具有用于吸附和/或催化清洁设备的再生设备的聚合系统，再生设备及再生方法
【专利摘要】本发明涉及一种聚合系统(100)，用于由至少一种气态、富烃原料流(1，2)获得至少一种聚合产物(1)，该系统包含至少一个催化和/或吸附清洁设备(20)，用于至少部分地提取至少一个进料流(1，2)中的至少一种不希望的组分，以及再生设备(10)，用于清洁设备(20)的再生。再生设备(10)被设计为借助于部分封闭气体回路(11)间歇调节和引导再生气流(4)通过清洁设备(20)。本发明还涉及一种相应的再生方法。
【专利说明】具有用于吸附和/或催化清洁设备的再生设备的聚合系统，再生设备及再生方法
[0001]本发明涉及一种使用至少一种气态、富烃进料流获得至少一种聚合产物的聚合装置，并且涉及根据独立权利要求前序所述的一种再生单元以及再生方法。
【背景技术】
[0002]在由气态、富烃进料流获得聚合产物的情况下，它们通常不能直接用于聚合反应，而是预先净化。下文以制备乙烯-丙烯弹性体为例进行了描述，但也适用于其它众多装置。
[0003]乙烯-丙烯弹性体在例如以下文章中有所描述:“橡胶，3.合成”，乌尔曼工业化学大全(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry)，在线出版物，6月 15 日，2000年，DOI 10.1002/14356007.a23_239.pub4。这是一类具有完全饱和聚合物主链的无规共聚物，因此根据DIN/IS0 1629使用了缩写M。对乙烯-丙烯共聚物(EPM)和三聚物(EPDM)进行了区分。
[0004]用于制备EPM和EPDM的乙烯和丙烯单体通常使用具有大于99%的纯度并且必须是基本上没有杂质，如氢气、氧气、水、一氧化碳、二氧化碳、氨、甲醇、乙炔、甲基乙炔、二硫化碳、硫化羰、硫、砷化氢和硫化氢，以及硫醇、腈、含氧化合物和膦。这些化合物的残留量必须不超过特定的最低量，因为其中一些对于例如在聚合中所使用的齐格勒-纳塔或茂金属催化剂而言是催化剂毒物，或者可以其他方式损害聚合。
[0005]然而，如果乙烯和丙烯单体来自典型来源，例如来自使用粗汽油作为进料的蒸汽裂化装置，它们仍然含有相当数量的相应杂质。因此，通过使用净化单元将其去除，在这些净化单元中可使两个或更多个净化阶段串联。这些净化阶段分别为包含催化和/或吸附净化介质的容器，该介质任选地位于相应的载体上，并且乙烯和丙烯通常以分开的气流由这些容器中通过。
[0006]例如，在第一步骤中，乙烯流中的氢、氧、一氧化碳和乙炔可在金属氧化物催化剂的作用下发生转化。在一个或更多进一步的步骤中，水、二氧化碳、氨和含氧化合物可各自被适当改性的氧化铝吸附除去。
[0007]在第一吸附步骤中，二氧化碳、二硫化碳、硫化羰和硫化氢可被适当改性的氧化铝吸附从丙烯流中除去。在进一步的吸附步骤中，通过适当改性的氧化铝可除去水、氨、含氧化合物、硫醇和腈。砷化氢和膦可随后在金属氧化物催化剂的作用下发生转化。在进一步的吸附步骤中，通过适当改性的氧化铝随后除去一氧化碳和二氧化碳。
[0008]明显的是，所述步骤也可以不同的顺序使用，并且根据出现的杂质，也可以不同的组合或仅仅部分使用。
[0009]已提到的催化和/或吸附净化单元在容量用尽后必须再生。这至少部分依靠通过上述容器的再生气流完成，再生气流不含每种情况下待除去的组分。再生气流常常被适当地调节，即加热、冷却、升至特定的压力和/或与附加的气流接触。
[0010]特别地，使用的再生气流是纯氮气，更多的组分可以任选地加入其中。然而，提供相对大量的纯氮气是不方便的并且昂贵的。
[0011]本发明的目的是在此提供补救，使聚合装置中催化和/或吸附净化单元的再生更简单、更便宜。
【发明内容】
[0012]在此背景下，本发明提出一种用于从至少一种气态、富烃进料流获得至少一种聚合产物的聚合装置，所述聚合装置具有至少一个催化和/或吸附净化单元，用于至少部分地去除至少一个进料流中的至少一种不希望的组分，还具有用于净化单元再生的再生单元，本发明还提供一种相应的再生单元、以及具有独立权利要求特征的一种相应的再生方法。优选的配置是从属权利要求以及下文描述的主题。
[0013]在本发明上下文中可实现的优点的背景下，阐明一些使用的术语。
