專利名稱：在聚乙烯排氣回收中用于低溫致冷的乙烯膨脹的制作方法
在聚乙烯排氣回收中用于低溫致冷的乙烯膨脹技術(shù)領(lǐng)域
本申請(qǐng)公開了一種使用乙烯致冷系統(tǒng)的聚烯烴排氣回收。本申請(qǐng)還描述了在聚乙烯工藝排氣回收中使用乙烯膨脹法來低溫致冷的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
烯烴，例如乙烯，可以通過將其在聚合條件下與催化劑接觸進(jìn)行聚合，制備顆粒狀聚合物。制備的顆粒狀聚合物通常包含殘留的氣態(tài)或液態(tài)的烯烴和烷烴以及其它烴。由于多種原因，例如最終產(chǎn)品的質(zhì)量控制和安全原因，這些烴應(yīng)該從顆粒狀樹脂中除去。此外， 需要正確的處理這些烴，以符合與烴的排放相關(guān)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。
有很多用于從聚合物中除去揮發(fā)性烴的技術(shù)。例如，US專利Nos. 4197399， 3594356和3450183公開了使用圓柱形(或直筒形)容器作為凈化器，稱作聚合物凈化器， 或產(chǎn)品凈化器。US專利No. 4372758公開了從固態(tài)烯烴聚合物中除去烴例如烯烴的脫氣或凈化方法。凈化方法通常包括將固態(tài)聚合物(例如顆粒狀)傳送至聚合物凈化器并在凈化器中將聚合物與逆流的惰性凈化氣物流接觸以除去從聚合物釋放的任何烴的蒸氣。氮?dú)庾畛Ｓ米鞫栊詢艋瘹怏w。但是，還可以使用輕烴富集氣以在第一階段除去較重的烴，然后在第二階段使用惰性氣體進(jìn)行相對(duì)容易的工作即除去第一階段之后殘留在樹脂中及周圍的輕烴。
典型地使用排氣回收系統(tǒng)從凈化容器排出的混合的烴和惰性凈化氣物流中回收烴，例如烯烴單體。現(xiàn)有的在聚合法的排氣中回收烴的方法包括(a)用水或空氣的至少一種壓縮和冷凝，機(jī)械致冷，和乙烯膨脹，以冷卻至約-10°C ;和(b)通過壓力回轉(zhuǎn)吸收(PSA) 或膜分離。在現(xiàn)有的氣相聚乙烯裝置中，選項(xiàng)(a)是最常規(guī)使用的，但是也可以使用選項(xiàng) (a)和選項(xiàng)(b)的結(jié)合。
在壓縮和冷凝系統(tǒng)中，例如US專利No. 5391656中所述，在一系列步驟中處理包含惰 性氣體例如氮?dú)猓拖N單體的聚合物凈化器排氣物流，其包括(a)冷卻至聚合排氣的一部分冷凝；(b)從剩余的非冷凝的輕氣中分離冷凝的液體；和(c)壓縮非冷凝的輕氣； (d)冷卻壓縮物流以促進(jìn)進(jìn)一步冷凝；(e)從剩余的非冷凝的輕氣中進(jìn)一步分離冷凝的液體；和(f)回收包含烯烴單體的冷凝液體。
常規(guī)的使用環(huán)境空氣或水冷卻的壓縮和冷卻排氣回收系統(tǒng)可回收包含在排氣中的較重的烴，例如丁烯，異戊烷，己烯，己烷，和其它重烷烴和烯烴。但是，烴回收的數(shù)量受限于實(shí)踐中環(huán)境冷卻介質(zhì)供應(yīng)溫度的限制。因此，常規(guī)的排氣回收系統(tǒng)典型地僅回收最高50% 的排放的乙烯單體，導(dǎo)致?lián)p失有價(jià)值的烴和增加可燃性。
而且，冷凝液體分離之后聚合排氣中殘留的惰性氣體，例如氮?dú)猓赡苋园罅枯^重的烴，阻礙了其再次用作樹脂干燥或凈化氣體。為了達(dá)到較高的乙烯回收率和獲得較高質(zhì)量的回收氣體，還需要更好的方法。
致冷系統(tǒng)，包括機(jī)械致冷和烯烴膨脹，也可以在聚合排氣分離中用于冷卻。致冷法比常規(guī)的環(huán)境冷卻法具有某些優(yōu)勢(shì)。例如，致冷系統(tǒng)能獲得低于o°c的最終冷凝溫度，因此在從聚合排氣中除去烴時(shí)更有效。
機(jī)械致冷使用壓縮致冷系統(tǒng)，向排氣回收區(qū)提供冷卻劑，例如急冷的鹽水或二醇混合物。機(jī)械致冷裝置(MRU)典型地獲得低至-10°C至_20°C的最終聚合排氣冷凝溫度，因此有利于通過冷凝進(jìn)行額外的液體烴回收。但是，MRU需要高設(shè)備成本和裝置操作成本，這是因?yàn)樵黾拥碾娏κ褂煤椭吕鋭┑氖褂谩４送?，MRU可能需要在現(xiàn)場引入新的和潛在的毒性化學(xué)物質(zhì)，例如鹵代-氟代烴，以使鹽水或二醇?jí)嚎s致冷，這是不希望的。
烯烴膨脹也可以用于排氣回收，其中通過高壓烯烴的部分膨脹實(shí)現(xiàn)包含非冷凝惰性氣體例如氮?dú)獾木酆吓艢庵械臒N的冷凝。US專利No. 5391656公開了該“自由致冷”的方法，其中乙烯部分膨脹，從高壓例如約800-1000psig至供應(yīng)聚合裝置上游的乙烯凈化系統(tǒng)所需的較低壓力，例如約350-400psig的壓力。類似于典型的MRU操作，乙烯的部分膨脹通常可獲得-10°C至-20°C的最終冷凝溫度，足以冷凝處理的排氣中包含的高百分比的乙烯單體。但是，非冷凝的排氣中仍殘留大量的乙烯。
