JP2013531119A - ポリエチレンベント回収における低温冷凍のためのエチレン膨張 - Google Patents

Abstract

重合プロセスからのベント流中の炭化水素を回収するための方法及びシステムが提供される。この方法及びシステムは、ベントガスからオレフィンモノマーを凝縮して回収するためにエチレン冷凍を利用して重合ベントガスからオレフィンモノマーを回収することを含む。ある実施形態において、この方法及びシステムはまた、重合ベントガスの圧縮及び凝縮、エチレン冷凍剤の再圧縮、並びにエチレン冷凍のためのエキスパンダーコンプレッサータービン装置の利用を含むこともできる。

Description

エチレン冷凍（refrigeration）システムを用いたポリオレフィンベントガス回収がここに開示される。また、ポリエチレンプロセスベント回収における低温冷凍のためにエチレン膨張（expansion）を利用する方法及びシステムもここに開示される。

エチレン等のオレフィンは、粒状ポリマーを製造するために、重合条件下で触媒と接触させることによって重合させることができる。製造される粒状ポリマーは通常、残留気体状又は液体状アルケン及びアルカン並びに他の炭化水素を含有する。これらの炭化水素は、例えば最終製品の品質制御や安全性の理由を含めた多くの理由で、粒状樹脂から取り除かれるべきである。さらに、炭化水素放出に関する環境基準を満たすために、炭化水素の適切な処分が要求される。

ポリマーから揮発性炭化水素を除去するための様々な技術が存在する。例えば米国特許第４１９７３９９号、同第３５９４３５６号及び同第３４５０１８３号の各明細書には、パージャーとして用いられる円柱状（即ち直線形円筒状）容器（ポリマーパージビン又は製品パージビンと称される）が開示されている。米国特許第４３７２７５８号明細書には、固体状オレフィンポリマーからアルケン等の炭化水素を除去するための脱ガス又はパージ方法が開示されている。このパージ方法は一般的に、固体状ポリマー（例えば粒状の形のもの）をポリマーパージビンに運び、パージビン中のポリマーを向流不活性パージガス流と接触させてポリマーから放出される炭化水素蒸気をストリッピングすることを含む。不活性パージガスとしては、窒素が特によく用いられる。しかしながら、最初の段階で軽質炭化水素リッチガスを用いて重質炭化水素をストリッピングし、次いで第２段階で、最初の段階の後に樹脂中又はその周囲に残った軽質炭化水素をストリッピングする比較的容易なタスクのために不活性ガスを用いることも、可能である。

パージ容器から出てくる混合された炭化水素及び不活性ガス流からオレフィンモノマー等の炭化水素を回収するために、一般的にベント回収システムが利用される。重合プロセスベントガス中の炭化水素を回収する現存の方法には、（ａ）ほぼ−１０℃に冷却するための、圧縮並びに水又は空気、機械式冷凍及びエチレン膨張の内の少なくとも１つを用いた凝縮；並びに（ｂ）圧力スイング吸収（ＰＳＡ）又は膜を用いた分離：がある。現存の気相ポリエチレンプラントでは、選択肢（ａ）が特によく用いられるが、選択肢（ａ）と選択肢（ｂ）との組合せを用いることもできる。

米国特許第５３９１６５６号明細書に記載されたような圧縮及び凝縮システムにおいては、窒素等の不活性ガスとオレフィンモノマーとを含有するポリマーパージビンベント流が、次の（ａ）〜（ｆ）を含む一連の工程で処理される：（ａ）重合ベントガスの一部を凝縮させるために冷却し；（ｂ）凝縮した液体を残りの凝縮可能ではない（非凝縮性）軽質ガスから分離し；（ｃ）非凝縮性軽質ガスを圧縮し；（ｄ）さらなる凝縮を促進するためにこの圧縮流を冷却し；（ｅ）凝縮した液体を残りの非凝縮性軽質ガスから分離し；そして（ｆ）オレフィンモノマーを含有する凝縮した液体をリサイクルする。

周囲空気又は水冷却を利用する慣用の圧縮及び冷却式ベント回収システムは、ベントガス中に含有されるブテン、イソペンタン、ヘキセン、ヘキサン、並びに他の重質アルカン及びオレフィンのような重質炭化水素の大部分を回収することができる。しかしながら、炭化水素回収量は、周囲冷却媒体供給温度に対する実用上の限界によって、抑制される。従って、慣用のベントガス回収システムは典型的には、ベントされるエチレンモノマーの５０％までしか回収せず、価値のある炭化水素の損失及びフレアリング（flaring）（大気中での燃焼による処分）の増加を引き起こす。

さらに、凝縮液体の分離後に重合ベントガス中に残る窒素のような不活性ガスは、かなりの量の重質炭化水素を依然として含有することがあり、樹脂乾燥又はパージガスとしてのその再利用が妨げられる。より高度なエチレン回収に到達してより高品質の回収ガスを達成するためには、さらなるプロセスが必要とされ得る。

また、機械式冷凍及びオレフィン膨張を含む冷凍システムも、重合ベントガス分離において冷却用に用いることができる。冷凍は慣用の周囲冷却を上回るある種の利点を有する。例えば、冷凍システムは０℃より低い最終凝縮温度を達成でき、従って重合ベントガスからの炭化水素除去においてより一層効果的であり得る。

機械式冷凍は、チルドブラインやグリコールミックスのようなクーラントをベント回収エリアに提供するために、圧縮冷凍システムを利用する。機械式冷凍ユニット（ＭＲＵ）は典型的には、−１０〜−２０℃ほど低い最終重合ベントガス凝縮温度を達成し、従って、凝縮により追加の液状炭化水素回収を促進する。しかしながら、ＭＲＵは、増大した電力使用及び冷凍剤取扱いに関連して、高い装置コスト及びユニット運転コストを必要とする。さらに、ＭＲＵは、ブラインやグリコールの圧縮冷凍のための部位に新たに潜在的に毒性がある化学物質（例えばハロフルオロカーボン）を導入することを必要とすることがあり、これは望ましくないこととなり得る。

