专利名称：在聚乙烯排气回收中用于低温致冷的乙烯膨胀的制作方法
在聚乙烯排气回收中用于低温致冷的乙烯膨胀技术领域
本申请公开了一种使用乙烯致冷系统的聚烯烃排气回收。本申请还描述了在聚乙烯工艺排气回收中使用乙烯膨胀法来低温致冷的方法和系统。
背景技术：
烯烃，例如乙烯，可以通过将其在聚合条件下与催化剂接触进行聚合，制备颗粒状聚合物。制备的颗粒状聚合物通常包含残留的气态或液态的烯烃和烷烃以及其它烃。由于多种原因，例如最终产品的质量控制和安全原因，这些烃应该从颗粒状树脂中除去。此外， 需要正确的处理这些烃，以符合与烃的排放相关的环境标准。
有很多用于从聚合物中除去挥发性烃的技术。例如，US专利Nos. 4197399， 3594356和3450183公开了使用圆柱形(或直筒形)容器作为净化器，称作聚合物净化器， 或产品净化器。US专利No. 4372758公开了从固态烯烃聚合物中除去烃例如烯烃的脱气或净化方法。净化方法通常包括将固态聚合物(例如颗粒状)传送至聚合物净化器并在净化器中将聚合物与逆流的惰性净化气物流接触以除去从聚合物释放的任何烃的蒸气。氮气最常用作惰性净化气体。但是，还可以使用轻烃富集气以在第一阶段除去较重的烃，然后在第二阶段使用惰性气体进行相对容易的工作即除去第一阶段之后残留在树脂中及周围的轻烃。
典型地使用排气回收系统从净化容器排出的混合的烃和惰性净化气物流中回收烃，例如烯烃单体。现有的在聚合法的排气中回收烃的方法包括(a)用水或空气的至少一种压缩和冷凝，机械致冷，和乙烯膨胀，以冷却至约-10°C ;和(b)通过压力回转吸收(PSA) 或膜分离。在现有的气相聚乙烯装置中，选项(a)是最常规使用的，但是也可以使用选项 (a)和选项(b)的结合。
在压缩和冷凝系统中，例如US专利No. 5391656中所述，在一系列步骤中处理包含惰 性气体例如氮气，和烯烃单体的聚合物净化器排气物流，其包括(a)冷却至聚合排气的一部分冷凝；(b)从剩余的非冷凝的轻气中分离冷凝的液体；和(c)压缩非冷凝的轻气； (d)冷却压缩物流以促进进一步冷凝；(e)从剩余的非冷凝的轻气中进一步分离冷凝的液体；和(f)回收包含烯烃单体的冷凝液体。
常规的使用环境空气或水冷却的压缩和冷却排气回收系统可回收包含在排气中的较重的烃，例如丁烯，异戊烷，己烯，己烷，和其它重烷烃和烯烃。但是，烃回收的数量受限于实践中环境冷却介质供应温度的限制。因此，常规的排气回收系统典型地仅回收最高50% 的排放的乙烯单体，导致损失有价值的烃和增加可燃性。
而且，冷凝液体分离之后聚合排气中残留的惰性气体，例如氮气，可能仍包含大量较重的烃，阻碍了其再次用作树脂干燥或净化气体。为了达到较高的乙烯回收率和获得较高质量的回收气体，还需要更好的方法。
致冷系统，包括机械致冷和烯烃膨胀，也可以在聚合排气分离中用于冷却。致冷法比常规的环境冷却法具有某些优势。例如，致冷系统能获得低于o°c的最终冷凝温度，因此在从聚合排气中除去烃时更有效。
机械致冷使用压缩致冷系统，向排气回收区提供冷却剂，例如急冷的盐水或二醇混合物。机械致冷装置(MRU)典型地获得低至-10°C至_20°C的最终聚合排气冷凝温度，因此有利于通过冷凝进行额外的液体烃回收。但是，MRU需要高设备成本和装置操作成本，这是因为增加的电力使用和致冷剂的使用。此外，MRU可能需要在现场引入新的和潜在的毒性化学物质，例如卤代-氟代烃，以使盐水或二醇压缩致冷，这是不希望的。
烯烃膨胀也可以用于排气回收，其中通过高压烯烃的部分膨胀实现包含非冷凝惰性气体例如氮气的聚合排气中的烃的冷凝。US专利No. 5391656公开了该“自由致冷”的方法，其中乙烯部分膨胀，从高压例如约800-1000psig至供应聚合装置上游的乙烯净化系统所需的较低压力，例如约350-400psig的压力。类似于典型的MRU操作，乙烯的部分膨胀通常可获得-10°C至-20°C的最终冷凝温度，足以冷凝处理的排气中包含的高百分比的乙烯单体。但是，非冷凝的排气中仍残留大量的乙烯。