因此，仍然需要改進(jìn)的從聚合排氣中分離烴的方法和設(shè)備，其將(a)回收和再利用更多的有價(jià)值的烯烴單體；(b)降低未回收的烴的可燃性；和(C)允許再次使用包含惰性氣體例如氮?dú)獾呐艢庾鳛橛糜诰酆衔飪艋鞯膬艋橘|(zhì)。
發(fā)明概述
本申請(qǐng)公開了一種從聚合排氣中回收烴的方法。該方法包括(a)將乙烯物流的壓力從大于或等于3. 4MPa的壓力降低至低于或等于約1. 4MPa的壓力，以形成減壓的乙烯物流；(b)通過與減壓的乙烯物流熱交換將包含單體的排氣冷卻，以形成包含至少一部分夾帶在第一輕氣中 的單體的第一冷凝物；(C)回收第一冷凝物和第一輕氣；(d)將第一冷凝物與第一輕氣分離；(e)將減壓的乙烯物流壓縮至大于或等于2. 4MPa的壓力；和(f)使壓縮的乙烯物流通到聚合反應(yīng)器。
本申請(qǐng)還公開了用于從聚合排氣中回收烴的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括乙烯膨脹器和與乙烯膨脹器流體相連的第一排氣回收系統(tǒng)。第一排氣回收系統(tǒng)可包括(i)與排氣管線和乙烯膨脹器流體相連的熱交換器，其配置用于在進(jìn)入的排氣和從乙烯膨脹器出來的乙烯之間提供熱交換，由此將來自乙烯膨脹器的進(jìn)入乙烯冷凝成包含第一輕氣中乙烯單體的第一冷凝物；(ii)與熱交換器流體相連的分離器，其入口配置成接收第一冷凝物并且配置用于將第一冷凝物與第一輕氣分離；和(iii)與分離器流體相連的壓縮機(jī)，其入口配置成接收從分離器出來的第一輕氣。
附圖的簡要說明


圖1說明使用乙烯膨脹從聚合排氣中回收烴的方法。
圖2說明通過阻流閥系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的乙烯膨脹從聚合排氣中回收烴的方法。
圖3說明通過膨脹器壓縮機(jī)渦輪機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的乙烯膨脹從聚合排氣中回收烴的方法。
圖4說明使用乙烯膨脹法與聚合排氣壓縮和冷卻相結(jié)合從聚合排氣中回收烴的方法。
圖5說明使用聚合排氣的壓縮和冷卻從聚合排氣中回收烴的方法。
發(fā)明的詳細(xì)說明
在公開和描述本發(fā)明的化合物，組分，組合物，裝置，系統(tǒng)，硬件，設(shè)置，和/或方法之前，應(yīng)理解除非特別指出，本申請(qǐng)公開的實(shí)施方式不局限于特定的化合物，組分，組合物， 裝置，系統(tǒng)，硬件，設(shè)置，和/或方法等，它們可以變化，除非特別指出。
還應(yīng)理解本申請(qǐng)所用的術(shù)語僅用于描述特殊的實(shí)施方式，而并不是限制。
還必須指出，如說明書和附加的權(quán)利要求書所用，單數(shù)形式“a”，“an”和“the”包括復(fù)數(shù)指代物，除非特別說明。
本申請(qǐng)公開從聚合方法的排氣物流中回收烴的方法和系統(tǒng)。更特別地，本申請(qǐng)公開使用乙烯致冷以從排氣中冷凝和回收烯烴單體而回收烯烴單體的方法和系統(tǒng)。在某些實(shí)施方式中，該方法和系統(tǒng)還可以包括壓縮和冷凝聚合排氣，再壓縮乙烯致冷劑，和將膨脹器壓縮機(jī)渦輪機(jī)裝置用于乙烯致冷。
可以使用烯烴膨脹以生成用于冷卻聚合排氣的傳熱介質(zhì)。例如，可以將高壓烯烴例如乙烯單體膨脹以制造低溫致冷劑，其可用于冷卻聚合排氣。在某些實(shí)施方式中，典型地從聚乙烯裝置獲得的高壓乙烯管線氣體的膨脹可用于從聚合排氣中回收乙烯單體。例如， 高壓聚乙烯可以由裝置內(nèi)的內(nèi)部源提供。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解高壓乙烯也可以來自其它源。
典型地提供的管線乙烯壓力高于聚合方法上游的乙烯提純系統(tǒng)進(jìn)料所需的壓力。 提供的高壓管線乙烯壓力可以大于3. 4MPa，或大于6. SMPa0
可以將高壓乙烯膨脹以制造降溫的減壓乙烯，其可用作聚合排氣回收方法的致冷劑。在某些實(shí)施方式中，可以將高壓乙烯冷卻至比膨脹前低約10°c的溫度。通過膨脹可以將乙烯壓力從大于或等于3. 4MPa的壓力降低至低于或等于1. 4MPa的壓力，或低于或等于O. 9MPa的壓力，或低于或等于O. 2MPa的壓力。通過膨脹降壓可以制造溫度低于或等于-30°C，或低于或等于_50°C，或低于或等于_90°C的乙烯致冷劑。在低于或等于約_30°C 的溫度下使用乙烯致冷劑可以實(shí)現(xiàn)通過冷凝從聚合排氣中高水平的烴回收。