また、オレフィン膨張も、ベントガス回収のために用いることができ、このオレフィン膨張においては、窒素のような非凝縮性不活性物質を含有する重合ベントガス中の炭化水素の凝縮が、高圧オレフィンの部分膨張によって、達成される。米国特許第５３９１６５６号明細書には、このような「フリー冷凍」の方法が開示されており、この方法では、約８００〜１０００ｐｓｉｇのような高圧から、重合ユニットの上流のエチレン精製システムを供給するために必要な低圧（例えば約３５０〜４００ｐｓｉｇの圧力）まで、エチレンを部分的に膨張させる。典型的なＭＲＵ操作と同様に、エチレンの部分膨張は一般的に、プロセスベントガス中に含有されるエチレンモノマーを高割合で凝縮させるのに充分な、−１０〜−２０℃の最終凝縮温度を達成することができる。しかしながら、非凝縮ベントガス中には依然としてかなりの量のエチレンが残存することがある。

米国特許第４１９７３９９号明細書 米国特許第３５９４３５６号明細書 米国特許第３４５０１８３号明細書 米国特許第４３７２７５８号明細書 米国特許第５３９１６５６号明細書

従って、重合ベントガスから炭化水素を分離するための改良された方法及び装置であって、（ａ）価値のあるオレフィンモノマーをより多く回収して再利用し；（ｂ）未回収炭化水素のフレアリングを減らし；そして（ｃ）窒素のような不活性物質を含有するベントガスをポリマーパージビン用パージ媒体として再利用することを可能にするものに対する要望が依然として存在する。

概要
ここに、重合ベントガスから炭化水素を回収するための方法が開示される。この方法は、
（ａ）３．４ＭＰａ以上の圧力から約１．４ＭＰａ以下の圧力にエチレン流の圧力を低下させて、圧力低下エチレン流を形成させ；
（ｂ）モノマーを含むベントガスを、前記圧力低下エチレン流との熱交換によって冷却して、第１の軽質ガス（「第１軽質ガス」とも言う。）中に同伴されるモノマーの少なくとも一部を含む第１の凝縮液（「第１凝縮液」とも言う。以下、同様。）を形成させ；
（ｃ）前記第１凝縮液及び前記第１軽質ガスを回収し；
（ｄ）前記第１軽質ガスから前記第１凝縮液を分離し；
（ｅ）前記圧力低下エチレン流を２．４ＭＰａ以上の圧力に圧縮し；そして
（ｆ）圧縮されたエチレン流を重合反応器に通す：
ことを含む。

また、重合ベントガスから炭化水素を回収するためのシステムもここに開示される。このシステムは、エチレンエキスパンダー（膨張用システム／装置等）と、このエチレンエキスパンダーと流体流通状態にある第１のベントガス回収システムとを含むことができる。この第１のベントガス回収システムは、
（i）ベントガスライン及びエチレンエキスパンダーと流体流通状態にある熱交換器であって、入ってくるベントガスとエチレンエキスパンダーからのエチレンとの間の熱交換をもたらし、それによってエチレンエキスパンダーから入ってくるエチレンが凝縮して第１軽質ガス中のエチレンモノマーを含む第１凝縮液になるように、設計された前記熱交換器；
（ii）前記熱交換器と流体流通状態にあるセパレーター（分離器）であって、前記第１凝縮液を受け取るように設計され且つこの第１凝縮液を前記第１軽質ガスから分離するように設計された入口を有する前記セパレーター；並びに
（iii）前記セパレーターと流体流通状態にあるコンプレッサー（圧縮用システム／装置等）であって、前記セパレーターから前記第１軽質ガスを受け取るように設計された入口を有する前記コンプレッサー：
を含むことができる。

エチレン膨張を利用して重合ベントガスから炭化水素を回収するための方法の概略図である。 チョーキングバルブシステム（choking valve system）によって成就されるエチレン膨張を利用して重合ベントガスから炭化水素を回収するための方法の概略図である。 エキスパンダーコンプレッサータービンシステムによって成就されるエチレン膨張を利用して重合ベントガスから炭化水素を回収するための方法の概略図である。 重合ベントガス圧縮及び冷却と組み合わせてエチレン膨張を利用して重合ベントガスから炭化水素を回収するための方法の概略図である。 重合ベントガスの圧縮及び冷却を利用して重合ベントガスから炭化水素を回収するための方法の概略図である。

詳しい説明
本発明の化合物、成分、組成物、装置、システム、ハードウェア、形態及び／又は方法が開示される前は、別段示されなければ、ここに開示される実施形態は特定の化合物、成分、組成物、装置、システム、ハードウェア、形態及び／又は方法等に限定されず、別段記載がなければ変更を加えることができるということを理解すべきである。

また、ここで用いられる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とするものであり、限定的なものであることは意図されない。

また、本明細書及び特許請求の範囲において用いた時に、単数形は別段の記載がなければ複数形を包含するということにも留意しなければならない。

重合プロセスからのベント流中の炭化水素を回収するための方法及びシステムがここに開示される。より特定的には、重合ベントガスからオレフィンモノマーを凝集させて回収するためにエチレン冷凍を利用して該ベントガスからオレフィンモノマーを回収するための方法及びシステムが、ここに開示される。ある実施形態において、この方法及びシステムはまた、重合ベントガスの圧縮及び凝縮、エチレン冷凍剤の再圧縮、並びにエチレン冷凍のためのエキスパンダーコンプレッサータービン装置の利用を含むこともできる。