因此，仍然需要改进的从聚合排气中分离烃的方法和设备，其将(a)回收和再利用更多的有价值的烯烃单体；(b)降低未回收的烃的可燃性；和(C)允许再次使用包含惰性气体例如氮气的排气作为用于聚合物净化器的净化介质。
发明概述
本申请公开了一种从聚合排气中回收烃的方法。该方法包括(a)将乙烯物流的压力从大于或等于3. 4MPa的压力降低至低于或等于约1. 4MPa的压力，以形成减压的乙烯物流；(b)通过与减压的乙烯物流热交换将包含单体的排气冷却，以形成包含至少一部分夹带在第一轻气中 的单体的第一冷凝物；(C)回收第一冷凝物和第一轻气；(d)将第一冷凝物与第一轻气分离；(e)将减压的乙烯物流压缩至大于或等于2. 4MPa的压力；和(f)使压缩的乙烯物流通到聚合反应器。
本申请还公开了用于从聚合排气中回收烃的系统。该系统可包括乙烯膨胀器和与乙烯膨胀器流体相连的第一排气回收系统。第一排气回收系统可包括(i)与排气管线和乙烯膨胀器流体相连的热交换器，其配置用于在进入的排气和从乙烯膨胀器出来的乙烯之间提供热交换，由此将来自乙烯膨胀器的进入乙烯冷凝成包含第一轻气中乙烯单体的第一冷凝物；(ii)与热交换器流体相连的分离器，其入口配置成接收第一冷凝物并且配置用于将第一冷凝物与第一轻气分离；和(iii)与分离器流体相连的压缩机，其入口配置成接收从分离器出来的第一轻气。
附图的简要说明
图1说明使用乙烯膨胀从聚合排气中回收烃的方法。
图2说明通过阻流阀系统实现的乙烯膨胀从聚合排气中回收烃的方法。
图3说明通过膨胀器压缩机涡轮机系统实现的乙烯膨胀从聚合排气中回收烃的方法。
图4说明使用乙烯膨胀法与聚合排气压缩和冷却相结合从聚合排气中回收烃的方法。
图5说明使用聚合排气的压缩和冷却从聚合排气中回收烃的方法。
发明的详细说明
在公开和描述本发明的化合物，组分，组合物，装置，系统，硬件，设置，和/或方法之前，应理解除非特别指出，本申请公开的实施方式不局限于特定的化合物，组分，组合物， 装置，系统，硬件，设置，和/或方法等，它们可以变化，除非特别指出。
还应理解本申请所用的术语仅用于描述特殊的实施方式，而并不是限制。
还必须指出，如说明书和附加的权利要求书所用，单数形式“a”，“an”和“the”包括复数指代物，除非特别说明。
本申请公开从聚合方法的排气物流中回收烃的方法和系统。更特别地，本申请公开使用乙烯致冷以从排气中冷凝和回收烯烃单体而回收烯烃单体的方法和系统。在某些实施方式中，该方法和系统还可以包括压缩和冷凝聚合排气，再压缩乙烯致冷剂，和将膨胀器压缩机涡轮机装置用于乙烯致冷。
可以使用烯烃膨胀以生成用于冷却聚合排气的传热介质。例如，可以将高压烯烃例如乙烯单体膨胀以制造低温致冷剂，其可用于冷却聚合排气。在某些实施方式中，典型地从聚乙烯装置获得的高压乙烯管线气体的膨胀可用于从聚合排气中回收乙烯单体。例如， 高压聚乙烯可以由装置内的内部源提供。本领域技术人员将理解高压乙烯也可以来自其它源。
典型地提供的管线乙烯压力高于聚合方法上游的乙烯提纯系统进料所需的压力。 提供的高压管线乙烯压力可以大于3. 4MPa，或大于6. SMPa0
可以将高压乙烯膨胀以制造降温的减压乙烯，其可用作聚合排气回收方法的致冷剂。在某些实施方式中，可以将高压乙烯冷却至比膨胀前低约10°c的温度。通过膨胀可以将乙烯压力从大于或等于3. 4MPa的压力降低至低于或等于1. 4MPa的压力，或低于或等于O. 9MPa的压力，或低于或等于O. 2MPa的压力。通过膨胀降压可以制造温度低于或等于-30°C，或低于或等于_50°C，或低于或等于_90°C的乙烯致冷剂。在低于或等于约_30°C 的温度下使用乙烯致冷剂可以实现通过冷凝从聚合排气中高水平的烃回收。