例如，通過膨脹將乙烯壓力從約3. 4MPa降低至1. 4MPa或更低的壓力可以制造溫度約_30°C或更低的乙烯致冷劑。在另一個(gè)實(shí)例中，通過膨脹將乙烯壓力從約3. 5MPa降低至O. 9MPa或更低的壓力可以制造溫度約-50°C或更低的乙烯致冷劑。在另一個(gè)實(shí)例中，通過 膨脹將乙烯壓力從約3. 5MPa降低至O. 2MPa或更低的壓力可以制造溫度約_90°C或更低的乙烯致冷劑。
在某些實(shí)施方式中，向乙烯提純系統(tǒng)供給所需的最低乙烯壓力約為3.1MPa0因此， 在提供必要的致冷功能之后，可以隨后將減壓的乙烯壓縮，以使乙烯通過乙烯提純系統(tǒng)。在一個(gè)特殊的實(shí)施方式中，減壓的乙烯可壓縮至大于或等于2. 4MPa，或大于或等于3.1MPa的壓力，以便一旦冷卻聚合排氣就供給到乙烯提純系統(tǒng)。在其它實(shí)施方式中，可以壓縮乙烯至聚合提純系統(tǒng)或聚合方法進(jìn)料所需的壓力，包括氣相聚合方法，環(huán)管反應(yīng)器系統(tǒng)，和漿液反應(yīng)器系統(tǒng)。
現(xiàn)在參考圖1，闡述通過冷凝從聚合排氣中回收烴的方法?？梢詫⒏邏阂蚁┪锪?(107)從高壓例如管線供給壓力膨脹至乙烯膨脹系統(tǒng)(14)中的較低壓力。降溫的低壓乙烯可通過流動(dòng)管路(109)回收。
可以通過在第一排氣回收系統(tǒng)(16)中與低壓乙烯間接熱交換使可包括惰性氣體和可冷凝烴的聚合排氣(105)冷卻和至少部分冷凝。然后可以將包括夾帶冷凝物的聚合排氣分離成第一冷凝物，其通過流動(dòng)管路(111)回收，和第一排氣，其通過流動(dòng)管路(113)回收。
間接熱交換之后，可以通過流動(dòng)管路(115)回收乙烯。然后可以在乙烯再壓縮系統(tǒng)(18)中增加乙烯的壓力，使其壓力足以將乙烯進(jìn)料至乙烯提純系統(tǒng)或聚合反應(yīng)器，在物流(117)中將壓縮乙烯回收。
聚合排氣(105)可以是源自聚合反應(yīng)器(未顯示)的排氣和與聚合產(chǎn)物(未顯示)分離。聚合方法可以是氣相流化床法，液相法，多相催化劑漿液法，或用于將單體聚合成聚合物的任意其它方法。聚合反應(yīng)排氣可源自凈化裝置，例如聚合物凈化器，在那里通過將凈化介質(zhì)通過含聚合物產(chǎn)物的容器使殘留的烴從聚合物中移除。凈化介質(zhì)可以是惰性氣體，例如氮?dú)饣驓鍤?，或烴含量低的任何氣體，其目標(biāo)在于從聚合物中脫除，例如烯烴單體。 在液態(tài)聚合體系中，排氣還可以源自一個(gè)或多個(gè)在聚合方法下游的閃蒸罐。
聚合反應(yīng) 流出物常包含夾帶在聚合產(chǎn)物中的未反應(yīng)的乙烯單體。聚合排氣(105) 可包括單體和共聚單體，例如C2至C12烯烴和二烯；反應(yīng)器稀釋劑，例如C1至Cltl烴；和惰性氣體，例如氮?dú)饣驓鍤狻Ｔ谀承?shí)施方式中，聚合排氣(105)包括乙烯單體。聚合排氣(105) 還可以包括C4至C12共聚單體。聚合排氣(105)還可以包括誘導(dǎo)的冷凝劑(ICA)，例如環(huán)烷烴。ICA，例如異丁烷，異戊烷，正己烷，和鹵代烴，可用于提高排氣的分子量或比熱，以促進(jìn)較輕組分，例如乙烯單體的冷凝。
可以在聚合物凈化器中用凈化介質(zhì)從聚合產(chǎn)物中移除乙烯單體，共聚單體，和反應(yīng)器稀釋劑，以制造聚合排氣(105)。在某些實(shí)施方式中，聚合排氣(105)可包括惰性氣體， 例如氮?dú)饣驓鍤?，其可以作為凈化介質(zhì)或輔助氣體引入到聚合反應(yīng)器中。在其它實(shí)施方式中，聚合排氣(105)可包括低分子量烴，例如乙烯，以幫助從聚合產(chǎn)物中移除烴。
降溫的減壓乙烯(109)可包括源自高壓乙烯源，例如乙烯管線的乙烯單體。在某些實(shí)施方式中，乙烯可包含高純度的乙烯。在其它實(shí)施方式中，流動(dòng)管路(109)中的乙烯可包含超過80%的乙烯。
高壓乙烯(107)可在乙烯膨脹系統(tǒng)(14)中膨脹以降低乙烯的溫度，通過流動(dòng)管路(109)回收。在某些實(shí)施方式中，流動(dòng)管路(109)中的膨脹乙烯的溫度可以低于或等于約-30°C，或低于或等于約-50°C，或低于或等于約_90°C。
