TWI541059B - 用於自聚乙烯廠中之氣體流移除ｃ至ｃ醛類及其它有ｃ至ｃ鏈長之含氧的有機組分之方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種用於自聚乙烯廠中之氣體流移除C2至C5醛類及其它有C2至C7鏈長之含氧的有機組分之方法及裝置。特定言之，本發明之特別特徵在於移除此等醛類之操作成本極低。
關於LDPE方法，例如必需自所形成之乙烯沖洗氣體流中移除丙醛。目前，丙醛為最常使用之改質劑且幾乎完全替代傳統使用之丙烯。
沖洗氣體通常在三個步驟中進行處理。首先，使用鹼性洗滌方法來移除CO2。為保持NaOH之消耗在一定限度內，循環使用洗滌劑且僅排出小部分。若沖洗氣體中含有丙醛，則丙醛將積聚在此環路中直至其不再被吸收且仍然保留在沖洗氣體中。
在第二步驟中，藉助於分子篩移除在鹼性洗滌過程中蒸發之水。如此，預期丙醛被部分共吸附。因此，若在>200℃之溫度下使用熱乙烯進行脫附則可能出現問題，因為在高溫下丙醛之不穩定性(期望在反應器內)可引起聚合現象。
在第三步驟中，脫水乙烯在低溫蒸餾法中純化，在側向出口中獲得乙烯連同乙烷作為污染物質且作為中等沸點組分。在頂部抽取甲烷作為低沸點組分且在底部獲得諸如丙烯、丙烷、丁烷等之高沸點組分。由於物流中含有有價值之物質，因此常常將其饋送至催化氫化製程。丙醛亦將
止步於此物流，但丙醛視為強催化劑毒物且在此物流中必須幾乎不可見。
因此目的為找到低成本替代解決方案。因此，一些專利說明書利用使用水作為吸收劑。已知水為所有吸收劑中最差之一。因此，熟習此項技術之專家寧願在主要工業方法中避免使用水作為吸收劑且優選使用其它吸收劑。舉例而言，二醇將使吸收格外容易但將需要僅用於此目的之分離基礎設施且使整個方法非常昂貴。因此，對於過去確定的使用水作為吸收劑，需要替代物及不同方法。
DE 2623463 A1描述自氣體流移除甲醛之方法。此處，使氣體流與水以逆流方式在吸收器中接觸且甲醛耗乏之氣體及富含甲醛之水分別自吸收器排出。隨後，處理富含甲醛之水且其一部分返回至吸收步驟中。藉助於蒸餾進行之此處理涉及極高成本且目的為獲得高濃度甲醛。此外，其目的並非在於完全自水吸收劑中移除甲醛。
WO 2007/071921 A1亦使用水作為吸收劑。如此，含氧的有機化合物減少之氣體流及富含該等化合物之水流分別自吸收塔排出。含化合物之水流自吸收步驟排出且使一部分此物流與用於脫附之汽提氣接觸，汽提出吸收氣組分且獲得此等組分耗乏之水流。隨後，經處理之水可返回至洗滌製程。使含組分之汽提氣燃燒。然而，建議使用空氣、氮氣及蒸汽之氣體作為汽提氣且必須首先與燃料混合以便使此等氣體在下游燃燒中消除，且此操作耗時且成本高昂。在該方法中，亦設想藉助於亞硫酸氫鹽溶液藉由洗滌
移除富含含氧的有機化合物之氣體流且此操作亦增加該方法之成本。
因此，本發明之目的為提供自氣體流移除此類型之醛類及其它有C2至C7鏈長之含氧的有機組分之替代方法及裝置，且該方法將以極低操作成本來進行。
該目的係藉由用於自聚乙烯廠中之氣體流移除C2至C5醛類及其它有C2至C7鏈長之含氧的有機組分之方法來達成，其中使氣體流與水在至少一個用於進行吸收之設備中接觸且醛類及/或其它含氧的有機組分由水吸收，獲得醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之氣體流及富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水流，且兩者皆自至少一個用於進行吸收之設備中排出，及使富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水流在至少一個用於進行脫附之設備中與汽提氣接觸，藉由洗滌移除醛類及/或其它含氧的有機組分並獲得醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水流及富含醛類及/或其它含氧的有機組分之汽提氣，且兩者皆自至少一個用於進行脫附之設備中排出，使用具有元素C或H之多種化合物的不同燃料氣或其混合物(較佳天然氣)作為至少一個用於進行脫附之設備中之汽提氣，且將富含醛類及/或其它含氧的有機組分之汽提氣直接饋送至燃燒塔中，該汽提氣在該燃燒塔中燃燒。
在聚乙烯廠中使用水進行吸收之特性在於水可輕易獲得且每一化學位置均裝備提供高品質水之基礎設施，因此
無需安裝。若聚乙烯廠中欲純化之沖洗氣體流在兩個壓縮階段之間抽取，則水的不良吸收性質可藉由自動伴隨該氣體流之高壓來補償。若使用相對大量之水，則吸收將幾乎完全，且此外，提供用於質量轉移之大面積，此導致使用極細長且高之設備用於吸收，該吸收較佳在塔中進行。