例如，通过膨胀将乙烯压力从约3. 4MPa降低至1. 4MPa或更低的压力可以制造温度约_30°C或更低的乙烯致冷剂。在另一个实例中，通过膨胀将乙烯压力从约3. 5MPa降低至O. 9MPa或更低的压力可以制造温度约-50°C或更低的乙烯致冷剂。在另一个实例中，通过 膨胀将乙烯压力从约3. 5MPa降低至O. 2MPa或更低的压力可以制造温度约_90°C或更低的乙烯致冷剂。
在某些实施方式中，向乙烯提纯系统供给所需的最低乙烯压力约为3.1MPa0因此， 在提供必要的致冷功能之后，可以随后将减压的乙烯压缩，以使乙烯通过乙烯提纯系统。在一个特殊的实施方式中，减压的乙烯可压缩至大于或等于2. 4MPa，或大于或等于3.1MPa的压力，以便一旦冷却聚合排气就供给到乙烯提纯系统。在其它实施方式中，可以压缩乙烯至聚合提纯系统或聚合方法进料所需的压力，包括气相聚合方法，环管反应器系统，和浆液反应器系统。
现在参考图1，阐述通过冷凝从聚合排气中回收烃的方法。可以将高压乙烯物流 (107)从高压例如管线供给压力膨胀至乙烯膨胀系统(14)中的较低压力。降温的低压乙烯可通过流动管路(109)回收。
可以通过在第一排气回收系统(16)中与低压乙烯间接热交换使可包括惰性气体和可冷凝烃的聚合排气(105)冷却和至少部分冷凝。然后可以将包括夹带冷凝物的聚合排气分离成第一冷凝物，其通过流动管路(111)回收，和第一排气，其通过流动管路(113)回收。
间接热交换之后，可以通过流动管路(115)回收乙烯。然后可以在乙烯再压缩系统(18)中增加乙烯的压力，使其压力足以将乙烯进料至乙烯提纯系统或聚合反应器，在物流(117)中将压缩乙烯回收。
聚合排气(105)可以是源自聚合反应器(未显示)的排气和与聚合产物(未显示)分离。聚合方法可以是气相流化床法，液相法，多相催化剂浆液法，或用于将单体聚合成聚合物的任意其它方法。聚合反应排气可源自净化装置，例如聚合物净化器，在那里通过将净化介质通过含聚合物产物的容器使残留的烃从聚合物中移除。净化介质可以是惰性气体，例如氮气或氩气，或烃含量低的任何气体，其目标在于从聚合物中脱除，例如烯烃单体。 在液态聚合体系中，排气还可以源自一个或多个在聚合方法下游的闪蒸罐。
聚合反应 流出物常包含夹带在聚合产物中的未反应的乙烯单体。聚合排气(105) 可包括单体和共聚单体，例如C2至C12烯烃和二烯；反应器稀释剂，例如C1至Cltl烃；和惰性气体，例如氮气或氩气。在某些实施方式中，聚合排气(105)包括乙烯单体。聚合排气(105) 还可以包括C4至C12共聚单体。聚合排气(105)还可以包括诱导的冷凝剂(ICA)，例如环烷烃。ICA，例如异丁烷，异戊烷，正己烷，和卤代烃，可用于提高排气的分子量或比热，以促进较轻组分，例如乙烯单体的冷凝。
可以在聚合物净化器中用净化介质从聚合产物中移除乙烯单体，共聚单体，和反应器稀释剂，以制造聚合排气(105)。在某些实施方式中，聚合排气(105)可包括惰性气体， 例如氮气或氩气，其可以作为净化介质或辅助气体引入到聚合反应器中。在其它实施方式中，聚合排气(105)可包括低分子量烃，例如乙烯，以帮助从聚合产物中移除烃。
降温的减压乙烯(109)可包括源自高压乙烯源，例如乙烯管线的乙烯单体。在某些实施方式中，乙烯可包含高纯度的乙烯。在其它实施方式中，流动管路(109)中的乙烯可包含超过80%的乙烯。
