氣相法聚乙烯排放氣回收單元的改造方案

氣相法聚乙烯排放氣回收單元的改造方案

相法聚氯乙烯法在中國的聚氯乙烯裝置中發(fā)揮著重要作用。排放氣回收單元是相法聚氯乙烯工藝的重要組成部分。主要通過傳統(tǒng)的壓縮和冷凍法回收反應(yīng)系統(tǒng)中未反應(yīng)的大量烴類物質(zhì)，以減少物耗、節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)。但在典型工藝中,受到壓縮能力和冷凝溫度的限制,仍有部分烴類氣體無法回收利用而直接排放到火炬系統(tǒng),造成原料浪費(fèi)和排放污染。隨著國內(nèi)對(duì)降耗、節(jié)能、減排的重視,一些已建成的裝置逐步開始進(jìn)行技術(shù)改造,將膜分離回收技術(shù)、深冷分離回收技術(shù)以及其它一些尾氣回收技術(shù)逐漸運(yùn)用到氣相法聚乙烯排放氣回收單元中,進(jìn)一步提高了共聚單體和異戊烷的回收率,同時(shí)也提高了乙烯和氮?dú)獾幕厥绽谩１疚膶⑨槍?duì)以膜分離回收技術(shù)和深冷分離回收技術(shù)為基礎(chǔ)的三種改造方案進(jìn)行介紹和比較。1凝液泵至反應(yīng)器進(jìn)料系統(tǒng)產(chǎn)品脫氣倉頂部出來的排放氣進(jìn)排放氣回收單元,經(jīng)過低壓冷卻器冷卻,冷凝液收集在低壓收集罐中,通過低壓凝液泵最終送至反應(yīng)器進(jìn)料系統(tǒng)。低壓收集罐排出的氣體進(jìn)壓縮機(jī)升壓,被增壓的氣體經(jīng)高壓冷卻器冷卻和高壓冷凝器冷凝,冷凝物收集在高壓收集罐中。冷凝液通過高壓凝液泵送至反應(yīng)器進(jìn)料系統(tǒng),高壓收集罐排出的壓縮氣體部分送入產(chǎn)品卸料系統(tǒng),過量的氣體送往火炬系統(tǒng)。排放氣回收單元典型工藝流程見圖12不同滲透率下氣體滲透側(cè)富集的差異目前,國內(nèi)部分已建成的氣相法聚乙烯裝置對(duì)排放氣回收系統(tǒng)進(jìn)行了改造,以提高共聚單體和異戊烷的回收率。常用的回收技術(shù):膜分離、深冷分離和膜分離+深冷組合。膜分離回收技術(shù)是以選擇性透過膜為分離介質(zhì),在膜兩側(cè)推動(dòng)力(如壓力差、濃度差或電位差)的作用下,原料側(cè)的組分可選擇性地透過膜,實(shí)現(xiàn)分離和提純的目的。氣體膜分離技術(shù)是將膜與原料氣接觸,利用氣體中各組分通過膜時(shí)的滲透率的差異,滲透速率快的氣體(如烴類氣體)將在滲透側(cè)富集,而滲透速率慢的氣體(如氮?dú)?則在原料側(cè)富集。整個(gè)滲透過程是一個(gè)先溶解再擴(kuò)散的過程,首先氣體分子在膜表面溶解,然后氣體分子在膜內(nèi)向膜另一側(cè)擴(kuò)散,最后從膜另一側(cè)表面解析擴(kuò)散出來,見圖2深冷分離回收技術(shù)是以氣體或氣體混合物作為工質(zhì),利用透平機(jī)通過氣體絕熱膨脹制取-100℃以下的低溫,通過高效換熱器返流回收低溫冷量,利用排放尾氣中各組分沸點(diǎn)的差異,將混合氣體中高沸點(diǎn)的組分(如丁烯-1、異戊烷等烴類)液化,然后經(jīng)過氣液分離器使液相烯烴從混合氣體中分離出來。膨脹機(jī)是深冷分離回收技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備,目前被廣泛應(yīng)用于中、深冷制冷工藝,它可以獲取很低的溫度,是輕烴回收工藝的一個(gè)有效手段。中原石化公司1500Nm膜分離+深冷分離回收技術(shù)是以上兩種工藝技術(shù)的組合。混合氣體先通過膜分離設(shè)施,使烴類(如丁烯-1、異戊烷)氣體部分通過滲透側(cè)得到富集,未滲透的節(jié)流氣體進(jìn)深冷分離系統(tǒng)。與單純的深冷分離相比,此時(shí)進(jìn)深冷分離系統(tǒng)節(jié)流氣的熱容較原混合氣有所降低,所以膨脹機(jī)通過等熵膨脹過程可以獲得更低的溫度,從而加強(qiáng)了進(jìn)一步低溫冷凝回收剩余的輕質(zhì)烴(如乙烯、丁烯-1、異戊烷)的效果,尤其是對(duì)乙烯的回收效果明顯。3回收和重建方案3.1火炬氣回收設(shè)計(jì)操作目前,國內(nèi)氣相法聚乙烯裝置的生產(chǎn)規(guī)模以300kt/a的產(chǎn)能居多,根據(jù)此規(guī)模,排放氣回收系統(tǒng)排往火炬的氣量按800kg/h、年操作8000h計(jì),設(shè)計(jì)操作彈性60%~110%。