的逆放气和抽空气为烃类组分，部分烃类组分可以作为燃料或乙烯装置的原料或乙苯装置的原料，部分烃类组分则返回吸附塔作为置换气使用，以此提高烃类组分产品的纯度。

之后，使从变压吸附分离浓缩单元中分离出来的氢氮混合气进入脱氢单元进行氢气的脱除，从而获得纯度大于98％且氢气含量小于1％的氮气。其中，脱氢单元可以为催化脱氢单元和化学吸附脱氢单元。

采用本实用新型的改进工艺得到的烃类组分的回收率≥99.9％且纯度≥90％，氮气的回收率＞99％、纯度≥98％且氢气含量小于1％。

根据本实用新型的示例性实施例，在使用本实用新型的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置进行聚乙烯装置尾气的回收再利用的具体流程如下：

1)聚乙烯装置尾气首先经过高低压冷却冷凝回收单元回收大部分共聚单体和诱导冷凝剂后进入粗精过滤单元。

2)在粗精过滤单元中过滤去除固体颗粒和液滴后进入预净化单元。

3)在预净化单元中去除微量烷基铝后进入变压吸附分离浓缩单元。

在变压吸附分离浓缩单元对聚乙烯装置尾气中剩余的烃类组分、诱导冷凝剂和氢氮混合气进行分离和浓缩。

变压吸附浓缩单元包括至少五台吸附塔，每台吸附塔在不同时刻依次经历吸附(A)、均压降(ED)、置换(RP)、逆放(D)、抽空(V)、均压升(ER)和最终升压(FR)的循环处理步骤，下面以一台吸附塔的工作流程为例进行具体说明：

a、吸附(A)

聚乙烯装置尾气从吸附塔进口端进入吸附床，尾气中绝大部分的烃类组分被吸附，未被吸附的大量H₂、N₂等组分则作为吸附废气从吸附塔的出口排出送至催化脱氢单元。

b、均压降(ED)

吸附步骤停止后，通过管道和程序控制阀使吸附塔与刚完成抽空步骤的吸附塔连接进行均压处理。均压结束时，均压升和均压降的吸附塔的压力基本相等，达到一个中间压力。

c、置换(RP)

返回部分烃类组分至完成了均压降步骤的吸附塔中，具体从吸附塔的原料气入口端置换阀进入吸附床，利用浓度较高的烃类组分将吸附塔中残留的氢氮混合气顶出吸附塔，从而提高吸附塔中烃类组分的浓度。

d、逆放(D)

开启完成了置换步骤的吸附塔的原料气入口端的逆放阀，排出吸附塔中的气体并降低吸附塔内的压力，从而使吸附剂上吸附的烃类组分解吸，得到分离后的烃类组分。

e、抽空(V)

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，使吸附剂上的烃类组分进一步解吸，得到烃类产品气。

f、均升压(ER)

抽空步骤完成后，通过管道和程序控制阀使吸附塔与吸附完成的吸附塔相连进行均压处理。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。

g、最终升压(FR)

返回氢氮混合气对均压升完成的吸附塔进行充压，使之基本上达到吸附压力，准备进入下一个循环周期。

3)将分离得到的氢氮混合气送入催化脱氢单元中进行脱氢处理，得到纯度达98％以上且氢气含量小于1％的氮气，将氮气返回至脱气仓中循环使用。

4)将分离得到的烃类组分用作燃料、乙烯装置原料或乙苯装置的原料。

下面将结合具体示例对本实用新型的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置进行进一步说明。

示例1：

某厂的聚乙烯装置尾气1000Nm³/h，压力为1.2MPa。该尾气经高低压冷却冷凝回收单元、粗精过滤单元和预净化单元后得到如表2所示的气体组成：表2某厂聚乙烯装置尾气经冷凝、过滤和预净化处理后的组成(mol％)

组份名称	H₂	N₂	C₂H₄	C₂H₆	C₄H₈	C₅H₁₂
							含量	3.0	76.05	12.00	4.10	3.6	1.25

然后利用变压吸附分离浓缩单元处理表2所示的气体。所示变压吸附分离装置包括6个吸附塔、一组缓冲罐和程序控制阀等，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、改性硅胶和改性氧化铝。6个吸附塔分别为A塔、B塔、C塔、D塔、E塔和F塔，各吸附塔的每一次循环依次经历吸附、1次均压降、2次均压降、置换、逆放、抽空、2次均压升、1次均压升和最终升压九个步骤。

现以吸附塔A为例，说明变压吸附分离浓缩单元运行的工艺过程：

吸附(A)

开启A塔进口和出口的程序控制阀，使聚乙烯装置尾气进入吸附床，气体中的绝大部分烃类组分被吸附，未被吸附的大量H₂、N₂等组分从吸附塔出口排出送至催化脱氢单元。当吸附时间到后，关闭进口和出口的程序控制阀，终止聚乙烯装置尾气的吸附。

1次均压降(E1D)

开启A塔和C塔的均压程序控制阀，使完成吸附步骤后的A塔与进入2次均压升步骤的C塔相连，让A塔气体进入C塔，则A塔压力下降且C塔压力上升，当2个塔的压力基本相等时，关闭均压程序控制阀，完成A塔的均压降步骤。

2次均压降(E2D)

开启A塔和D塔的均压程序控制阀，使完成1次均压降步骤后的A塔与完成了抽空步骤的D塔相连，让A塔气体进入D塔，则A塔压力进一步下降且D塔压力上升，当2个塔的压力基本相等时，关闭均压程序控制阀，完成A塔的2次均压降步骤。

置换(RP)