高压乙烯(107)可在乙烯膨胀系统(14)中膨胀以降低乙烯的温度，通过流动管路(109)回收。在某些实施方式中，流动管路(109)中的膨胀乙烯的温度可以低于或等于约-30°C，或低于或等于约-50°C，或低于或等于约_90°C。
第一冷凝物(111)可以是包含烃例如乙烯单体和共聚单体的液体，其具有比第一排气(113)高的沸点。第一冷凝物(111)可以是烯烃或者是烯烃和石蜡的混合物。在包括冷凝和分离的工序中氮气也可以夹带在第一冷凝物(111)中。在某些实施方式中，第一冷凝物(111)可包括低于2%的氮气，或低于1%的氮气。
在某些实施方式中，可以通过冷凝至少一部分排气中的烃在第一排气回收系统(16)中由聚合排气(105)形成第一冷凝物(111)。例如，可以通过与流动管路(109)中的膨胀乙烯间接热交换通过冷却以冷凝至少一部分排气而形成第一冷凝物(111)。可以将第一冷凝物(111)与第一排气(113)进一步分离，例如使用分离器容器。
第一排气(113)可包括惰性化合物，例如氮气或氩气，并且相比于聚合排气 (105)，其具有降低的烃含量。在某些实施方式中，第一排气(113)是轻气，并且可包括轻烃，例如，乙烯单体。在其它实施方式中，第一排气(113)还可以包含C3和较重的烃，例如， 共聚单体和ICA。第一排气(113)中剩余的乙烯和/或其它轻烃的量可取决于很多因素，包括与膨胀乙烯(109)间接热交换之后的第一排气(113)的温度。
在某些实施方式中，可以将包含部分残留烃的第一排气(113)通过排放到火炬而处理或通过流动管路(116)循环至第一排气回收系统(16)用于进一步处理。在其它实施方式中，具有降低的较重烃数量的第一排气(113)可用作聚合物净化器的净化介质。
在流动管路(109)中的膨胀乙烯与排气的间接热交换之后，可通过流动管路 (115)回收膨胀的乙烯。在某些实施方式中，可以在乙烯再压缩系统(18)中压缩流动管路 (115)中的膨胀乙烯。
可以在乙烯再压缩系统(18)中的一个或多个压缩步骤中制造压缩乙烯(117)。 例如，可以使用往复式压缩机或螺杆式压缩机压缩乙烯。本领域技术人员应意识到也可以使用其它类型的压缩机压缩乙烯。可以将流动管路(117)中的乙烯压缩至高于或等于约 2. 4MPa，高于或等于3.1MPa的压力。可以将压缩乙烯(117)冷却至低于或等于约10°C的温度。在某些实施方式中，可以将压缩乙烯(117)进一步送至聚合反应器上游的乙烯提纯装置。在其它实施方式中，压缩乙烯(117)可以与高压乙烯源结合以进入乙烯提纯装置。在其它实施方式中，可以将压缩乙烯(117)直接送至聚合反应器。
乙烯致冷
参考图2和3，说明乙烯膨胀，通过间接热交换的排气回收，和乙烯压缩的实施方式。
高压乙烯(201，301)可以通过膨胀冷却，膨胀的乙烯可以通过流动管路 (203, 303)回收。流动管路(203,303)中的膨胀乙烯可以用于在一个或多个步骤中通过间接热交换器冷却聚合排气(205,305)并可以通过流动管路(207,307)回收。可以将流动管路(207，307)中升温的减压乙烯压缩以制造压缩乙烯(209，309)。在某些实施方式中，可以将压缩乙烯(209，309)送至乙烯提纯装置。在其它实施方式中，可以将压缩乙烯(209，309) 直接送至聚合反应器。
乙烯的膨胀，间接热交换，和乙烯的压缩可以使用各种流程图实现，图2和3说明了其两个实施方式。参考图2，来自高压源的高压乙烯(201)通过高压阻流阀(21)部分膨胀至较低压力。膨胀之前，高压乙烯(201)可以在高压乙烯预冷器(20)中通过间接热交换而冷却。例如，膨胀之前，乙烯物流可冷却至低于或等于约10°C的温度。降温的低压乙烯可通过流动管路(203)回收。