第一冷凝物(111)可以是包含烴例如乙烯單體和共聚單體的液體，其具有比第一排氣(113)高的沸點(diǎn)。第一冷凝物(111)可以是烯烴或者是烯烴和石蠟的混合物。在包括冷凝和分離的工序中氮?dú)庖部梢詩A帶在第一冷凝物(111)中。在某些實(shí)施方式中，第一冷凝物(111)可包括低于2%的氮?dú)猓虻陀?%的氮?dú)狻?br> 在某些實(shí)施方式中，可以通過冷凝至少一部分排氣中的烴在第一排氣回收系統(tǒng)(16)中由聚合排氣(105)形成第一冷凝物(111)。例如，可以通過與流動(dòng)管路(109)中的膨脹乙烯間接熱交換通過冷卻以冷凝至少一部分排氣而形成第一冷凝物(111)?？梢詫⒌谝焕淠?111)與第一排氣(113)進(jìn)一步分離，例如使用分離器容器。
第一排氣(113)可包括惰性化合物，例如氮?dú)饣驓鍤?，并且相比于聚合排?(105)，其具有降低的烴含量。在某些實(shí)施方式中，第一排氣(113)是輕氣，并且可包括輕烴，例如，乙烯單體。在其它實(shí)施方式中，第一排氣(113)還可以包含C3和較重的烴，例如， 共聚單體和ICA。第一排氣(113)中剩余的乙烯和/或其它輕烴的量可取決于很多因素，包括與膨脹乙烯(109)間接熱交換之后的第一排氣(113)的溫度。
在某些實(shí)施方式中，可以將包含部分殘留烴的第一排氣(113)通過排放到火炬而處理或通過流動(dòng)管路(116)循環(huán)至第一排氣回收系統(tǒng)(16)用于進(jìn)一步處理。在其它實(shí)施方式中，具有降低的較重?zé)N數(shù)量的第一排氣(113)可用作聚合物凈化器的凈化介質(zhì)。
在流動(dòng)管路(109)中的膨脹乙烯與排氣的間接熱交換之后，可通過流動(dòng)管路 (115)回收膨脹的乙烯。在某些實(shí)施方式中，可以在乙烯再壓縮系統(tǒng)(18)中壓縮流動(dòng)管路 (115)中的膨脹乙烯。
可以在乙烯再壓縮系統(tǒng)(18)中的一個(gè)或多個(gè)壓縮步驟中制造壓縮乙烯(117)。 例如，可以使用往復(fù)式壓縮機(jī)或螺桿式壓縮機(jī)壓縮乙烯。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到也可以使用其它類型的壓縮機(jī)壓縮乙烯?？梢詫⒘鲃?dòng)管路(117)中的乙烯壓縮至高于或等于約 2. 4MPa，高于或等于3.1MPa的壓力?？梢詫嚎s乙烯(117)冷卻至低于或等于約10°C的溫度。在某些實(shí)施方式中，可以將壓縮乙烯(117)進(jìn)一步送至聚合反應(yīng)器上游的乙烯提純裝置。在其它實(shí)施方式中，壓縮乙烯(117)可以與高壓乙烯源結(jié)合以進(jìn)入乙烯提純裝置。在其它實(shí)施方式中，可以將壓縮乙烯(117)直接送至聚合反應(yīng)器。
乙烯致冷
參考圖2和3，說明乙烯膨脹，通過間接熱交換的排氣回收，和乙烯壓縮的實(shí)施方式。
高壓乙烯(201，301)可以通過膨脹冷卻，膨脹的乙烯可以通過流動(dòng)管路 (203, 303)回收。流動(dòng)管路(203,303)中的膨脹乙烯可以用于在一個(gè)或多個(gè)步驟中通過間接熱交換器冷卻聚合排氣(205,305)并可以通過流動(dòng)管路(207,307)回收?？梢詫⒘鲃?dòng)管路(207，307)中升溫的減壓乙烯壓縮以制造壓縮乙烯(209，309)。在某些實(shí)施方式中，可以將壓縮乙烯(209，309)送至乙烯提純裝置。在其它實(shí)施方式中，可以將壓縮乙烯(209，309) 直接送至聚合反應(yīng)器。
乙烯的膨脹，間接熱交換，和乙烯的壓縮可以使用各種流程圖實(shí)現(xiàn)，圖2和3說明了其兩個(gè)實(shí)施方式。參考圖2，來自高壓源的高壓乙烯(201)通過高壓阻流閥(21)部分膨脹至較低壓力。膨脹之前，高壓乙烯(201)可以在高壓乙烯預(yù)冷器(20)中通過間接熱交換而冷卻。例如，膨脹之前，乙烯物流可冷卻至低于或等于約10°C的溫度。降溫的低壓乙烯可通過流動(dòng)管路(203)回收。
聚合排氣(205)，其可包括惰性氣體和可冷凝烴，可以在一個(gè)或多個(gè)步驟中通過與低壓乙烯(203)的間接熱交換而冷卻和至少部分冷凝，以制造第一冷凝物(217)和第一輕氣(215)。更特別地，聚合排氣(205)可以在第一排氣冷卻器(22)中通過與低壓乙烯(203) 間接熱交換而冷卻，通過流動(dòng)管路(211)回收低壓乙烯。