オレフィン膨張を利用して、重合ベントガスを冷却するための熱伝達媒体を発生させることができる。例えば、高圧のオレフィン、例えばエチレンモノマーを膨張させて、重合ベントガスに用いることができる低温冷凍剤を製造することができる。ある実施形態においては、ポリエチレンプラントにおいて一般的に利用可能な高圧エチレンパイプラインガスの膨張を、重合ベントガスからのエチレンモノマーの回収のために用いることができる。例えば、プラント内の内部供給源から高圧ポリエチレンを供給することができる。当業者は、高圧エチレンは他の供給源から由来するものであることもできるということを認識するであろう。

パイプラインエチレンは一般的には、重合システムの上流のエチレン精製システムに供給するのに必要な圧力より高い圧力で、供給される。高圧パイプラインエチレンは、３．４ＭＰａ超、又は６．８ＭＰａ超の圧力で供給することができる。

高圧エチレンを膨張させることによって、低下した温度を有する圧力低下エチレンを作ることができ、この低下した温度を有する圧力低下エチレンは、重合ベントガス回収プロセスにおいて冷凍剤として用いることができる。ある実施形態においては、高圧エチレンを膨張させる前に約１０℃未満の温度に冷却することができる。エチレン圧力は、膨張させることによって３．４ＭＰａ以上の圧力から１．４ＭＰａ以下の圧力まで、又は０．９ＭＰａ以下、又は０．２ＭＰａ以下の圧力まで、低下させることができる。膨張による圧力の低下は、−３０℃以下、又は−５０℃以下、又は−９０℃以下の温度を有するエチレン冷凍剤を作ることができる。約−３０℃以下の温度におけるエチレン冷凍の利用は、重合ベントガスからの凝縮による炭化水素の回収を高いレベルで達成することができる。

例えば、膨張によって約３．４ＭＰａから１．４ＭＰａ又はそれより低い圧力までエチレン圧力を低下させることにより、約−３０℃又はそれより低い温度のエチレン冷凍剤を作ることができる。別の例では、膨張によって約３．５ＭＰａから０．９ＭＰａ又はそれより低い圧力までエチレン圧力を低下させることにより、約−５０℃又はそれより低い温度のエチレン冷凍剤を作ることができる。別の例では、膨張によって約３．５ＭＰａから０．２ＭＰａ又はそれより低い圧力までエチレン圧力を低下させることにより、−９０℃又はそれより低い温度のエチレン冷凍剤を作ることができる。

ある実施形態においては、エチレン精製システムに供給するのに必要な最低のエチレン圧力は、約３．１ＭＰａである。従って、圧力低下エチレンは、必要とされる冷凍の務め（duty）を果たした後に、次いでエチレン精製システムにこのエチレンを送るために、圧縮することができる。１つの特定的な実施形態においては、圧力低下エチレンを２．４ＭＰａ以上、又は３．１ＭＰａ以上の圧力に圧縮して、重合ベントガスを冷却する際にエチレン精製システムに供給することができる。別の実施形態においては、エチレンを、重合精製システム又は重合プロセス（気相重合プロセス、ループ反応器システム及びスラリー反応器システムを含む）に供給するのに必要な圧力に圧縮することができる。

ここで図１を参照して説明する。この図１には、重合ベントガスから凝縮によって炭化水素を回収するためのプロセスが示される。このプロセスにおいては、高圧エチレン流（１０７）を、パイプライン供給圧力のような高圧からエチレン膨張システム（１４）において膨張させて低圧にすることができる。低下した温度を有する低圧エチレンを、フローライン（１０９）を介して回収することができる。

重合ベントガス（１０５）（これは不活性ガス及び凝縮可能な炭化水素を含むことができる）は、第１のベントガス回収システム（１６）において前記低圧エチレンとの間接熱交換によって、冷却し且つ少なくとも一部凝縮させることができる。同伴される凝縮液を含む重合ベントガスは次いで、フローライン（１１１）から回収される第１凝縮液と、フローライン（１１３）から回収される第１のベントガスとに分離することができる。

前記エチレンは、間接熱交換の後に、フローライン（１１５）から回収することができる。次いでエチレン圧縮システム（１８）中でこのエチレンの圧力を、例えばこのエチレンをエチレン精製システム又は重合反応器に供給するのに充分な圧力まで、高めることができ、流れ（１１７）（フローライン）において圧縮されたエチレンが回収される。

重合ベントガス（１０５）は、重合反応器（図示せず）から由来するベントであることができ、重合生成物（図示せず）から分離される。重合プロセスは、気相流動床プロセス、液相プロセス、不均一触媒スラリープロセス又はモノマーを重合してポリマーにするための他の任意のプロセスであることができる。重合反応ベントは、ポリマー製品を含有する容器中にパージ媒体を通すことによって残留炭化水素がポリマーから取り除かれるパージ装置、例えばポリマーパージビンから由来するものであることができる。パージ媒体は、窒素やアルゴンのような不活性ガス、又は例えばポリマー製品から除去することが目指される炭化水素、例えばオレフィンモノマー中の任意のガスローであることができる。液体重合システムでは、ベントガスはまた、重合プロセスの下流の１個以上のフラッシュタンクから由来するものであることもできる。

重合反応流出液は多くの場合重合生成物に同伴される未反応エチレンモノマーを含有する。重合ベントガス（１０５）は、モノマー及びコモノマー、例えばＣ₂〜Ｃ₁₂オレフィン及びジエン；反応器希釈剤、例えばＣ₁〜Ｃ₁₀炭化水素；並びに不活性ガス、例えば窒素又はアルゴンを含むことができる。ある実施形態において、重合ベントガス（１０５）は、エチレンモノマーを含む。この重合ベントガス（１０５）はまた、Ｃ₄〜Ｃ₁₂コモノマーを含むこともできる。この重合ベントガス（１０５）はまた、誘導凝縮剤（ＩＣＡ）、例えばシクロアルカンを含むこともできる。ＩＣＡ、例えばイソブタン、イソペンタン、ｎ−ヘキサン及びハロゲン化炭化水素は、エチレンモノマーのような軽質成分の凝縮を促進するためにベントガスの分子量又は比熱を高めるために、用いることができる。