聚合排气(205)，其可包括惰性气体和可冷凝烃，可以在一个或多个步骤中通过与低压乙烯(203)的间接热交换而冷却和至少部分冷凝，以制造第一冷凝物(217)和第一轻气(215)。更特别地，聚合排气(205)可以在第一排气冷却器(22)中通过与低压乙烯(203) 间接热交换而冷却，通过流动管路(211)回收低压乙烯。
一旦在第一排气冷却器(22)中冷却和部分冷凝聚合排气(205)，可以在第一分离器容器(24)中分离混合相物流(213)，回收得到的第一轻气(215)和第一冷凝物(217)。第一轻气(215)，单独或与低压乙烯(211)结合，可以用于进一步冷却聚合排气。例如，可以在第二排气冷却器(23)中通过与第一轻气(215)和低压乙烯(211)两者的间接热交换而冷却聚合排气(205)。类似于第一排气冷却器(22)，第二排气冷却器(23)可包括，但不限于， 管壳式热交换器，螺旋缠绕热交换器，或铜焊的铝热交换器。本领域技术人员应意识到也可以使用其它类型的热交换器。
间接热交换之后，可通过流动管路(207)回收乙烯。然后可以使用乙烯压缩机(25)增加乙烯的压力，以达到足以将乙烯进料入乙烯提纯系统或聚合反应器的压力，通过流动管路(209)回收压缩乙烯。压缩之后，可以在压缩机之后的冷却器(26)中冷却乙烯。
现在参考图3，通过可用于回收有用能量的乙烯膨胀器(31)将来自高压源的高压乙烯(301)部分膨胀至较低压力。降温的膨胀乙烯可通过流动管路(303)回收。膨胀之前， 可以在高压乙烯预冷器(30)中通过间接热交换而冷却高压乙烯(301)。
乙烯膨胀器(31)回收的膨胀能可用作各种工序的动力或可用于发电。例如，至少一部分降低乙烯压力产生的能量可以在稍后用于在膨胀机或膨胀涡轮中将减压的乙烯压缩。在一个实施方式中，乙烯膨胀器(31)可以通过驱动轴与乙烯预压缩机(37)相连，以提供至少一部分再压缩膨胀乙烯所需的能量。
聚合排气(305)，其可包括惰性气体和可冷凝烃，可以在一个或多个步骤中通过与膨胀乙烯(303)的间接热交换而冷却和至少部分冷凝，以制造第一冷凝物(317)和第一轻气(315)。更特别地，聚合排气(305)可以在第一排气冷却器(32)中通过与膨胀乙烯(303) 间接热交换而冷却，通过流动管路(313)回收低压乙烯。
一旦在第一排气冷却器(32)中冷却和部分冷凝聚合排气(305)，可以在第一分离器容器(34)中分离混合相物流(313)，回收得到的第一轻气(315)和第一冷凝物(317)。第一轻气可以用于进一步冷却聚合排气，例如，在第二排气冷却器(33)中通过间接热交换。 类似于第一排气冷却器(32)，第二排气冷却器(33)可包括，但不限于，管壳式热交换器，螺旋缠绕热交换器，或铜焊的铝热交换器。本领域技术人员应意识到也可以使用其它类型的热交换器。
间接热交换之后，乙烯可通过流动管路(311)回收并在一个或多个 压缩步骤中再压缩。例如，流动管路(311)中的乙烯可以在乙烯预压缩机(37)中初始压缩，然后在乙烯压缩机(35)中进一步压缩，以制造压缩乙烯(309)。在某些实施方式中，乙烯压缩机(35) 或乙烯预压缩机(37)可单独用于压缩乙烯。在一个或多个步骤中乙烯压缩至特定的压力， 以达到足以将乙烯进料入乙烯提纯系统或聚合反应器的压力。
压缩之前，让流动管路(311)中的膨胀乙烯进行额外的冷却工作，用其冷却膨胀前的高压乙烯预冷器(30)中的高压乙烯(301)。
压缩之后，可以冷却乙烯以移除至少一部分在一个或多个乙烯压缩步骤中生成的压缩热量。例如，压缩机之后的冷却器(36)可冷却乙烯预压缩机(37)下游的压缩乙烯。在另一个实施方式中，未显示，压缩机之后的冷却器(36)可位于乙烯压缩机(35)下游，以移除乙烯压缩热量。在其它实施方式中，压缩步骤之后可使用串联的两个或多个压缩机之后的冷却器。