一旦在第一排氣冷卻器(22)中冷卻和部分冷凝聚合排氣(205)，可以在第一分離器容器(24)中分離混合相物流(213)，回收得到的第一輕氣(215)和第一冷凝物(217)。第一輕氣(215)，單獨(dú)或與低壓乙烯(211)結(jié)合，可以用于進(jìn)一步冷卻聚合排氣。例如，可以在第二排氣冷卻器(23)中通過與第一輕氣(215)和低壓乙烯(211)兩者的間接熱交換而冷卻聚合排氣(205)。類似于第一排氣冷卻器(22)，第二排氣冷卻器(23)可包括，但不限于， 管殼式熱交換器，螺旋纏繞熱交換器，或銅焊的鋁熱交換器。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到也可以使用其它類型的熱交換器。
間接熱交換之后，可通過流動(dòng)管路(207)回收乙烯。然后可以使用乙烯壓縮機(jī)(25)增加乙烯的壓力，以達(dá)到足以將乙烯進(jìn)料入乙烯提純系統(tǒng)或聚合反應(yīng)器的壓力，通過流動(dòng)管路(209)回收壓縮乙烯。壓縮之后，可以在壓縮機(jī)之后的冷卻器(26)中冷卻乙烯。
現(xiàn)在參考圖3，通過可用于回收有用能量的乙烯膨脹器(31)將來自高壓源的高壓乙烯(301)部分膨脹至較低壓力。降溫的膨脹乙烯可通過流動(dòng)管路(303)回收。膨脹之前， 可以在高壓乙烯預(yù)冷器(30)中通過間接熱交換而冷卻高壓乙烯(301)。
乙烯膨脹器(31)回收的膨脹能可用作各種工序的動(dòng)力或可用于發(fā)電。例如，至少一部分降低乙烯壓力產(chǎn)生的能量可以在稍后用于在膨脹機(jī)或膨脹渦輪中將減壓的乙烯壓縮。在一個(gè)實(shí)施方式中，乙烯膨脹器(31)可以通過驅(qū)動(dòng)軸與乙烯預(yù)壓縮機(jī)(37)相連，以提供至少一部分再壓縮膨脹乙烯所需的能量。
聚合排氣(305)，其可包括惰性氣體和可冷凝烴，可以在一個(gè)或多個(gè)步驟中通過與膨脹乙烯(303)的間接熱交換而冷卻和至少部分冷凝，以制造第一冷凝物(317)和第一輕氣(315)。更特別地，聚合排氣(305)可以在第一排氣冷卻器(32)中通過與膨脹乙烯(303) 間接熱交換而冷卻，通過流動(dòng)管路(313)回收低壓乙烯。
一旦在第一排氣冷卻器(32)中冷卻和部分冷凝聚合排氣(305)，可以在第一分離器容器(34)中分離混合相物流(313)，回收得到的第一輕氣(315)和第一冷凝物(317)。第一輕氣可以用于進(jìn)一步冷卻聚合排氣，例如，在第二排氣冷卻器(33)中通過間接熱交換。 類似于第一排氣冷卻器(32)，第二排氣冷卻器(33)可包括，但不限于，管殼式熱交換器，螺旋纏繞熱交換器，或銅焊的鋁熱交換器。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到也可以使用其它類型的熱交換器。
間接熱交換之后，乙烯可通過流動(dòng)管路(311)回收并在一個(gè)或多個(gè) 壓縮步驟中再壓縮。例如，流動(dòng)管路(311)中的乙烯可以在乙烯預(yù)壓縮機(jī)(37)中初始?jí)嚎s，然后在乙烯壓縮機(jī)(35)中進(jìn)一步壓縮，以制造壓縮乙烯(309)。在某些實(shí)施方式中，乙烯壓縮機(jī)(35) 或乙烯預(yù)壓縮機(jī)(37)可單獨(dú)用于壓縮乙烯。在一個(gè)或多個(gè)步驟中乙烯壓縮至特定的壓力， 以達(dá)到足以將乙烯進(jìn)料入乙烯提純系統(tǒng)或聚合反應(yīng)器的壓力。
壓縮之前，讓流動(dòng)管路(311)中的膨脹乙烯進(jìn)行額外的冷卻工作，用其冷卻膨脹前的高壓乙烯預(yù)冷器(30)中的高壓乙烯(301)。
壓縮之后，可以冷卻乙烯以移除至少一部分在一個(gè)或多個(gè)乙烯壓縮步驟中生成的壓縮熱量。例如，壓縮機(jī)之后的冷卻器(36)可冷卻乙烯預(yù)壓縮機(jī)(37)下游的壓縮乙烯。在另一個(gè)實(shí)施方式中，未顯示，壓縮機(jī)之后的冷卻器(36)可位于乙烯壓縮機(jī)(35)下游，以移除乙烯壓縮熱量。在其它實(shí)施方式中，壓縮步驟之后可使用串聯(lián)的兩個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)之后的冷卻器。
現(xiàn)在參考圖2和3兩者，可以在高壓乙烯預(yù)冷器(20，30)中使用非致冷的傳熱介質(zhì)，例如水或空氣，或使用機(jī)械致冷來冷卻高壓乙烯(201，301)。在某些實(shí)施方式中，高壓乙烯(301)可以使用膨脹乙烯(311)冷卻，其在與排氣的間接熱交換之后具有中間溫度。
第一排氣冷卻器(22，32)或第二排氣冷卻器(23，33)可單獨(dú)地選自管殼式熱交換器，銅焊的鋁熱交換器，和螺旋纏繞熱交換器。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到也可以使用其它類型的熱交換器來冷卻排氣。
