用于處理凈化流的裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2015年5月27日提交的美國(guó)申請(qǐng)序號(hào)14 / 772, 738和2014年9月 15日提交的美國(guó)申請(qǐng)序號(hào)14 / 486, 382的優(yōu)先權(quán)，其被作為美國(guó)專利號(hào)9, 073, 808于2015 年7月7日公布，其公開(kāi)被整體地通過(guò)引用結(jié)合到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本實(shí)用新型涉及一種用于在聚烯烴制造工藝中回收烯烴的工藝。更具體地，本實(shí) 用新型涉及使用氣體分離膜來(lái)處理凈化箱（purgebin)出口（vent)流以便回收未反應(yīng)的稀 烴并選擇性地凈化來(lái)自聚合工藝的烷烴。
【背景技術(shù)】
[0004] 聚乙烯（PE)和聚丙烯（PP)是世界上需求最多的兩種聚合物。這些聚合物一起組 成了全世界所生產(chǎn)塑料的一半體積。
[0005] 工藝在聚烯烴生產(chǎn)期間，烯烴原料的一小部分在經(jīng)過(guò)原材料提純、化學(xué)反應(yīng)以及 產(chǎn)物提純及整理時(shí)損失。具體地，與烯烴原料一起進(jìn)入的烷烴必須被移除以防止其在反應(yīng) 環(huán)路中的建立，并且當(dāng)這一烷烴在從環(huán)路中凈化時(shí)，烯烴損失。對(duì)于典型的聚烯烴工廠，這 導(dǎo)致了每年1百萬(wàn)美元至3百萬(wàn)美元的年度損失。對(duì)于一種更加高效的防止原料中烯烴單 體損失的方法的發(fā)展在石油化學(xué)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)已經(jīng)是持續(xù)進(jìn)行的工藝。
[0006] 在聚烯烴制造中，包含烯烴單體、催化劑和其它作用劑的原料被引入到高壓聚合 反應(yīng)器中。在反應(yīng)期間生產(chǎn)初級(jí)的聚合物產(chǎn)物。初級(jí)產(chǎn)物包含聚烯烴、大量的未反應(yīng)烯烴 以及小量的溶劑、催化劑、穩(wěn)定劑、其它烴或者任何其它材料，這取決于所使用的制造工藝。 為了移除在初級(jí)產(chǎn)物中所溶劑的易揮發(fā)的污染物，其被傳遞至大的箱體，在那里使用氮來(lái) 將他們凈化離開(kāi)。來(lái)自這個(gè)步驟的排出氣體包含氮、未反應(yīng)的烯烴單體、與烯烴原料一起進(jìn) 入的不期望的相似烷烴和其它特定工藝材料。在過(guò)去，這些排出氣體被發(fā)送用于燃燒，帶來(lái) 了未反應(yīng)的烯烴的廢料。
[0007] 已經(jīng)提出了用于緩解排出流中的未反應(yīng)烯烴的損失的各種工藝和技術(shù)。
[0008] 授予Dembicki等人（Dow化學(xué)公司）的美國(guó)專利號(hào)4, 623, 704公開(kāi)了一種用于用 膜來(lái)處理聚合排出氣體的工藝。該排出流被壓縮且然后被冷卻并冷凝。冷卻的氣體和液體 被發(fā)送到液體/氣體分離器。在分離之后，氣流被發(fā)送通過(guò)一系列的膜分離步驟，其產(chǎn)生富 含乙烯的滲透流?；厥找蚁┍辉傺h(huán)到聚合工藝。
[0009] 授予Wijmans(Membrane技術(shù)研究公司）的共用所有美國(guó)專利號(hào)5, 089, 033和 5, 199, 962公開(kāi)了用于在否則將被排放到大氣中的氣流中回收可冷凝組分的工藝。該工藝 涉及到冷凝步驟和膜分離步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，氣流被壓縮并冷卻以執(zhí)行冷凝步驟。然 后跨對(duì)于可冷凝組分而言選擇性地可滲透的膜傳遞未冷凝氣體。