自水中完全移除醛類及/或其它含氧的有機組分對於在至少一個用於進行吸收之設備中再使用水極其重要，以便在吸收器中提供大的驅動分壓差。在如水之不良吸收劑的情況下，此可藉由減壓及相對少量汽提氣與大的質量轉移面積組合來實現。減壓在以下情況下達成：至少一個用於進行脫附之設備無論以何方式均直接連接至聚乙烯廠中已存在之燃燒塔，且藉此以簡單方式控制至少一個用於進行脫附之設備中的壓力。
使用具有元素C或H之多種化合物的不同燃料氣或其混合物(較佳天然氣)作為至少一個用於進行脫附之設備中之汽提氣。如此，重要的是汽提氣並未產生任何額外操作成本。在聚乙烯位置，通常安裝中央燃燒塔，其藉由天然氣作為引火氣體進行操作。只要無較大量的除C及H以外之元素饋入，則天然氣之品質並不重要。如此，使氣體富含C2至C5醛類及/或其它含氧的有機組分及水並未導致任何問題。甚至亦可設想不同類型天然氣之混合物直至含高濃度含氫的氣體。因為在大多數情況下天然氣具有足夠壓力，所以其可用作汽提氣且經由至少一個用於進行脫附之設備行進，隨後其在燃燒塔中作為引火氣體燃燒。因此，至少一個用於進行脫附之設備的壓力由燃燒塔管線中之壓力決定。
在聚乙烯廠中，除C2至C5醛類及其它有C2至C7鏈長之含氧的有機組分之外，亦含有例如甲烷、乙烷、丙烯、丙烷、CO2及正丁烷且藉助於本發明之預處理完全未自氣體流中移除或僅極少量自氣體流中移除。在此情況下，其它有C2至C7鏈長之含氧的有機組分較佳指丙烯酸丁酯及類似組分。此可能涉及欲移除之不同醛類之混合物或具有單一鏈長之一種醛類或其它有C2至C7鏈長之含氧的有機組分或任何其混合物。
隨後將由至少一個用於進行吸收之設備產生且醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之氣體流饋送至聚乙烯廠中通常提供之洗滌及處理步驟。
在本發明之一有利具體實例中，吸收在至少一個用於進行吸收之設備中在20℃至50℃之溫度範圍內、且較佳在35℃至40℃之溫度範圍內進行。有利地，該方法在10巴至50巴之壓力範圍內、且較佳在20巴至40巴之壓力範圍內進行。
欲移除之醛較佳為丙醛。
其它含氧的有機組分較佳為丙烯酸丁酯。此處欲提及之其它含氧的有機組分之另一實例為共聚單體，諸如乙酸乙烯酯。
在一較佳具體實例中，將醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水流的部分物流饋送至至少一個用於進行吸收之設備中，其中水再使用以供進行吸收，且將醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水流的另一部分物流自該方法中排出。必需棄去一部分醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水以避免水中殘留的不可脫附之殘餘醛類及/或其它含氧的有機組分之濃度富集，因為否則至少一個用於進行吸收之設備中的吸收性質將降低。
視情況，將溫度為0℃至120℃、且較佳80℃至100℃之新鮮水饋送至至少一個用於進行脫附之設備中。此舉較佳使用自聚乙烯生產所獲得之冷凝物。此舉導致在至少一個用於進行脫附之設備中的溫度升高，因此使脫附最佳化。此意謂在至少一個用於進行脫附之設備頂部的能量輸入改良脫附，所回收之高品質之水轉而可再用於吸收。為開始該方法，應使用冷水以確保吸收裝置中之最佳功能。
在本發明方法之一較佳具體實例中，至少一個用於進行脫附之設備之入口處汽提氣的體積流量藉助於控制裝置保持恆定。因此，汽提氣之類型(如上所述)可任意改變而無需對該方法進行任何再調整。汽提氣之目的為減小氣相中C2至C5醛類及/或其它含氧的有機組分之分壓。因此，氣體進入至少一個用於進行脫附之設備之入口的體積流量為決定性的。該流動速率必須設為指定值。氣體之正常量測質量流率不重要。甚至燃燒塔管線中之波動壓力以此方式自動調整。較高壓力導致較小體積流量，控制閥打開，且較高壓力之汽提氣流再調整由壓力增加所造成的降低之脫附容量。因此，提及自水移除醛類及/或其它含氧的有機組分時的汽提氣之體積流量為本發明方法之最靈敏控制變數。
鑒於無論如何此處有利地使用之所有設備均為聚乙烯廠之一部分的事實，因此將不會產生額外操作成本。即使視情況使用熱冷凝物導致邊緣操作成本，亦僅由自所處位置之蒸汽系統中抽取水造成。此外，僅因操作泵需要能量而產生操作成本。
用於進行如申請專利範圍第1項中用於自聚乙烯廠中之氣體流移除C2至C5醛類及/或其它含氧的有機組分之方法的相應裝置包含至少一個用於進行吸收之設備，該設備在上端裝備有水之進料管線且在下端裝備有富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水的出口且在下端裝備有富含醛類及/或其它含氧的有機組分之氣體的進料管線且在上端裝備有醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之氣體的出口，且提供轉移管線，藉助於該轉移管線使來自至少一個用於進行吸收之設備的富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水與至少一個用於進行脫附之設備進行流體傳導接觸，至少一個用於進行脫附之設備在上端裝備有富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水的進料管線且在下端裝備有醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水的出口，且在下端提供燃料氣之進料管線，該燃料氣在至少一個用於進行脫附之設備中向上升，且在上端提供出口，該出口終止於燃燒塔中。