裝置排放氣回收單元排往火炬的排放氣組成及操作流程見表1。3.2火炬系統(tǒng)膜分離單元排放氣回收單元高壓凝液罐頂部排往火炬的排放氣進(jìn)入膜分離設(shè)施,經(jīng)過濾器去除可能含有的液滴和粉塵,進(jìn)一級(jí)膜分離單元進(jìn)行滲透分離,滲透氣為富集烴類(丁烯-1、異戊烷)氣體,滲透氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓至1.2MPa(G),再經(jīng)過冷卻、冷凝,進(jìn)氣液分離器分離出烴類凝液并最終返回反應(yīng)系統(tǒng),氣液分離器分離出的不凝氣與原火炬氣一同再返回至膜分離單元。一級(jí)膜分離單元的非滲透氣進(jìn)二級(jí)膜分離單元,在截留側(cè)得到凈化氮?dú)?滲透氣則排入火炬系統(tǒng)。膜分離回收技術(shù)改造方案流程見圖4。膜分離回收技術(shù)改造方案的排放氣中單體烴的直接回收率較高,其中異戊烷約為97%,丁烯-1約為90%,乙烯的回收較低,約為21%,氮?dú)獾幕厥章始s為52%。采用膜分離回收方案可以滿足對(duì)C由于是改造項(xiàng)目,現(xiàn)有排放氣回收單元的設(shè)備已定型,原排放氣壓縮機(jī)完全接納一級(jí)膜分離單元富集的滲透氣能力不足,同時(shí)原有冷換設(shè)備和冰機(jī)也無法滿足系統(tǒng)的冷量需求,因此需要新增一臺(tái)壓縮機(jī)和相關(guān)的冷換設(shè)備(主要包括冰機(jī)、換熱器、氣液分離器等)才能保證回收效率和原有排放氣回收系統(tǒng)的平穩(wěn)操作。3.3排放氣回收單元流程排放氣回收單元高壓凝液罐頂部排往火炬的排放氣進(jìn)深冷分離回收系統(tǒng),氣體在深冷單元被逐級(jí)冷卻,溫度逐漸降低。從深冷系統(tǒng)回收的烴類混合物在分液罐中進(jìn)行氣液分離,罐頂?shù)玫降母灰蚁馊ヒ蚁┝呀?罐底得到回收的丁烯-1、異戊烷返回至排放氣回收單元的低壓收集罐并最終送往反應(yīng)系統(tǒng)。膨脹機(jī)做功后的尾氣排往火炬系統(tǒng)。整個(gè)深冷系統(tǒng)包括透平膨脹機(jī)、板翅式高效換熱器、高壓分液罐、低溫閃蒸罐,共同集合在一個(gè)冷箱中(流程見前述)。深冷分離回收技術(shù)改造方案見圖5。深冷分離回收技術(shù)改造方案的排放氣中丁烯-1和異戊烷的回收率較高,均可達(dá)99%。但由于排放氣中混合烴類全部在深冷系統(tǒng)進(jìn)行回收,冷量需求大,所以當(dāng)混合氣中烴類含量較高時(shí),受透平膨脹機(jī)冷量的制約,混合烴的回收率下降,特別是輕質(zhì)烴如乙烯、乙烷等的回收率較低。此方案乙烯的收回率約為30%,氮?dú)獾募兌仍?0%左右,達(dá)不到聚乙烯裝置的使用要求。深冷分離回收技術(shù)改造方案物料表見表3。3.4c膜分離+深冷分離回收技術(shù)排放氣回收單元高壓凝液罐頂部排往火炬的排放氣經(jīng)蒸汽加熱器預(yù)熱至20~30℃,進(jìn)一級(jí)膜分離器,滲透側(cè)為富集C膜分離+深冷分離回收技術(shù)改造方案的排放氣中丁烯-1、異戊烷總的回收率最高也可達(dá)99%以上,同時(shí)乙烯的收回率增加到89%左右,排放氣中總烴的回收率也達(dá)到了較好的水平。另外,氮?dú)獾幕厥章始s為80%。膜分離+深冷分離回收技術(shù)改造方案物料表見表4。4小壓縮/凝固系統(tǒng)膜分離回收技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于混合氣體中單體烴(丁烯-1、異戊烷)的直接回收率較高,在90%以上。另外,回收的氮?dú)饧兌容^高,可以被裝置使用。其缺點(diǎn)是在不改造現(xiàn)有排放氣回收單元設(shè)備的情況下,需另增一套小壓縮/冷凝系統(tǒng),設(shè)備投資高,還需額外提供動(dòng)力。另外,混合氣中的乙烯、乙烷回收率低。深冷分離回收技術(shù)改造方案使用的設(shè)備少,投資最低,混合氣體中單體烴(丁烯-1、異戊烷)的回收率高,但乙烯、乙烷回收率較低且氮?dú)庥捎诩兌容^低無法被裝置利用。膜分離+深冷分離回收技術(shù)改造方案的混合氣體中單體烴(丁烯-1、異戊烷)的回收率高,乙烯、乙烷的回收率顯著增加,總烴的回收率最高,排往火炬的尾氣中烴含量最低,在得到較好經(jīng)濟(jì)效益