[0014]“聚合装置”在此应理解为是为了将单体合成聚合物的装置，特别是以气态、富烃物流供给特定单体的装置。更具体地讲，这可以是用于使用乙烯和丙烯作为单体制备乙烯-丙烯弹性体(例如EPM和EPDM)的聚合装置。这些单体以单独的气流形式加入聚合装置并且各自净化。然而，在其它聚合装置中，也可出现两个或更多个气态、富烃进料流彼此合并且共同净化的情况。
[0015]“聚合产物”是从这种装置中通过相应单体聚合获得的任何产物。这可特别包括共聚物或三元共聚物，特别是EPM和EPDM。
[0016]“催化和/或吸附净化单元”包含一个或多个具有催化和/或吸附净化介质的容器，任选地位于适当的支撑物上。这也包括所谓化学吸附的净化介质。下文将相应容器称为“净化容器”。气态、富烃进料流(一个/多个)通过这些净化容器并在此过程中净化。相应的进料流也可连续通过多个相应的净化容器引导；同样可以在并联的两个或更多个净化容器中净化进料流。如上阐明，为了净化乙烯和丙烯以制备乙烯-丙烯弹性体，通常将两个或更多个纯化阶段(以及净化容器)串联布置。
[0017]“再生单元”被设置为以如下方式再生净化单元:引导一个或多个气流来经过一个或多个填充有吸收和/或催化净化介质的净化容器。相应的再生单元可用作气流通道，该气流在此称为“再生气流”，无论是仅通过一个净化容器或连续或并行通过净化单元的两个或多个相应的净化容器。如果根据容量将再生单元设置为使再生气流同时并联充入两个或更多个净化容器，这会加速再生过程。然而，特别是在仅需要少量再生的情况下，有利的是将再生单元的尺寸设置为使得每种情况下只有一个净化容器或者仅有其中一些净化容器充入再生气流。这使得在任何情况下只是临时需要的再生单元的配置更小并且更便宜。
[0018]本例中再生气流的“调节”包括其化学和/或物理性质的任何调整。更具体地，调节包含加热、冷却、给定压力的设定、进一步组分的加入、再生气流自身的净化和/或给定流速的设定。
[0019]“部分封闭气体回路”是在常规操作中对现存气体的主要部分循环输送的一种气体回路。然而，部分封闭气体回路还可包括用于进料或排出气流的设备，例如用于排出不希望的组分和/或用于调节气体回路中的再生气流。然而，例如在再生气流中，气体回路中气体的至少75%，和任选的至少80%、90%、95%或99%总会得到保留，使得相应的至多25%，且任选地至多20%、10%、5%或1%的小部分通过排出或由新鲜气体进料来替代。然而，显而易见地，相应的气体回路启动时，可在初始时填满合适的气体，并且如果需要，再使用气体反复吹扫。
[0020]发明优点
[0021]本发明从本领域已知的用于从至少一种气态、富烃进料流中获得至少一种聚合产物的聚合装置出发研究。此种聚合装置具有至少一个催化和/或吸附净化单元，用于从至少一种进料流中至少部分除去至少一种不需要的组分，并且包含一个用于再生净化单元的再生单元。由相应部件形成的聚合装置特征已在上文中阐明。
[0022]根据本发明，再生单元被设置用于借助部分封闭气体回路至少临时调节并至少临时引导再生气流通过净化单元。如上所述，在该部分封闭气体回路中，每一个循环通路总是保留有至少75%或更多的现存于气体回路中的气体，此处为再生气流。这是有利的，因为这样可以节省相当数量的再生气体，尤其是纯氮。
[0023]例如，在用于制备EPDM的聚合装置中，净化高达12吨每小时的乙烯和高达8.6吨每小时的丙烯。在传统的装置中，用于此目的的吸附和/或催化净化单元的再生需要费用高达每年50万欧元的氮气，假定纯氮气的通常零售价格为每吨120欧元。即使假定更低的纯氮气价格，例如每吨60欧元，所需的纯氮仍是一个可观的成本因素。在常规的装置中，在此使用的氮气流经净化单元后排出到环境中。为了减少这一数量，EP 2421902 Al公开了一种方法，其能够降低约35%的总氮气消耗量，并且最大体积流量为16%左右。然而，通过使用本发明的部分封闭气体回路，在缩减方面可实现另一明显的改善。
[0024]这明显节省了相应装置的操作成本，尤其是对于提供纯氮气或其它合适的再生气体的装置。相应的装置或现有装置的改造只需少量额外的资金成本，例如，由于总需求和高峰需求较低，纯氮气的相应供应系统可以设计为具有较低的性能。
[0025]通过本发明提出的方法，总的氮气消耗最多减少70%。根据本发明配置的再生单元的设备建设成本通常在2年内摊销。