在本發明裝置之另一具體實例中，自至少一個用於進行脫附之設備排出之醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之
水流作為部分物流終止於至少一個用於進行吸收之設備之上端中。
有利地，在至少一個用於進行脫附之設備處提供一獨立水進料管線。
至少一個用於進行吸收之設備較佳設計為吸收塔或氣泡塔且至少一個用於進行脫附之設備設計為脫附塔或噴霧塔。熟習此項技術之專家將使用最適合之設備來移除各別組分。熟習此項技術之專家將基於已充分確立之專業知識來作出該選擇。亦可能將任意數目之此設備組合起來。若欲自聚乙烯廠中之氣體流移除不同醛類之混合物或醛類與其它含氧的有機組分之混合物，此舉可能變得尤其必要。舉例而言，諸如較佳移除丙烯酸丁酯所必需之大水流(參見表3中之設計實例)引起丙醛脫附容量降低且因此導致較差結果，而尤其是此大水流將允許吸收丙烯酸丁酯。在此情況下，增加用於脫附之天然氣之供應或有利地在以串聯方式連接之獨立設備中相繼進行個別物質之吸收及脫附。此意謂移除每一物質均將需要一個吸收裝置及一個脫附裝置。
在一較佳具體實例中，至少一個用於進行脫附之設備裝備有用於控制燃料氣之體積流量的控制裝置。
以下藉助於圖1更詳細地描述本發明。
圖1：本發明用於自聚乙烯廠中之氣體流移除C2至C5醛類及/或其它含氧的有機組分之方法的簡化配置圖。
關於圖1中所示之設備配置，將來源於聚乙烯廠且載有C2至C5醛類及/或其它有C2至C7鏈長之含氧的有機組分之氣體流饋送至吸收塔5中。在正常操作期間，此物流具有45℃之溫度及19巴之壓力且以500 kg/h之質量流率進入吸收塔5中。在氣體流1中，除C2至C5醛類及其它含氧的有機組分以外，亦含有例如甲烷、乙烷、丙烯、丙烷、CO2及正丁烷，且藉助於本發明之預處理亦完全未自氣體流中移除或僅極少量自氣體流中移除。將水2饋送至吸收塔5之上端。此水2之壓力為20巴、溫度為33℃且質量流率為3006.6 kg/h，且氣體流1穿過此水2。如此，水2吸收氣體流1中所含之醛類及/或其它含氧的有機組分且可作為醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之氣體流4以493.4 kg/h之質量流率以33℃之溫度及19巴之壓力自方法中排出。醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之氣體流4宜經受其它處理步驟，諸如鹼性洗滌、分子篩處理及/或低溫蒸餾。在吸收期間形成的富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水3以34℃之溫度、19巴之壓力及3006.6 kg/h之質量流率自方法中排出。若使用相對大量之水，則吸收將幾乎完全，且此外，提供用於質量轉移之大面積，此導致使用極細長且高的塔。
降低富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水3之壓力，並隨後進入脫附塔6之頂部。使天然氣8以逆流方式穿過富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水3。此處，天然氣8之任務為減小溶解於水中之醛類及/或其它含氧的有機組分之分壓。因此，天然氣8在進入脫附塔6時之體積流量具有決定性且並非通常量測之質量流率。此體積流量必須設為指定值。脫附塔中之壓力由在1巴至3巴絕對值之壓力下操作的燃燒塔管線決定。脫附塔6直接連接至燃燒塔管線7。燃燒塔管線中之波動壓力亦藉由確定天然氣8在進入脫附塔6時之體積流量而自動調整。較高壓力導致較小體積流量，控制閥打開，且較高壓力之天然氣流8再調整由壓力增加所造成的降低之吸收能力。此意謂天然氣8吸收水中所溶解之醛類及/或其它含氧的有機組分並進入燃燒塔管線7中，該氣體在該燃燒塔中燃燒。隨後醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水9自脫附塔6中排出且其一部分作為物流12以33℃之溫度及20巴之壓力及3000 kg/h之質量流率返回至吸收塔中。醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水11之另一部分物流9自方法中排出以避免殘餘醛類積聚於環路中。有利地，將溫度為約80℃且來源於(例如)冷凝器之新鮮水流10饋送至脫附塔6。此舉將支撐脫附塔中之脫附製程。
