[发明专利]一种降低丙烷积累的膜耦合聚丙烯尾气回收工艺

说明书

本发明提供了一种降低丙烷积累的膜耦合聚丙烯尾气回收工艺，属于石油化工领域。来自聚丙烯装置反应器和脱气仓的两股尾气，通过压缩、冷凝、轻烃膜分离、精馏、脱丙烷膜分离的耦合集成工艺，在有效控制丙烷积累的同时实现极高的丙烯回收率，显著降低原料成本和运行成本。通过本发明所述包含脱丙烷膜分离单元的耦合回收工艺，循环系统的丙烷浓度可控制到10.0mol％，同时丙烯损失率不超过0.5％，每吨丙烯的回收电耗约为210度；相比于传统压缩冷凝或者轻烃膜分离工艺，聚丙烯装置的催化剂用量可减少约15.0％，反应器容积效率可提高至少10％，具有显著的优势。

技术领域

本发明涉及一种降低丙烷积累的膜耦合聚丙烯尾气回收工艺，属于石油化工领域。来自聚丙烯装置反应器和脱气仓的两股尾气，经压缩、冷凝、轻烃膜分离(碳三/氮气渗透选择性大于5)、精馏等单元操作后获得丙烷初步富集的高压碳三凝液，然后在脱丙烷(丙烯/丙烷渗透选择性大于10)膜分离单元中进一步浓缩丙烷，送往燃料管网或者其他装置。该工艺通过冷凝、轻烃膜分离、精馏以及脱丙烷膜分离等单元操作的耦合集成，可以在丙烷积累程度较低的前提下实现极高的丙烯回收率，可以显著降低聚丙烯装置的原料成本和运行成本。

背景技术

聚丙烯，是丙烯通过加聚反应获得的聚合物，是一种性能优异的热塑性合成树脂，广泛应用于服装、毛毯等纤维制品，也普遍用于医疗器械、汽车、自行车、零件、输送管道以及化工容器等产品，除此之外，还大量用于食品、药品包装等场合。

根据中华人民共和国制定的国家标准《聚合级丙烯GB/T7716-2014》，聚合级丙烯的合格品要求丙烯含量不低于98.6％，一等品要求丙烯含量不低于99.2％，而优等品则要求丙烯含量不低于99.6％。聚合级丙烯中最主要的杂质是丙烷，其他杂质(乙烯、乙烷、丙炔、丙二烯、丁烯等轻烃组分，氧气、二氧化碳、甲醇和水等)的总含量远低于丙烷。综上，聚丙烯生产过程中使用的原料基本可以假设为丙烯和丙烷的二元混合物。

表1某石化企业气相法聚丙烯工艺中反应器排放尾气的组成

随着丙烯单体通过加聚反应形成聚丙烯材料，聚合反应器及其附属的循环系统中的丙烷不断积累，这将导致丙烯分压下降，进而导致催化剂表观活性下降、聚合反应器有效容积减小以及系统反应压力升高等一系列问题。为了保证聚合反应器的生产能力，同时提高催化剂的利用率，降低聚丙烯材料的生产成本，聚合反应器中的丙烷浓度必须通过排放的方式严格控制。在正常生产工况下，丙烷在聚合反应器的循环气中的摩尔分数控制在15％以下，因而排放的尾气中含有大量的丙烯。在表1中给出了国内某石化企业气相法聚丙烯工艺中聚合反应器排放尾气的摩尔组成(是否含氢气和乙烯取决于聚丙烯的类型)。尽管聚合类型的差异将导致组成有所变化，但反应器排放尾气中丙烯的含量都超过了80.0mol％。

表2某石化企业气相法聚丙烯工艺中脱气仓排放尾气的组成

聚合反应器获得的聚丙烯粉料在气力输送下进入脱气仓。聚丙烯粉料中轻烃气体(乙烯、丙烯、丙烷以及碳六)的总质量分数约为1.50wt％。为了保证造粒后的聚丙烯产品中轻烃的质量分数小于0.05wt％，通常在脱气仓中自下而上通入热氮气来深度脱除聚丙烯粉料吸附的轻烃气体。在脱气仓排放的尾气中，氮气含量一般在75mol％左右，丙烯含量一般在20mol％左右，其他组分主要是丙烷、碳六以及乙烯(是否含乙烯取决于聚丙烯的类型)。脱气仓排放尾气的具体组成见表2。由于气体在聚丙烯粉料中的吸附程度与冷凝温度呈正相关性(冷凝温度越高，被吸附能力越强)，且粉料中的催化剂对丙烯有较强的选择性吸附作用，脱气仓排放尾气中氢气和乙烯的含量非常低，同时丙烯对丙烷的相对含量高于反应器排放尾气。