重合ベントガス（１０５）を作るために、パージ媒体を用いてポリマーパージビン中の重合生成物から前記エチレンモノマー、コモノマー及び反応器希釈剤を取り出すことができる。ある実施形態において、重合ベントガス（１０５）は、パージ媒体として又はアシストガスとして重合反応器中に導入することができる窒素又はアルゴンのような不活性ガスを含むことができる。別の実施形態において、重合ベントガス（１０５）は、重合生成物からの炭化水素の除去をアシストするために、エチレンのような低分子量炭化水素を含むことができる。

低下した温度を有する圧力低下エチレン（１０９）（フローライン（ｘｘｘ）中のエチレンを「エチレン（ｘｘｘ）」と略記する。以下同様。）は、エチレンパイプラインのような高圧エチレン源から由来するエチレンモノマーを含むことができる。ある実施形態において、エチレンは高純度エチレンを含むことができる。別の実施形態においては、フローライン（１０９）中のエチレンは、８０％超のエチレンを含むことができる。

高圧エチレン（１０７）は、エチレンの温度を低下させるためにエチレン膨張システム（１４）において膨張させることができ、フローライン（１０９）から回収することができる。ある実施形態においては、フローライン（１０９）中の膨張したエチレン（以下、「膨張したエチレン」を単に「膨張エチレン」とも言う）は、約−３０℃以下、又は約−５０℃以下、又は約−９０℃以下の温度にあることができる。

第１凝縮液（１１１）は、第１ベントガス（１１３）より高い沸点を有する炭化水素、例えばエチレンモノマー及びコモノマーを含有する液体であることができる。第１凝縮液（１１１）は、オレフィン又はオレフィンとパラフィンとの混合物であることができる。また、凝縮及び分離を含む処理工程の間に、窒素ガスが第１凝縮液（１１１）に同伴されることがある。ある実施形態において、第１凝縮液（１１１）は、２％未満の窒素、又は１％未満の窒素を含むことができる。

ある実施形態において、第１凝縮液（１１１）は、第１ベントガス回収システム（１６）中の重合ベントガス（１０５）から、該ベントガス中の炭化水素の少なくとも一部を凝縮させることによって、形成させることができる。例えば、第１凝縮液（１１１）は、フローライン（１０９）中の膨張エチレンとの間接熱交換によってベントガスを冷却してその少なくとも一部を凝縮させることによって、形成させることができる。この第１凝縮液（１１１）はさらに、例えばセパレーター容器を用いて第１ベントガス（１１３）から分離することができる。

第１ベントガス（１１３）は、不活性化合物、例えば窒素やアルゴンを含むことができ、重合ベントガス（１０５）と比較して低減した炭化水素含有率を有することができる。ある実施形態において、第１ベントガス（１１３）は軽質ガスであり、軽質炭化水素、例えばエチレンモノマーを含むことができる。別の実施形態においては、第１ベントガス（１１３）はＣ₃及びそれより重質の炭化水素、例えばコモノマー及びＩＣＡを含有することもできる。第１ベントガス（１１３）と共に残るエチレン及び／又は他の軽質炭化水素の量は、膨張エチレン（１０９）との間接熱交換の後の第１ベントガス（１１３）の温度を含めて、多くのファクターに依存する。

ある実施形態においては、残留炭化水素を多少含有する第１ベントガス（１１３）を、フレアにベントすることによって処分してもいいし、さらなる処理のためにフローライン（１１６）から第１ベントガス回収システム（１６）にリサイクルしてもよい。別の実施形態においては、減少した量の重質炭化水素を有する第１ベントガス（１１３）を、ポリマーパージビン用のパージ媒体として用いることができる。

フローライン（１０９）中の膨張エチレンとベントガスとの間接熱交換の後に、膨張エチレンを、フローライン（１１５）を介して回収することができる。ある実施形態において、フローライン（１１５）中の膨張エチレンは、エチレン再圧縮システム（１８）中で圧縮することができる。

エチレン再圧縮システム（１８）中の１以上の圧縮工程において、圧縮エチレン（１１７）を作ることができる。例えば、エチレンを圧縮するために、往復コンプレッサー又はスクリューコンプレッサーを用いることができる。当業者であれば、エチレンを圧縮するために他のタイプのコンプレッサーを用いることもできるということを認識するであろう。フローライン（１１７）中のエチレンは、約２．４ＭＰａ以上、又は３．１ＭＰａ以上の圧力に圧縮されていることができる。圧縮エチレン（１１７）は、約１０℃又はそれより低い温度まで冷却されていることができる。ある実施形態において圧縮エチレン（１１７）はさらに重合反応器の上流のエチレン精製に送ることができる。さらに別の実施形態においては、圧縮エチレン（１１７）を高圧エチレン源と一緒にしてエチレン精製に供給することができる。さらに別の実施形態においては、圧縮エチレン（１１７）を重合反応器に直接送ることができる。

エチレン冷凍
図２及び３に、エチレン膨張、間接熱交換によるベントガス回収、及びエチレン圧縮の実施形態を図示する。

高圧エチレン（２０１、３０１）を膨張によって冷却することができ、膨張したエチレンをフローライン（２０３、３０３）を介して回収することができる。フローライン（２０３、３０３）中の膨張エチレンは、１以上の工程での間接熱伝達によって重合ベントガス（２０５、３０５）を冷却するために用いることができ、フローライン（２０７、３０７）から回収することができる。フローライン（２０７、３０７）中の高められた温度を有する圧力低下エチレンは、圧縮エチレン（２０９、３０９）を作るために圧縮することができる。ある実施形態においては、圧縮エチレン（２０９、３０９）をエチレン精製に送ることができる。別の実施形態においては、圧縮エチレン（２０９、３０９）を重合反応器に直接送ることができる。