當有需要時，可將若干如圖1中所示之此等設備配置以串聯方式連接。此舉具有以下優點：可使用於吸收之水的各別量適應欲移除之組分的相應性質。因此，處理製程之結果可藉由改變設備之順序而得到正面影響。
以下藉助於三個設計實施例更詳細地描述本發明。
該等實施例係基於圖1中所示之設備配置。表中所列之參考數字亦對應於圖1之參考數字。
表1展示該設備之正常操作且說明質量流率且其分別負載有C2至C5醛，在此情況下該醛為丙醛。
表1：用於移除C2至C5醛類的根據圖1之設備的正常負載操作
此導致氣體流1中之丙醛負載自1.55 kg/h減少至丙醛耗乏之氣體流4中之8.5×10-3 kg/h。因此，丙醛負載減少99.45%。
表2展示設備之最大負載情況且亦說明質量流率及其各別丙醛負載。
表2：用於移除C2至C5醛類的根據圖1之設備的最大負載操作
此導致氣體流1中之丙醛負載自4.03 kg/h減少至丙醛耗乏之氣體流4中之0.03 kg/h。因此，在最大負載操作下，丙醛負載減少99.26%。
表3展示設備之負載情況，說明質量流率且其分別負載有另一C2至C7鏈長之含氧的有機組分，在此情況下該有機組分為丙烯酸丁酯。
表3：用於移除其它含氧的有機組分的根據圖1之設備的操作
此導致氣體流1中之丙烯酸丁酯負載自0.652 kg/h減少至丙烯酸丁酯耗乏之氣體流4中之0.0035 kg/h。因此，丙烯酸丁酯負載減少99.47%。
由本發明得到之優點：
-無論如何，由於使用聚乙烯廠中存在之資源，因此本發明之特性在於自氣體中移除醛類及/或其它含氧的有機組分之操作成本極低。
-藉由使用水進行吸收，不需要安裝其它基礎設施。
-方法可輕易地整合至現有工廠中。
1‧‧‧氣體流
2‧‧‧水
3‧‧‧富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水
4‧‧‧醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之氣體流
5‧‧‧吸收塔
6‧‧‧脫附塔
7‧‧‧燃燒塔管線
8‧‧‧天然氣
9‧‧‧醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水的部分物流
10‧‧‧新鮮水
11‧‧‧醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水
12‧‧‧物流
圖1：本發明用於自聚乙烯廠中之氣體流移除C2至C5醛類及/或其它含氧的有機組分之方法的簡化配置圖。
1．．．氣體流
2．．．水
3．．．富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水
4．．．醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之氣體流
5．．．吸收塔
6．．．脫附塔
7．．．燃燒塔管線
8．．．天然氣
9．．．醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水的部分物流
10．．．新鮮水
11．．．醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水
12．．．物流
Claims (20)
- 一種用於自聚乙烯廠中之氣體流移除C2至C5醛類及其它有C2至C7鏈長之含氧的有機組分之方法，其中使氣體流在至少一個用於進行吸收之設備中與水接觸且醛類及/或其它含氧的有機組分由水吸收，獲得醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之氣體流及富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水流，且兩者皆自至少一個用於進行吸收之設備中排出，及使富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水流在至少一個用於進行脫附之設備中與汽提氣接觸，藉由洗滌移除醛類及/或其它含氧的有機組分並獲得醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水流及富含醛類及/或其它含氧的有機組分之汽提氣，且兩者皆自至少一個用於進行脫附之設備中排出，其特徵在於使用具有元素C或H之多種化合物的不同燃料氣或其混合物作為至少一個用於進行脫附之設備中之汽提氣，且將富含醛類及/或其它含氧的有機組分之汽提氣直接饋送至燃燒塔，汽提氣在燃燒塔中燃燒。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於使用天然氣作為至少一個用於進行脫附之設備中之汽提氣，且將富含醛類及/或其它含氧的有機組分之汽提氣直接饋送至燃燒塔，汽提氣在燃燒塔中燃燒。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於吸收在至 少一個用於進行吸收之設備中在20℃至50℃之溫度範圍內進行。