在某些實(shí)施方式中，聚合排氣(205,305)可以在第一排氣冷卻器(22,32)和第二排氣冷卻器(23，33)的至少一個(gè)中冷卻和部分冷凝，以制造兩相混合物(213，313)。兩相混合物(213，313)的氣相可包括不可冷凝的組分和惰性氣體，例如氮?dú)夂蜌鍤?，而兩相混合?213，313)的液相可包括液態(tài)烴。兩相混合物(213，313)可以在第一分離器容器(24，34) 中分離成第一輕氣(215，315)和第一冷凝物(217，317)。
如對(duì)于以上圖1的實(shí)施方式所述，相比于聚合排氣(205，206)，第一輕氣(215.315)可具有降低的烴含量。第一輕氣(215)也可以用于在排氣冷卻器中通過間接熱交換而冷卻聚合排氣。在某些實(shí)施方式中，第一輕氣(215和315)可包含殘留的烴，例如， 乙烯單體?？梢酝ㄟ^由流動(dòng)管路(219，319)排放到火炬或循環(huán)至用于進(jìn)一步處理的排氣回收系統(tǒng)來處理包含大量殘留烴的第一輕氣(215和315)。在其它實(shí)施方式中，第一輕氣(215.315)可基本不包含殘留的C4或較重的烴。第一輕氣(215，315)，當(dāng)具有充分降低的重?zé)N含量時(shí)，可作為凈化介質(zhì)(221，321)再循環(huán)至聚合凈化器。
采用壓縮的第二排氣回收的概述
可以通過將聚合排氣壓縮以冷凝至少一部分烴來回收排氣。作為壓縮的結(jié)果，聚合排氣壓力的增加提高了排氣中烴組分例如乙烯單體的露點(diǎn)。因此，壓縮的聚合排氣中的烴組分可以在較高溫度下冷凝，由此降低了冷卻要求。在某些實(shí)施方式中，相比于只冷卻不壓縮，將壓縮和冷卻結(jié)合也可以增加聚合排氣中某些低沸點(diǎn)烴例如乙烯單體的總體回收。
采用壓縮和非致冷冷卻的聚合排氣回收可以與乙烯致冷串聯(lián)進(jìn)行，以獲得額外的排氣回收。例如，聚合排氣可以首先經(jīng)過壓縮和在較高溫度下的初始冷凝，然后由致冷乙烯冷卻，以便在較低溫度下增進(jìn)地冷凝額外的烴。
現(xiàn)在參考圖4，說明了用于從聚合排氣中回收烴的方法，包括將聚合排氣壓縮和冷卻，以提高烴的回收。
聚合排氣(405)可以在第二排氣回收系統(tǒng)(49)中壓縮和用非致冷的傳熱介質(zhì)冷卻，以冷凝至少一部分排氣中包含的烴。壓·縮和冷卻之后，可以分離和回收第二輕氣(419) 和第二冷凝物(421)。第二輕氣(419)可送至第一排氣回收系統(tǒng)(46)，類似于上述圖1所述，以進(jìn)一步分離和回收烴。第二冷凝物(421)可以與第一冷凝物(411)結(jié)合并送至乙烯聚合反應(yīng)器。
第二輕氣(419)可以通過在第一排氣回收系統(tǒng)(46)中與膨脹乙烯(409)間接熱交換來冷卻。膨脹乙烯(409)可來自已經(jīng)在乙烯膨脹系統(tǒng)(44)中膨脹而降低至較低壓力的高壓乙烯(407)。在第一排氣回收系統(tǒng)(46)中冷卻之后，第二輕氣(419)可以被分離成第一冷凝物(411)和第一輕氣(413)。與聚合排氣間接熱交換之后，膨脹乙烯可以通過流動(dòng)管路(415)回收?？梢栽谝蚁┰賶嚎s系統(tǒng)(48)中將流動(dòng)管路(415)中的膨脹乙烯壓縮以制造壓縮乙烯(417)。
壓縮和冷卻
圖5中說明了圖4中的第二排氣回收系統(tǒng)(49)的一個(gè)例子。圖5說明了用于壓縮,冷卻和分離聚合排氣(505)以制造第二輕氣(519)和第二冷凝物(521)的方法。
聚合排氣(505)可以在預(yù)冷器(50)中冷卻以冷凝任意液體。在將吸取氣(509) 進(jìn)料至排氣壓縮機(jī)(54)之前，可以在吸取鼓(52)中將任意冷凝的吸取液(507)與吸取氣 (509)分離。壓縮的排氣(511)可以在后冷卻器(56)中冷卻以冷凝任意排放液體。排放液體可以在排放鼓(58)中分離成第二冷凝物(521)和第二輕氣(519)。吸取液(507)可以和排放液體(521)結(jié)合，和聯(lián)合物流可以送至聚合。第二輕氣(519)可送至第一排氣回收系統(tǒng)。
機(jī)械致冷
在某些實(shí)施方式中，相比于單獨(dú)采用壓縮，可以使用機(jī)械致冷來冷卻聚合排氣，以冷凝和移除聚合排氣中較高比率的烴。機(jī)械致冷可以通過乙烯膨脹和再壓縮在乙烯致冷的上游進(jìn)行。
機(jī)械致冷可以使用壓縮致冷系統(tǒng)，以向排氣回收區(qū)提供冷卻劑，例如急冷的鹽水或二醇混合物。機(jī)械致冷裝置(MRU)可以實(shí)現(xiàn)最終聚合排氣冷凝溫度低至約-10°C 至-20°C，和因此相比于非致冷冷卻介質(zhì)例如水和空氣，其有助于較高的烴回收。
乙烯致冷的優(yōu)點(diǎn)