开启A塔的置换气进口和置换废气出口阀，返回部分烃类组分从吸附塔原料气入口端置换进口阀进入完成2次均压降步骤的A塔进行置换，利用浓度较高的烃类组分将A塔中的氢氮混合气等杂质顶出吸附塔，提高吸附塔中烃类组分的浓度。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A塔的逆放程序控制阀，使完成了置换步骤的A塔逆着吸附的方向排出吸附塔中的气体，降低吸附塔内的压力并使吸附剂上吸附的烃类组分解吸，得到分离的烃类组分。当A塔压力降至常压后，关闭A塔的逆放程序控制阀，逆放完成。

抽空(V)

开启A塔的抽空程序控制阀，通过真空泵对逆放后的A塔进行抽真空，进一步降低吸附塔压力，使吸附剂上的烃类组分进一步解吸，进一步得到烃类组分。当抽空步骤完成后，关闭A塔的抽空程序控制阀。

2次均压升(E2R)

开启A塔和D塔的2次均压程序控制阀，则D塔内气体进入A塔升高A塔内的压力并回收D塔排出气体中的烃类组分。完成2次均压降步骤的D塔与完成抽空步骤的A塔进行压力均衡，待两塔压力基本相等时，关闭A和D塔的均压程序控制阀。

1次均压升(E1R)

开启A塔和E塔的1次均压程序控制阀，则E塔内气体进入A塔继续升高A塔内的压力并回收E塔排出气体中的烃类组分。完成1次均压降步骤的E塔与A塔进行压力均衡，待两塔压力基本相等时，关闭A和E塔的均压程序控制阀。

最终升压(FR)

开启A塔的终充阀，返回氢氮混合气对完成均压升步骤的吸附塔进行充压，使之基本上达到吸附压力后关闭终充阀，准备进入下一个循环周期。

至此，A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。每个吸附塔的压力随工艺步骤的变化呈周期性变化。

收集经所述变压吸附分离浓缩单元分离得到的烃类组分，并将分离得到的氢氮混合气送入化学吸附脱氢单元中进行脱氢处理，得到氮气。将所述烃类组分回收用作燃料或乙烯装置的原料或乙苯装置的原料，将所述氮气返回至聚乙烯装置的脱气仓作为吹扫气使用。

表3示例1中回收得到氮气的主要组成(mol％)

组分	H₂	N₂	C₂H₄	C₂H₆	C₄ ⁺
						含量	0.8	98.5	0.39	0.28	0.03

表4示例1中回收得到烃类组分的主要组成(mol％)

组分	H₂	N₂	C₂H₄	C₂H₆	C₄ ⁺
						含量	----	6.8	34.84	40.89	17.47

表3和表4示出了示例1中回收得到的氮气和烃类组分的主要组成，其中，氮气的流量纯度达98％以上且氢气含量小于1％，且烃类组分的纯度达90％以上且其中含有大量的乙烯和乙烷等富烃气体。

综上所述，本实用新型引入了改进的变压吸附工艺和脱氢工艺，使得聚乙烯装置尾气的回收工艺简单且能实现聚乙烯装置尾气的完全再利用；取消了膜分离单元，仅通过变压吸附分离浓缩单元回收经高低压冷凝处理后的尾气，简化了工艺流程，降低了投资和运行成本；变压吸附分离浓缩单元中的处理步骤中取消了冲洗抽空，仅保留抽空的步骤，有利于进一步浓缩烃类组分；并且，引入的脱氢工艺能够有效去除氮气中混有的氢气，进而实现氮气的完全回收利用，避免安全隐患。采用本实用新型的技术方案，能够实现烃类组分的回收率≥99.9％且纯度≥90％，氮气的回收率＞99％、纯度≥98％且氢小于1％。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本实用新型的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改和变化。

Claims

1.一种聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置，其特征在于，所述改进装置包括通过管道顺次连接的高低压冷却冷凝回收单元、粗精过滤单元、预净化单元、变压吸附分离浓缩单元和脱氢单元，其中，所述聚乙烯装置尾气依次经过所述高低压冷却冷凝回收单元、粗精过滤单元、预净化单元、变压吸附分离浓缩单元和脱氢单元回收得到纯度达90％以上的烃类组分和纯度达98％以上且氢气含量小于1％的氮气。

2.根据权利要求1所述的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置，其特征在于，所述高低压冷却冷凝回收单元回收所述聚乙烯装置尾气中的大部分共聚单体和诱导冷凝剂，所述粗精过滤单元去除所述聚乙烯装置尾气中的固体颗粒和液滴，所述预净化单元去除所述聚乙烯装置尾气中的微量烷基铝。

3.根据权利要求1所述的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置，其特征在于，所述变压吸附分离浓缩单元包括不少于5台的吸附塔，其中，所述吸附塔中装填的吸附剂为改性分子筛、改性硅胶、改性活性炭和改性氧化铝中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置，其特征在于，所述吸附塔中装填的吸附剂为从上到下依次布置的改性分子筛、改性活性炭、改性硅胶和改性氧化铝或者从上到下依次布置的改性硅胶、改性活性炭和改性氧化铝。

5.根据权利要求1所述的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置，其特征在于，所述变压吸附分离浓缩单元还包括与所述吸附塔连接的程序控制阀、缓冲罐、压缩机和真空泵。

6.根据权利要求1所述的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置，其特征在于，所述脱氢单元为催化脱氢单元或化学吸附脱氢单元。

7.根据权利要求1所述的聚乙烯装置尾气完全回收再利用的改进装置，其特征在于，所述预净化单元中装填有活性炭。