现在参考图2和3两者，可以在高压乙烯预冷器(20，30)中使用非致冷的传热介质，例如水或空气，或使用机械致冷来冷却高压乙烯(201，301)。在某些实施方式中，高压乙烯(301)可以使用膨胀乙烯(311)冷却，其在与排气的间接热交换之后具有中间温度。
第一排气冷却器(22，32)或第二排气冷却器(23，33)可单独地选自管壳式热交换器，铜焊的铝热交换器，和螺旋缠绕热交换器。本领域技术人员应意识到也可以使用其它类型的热交换器来冷却排气。
在某些实施方式中，聚合排气(205,305)可以在第一排气冷却器(22,32)和第二排气冷却器(23，33)的至少一个中冷却和部分冷凝，以制造两相混合物(213，313)。两相混合物(213，313)的气相可包括不可冷凝的组分和惰性气体，例如氮气和氩气，而两相混合物(213，313)的液相可包括液态烃。两相混合物(213，313)可以在第一分离器容器(24，34) 中分离成第一轻气(215，315)和第一冷凝物(217，317)。
如对于以上图1的实施方式所述，相比于聚合排气(205，206)，第一轻气(215.315)可具有降低的烃含量。第一轻气(215)也可以用于在排气冷却器中通过间接热交换而冷却聚合排气。在某些实施方式中，第一轻气(215和315)可包含残留的烃，例如， 乙烯单体。可以通过由流动管路(219，319)排放到火炬或循环至用于进一步处理的排气回收系统来处理包含大量残留烃的第一轻气(215和315)。在其它实施方式中，第一轻气(215.315)可基本不包含残留的C4或较重的烃。第一轻气(215，315)，当具有充分降低的重烃含量时，可作为净化介质(221，321)再循环至聚合净化器。
采用压缩的第二排气回收的概述
可以通过将聚合排气压缩以冷凝至少一部分烃来回收排气。作为压缩的结果，聚合排气压力的增加提高了排气中烃组分例如乙烯单体的露点。因此，压缩的聚合排气中的烃组分可以在较高温度下冷凝，由此降低了冷却要求。在某些实施方式中，相比于只冷却不压缩，将压缩和冷却结合也可以增加聚合排气中某些低沸点烃例如乙烯单体的总体回收。
采用压缩和非致冷冷却的聚合排气回收可以与乙烯致冷串联进行，以获得额外的排气回收。例如，聚合排气可以首先经过压缩和在较高温度下的初始冷凝，然后由致冷乙烯冷却，以便在较低温度下增进地冷凝额外的烃。
现在参考图4，说明了用于从聚合排气中回收烃的方法，包括将聚合排气压缩和冷却，以提高烃的回收。
聚合排气(405)可以在第二排气回收系统(49)中压缩和用非致冷的传热介质冷却，以冷凝至少一部分排气中包含的烃。压·缩和冷却之后，可以分离和回收第二轻气(419) 和第二冷凝物(421)。第二轻气(419)可送至第一排气回收系统(46)，类似于上述图1所述，以进一步分离和回收烃。第二冷凝物(421)可以与第一冷凝物(411)结合并送至乙烯聚合反应器。
第二轻气(419)可以通过在第一排气回收系统(46)中与膨胀乙烯(409)间接热交换来冷却。膨胀乙烯(409)可来自已经在乙烯膨胀系统(44)中膨胀而降低至较低压力的高压乙烯(407)。在第一排气回收系统(46)中冷却之后，第二轻气(419)可以被分离成第一冷凝物(411)和第一轻气(413)。与聚合排气间接热交换之后，膨胀乙烯可以通过流动管路(415)回收。可以在乙烯再压缩系统(48)中将流动管路(415)中的膨胀乙烯压缩以制造压缩乙烯(417)。
压缩和冷却
图5中说明了图4中的第二排气回收系统(49)的一个例子。图5说明了用于压缩,冷却和分离聚合排气(505)以制造第二轻气(519)和第二冷凝物(521)的方法。