雖然在最終冷凝溫度低至_20°C (-4° F)下的機(jī)械致冷可改善從聚合排氣中回收烴，本領(lǐng)域仍需要進(jìn)一步改善。
研究表明在目前能源價(jià)格升高的市場中，即使在約-40°C至_60°C (-40° F 至-76° F)的較低溫度下冷卻聚合排氣，也是經(jīng)濟(jì)可行的，以便進(jìn)一步通過冷凝回收液態(tài)烴。
MRU可以在該低溫下為排氣回收提供致冷劑；然而對(duì)于許多操作者而言其成本過高。例如，需要昂貴的壓縮機(jī)，和實(shí)現(xiàn)從約-10°C (14° F)增量冷卻降低至-40°c至-60°c 所需要消耗的電力將增加約2-3倍。機(jī)械致冷還需要使用特別的傳熱流體作為壓縮氣體， 例如鹵代-氟代烴，和作為致冷介質(zhì)，例如鹽水或二醇。加入新的化學(xué)物質(zhì)需要在處理裝置和設(shè)施方面花費(fèi)昂貴的投資。此外，某些機(jī)械致冷所需的特定的傳熱 流體，例如鹵代-氟代烴，可能是危險(xiǎn)和有毒的。
使用乙烯膨脹和再壓縮為本申請(qǐng)所公開的實(shí)施方式的聚合排氣回收提供致冷的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加了烴，例如乙烯單體的回收，其可以在聚合方法中再利用，從而降低乙烯原料的成本。
使用乙烯膨脹和再壓縮為聚合排氣回收提供致冷的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是降低了因?yàn)榫酆吓艢庵形椿厥盏臍埩魺N燃燒而產(chǎn)生的環(huán)境燃燒排放。除了降低排氣中包含的烴的燃燒外，還要求較少的輔助氣體例如天然氣，以有利于在火炬處烯烴單體的無煙燃燒。
使用乙烯膨脹和再壓縮為聚合排氣回收提供致冷的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠再利用在較重的烴從聚合排氣中移除之后形成的殘留輕氣。包含惰性氣體例如氮?dú)夂蜌鍤猓推渌p氣例如氫，乙烯和乙烷的殘留輕氣可作為用于聚合物凈化器的凈化介質(zhì)再循環(huán)，由此降低原始凈化介質(zhì)的使用，例如氮?dú)獾氖褂?，并且降低環(huán)境燃燒。
使用乙烯膨脹和再壓縮為聚合排氣回收提供致冷的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是高壓乙烯源可以現(xiàn)場獲得，因此相比于機(jī)械致冷，需要的資金投資少得多。此外，不需要致冷劑冷凝器，并且壓縮的熱量減少了乙烯提純系統(tǒng)上游的高壓乙烯加熱器的蒸汽負(fù)荷。
使用乙烯致冷的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)場可以使用較少的化學(xué)物質(zhì)，例如傳熱流體，來幫助聚合排氣的致冷。在某些實(shí)施方式中，聚合排氣致冷可以完全不需要使用額外的化學(xué)物質(zhì)。
聚合排氣回收使用乙烯致冷的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是改善致冷傳熱效率。例如，可以實(shí)現(xiàn)提升的傳熱效率，這是因?yàn)橐蚁┲吕鋭┡c聚合排氣可具有相似的組成，因而具有相似的傳熱性能。作為結(jié)果，從聚合排氣中回收相同數(shù)量的烴所需的致冷劑體積較少，因此降低了加工設(shè)備和管路的尺寸和成本，并減少了乙烯壓縮成本。
乙烯致冷劑的體積，和相應(yīng)的設(shè)備和管路尺寸和乙烯壓縮的成本，可通過將乙烯致冷和聚合排氣的壓縮和冷卻結(jié)合而進(jìn)一步降低。例如，如圖4所示，可以在一個(gè)步驟中使用非低溫的或機(jī)械致冷來初始?jí)嚎s和冷卻聚合排氣，然后在其它步驟中使用乙烯致冷來冷卻。首先，初始?jí)嚎s可降低聚合排氣的體積流量，從而降低了管路和加工設(shè)備的成本。其次，使用非低溫的或機(jī)械冷卻冷凝和回收烴可進(jìn)一步降低聚合排氣的體積流量和增加下游乙烯致冷回收系統(tǒng)中將要回收的烴的數(shù)量。
將乙烯膨脹和再壓縮致冷與現(xiàn)有聚合排氣壓縮和冷卻系統(tǒng)串聯(lián)使用的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過將新的乙烯壓縮與現(xiàn)有的排氣回收壓縮結(jié)合可能降低設(shè)備的資金成本。例如，可以向現(xiàn)有的排氣回收壓 縮機(jī)加入一個(gè)或多個(gè)乙烯再壓縮柱，因而避免了額外的發(fā)動(dòng)機(jī)和基礎(chǔ)成本。