エチレンの膨張、間接熱交換及びエチレンの圧縮はそれぞれ、様々なフロースキームを用いて達成することができ、それらの内の２つの実施形態を図２及び３に示す。ここで図２を参照して説明すると、この実施形態においては、高圧源からの高圧エチレン（２０１）が、高圧チョーク弁（２１）によって部分的に膨張して低圧になる。膨張の前に、高圧エチレン（２０１）を高圧エチレン予冷器（２０）中での間接熱交換によって冷却することができる。例えば、膨張の前にエチレン流を約１０℃又はそれより低い温度に冷却することができる。フローライン（２０３）を介して、低下した温度を有する低圧エチレンを回収することができる。

重合ベントガス（２０５）は不活性ガス及び凝縮可能な炭化水素を含むことができ、この重合ベントガス（２０５）を１以上の工程での低圧エチレン（２０３）との間接熱交換によって冷却して少なくとも一部凝縮させて、第１凝縮液（２１７）及び第１軽質ガス（２１５）を作ることができる。より特定的には、重合ベントガス（２０５）を第１ベントガス冷却器（２２）中で低圧エチレン（２０３）との間接熱交換によって冷却して、フローライン（２１１）から低圧エチレンを回収することができる。

第１ベントガス冷却器（２２）中で重合ベントガス（２０５）を冷却して一部凝縮させる際に、混合相流れ（２１３）を第１セパレーター容器（２４）中で分離して、得られた第１軽質ガス（２１５）及び第１凝縮液（２１７）を回収することができる。この第１軽質ガス（２１５）は、単独で又は低圧エチレン（２１１）と組み合わせて、重合ベントガスをさらに冷却するために用いることができる。例えば、第２のベントガス冷却器（２３）中で第１軽質ガス（２１５）及び低圧エチレン（２１１）の両者との間接熱交換によって重合ベントガス（２０５）を冷却することができる。第１ベントガス冷却器（２２）と同様に、第２ベントガス冷却器（２３）も多管式熱交換器、螺旋巻式熱交換器熱交換器又は蝋付け（brazed）アルミニウム熱交換器を含むことができるが、これらに限定されるわけではない。当業者であれば、他のタイプの熱交換器を用いることもできるということを認識するであろう。

間接熱交換の後のエチレンを、フローライン（２０７）から回収することができる。次いで、エチレンコンプレッサー（２５）を用いてこのエチレンの圧力を、例えばこのエチレンをエチレン精製システム又は重合反応器に供給するのに充分な圧力まで高めることができ、フローライン（２０９）から圧縮エチレンを回収される。圧縮後に、エチレンをコンプレッサー後の冷却器（２６）中で冷却することができる。

ここで図３を参照すると、この実施形態においては、高圧源からの高圧エチレン（３０１）が、有用なエネルギーを回収するために用いることができるエチレンエキスパンダー（３１）によって部分的に膨張して低圧になる。低下した温度を有する膨張したエチレンを、フローライン（３０３）から回収することができる。膨張の前に、高圧エチレン（３０１）を高圧エチレン予冷器（３０）中での間接熱交換によって冷却することができる。

エチレンエキスパンダー（３１）で回収される膨張エネルギーは、様々なプロセスのために原動力として用いてもいいし、発電するために用いてもよい。例えば、エチレンの圧力を低下させることから発生したエネルギーの少なくとも一部を、後に膨張エンジン又は膨張タービン中で圧力低下エチレンを圧縮するために用いることができる。１つの実施形態においては、膨張エチレンの再圧縮のために必要なエネルギーの少なくとも一部を提供するために、駆動軸を介してエチレンエキスパンダー（３１）をエチレンプレコンプレッサー（予圧縮機）（３７）に連結することができる。

重合ベントガス（３０５）は不活性ガス及び凝縮可能な炭化水素を含むことができ、この重合ベントガス（３０５）を１以上の工程での膨張エチレン（３０３）との間接熱交換によって冷却して少なくとも一部凝縮させて、第１凝縮液（３１７）及び第１軽質ガス（３１５）を作ることができる。より特定的には、重合ベントガス（３０５）を第１ベントガス冷却器（３２）中で膨張エチレン（３０３）との間接熱交換によって冷却して、フローライン（３１１）から低圧エチレンを回収することができる。

第１ベントガス冷却器（３２）中で重合ベントガス（３０５）を冷却して一部凝縮させる際に、混合相流れ（３１３）を第１セパレーター容器（３４）中で分離して、得られた第１軽質ガス（３１５）及び第１凝縮液（３１７）を回収することができる。この第１軽質ガス（３１５）は、例えば第２のベントガス冷却器（３３）中での間接熱交換によって、重合ベントガスをさらに冷却するために用いることができる。第１ベントガス冷却器（３２）と同様に、第２ベントガス冷却器（３３）も多管式熱交換器、螺旋巻式熱交換器熱交換器又は蝋付け（brazed）アルミニウム熱交換器を含むことができるが、これらに限定されるわけではない。当業者であれば、他のタイプの熱交換器を用いることもできるということを認識するであろう。

間接熱交換の後のエチレンを、フローライン（３１１）から回収することができ、１以上のエチレン圧縮工程で再圧縮することができる。例えば、フローライン（３１１）中のエチレンを最初にエチレンプレコンプレッサー（３７）中で圧縮し、次いでエチレンコンプレッサー（３５）中でさらに圧縮して、圧縮エチレン（３０９）を作ることができる。ある実施形態においては、エチレンを圧縮するためにエチレンコンプレッサー（３５）又はエチレンプレコンプレッサー（３７）を単独で用いることができる。１以上の工程でのエチレンの圧縮は、所定の圧力まで、例えばこのエチレンをエチレン精製システム又は重合反応器に供給するのに充分な圧力まで、行うことができる。

