[发明专利]用于在烯烃聚合物生产中回收排放气的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及烯烃聚合物的生产，更具体地涉及用于在烯烃聚合物生产中回收排放气的系统和方法。

背景技术

树脂脱挥（脱除树脂中可挥发物）和排放气回收是烯烃聚合物生产工艺中的重要工序，并且在许多文献中已经进行过相关的研究。例如，在CN102171256中描述了树脂脱挥过程和方法。而在US5,391,656中公开了一种压缩冷凝的排放气回收方法。

烯烃聚合生产过程中的排放气是指从反应器、闪蒸罐、脱挥装置等排出的含有反应气体的气态流股。例如，浆液法聚乙烯生产工艺的排放气主要来自产品闪蒸罐和脱挥装置，而气相法工艺的排放气主要来自脱挥装置。根据工艺和生产牌号的不同，反应气体包含有各种烃类物质（包括单体、共聚单体、冷凝剂、溶剂、反应副产物、烷烃杂质等）、惰性气体和其它小分子等物质。惰性气体一般是氮气和饱和烃。氮气可用于平衡反应器压力或输送催化剂。饱和烃是作为杂质随反应的原料一同进入反应系统。小分子物质一般是氢气，用于调节烯烃聚合物的分子量。例如，在生产乙烯丁烯共聚的线性低密度聚乙烯（LLDPE）工艺中，反应气体含有乙烯（C₂H₄）、丁烯（n-C₄H₈）、乙烷（C₂H₆）、丁烷（n-C₄H₁₀）、氢气（H₂）、异戊烷（i-C₅H₁₂）、氮气（N₂）等物质。从反应器排出的树脂和反应气体一起被输送到树脂脱挥装置，以便脱除树脂中所夹带或溶解的烃类物质。在某些工艺中，氮气用于把固态的树脂从反应系统输送到脱挥装置，例如可见于US4,372,758。

脱挥装置的操作压力远小于反应系统。因此，在树脂进入脱挥装置的瞬间，其所夹带的大部分烃会从树脂中迅速地分离出来。树脂从脱挥装置的上部进入，以密相流自上而下地流动。树脂保持一定料位。为脱除树脂中所溶解的烃，在脱挥装置的中部和下部通入惰性气体，一般是氮气作为吹扫气体。吹扫气体主要用于进一步降低烃的分压。吹扫气体自下而上地流动，在与树脂的相互作用中起到脱除残留烃的作用。树脂脱挥的目的是保证造粒和风送等下游装置运行的安全和聚烯烃产品储存运输的安全，减少产品异味。

从脱挥装置顶部排出的气体称为排放气，它包括在脱挥装置中与树脂分离的所有反应气体以及前述的吹扫气体。显然，排放气中含有大量的烃类物质，如果不进行回收而直接放空或排放火炬系统燃烧，将会造成严重的原料浪费、经济损失以及环境污染。因此，对排放气中的烃类物质进行回收利用具有重大的意义。

排放气中烃类的含量一般较低，不能直接送回反应系统或其他工艺装置进行利用，因此通常需要采用排放气回收装置。该排放气回收装置实质上是烃和吹扫气体的分离装置，其一方面对烃类进行提浓之后将其输送回反应系统或其他工艺装置，另一方面对吹扫气体进行提浓并输送回脱挥装置供循环使用。但是，排放气的低压力以及烃类浓度低的特点给排放气的回收造成了相当的困难。

压缩冷凝法是一种传统的气体分离方法，其流程简单、处理量大，在聚烯烃排放气的回收中已得到广泛的应用。压缩冷凝法回收排放气的流程一般如下所述。首先将排放气输送到低压冷却器中。如果该冷却器的出口温度达到排放气的露点以下，则部分比较重的烃组分冷凝，排放气以气液混合物的形式进入低压冷凝罐，回收冷凝的液体。为进一步回收烃类，对未冷凝的气体由压缩机进行加压以提高排放气露点，然后由高压冷却器和高压冷凝器降温冷凝。气液混合物进入高压凝液罐进行气液分离，分离出的冷凝液与低压冷凝液均可以送回反应系统供进一步利用，而气体则排往火炬。显然，压缩冷凝法可以用于比吹扫气更重的烃类组分（可凝性烃）回收。然而如前所述，排放气中仅含有少量的可凝性烃，因此大量的不凝气被无效地压缩和冷却，从而影响了压缩冷凝方法的经济性。因此，压缩冷凝法主要有以下几个不足之处：1）排放气中可凝性烃类的含量越低，则压缩冷凝法的效率越低；2）难以回收与吹扫气体（氮气）沸点接近的C1～C3的烃类，其回收率一般不大于30%；3）未冷凝的排放气中的吹扫气体的浓度达不到脱挥的要求，因此无法循环利用而只能排放火炬系统。