聚合排气(505)可以在预冷器(50)中冷却以冷凝任意液体。在将吸取气(509) 进料至排气压缩机(54)之前，可以在吸取鼓(52)中将任意冷凝的吸取液(507)与吸取气 (509)分离。压缩的排气(511)可以在后冷却器(56)中冷却以冷凝任意排放液体。排放液体可以在排放鼓(58)中分离成第二冷凝物(521)和第二轻气(519)。吸取液(507)可以和排放液体(521)结合，和联合物流可以送至聚合。第二轻气(519)可送至第一排气回收系统。
机械致冷
在某些实施方式中，相比于单独采用压缩，可以使用机械致冷来冷却聚合排气，以冷凝和移除聚合排气中较高比率的烃。机械致冷可以通过乙烯膨胀和再压缩在乙烯致冷的上游进行。
机械致冷可以使用压缩致冷系统，以向排气回收区提供冷却剂，例如急冷的盐水或二醇混合物。机械致冷装置(MRU)可以实现最终聚合排气冷凝温度低至约-10°C 至-20°C，和因此相比于非致冷冷却介质例如水和空气，其有助于较高的烃回收。
乙烯致冷的优点
虽然在最终冷凝温度低至_20°C (-4° F)下的机械致冷可改善从聚合排气中回收烃，本领域仍需要进一步改善。
研究表明在目前能源价格升高的市场中，即使在约-40°C至_60°C (-40° F 至-76° F)的较低温度下冷却聚合排气，也是经济可行的，以便进一步通过冷凝回收液态烃。
MRU可以在该低温下为排气回收提供致冷剂；然而对于许多操作者而言其成本过高。例如，需要昂贵的压缩机，和实现从约-10°C (14° F)增量冷却降低至-40°c至-60°c 所需要消耗的电力将增加约2-3倍。机械致冷还需要使用特别的传热流体作为压缩气体， 例如卤代-氟代烃，和作为致冷介质，例如盐水或二醇。加入新的化学物质需要在处理装置和设施方面花费昂贵的投资。此外，某些机械致冷所需的特定的传热 流体，例如卤代-氟代烃，可能是危险和有毒的。
使用乙烯膨胀和再压缩为本申请所公开的实施方式的聚合排气回收提供致冷的一个优点是增加了烃，例如乙烯单体的回收，其可以在聚合方法中再利用，从而降低乙烯原料的成本。
使用乙烯膨胀和再压缩为聚合排气回收提供致冷的另一个优点是降低了因为聚合排气中未回收的残留烃燃烧而产生的环境燃烧排放。除了降低排气中包含的烃的燃烧外，还要求较少的辅助气体例如天然气，以有利于在火炬处烯烃单体的无烟燃烧。
使用乙烯膨胀和再压缩为聚合排气回收提供致冷的再一个优点是能够再利用在较重的烃从聚合排气中移除之后形成的残留轻气。包含惰性气体例如氮气和氩气，和其它轻气例如氢，乙烯和乙烷的残留轻气可作为用于聚合物净化器的净化介质再循环，由此降低原始净化介质的使用，例如氮气的使用，并且降低环境燃烧。
使用乙烯膨胀和再压缩为聚合排气回收提供致冷的另一个优点是高压乙烯源可以现场获得，因此相比于机械致冷，需要的资金投资少得多。此外，不需要致冷剂冷凝器，并且压缩的热量减少了乙烯提纯系统上游的高压乙烯加热器的蒸汽负荷。
使用乙烯致冷的另一个优点是现场可以使用较少的化学物质，例如传热流体，来帮助聚合排气的致冷。在某些实施方式中，聚合排气致冷可以完全不需要使用额外的化学物质。
聚合排气回收使用乙烯致冷的另一个优点是改善致冷传热效率。例如，可以实现提升的传热效率，这是因为乙烯致冷剂与聚合排气可具有相似的组成，因而具有相似的传热性能。作为结果，从聚合排气中回收相同数量的烃所需的致冷剂体积较少，因此降低了加工设备和管路的尺寸和成本，并减少了乙烯压缩成本。
乙烯致冷剂的体积，和相应的设备和管路尺寸和乙烯压缩的成本，可通过将乙烯致冷和聚合排气的压缩和冷却结合而进一步降低。例如，如图4所示，可以在一个步骤中使用非低温的或机械致冷来初始压缩和冷却聚合排气，然后在其它步骤中使用乙烯致冷来冷却。首先，初始压缩可降低聚合排气的体积流量，从而降低了管路和加工设备的成本。其次，使用非低温的或机械冷却冷凝和回收烃可进一步降低聚合排气的体积流量和增加下游乙烯致冷回收系统中将要回收的烃的数量。