[0010] 授予Baker等人（MembraneTechnologyandResearch公司）的共同所有美國(guó)專 利號(hào)6, 271，319公開(kāi)了一種用于使用對(duì)于丙烯而言可滲透超過(guò)丙烷的氣體分離膜來(lái)處理 未凝結(jié)氣流的工藝。富含烯烴的滲透流被收回并再循環(huán)到反應(yīng)器進(jìn)口。
[0011] 這些專利及其它現(xiàn)有技術(shù)主要集中于使得氣流冷凝并從由冷凝步驟產(chǎn)生的結(jié)果 得到的未冷凝氣體回收未反應(yīng)烯烴。然而，很少對(duì)從冷凝液體流回收未反應(yīng)烯烴進(jìn)行講授。
[0012] 授予Gottschlich等人（MembraneTechnologyandResearch公司）的共同所有 美國(guó)專利號(hào)5, 769, 927公開(kāi)了一種用于處理來(lái)自聚合物制造操作的凈化排出流的工藝。該 凈化排出流包含未反應(yīng)烯烴單體和氮。最初在冷凝步驟中處理該凈化排出流。然后將未冷 凝氣體傳遞至膜分離步驟，在那里，膜是有機(jī)物選擇性的，意味著膜對(duì)未反應(yīng)單體的選擇性 超過(guò)其它氣體。液體冷凝物被指引到閃發(fā)步驟。該閃發(fā)步驟產(chǎn)生富含單體的液體產(chǎn)物流和 在工藝中被再循環(huán)的閃發(fā)氣體。
[0013] 工藝盡管已知的是，來(lái)自未冷凝氣流(例如在美國(guó)專利號(hào)6, 271，319中所公開(kāi)的 那樣）的膜分離的滲透流富含烯烴，冷凝液體流還是包含不期望的污染物，例如烷烴和溶劑 氮。由此保留了進(jìn)一步處理凈化箱出口流以回收未反應(yīng)的烯烴的需求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0014] 因此，本實(shí)用新型涉及一種用于處理來(lái)自多烯烴制造操作的凈化流以回收烯烴的 裝置。工藝在處理期間，凈化流被冷凝并分離，產(chǎn)生液體冷凝物流和未冷凝氣流。這兩個(gè)流 都包含未反應(yīng)的烯烴以及其它組分，諸如烷烴、氮和輕氣體。為了回收未反應(yīng)烯烴，用膜分 離單元來(lái)處理兩個(gè)流。從處理未冷凝氣流，回收的烯烴被再循環(huán)回到壓縮機(jī)。來(lái)自處理液 體冷凝物的回收未反應(yīng)烯烴可在再循環(huán)環(huán)路中被發(fā)送至聚合反應(yīng)器以便用作原料。
[0015] 因此，在基本實(shí)施例中，本實(shí)用新型的裝置包括以下部件：
[0016] (a)壓縮機(jī)，其具有凈化氣體進(jìn)口和壓縮氣體出口；
[0017] (b)冷凝器，其具有壓縮氣體進(jìn)口和冷卻氣體出口，其中，所述壓縮機(jī)的所述壓縮 氣體出口與所述壓縮氣體進(jìn)口處于氣體連通；
[0018] (c)相分離器，其具有冷卻氣體進(jìn)口、未冷凝氣體出口以及冷凝流出口，其中，所述 冷凝器的所述冷卻氣體出口與所述冷卻氣體進(jìn)口處于流體連通；
[0019] (d)第一膜分離單元，其具有第一供給進(jìn)口、第一殘余物出口以及第一滲透出口， 其中，所述冷凝流出口與所述第一供給進(jìn)口處于流體連通；以及
[0020] (e)第二膜分離單元，其具有第二供給進(jìn)口、第二殘余物出口以及第二滲透出口， 其中，所述未冷凝氣體出口與所述第二供給進(jìn)口處于氣體連通，并且其中，所述第二滲透出 口與所述壓縮機(jī)的所述凈化氣體進(jìn)口處于氣體連通。
[0021] 凈化流至少包括烯烴、類似烷烴以及氮。在某些實(shí)施例中，烯烴是乙烯或丙烯。在 其它實(shí)施例中，烯烴是丁烯。凈化流還可包括包括有水蒸氣、甲烷、氮和氫的其它輕氣體。凈 化流還可包括烯烴和類似烷烴的多個(gè)集合，例如乙烷/乙烯和丙烷/丙烯。
[0022] 在裝置中使用壓縮機(jī)和冷凝器的目標(biāo)是將凈化流帶到超過(guò)要回收的烯烴的露點(diǎn) 的壓力/溫度條件，使得烯烴的一部分將從氣流冷凝下來(lái)。壓縮流的分離產(chǎn)生液體冷凝物 和未冷凝(殘余）氣流。冷凝物富含烯烴和烷烴，并且未冷凝氣流相對(duì)于凈化流而言貧烯烴 和烷烴。