圧縮の前に、このフローライン（３１１）中の膨張エチレンを、高圧エチレン（３０１）を膨張前に高圧エチレン予冷器（３０）中で冷却するために用いることによって、前記膨張エチレンから追加の冷却の務めを回復させることができる。

圧縮の後に、１以上のエチレン圧縮工程で発生した圧縮熱の少なくとも一部を取り除くために、エチレンを冷却することができる。例えば、エチレンプレコンプレッサー（３７）の下流で圧縮エチレンをコンプレッサー後冷却器（３６）で冷却することができる。別の実施形態においては、図示はしないが、エチレン圧縮熱を取り除くためにエチレンコンプレッサー（３５）の下流にコンプレッサー後冷却器（３６）を配置させることができる。さらに別の実施形態においては、圧縮工程の後に、２以上の圧縮後冷却器を直列で用いることができる。

図２及び図３の両方において、高圧エチレン（２０１、３０１）を高圧エチレン予冷器（２０、３０）中で水や空気のような非冷凍熱伝達媒体を用いて又は機械式冷凍を用いて、冷却することができる。ある実施形態においては、ベントガスとの間接熱交換の後の中間温度を有する膨張エチレン（３１１）を用いて、高圧エチレン（３０１）を冷却することができる。

第１ベントガス冷却器（２２、３２）又は第２ベントガス冷却器（２３、３３）は、多管式熱交換器、蝋付け（brazed）アルミニウム熱交換器及び螺旋巻式熱交換器から個別に選択することができる。当業者であれば、ベントガスを冷却するために他のタイプの熱交換器を用いることもできるということを認識するであろう。

ある実施形態においては、第１ベントガス冷却器（２２、３２）及び第２ベントガス冷却器（２３、３３）の内の少なくとも１つにおいて重合ベントガス（２０５、３０５）を冷却して一部凝縮させて、２相混合物（２１３、３１３）を作ることができる。２相混合物（２１３、３１３）の気相は非凝縮性成分及び不活性物（例えば窒素及びアルゴン）を含むことができ、２相混合物（２１３、３１３）の液相は液状炭化水素を含むことができる。この２相混合物（２１３、３１３）は、第１セパレーター容器（２４、３４）中で第１軽質ガス（２１５、３１５）及び第１凝縮液（２１７、３１７）に分離することができる。

上記の図１の実施形態について説明したように、第１軽質ガス（２１５、３１５）は重合ベントガス（２０５、２０６）と比較して低減した炭化水素含有率を有することができる。第１軽質ガス（２１５）は、ベントガス冷却器中での間接熱交換によって重合ベントガスを冷却するために、用いることができる。ある実施形態において、第１軽質ガス（２１５及び３１５）は、残留炭化水素、例えばエチレンモノマーを含有することができる。残留炭化水素を有意の量で含有する第１軽質ガス（２１５及び３１５）は、フローライン（２１９、３１９）からフレアにベントすることによって又はさらなる処理のためにベントガス回収にリサイクルすることによって、処分することができる。別の実施形態において、第１軽質ガス（２１５、３１５）は残留Ｃ₄又はそれより重質の炭化水素を本質的に含有しないことができる。第１軽質ガス（２１５、３１５）は、有意に低減した重質炭化水素含有率を有する場合、パージ媒体（２２１、３２１）としてポリマーパージビンにリサイクルすることができる。

圧縮を利用した第２のベントガス回収の概要
前記ベントガスは、重合ベントガスを圧縮して前記炭化水素の少なくとも一部を凝縮させることによって、回収することができる。圧縮の結果として、重合ベントガスの高くなった圧力が、ベントガス中の炭化水素成分（例えばエチレンモノマー）の露点を上昇させる。従って、圧縮させた重合ベントガス中の炭化水素成分は、より高い温度で凝縮することができ、それによって冷却要件が低くなる。ある実施形態において、圧縮及び冷却の組合せは、圧縮なしでの冷却と比較して、重合ベントガス中のある種の低沸点炭化水素、例えばエチレンモノマーの全体回収を増大させることもできる。

追加のベントガス回収を達成するために、圧縮及び非冷凍冷却を利用した重合ベントガス回収とエチレン冷凍とを直列で実施することができる。例えば、重合ベントガスを最初により高温での圧縮及び初期凝縮に付し、次いでもっと低温で追加の炭化水素を増加的に凝縮させるために冷凍エチレン冷却に付すことができる。

ここで図４を参照して説明する。この図４には、増大した炭化水素回収を達成するための重合ベントガスの圧縮及び冷却を含む重合ベントガスからの炭化水素の回収方法が示される。

重合ベントガス（４０５）は、該ベントガス中に含有される炭化水素の少なくとも一部を凝縮させるために、第２のベントガス回収システム（４９）中で圧縮し且つ非冷凍熱伝達媒体を用いて冷却することができる。圧縮及び冷却の後に、第２の軽質ガス（４１９）及び第２の凝縮液（４２１）を分離して回収することができる。この第２軽質ガス（４１９）は、図１について上記したものと同様に、さらなる炭化水素の分離及び回収のために、第１ベントガス回収システム（４６）に送ることができる。第２凝縮液（４２１）は、第１凝縮液（４１１）と一緒にしてエチレン重合反応器に送ることができる。

第２軽質ガス（４１９）は、第１ベントガス回収システム（４６）中での膨張エチレン（４０９）との間接熱交換によって冷却することができる。膨張エチレン（４０９）は、高圧エチレン（４０７）をエチレン膨張システム（４４）中での膨張によって低圧に下げたものから由来することができる。第１ベントガス回収システム（４６）中で冷却した後に、第２軽質ガス（４１９）を第１凝縮液（４１１）と第１軽質ガス（４１３）とに分離することができる。重合ベントガスとの間接熱交換の後に、膨張エチレンをフローライン（４１５）から回収することができる。フローライン（４１５）中の膨張エチレンをエチレン再圧縮システム（４８）中で圧縮して、圧縮エチレン（４１７）を作ることができる。