雖然本說明書包括有限數(shù)目的實(shí)施方式，從本說明書受益的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解可以提出不背離本發(fā)明范圍的其它實(shí)施方式。相應(yīng)地，該范圍應(yīng)僅受限于附加的權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種從聚合排氣中回收烴的方法，該方法包括(a)將乙烯物流的壓力從大于或等于3.4MPa的壓力降低至低于或等于約1. 4MPa的壓力，以形成減壓的乙烯物流；(b)通過與減壓的乙烯物流熱交換將包含單體的排氣冷卻，以形成包含至少一部分夾帶在第一輕氣中的單體的第一冷凝物；(C)回收第一冷凝物和第一輕氣；(d)將第一冷凝物與第一輕氣分離；(e)將減壓的乙烯物流壓縮至大于或等于2.4MPa的壓力；(f)使壓縮的乙烯物流通到聚合反應(yīng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中乙烯物流的壓力降低至約O.9MPa或更低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中乙烯物流的壓力降低至約O.2MPa或更低。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括在步驟(a)之前將乙烯物流冷卻至約 10 °C或更低的溫度。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括將壓縮的乙烯物流冷卻至約10°C或更低的溫度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括通過與步驟(b)生成的減壓乙烯物流和/或來自步驟(d)的第一輕氣熱交換來冷卻聚合排氣。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括將至少一部分第一輕氣通到聚合物凈化器。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括壓縮聚合排氣；將壓縮的聚合排氣冷卻以形成夾帶在第二輕氣中的第二冷凝物；回收包含第二輕氣和第二冷凝物的兩相混合物；分離第二輕氣和第二冷凝物；將第二輕氣作為排氣進(jìn)料以冷卻排氣；回收第二冷凝物；將第一和第二冷凝物結(jié)合；和將結(jié)合的冷凝物進(jìn)料入聚合反應(yīng)器。
9.用于從聚合排氣中回收烴的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括乙烯膨脹器；與乙烯膨脹器流體相連的第一排氣回收系統(tǒng)，包括與排氣管線和乙烯膨脹器流體相連的熱交換器，其配置用于在進(jìn)入的排氣和從乙烯膨脹器出來的乙烯之間提供熱交換，由此將來自乙烯膨脹器的進(jìn)入乙烯冷凝成包含第一輕氣中乙烯單體的第一冷凝物；與熱交換器流體相連的分離器，其入口配置成接收第一冷凝物，并用于將第一冷凝物與第一輕氣分離；和與分離器流體相連的壓縮機(jī)，其入口配置成接收從分離器出來的第一輕氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與壓縮機(jī)流體相連并且配置以將壓縮乙烯冷卻至約10°C或更低的溫度的冷卻器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的系統(tǒng)，其中第一排氣回收系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)熱交換器，其配置用于通過與減壓乙烯和/或第一輕氣的熱交換來冷卻聚合排氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中乙烯膨脹器包括膨脹渦輪和預(yù)壓縮機(jī)，其中膨脹渦輪通過驅(qū)動(dòng)軸與預(yù)壓縮機(jī)相連以提供減壓乙烯的額外壓縮。
全文摘要
提供用于從聚合方法的排氣流中回收烴的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)可包括從聚合排氣中回收烯烴單體，使用乙烯致冷以冷凝和從排氣中回收烯烴單體。在某些實(shí)施方式中，該方法和系統(tǒng)還可包括聚合排氣的壓縮和冷凝，乙烯致冷劑的再壓縮，和用于乙烯致冷的膨脹器壓縮機(jī)渦輪裝置。
文檔編號(hào)C08F6/00GK103003316SQ201180033954
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者R·L·弗塞, D·A·菲斯徹 申請(qǐng)人:尤尼威蒂恩技術(shù)有限責(zé)任公司