- 如申請專利範圍第3項之方法，其特徵在於吸收在至少一個用於進行吸收之設備中在35℃至40℃之溫度範圍內進行。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之方法，其特徵在於吸收在至少一個用於進行吸收之設備中在10巴至50巴之壓力範圍內進行。
- 如申請專利範圍第5項之方法，其特徵在於吸收在至少一個用於進行吸收之設備中在20巴至40巴之壓力範圍內進行。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之方法，其特徵在於欲移除之該醛為丙醛。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之方法，其特徵在於該其它含氧的有機組分為丙烯酸丁酯。
- 如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於燃燒塔在1巴至3巴絕對值之壓力範圍內操作。
- 如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於將醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水流的一部分物流饋送至至少一個用於進行吸收之設備中，其中水再使用以供進行吸收，且將醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水流的另一部分物流自方法中排出。
- 如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於將溫度為0℃至120℃之新鮮水饋送至至少一個用於進行脫附之設 備中。
- 如申請專利範圍第11項之方法，其特徵在於將溫度為80℃至100℃之新鮮水饋送至至少一個用於進行脫附之設備中。
- 如申請專利範圍第11項之方法，其特徵在於使用自聚乙烯之生產所獲得之冷凝物作為新鮮水。
- 如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於至少一個用於進行脫附之設備之入口處之汽提氣的體積流量藉助於控制裝置以保持恆定。
- 一種用於根據如申請專利範圍第1項之方法自聚乙烯廠中之氣體流移除C2至C5醛類及/或其它有C2至C7鏈長之含氧的有機組分之裝置，其包含至少一個用於進行吸收之設備，該設備在上端裝備有水之進料管線且在下端裝備有富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水的出口且在下端裝備有富含醛類及/或其它含氧的有機組分之氣體的進料管線且在上端裝備有醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之氣體的出口，且提供轉移管線，藉助於該轉移管線使來自該至少一個用於進行吸收之設備的富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水與至少一個用於進行脫附之設備進行流體傳導接觸，該至少一個用於進行脫附之設備在上端裝備有富含醛類及/或其它含氧的有機組分之水的進料管線且在下端裝備有醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水的出口，且在下端提供燃料氣之進料管線，該燃料氣在至少一個用於進行脫附之設備中向上升，且在上端提供出口，該出口 終止於燃燒塔中。
- 如申請專利範圍第15項之裝置，其特徵在於自至少一個用於進行脫附之設備排出之醛類及/或其它含氧的有機組分耗乏之水流作為部分物流終止於至少一個用於進行吸收之設備之上端中。
- 如申請專利範圍第15項或第16項之裝置，其特徵在於在至少一個用於進行脫附之設備處提供獨立水進料管線。
- 如申請專利範圍第15項至第16項中任一項之裝置，其特徵在於至少一個用於進行脫附之設備設計為脫附塔或噴霧塔。
- 如申請專利範圍第15項至第16項中任一項之裝置，其特徵在於至少一個用於進行吸收之設備設計為吸收塔或氣泡塔。
- 如申請專利範圍第15項至第16項中任一項之裝置，其特徵在於至少一個用於進行脫附之設備裝備有用於控制該燃料氣之體積流量的控制裝置。
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