圧縮及び冷却
図４中の第２ベントガス回収システム（４９）の一例を図５に示す。図５は、重合ベントガス（５０５）を圧縮し、冷却し、分離して第２の軽質ガス（５１９）及び第２の凝縮液（５２１）を作るための方法を図示する。

重合ベントガス（５０５）を予冷器（５０）中で冷却して液体を凝縮させることができる。吸引ガス（５０９）をベントガスコンプレッサー（５４）に供給する前に、吸引ドラム（５２）中でこの凝縮した吸引液体（５０７）を吸引ガス（５０９）から分離することができる。圧縮したベントガス（５１１）は、排出した液体を凝縮させるために、後冷却器（５６）中で冷却することができる。排出した液体は、排出ドラム（５８）中で第２の凝縮液（５２１）と第２の軽質ガス（５１９）とに分離することができる。吸引液体（５０７）及び排出液体（５２１）は、一緒にすることができ、一緒にした流れを重合に送ることができる。第２の軽質ガス（５１９）は、第１ベントガス回収システムに送ることができる。

機械式冷凍
ある実施形態においては、重合ベントガス中の炭化水素を圧縮のみを用いて達成することができる量より多い量で凝縮させて取り除くために、機械式冷凍を用いて重合ベントガスを冷却することができる。機械式冷凍は、エチレン膨張及び再圧縮によるエチレン冷凍の上流で行うことができる。

機械式冷凍は、チルドブラインやグリコールミックスのようなクーラントをベント回収エリアに提供するために、圧縮冷凍システムを利用することができる。機械式冷凍ユニット（ＭＲＵ）は、約−１０〜−２０℃ほど低い最終重合ベントガス凝縮温度を達成することができ、従って、水や空気のような非冷凍型の冷却用媒体により達成されるもの以上に炭化水素回収を促進することができる。

エチレン冷凍の利点
−２０℃（−４°Ｆ）ほど低い最終凝縮温度における機械式冷凍は重合ベントガスからの炭化水素の回収を改善することができるが、さらなる改善に対する要望が当技術分野には存在する。

エネルギー価格が上昇する昨今の市場では、凝縮による液状炭化水素の回収をさらに向上させるために、約−４０〜−６０℃（−４０〜−７６°Ｆ）のさらにより一層低い温度において重合プロセスベントガスを冷却することは、経済的に実現可能であり得る。

しかしながら、このような低温において、ＭＲＵは潜在的にベントガス回収用の冷凍剤を放出することがある。このことは多くの作業者にとってコスト的にひどく高くつくものとなる。例えば、高価なタイプのコンプレッサーが必要となることがあり、約−１０℃（１４°Ｆ）から−４０〜−６０℃までの増加的な冷却を達成するために必要な電力消費コストが約２〜３ファクター増加することがある。また、機械式冷凍は圧縮ガスとしてのハロフルオロカーボン及び冷凍媒体としてのブライン又はグリコールのようなような特別な熱伝達流体を取り扱うことを必要とすることがある。新たな化学物質の導入は、取扱い設備及び基幹施設における過度の投資を必要とすることがある。加えて、ハロフルオロカーボンのような機械式冷凍のために必要な特別な熱伝達流体の内のいくつかは、有毒な危険物質であることがある。

ここに開示される実施形態に従う重合ベントガス回収のための冷凍を提供するためにエチレン膨張及び再圧縮を利用することの１つの利点は、重合プロセスにおいて再利用することができるエチレンモノマーのような炭化水素の回収量が増えることであり、従ってエチレン供給原料のコストを下げることができる。

エチレン膨張及び再圧縮を利用することの別の利点は、重合ベントガス中の未回収残留炭化水素を燃焼させることの結果としての環境フレア放出が減少することである。ベントガス中に含有される炭化水素のフレアリングが減少することに加えて、フレアでのオレフィンモノマーの無煙燃焼を促進するために必要な天然ガス等のアシストガスの量が少なくなる。

重合ベントガス回収のための冷凍を提供するためにエチレン膨張及び再圧縮を利用することのさらに別の利点は、重合ベントガスから重質炭化水素を除去した後に生成する残留軽質ガスの再利用可能性である。窒素及びアルゴンのような不活性物並びに水素、エチレン及びエタンのような他の軽質ガスを含む残留軽質ガスを、ポリマーパージビン用のパージ媒体としてリサイクルすることができ、それによりユーティリティ窒素のような一次パージ媒体の使用を減らし、環境フレアリングを減らすことができる。

重合ベントガス回収のための冷凍を提供するためにエチレン膨張及び再圧縮を利用することの別の利点は、高圧エチレン源がすでにその場で利用可能であり、従って機械式冷凍と比較して必要な資本投資がはるかに少なくて済むことである。さらに、冷凍剤コンデンサーは必要ではなく、圧縮の熱により、エチレン精製システムの上流の高圧エチレン加熱装置へのスチームの装填を減らすことができる。

エチレン冷凍を利用することの別の利点は、重合ベントガスの冷凍を促進するためにその場で用いられる熱伝達流体のような化学物質を少なくすることができることである。ある実施形態においては、重合ベントガス冷凍に関連した追加の化学物質の必要性を、完全に取り除くことができる。

重合ベントガス回収のための冷凍を提供するためにエチレン冷凍を利用することのさらに別の利点は、冷凍熱伝達効率の改善である。例えば、エチレン冷凍剤及び重合ベントガスは同様の組成を有することができ、従って同様の熱伝達特性を有することができるので、高められた熱効率を達成することができる。結果として、重合ベントガスから同じ量の炭化水素を回収するために必要な冷凍剤の容量を少なくすることができ、従ってプロセスの装置及び配管の寸法及びコストを減らし、エチレン圧縮コストを減らすことができる。