[0023] 冷凝通常涉及到冷凍和壓縮。將氣體壓縮提高露點(diǎn)溫度，因此壓縮和冷凍的組合 一般地是優(yōu)選的。然而偶爾，凈化工藝或者其它上游處理可以使得凈化流已經(jīng)出于高壓。在 這種情形中，僅僅冷卻就足以引起冷凝，并且可以提供有壓縮機(jī)。
[0024] 通過(guò)第一膜分離單元處理來(lái)自相分離器的液體冷凝物，其可以在全蒸發(fā)或蒸氣透 過(guò)條件下執(zhí)行。此步驟中的膜對(duì)烯烴的選擇性超過(guò)烷烴。第一膜分離單元因此產(chǎn)生富含烯 烴的第一滲透流和貧烯烴的第一殘余物流，但富含烷烴。
[0025] 在某些實(shí)施例中，富烯烴的第一滲透流被作為冷卻劑流在被發(fā)送至聚合反應(yīng)器之 前被指引到冷凝鏈。
[0026] 供在第一單元中使用的膜可包括適合于相比于烷烴而言優(yōu)先地滲透烯烴的任何 材料。優(yōu)選地第一膜分離單元是無(wú)機(jī)膜。在某些實(shí)施例中，膜優(yōu)選地顯示出至少400gpu 的烯烴滲透率。
[0027] 本文描述的膜單元可采取單個(gè)膜分離操作或多個(gè)子操作的形式，取決于原料組 成、膜性質(zhì)以及期望結(jié)果。
[0028] 來(lái)自相分離器的未冷凝氣流被作為原料流傳遞并在第二膜分離單元中被處理。第 二膜對(duì)于烯烴而言選擇性地可滲透超過(guò)其它氣體。富烯烴的第二滲透流和貧烯烴的殘余物 流被從膜收回。在一些實(shí)施例中，第二分離單元是無(wú)機(jī)膜，其對(duì)于烯烴的選擇性超過(guò)烷烴。 在其它實(shí)施例中，第二膜分離單元是聚合物膜，其對(duì)烯烴和烷烴的選擇性超過(guò)第三氣體。對(duì) 于后者的情形，殘余物流的氮純度是足夠的以便在凈化箱中被重新利用。
[0029] 來(lái)自第二膜分離單元的第二滲透流可能被回收到壓縮機(jī)。
[0030] 在另一實(shí)施例中，可使用上述裝置來(lái)進(jìn)一步分離未冷凝氣流。第二貧烯烴殘余物 流被傳遞通過(guò)附加膜分離單元以產(chǎn)生第三富含烯烴滲透物流以及貧烯烴但富含氮的第三 殘余物流。在此步驟中使用的膜可以是適合于選擇性地滲透c2+烴超過(guò)其它氣體的任何材 料，但優(yōu)選為聚合物膜。滲透物流典型地被燃燒，而在殘余物流中的氮可能再循環(huán)，以便在 凈化箱中使用。因此，在某些實(shí)施例中，裝置包括上面的（a)至（e)，并包括：
[0031 ] (f)第三膜分離單元，其具有第三供給進(jìn)口、第三殘余物出口以及第三滲透出口， 其中，所述第二殘余物出口與所述第三供給進(jìn)口處于氣體連通。
[0032] 在某些實(shí)施例中，還可使用上述裝置通過(guò)結(jié)合以下膜分離單元來(lái)進(jìn)一步處理液體 冷凝物流。來(lái)自第一膜分離單元的第一貧烯烴殘余物被傳遞通過(guò)附加膜分離步驟以產(chǎn)生第 四富烯烴滲透流和第四貧烷烴殘余物流。然后可使第四富烯烴滲透流再循環(huán)回到壓縮機(jī)。 因此，在某些實(shí)施例中，裝置包括上面的（a)至（f)，并包括：
[0033] (g)第四膜分離單元，其具有第四供給進(jìn)口、第四殘余物出口以及第四滲透出口， 其中，所述第一殘余物出口與所述第四供給進(jìn)口處于氣體連通，并且其中，所述第四滲透出 口與所述壓縮機(jī)的所述凈化氣體進(jìn)口處于氣體連通。
[0034] 在某些實(shí)施例中，第四膜分離單元是無(wú)機(jī)膜并且對(duì)烯烴的選擇性超過(guò)烷烴。
[0035] 在一些實(shí)施例中，如果第一膜分離單元將在汽相中執(zhí)行，則必須首先將冷凝物流 汽化，諸如通過(guò)增加溫度或減小壓力。因此在這個(gè)特定實(shí)施例中，汽化器單元位于所述相分 離器與所述第一膜分離單元之間，所述汽化器單元具有冷凝流進(jìn)口和汽化氣體出口，其中， 所述冷凝流進(jìn)口與所述相分離器的所述冷凝流出口處于流體