[发明专利]一种聚丙烯尾气回收装置及回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚烯烃领域，具体涉及一种在聚丙烯生产过程中排放尾气中丙烯和氮气回收装置及回收方法。

背景技术

在聚丙烯生产过程中，在丙烯单体的精制、聚合反应和聚丙烯树脂脱气过程中，都会有含大量丙烯单体的尾气排出。如丙烯精制过程中从脱气塔塔顶脱出的小股轻组分物流、为了控制聚合反应过程中惰性气体含量的反应驰放气、采用氮气+蒸汽混合气从脱气仓底部送入，以脱除碳氢化合物并使残留催化剂失活而产生的脱仓尾气等。这些气体统称为聚丙烯尾气，其主要成分为氮气、丙烯和少量的丙烷、乙烷、乙烯、水等，一般丙烯的浓度在6～50％(V)左右，规模为30万吨/年的聚丙烯装置，尾气中含有的丙烯多达每年3000吨，氮气5000多吨，所以回收尾气中的烃类和氮气有着非常高的经济效益。

美国专利US Patent5769927提出了采用压缩、冷凝和膜分离集成的方法处理聚丙烯尾气的工艺方法。流程如下所述。首先将聚丙烯尾气进行增压，然后经过冷凝器将气体温度降到露点以下，一部分丙烯变成液体，分离出来；另一部分处于气相的丙烯进入到膜分离部分，利用膜优先渗透丙烯的特点，使得丙烯和氮气实现分离，得到的富丙烯气体返回到压缩冷凝部分，进一步回收丙烯。该过程可以实现丙烯和氮气的回收利用，但是由于膜的富丙烯气体返回到压缩冷凝部分，造成循环后的压缩和冷凝的气量为初始排放气量的1.5～3倍，使得压缩和制冷设备的投资和能耗都显著增加，降低了该过程的经济性。

中国专利CN101357291B公开了，采用在常温常压下吸附得到高纯度产品氮气，在负压下脱附，再将脱附气压缩冷凝，得到高纯度的产品丙烯液体。但是该方法需要采用真空泵对吸附塔进行解析，至少需要两台压缩机分别对回收的烃类气体和氮气进行增压，动设备多，操作复杂，真空解析过程容易造成空气渗入回收系统，存在安全隐患，当排放气中含有一定浓度的氢气时，吸附过程不能实现氮气的氢气的分离，造成氮气不能循环利用，只能排放到火炬，造成资源浪费，以及环境污染，同时设备的占地面积大。

发明内容

鉴于现有技术所存在的上述问题，本发明旨在提供一种丙烯回收率高、氮气可以重复利用的过程简单、能耗低、投资少、占地面积小的聚丙烯尾气回收装置及方法。

本发明目的是提供一种聚丙烯尾气回收装置，所述装置包括：

压缩单元，包括至少一个压缩机、一个换热器和一个气液分离器。用于提高聚丙烯尾气的压力，满足膨胀制冷、深冷分离以及膜分离的操作压力要求，同时将压缩后的气体冷却到常温，并在气液分离器中分离冷凝出来的高沸点液体，得到凝液流和常温的压缩气流。

干燥单元，包括至少两个吸附塔，塔内装有干燥剂，用于处理从压缩单元输出的常温压缩气体，脱除气体中的水分，得到干燥的气流。

膜分离单元，包括膜分离器和氢气分离膜，用于处理从干燥单元输出的气流，分离出气体中的氢气，得到贫氢气流。

深冷分离单元：包括至少一个高效多通道换热器、至少一个低温气液分离器、至少一个气体膨胀设备和至少一个液体膨胀设备。所述膜分离器出口依次连接高效多通道换热器的热介质通道C-C、低温气液分离器入口；低温气液分离器底部出口依次连接液体膨胀设备、高效多通道换热器的冷介质通道D-D、管路k；低温气液分离器顶部出口依次连接高效多通道换热器的冷介质通道A-A、气体膨胀设备，高效多通道换热器的冷介质通道B-B、管路o；用于处理从膜分离单元输出的贫氢气流，通过膨胀制冷、多流体的换热，将气体的温度进一步降低，实现丙烯的液化，经过气液分离，得到回收的丙烯物流和氮气物流。

进一步地，在上述技术方案中，干燥单元中，所述干燥剂选自活性氧化铝、硅胶、分子筛。

进一步地，在上述技术方案中，所述的氢气分离膜是指相对于烃类、氮气，能够优先渗透氢气的各种分离膜，如聚酰亚胺、聚砜、聚芳酰胺、醋酸纤维、聚苯醚等高分子材料分离膜，或者是钯膜等金属膜。

进一步地，在上述技术方案中，所述的膨胀设备是指将流体的压力能转换为冷量的一种制冷设备，所述的液体膨胀设备选自节流膨胀阀。

所述的气体膨胀设备选自透平膨胀机、气波制冷机。

进一步地，在上述技术方案中，所述的高效多通道换热器是指板翅式换热器或者绕管换热器。

本发明的装置通过压缩单元、干燥单元、膜分离单元和深冷分离单元的有机组合，能够有效的回收尾气中的丙烯和氮气，丙烯的回收率在98％以上，回收的氮气纯度为97.5％以上。

本发明的另一目的是提供了一种利用所述聚丙烯尾气回收装置回收丙烯和氮气的方法，其包括如下步骤：