エチレン冷凍を重合ベントガスの圧縮及び冷却と組み合わせることによって、エチレン冷凍剤の容量を減らすことができ、従って装置及び配管の寸法並びにエチレン圧縮コストをさらに低下させることができる。例えば、図４に示したように、重合ベントガスを、最初に非極低温又は機械的冷凍を１工程で用いて圧縮し且つ冷却し、次いでさらに別工程でエチレン冷凍を用いて冷却することができる。最初に、初期圧縮は重合ベントガスの体積流量を減らすことができ、従って配管及びプロセス装置コストを減らすことができる。第２に、非極低温又は機械的冷却を用いた炭化水素の凝縮及び回収は、重合ベントガスの体積流量をさらに減らすことができ、エチレン冷凍回収システムの下流で回収される炭化水素の量を増やすことができる。

エチレン膨張及び再圧縮冷凍を現存の重合ベントガス圧縮及び冷却システムと共に直列で用いることの別の利点は、新たなエチレン圧縮と現存のベント回収圧縮とを組み合わせることによる資本装置コストを下げる可能性である。例えば、１以上のエチレン再圧縮シリンダーを現存のベント回収コンプレッサーに加えることができ、従って、他にもあるが特に、追加のモーター及び基礎コストを回避することができる。

この開示には制限された数の実施形態が含まれるだけだが、この開示の利益を有する当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく他の実施形態を考え出すことができることをわかるであろう。従って、その範囲は添付したクレームによってのみ制限されるものである。

２０、３０・・・高圧エチレン予冷器
２１・・・高圧チョーク弁
２２、３２・・・第１ベントガス冷却器
２３、３３・・・第２ベントガス冷却器
２４、３４・・・第１セパレーター容器
２５、３５・・・エチレンコンプレッサー
２６、３６・・・コンプレッサー後冷却器
３１・・・エチレンエキスパンダー
３７・・・エチレンプレコンプレッサー
５０・・・予冷器
５２・・・吸引ドラム
５４・・・ベントガスコンプレッサー
５６・・・後冷却器
５８・・・排出ドラム

Claims (12)

1. 重合ベントガスから炭化水素を回収するための方法であって、
   （ａ）３．４ＭＰａ以上の圧力から約１．４ＭＰａ以下の圧力にエチレン流の圧力を低下させて、圧力低下エチレン流を形成させ；
   （ｂ）モノマーを含むベントガスを、前記圧力低下エチレン流との熱交換によって冷却して、前記モノマーの少なくとも一部を含み且つ第１の軽質ガス中に同伴された第１の凝縮液を形成させ；
   （ｃ）前記第１凝縮液及び前記第１軽質ガスを回収し；
   （ｄ）前記第１軽質ガスから前記第１凝縮液を分離し；
   （ｅ）前記圧力低下エチレン流を２．４ＭＰａ以上の圧力に圧縮し；
   （ｆ）圧縮されたエチレン流を重合反応器に通す：
   ことを含む、前記方法。
2. 前記エチレン流の圧力を約０．９ＭＰａ又はそれ未満に低下させる、請求項１に記載の方法。
3. 前記エチレン流の圧力を約０．２ＭＰａ又はそれ未満に低下させる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 工程（ａ）の前に前記エチレン流を約１０℃又はそれ未満の温度に冷却することをさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記の圧縮されたエチレン流を約１０℃又はそれ未満の温度に冷却することをさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記重合ベントガスを工程（ｂ）から得られる圧力低下エチレン流との熱交換及び／又は工程（ｄ）からの前記第１軽質ガスとの熱交換によって冷却することをさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記第１軽質ガスの少なくとも一部をポリマーパージビンに通すことをさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 重合ベントガスを圧縮し；
   圧縮された重合ベントガスを冷却して、第２の軽質ガス中に同伴された第２の凝縮液を形成させ；
   前記第２軽質ガス及び前記第２凝縮液を含有する２相混合物を回収し；
   前記第２軽質ガスと前記第２凝縮液とを分離し；
   前記第２軽質ガスをベントガスとしてベントガスを冷却するために供給し；
   前記第２凝縮液を回収し；
   第１の凝縮液と第２の凝縮液とを一緒にし；そして
   一緒にされた凝縮液を重合反応器に供給する：
   ことをさらに含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 重合ベントガスから炭化水素を回収するためのシステムであって、
   エチレンエキスパンダー；及び
   前記エチレンエキスパンダーと流体流通状態にある第１のベントガス回収システム：
   を含み、
   前記の第１のベントガス回収システムが、
   ベントガスライン及びエチレンエキスパンダーと流体流通状態にある熱交換器であって、入ってくるベントガスとエチレンエキスパンダーからのエチレンとの間の熱交換をもたらし、それによってエチレンエキスパンダーから入ってくるエチレンを凝縮させて第１軽質ガス中のエチレンモノマーを含む第１凝縮液にするための、前記熱交換器；
   前記熱交換器と流体流通状態にあるセパレーターであって、前記第１凝縮液を受け取るための入口を有し、この第１凝縮液を前記第１軽質ガスから分離するための、前記セパレーター；並びに
   前記セパレーターと流体流通状態にあるコンプレッサーであって、前記セパレーターから前記第１軽質ガスを受け取るための入口を有する前記コンプレッサー：
   を含む、前記システム。
10. 前記コンプレッサーと流体流通状態にある冷却器であって圧縮されたエチレンを約１０℃又はそれ未満の温度に冷却するための前記冷却器をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記の第１のベントガス回収システムが、圧力低下エチレン及び／又は第１軽質ガスとの熱交換によって重合ベントガスを冷却するための１以上の熱交換器をさらに含む、請求項９又は１０に記載のシステム。
12. 前記エチレンエキスパンダーがエキスパンダータービン及びプレコンプレッサーを含み、前記エキスパンダータービンが圧力低下エチレンの追加の圧縮をもたらすために前記プレコンプレッサーに駆動軸によって連結された、請求項９〜１１のいずれかに記載のシステム。

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