将乙烯膨胀和再压缩致冷与现有聚合排气压缩和冷却系统串联使用的另一个优点是通过将新的乙烯压缩与现有的排气回收压缩结合可能降低设备的资金成本。例如，可以向现有的排气回收压 缩机加入一个或多个乙烯再压缩柱，因而避免了额外的发动机和基础成本。
虽然本说明书包括有限数目的实施方式，从本说明书受益的本领域技术人员应理解可以提出不背离本发明范围的其它实施方式。相应地，该范围应仅受限于附加的权利要求书。
权利要求
1.一种从聚合排气中回收烃的方法，该方法包括(a)将乙烯物流的压力从大于或等于3.4MPa的压力降低至低于或等于约1. 4MPa的压力，以形成减压的乙烯物流；(b)通过与减压的乙烯物流热交换将包含单体的排气冷却，以形成包含至少一部分夹带在第一轻气中的单体的第一冷凝物；(C)回收第一冷凝物和第一轻气；(d)将第一冷凝物与第一轻气分离；(e)将减压的乙烯物流压缩至大于或等于2.4MPa的压力；(f)使压缩的乙烯物流通到聚合反应器。
2.根据权利要求1的方法，其中乙烯物流的压力降低至约O.9MPa或更低。
3.根据权利要求1或2的方法，其中乙烯物流的压力降低至约O.2MPa或更低。
4.根据前述权利要求任一项的方法，进一步包括在步骤(a)之前将乙烯物流冷却至约 10 °C或更低的温度。
5.根据前述权利要求任一项的方法，进一步包括将压缩的乙烯物流冷却至约10°C或更低的温度。
6.根据前述权利要求任一项的方法，进一步包括通过与步骤(b)生成的减压乙烯物流和/或来自步骤(d)的第一轻气热交换来冷却聚合排气。
7.根据前述权利要求任一项的方法，进一步包括将至少一部分第一轻气通到聚合物净化器。
8.根据前述权利要求任一项的方法，进一步包括压缩聚合排气；将压缩的聚合排气冷却以形成夹带在第二轻气中的第二冷凝物；回收包含第二轻气和第二冷凝物的两相混合物；分离第二轻气和第二冷凝物；将第二轻气作为排气进料以冷却排气；回收第二冷凝物；将第一和第二冷凝物结合；和将结合的冷凝物进料入聚合反应器。
9.用于从聚合排气中回收烃的系统，该系统包括乙烯膨胀器；与乙烯膨胀器流体相连的第一排气回收系统，包括与排气管线和乙烯膨胀器流体相连的热交换器，其配置用于在进入的排气和从乙烯膨胀器出来的乙烯之间提供热交换，由此将来自乙烯膨胀器的进入乙烯冷凝成包含第一轻气中乙烯单体的第一冷凝物；与热交换器流体相连的分离器，其入口配置成接收第一冷凝物，并用于将第一冷凝物与第一轻气分离；和与分离器流体相连的压缩机，其入口配置成接收从分离器出来的第一轻气。
10.根据权利要求9的系统，进一步包括与压缩机流体相连并且配置以将压缩乙烯冷却至约10°C或更低的温度的冷却器。
11.根据权利要求9或10的系统，其中第一排气回收系统进一步包括一个或多个热交换器，其配置用于通过与减压乙烯和/或第一轻气的热交换来冷却聚合排气。
12.根据权利要求9-11任一项的系统，其中乙烯膨胀器包括膨胀涡轮和预压缩机，其中膨胀涡轮通过驱动轴与预压缩机相连以提供减压乙烯的额外压缩。
全文摘要
提供用于从聚合方法的排气流中回收烃的方法和系统。该方法和系统可包括从聚合排气中回收烯烃单体，使用乙烯致冷以冷凝和从排气中回收烯烃单体。在某些实施方式中，该方法和系统还可包括聚合排气的压缩和冷凝，乙烯致冷剂的再压缩，和用于乙烯致冷的膨胀器压缩机涡轮装置。
文档编号C08F6/00GK103003316SQ201180033954
公开日2013年3月27日 申请日期2011年7月7日 优先权日2010年7月9日
发明者R·L·弗塞, D·A·菲斯彻 申请人:尤尼威蒂恩技术有限责任公司