[0026]由于再生单元的特别配置，本发明的聚合装置能够采用多种方式调节相应的再生气流。为了这个目的，在再生单元的气体回路中有利地设置至少一个加热装置、至少一个冷却单元和/或至少一个压缩机。由此再生单元可以在再生过程中灵活运用不同的操作模式，例如用于燥、氧化、还原以及在净化容器中的再生中所用的其他步骤。所有此类步骤概括为涵盖性术语“再生”。
[0027]对于一个净化单元的两个或更多个净化容器，可提供一个通用的再生单元并用作不同类型的吸收和/或催化净化介质的通用再生系统。
[0028]换言之，可向不同的吸附和/或催化净化反应器(其也可以通过所谓的化学吸附方式工作)充入所述再生气流。所述的回路中的再生气体可被加热、冷却和例如用空气稀释。另外，也可以向回路中连续送入有限数量的新鲜氮气。从至少部分封闭气体回路中排出特定量的再生气体可在压力调节下实现，其结果尤其能够维持气体回路的给定压力(背压)。
[0029]如上所述，为此目的，气体回路因此可具有用于气体流的至少一个进料单元和/或至少一个排出单元。对于特定再生的任务，例如，对再生气体中的特定的氧含量可能还有要求。为此目的，可将氧气和/或空气供给到气体回路。尤其可以使用闭环控制单元调节进料量，所述闭环控制单元以测量的气体回路中氧气量为基础工作。如果再生所需氧气量超过给定值，出于安全原因可提供用于仪表气源的附加连接。
[0030]如部分阐述的一样，净化单元可包括多个各自填充有净化介质的净化容器，并且再生单元可被设置为可替代的、连续的或同时引导再生气流通过至少两个净化容器。如上所述，特别是对再生有不稳定需求和/或对相应再生时间需求低的情况下，当净化单元按容量设置时，只有对净化容器的同时再生是有利的。这具有较小的结构并且因此可生产的更加便宜。
[0031]更具体地，再生单元还被设置为引导再生气流暂时不通过净化单元。在此期间，可用例如旁路管道绕过净化单元。该期间是指其中所述净化单元处于催化和/或吸收工作中且没有再生的期间。在此期间，根据本发明配置的再生单元也可以关闭。
[0032]如上所述，本发明特别适用于由乙烯和丙烯获得至少一种乙烯-丙烯弹性体的聚合装置。
[0033]在这种情况下，净化单元被有利地设置为从至少一个气态、富烃进料流中至少部分地除去氢气、氧气、水、一氧化碳、二氧化碳、氨、甲醇、乙炔、甲基乙炔、二硫化碳、硫化羰、硫、砷化氢、硫化氢、硫醇、腈、含氧化合物和/或膦。如上所述，再生单元能以特别灵活的方式调整，以适应每种情况下的待除去组分和/或用于该目的净化介质。
[0034]此处净化单元可有利地具有至少一种改性氧化铝和/或至少一种金属氧化物催化剂。也可在每种情况下以已知方式提供和再生进一步的吸收和/或催化的净化介质。
[0035]关于本发明的再生单元的特征和优点，明确地参考以上阐述。根据本发明，此种再生单元的特征，特别是用于如上所述的用于获得至少一个聚合产物的聚合装置的再生单元，如上所述，是被设置为借助于部分封闭气体回路至少临时调节并引导再生气流通过净化单元。
[0036]本发明同样提供聚合装置的催化和/或吸附净化单元的再生方法，聚合装置用于从至少一种气态、富烃进料流中获得至少一种聚合产物。这种情况下，净化单元被设置为从所述至少一种进料流中至少部分地除去至少一种不希望的组分。本发明的方法包括使用再生单元，借助于再生单元的部分封闭气体回路至少暂时调节再生气流，并引导再生气流通过净化单元。参照根据本发明所设想的聚合装置，上文已阐明了本发明的方法特征。更具体地说，对上述已经阐明的聚合装置中的本发明方法的传导作了设想。
[0037]这有利地包括至少两种不同的操作模式，其中所述再生气流可以不同的方式进行调节，并因此适合于特定的再生任务。
[0038]以下参照所附的附图详细阐明本发明，其示出了本发明的优选实施例。
【附图说明】
[0039]图1是本发明一个实施例中的聚合装置的示意图。
【具体实施方式】
[0040]图1是本发明一个实施例中的聚合装置的示意图，整体标记为100。聚合装置100以高度示意性的形式示出。更具体地说，已省去多个阀门和开环和闭环控制设备的标识。
[0041]实例中展示的聚合装置100由两个富烃进料流I和2供给，其可以是，例如，乙烯和/或丙烯。
[0042]聚合装置100包括净化单元20和再生单元30，并且还以示意形式仅仅示出聚合单元30。在其中得到聚合产物3。在相应的聚合装置100的正常操作中，富烃进料流I，2通过净化单元20的净化容器21-25，并在聚合单元30中进行聚合。
[0043]在相应的聚合装置100的正常操作中，例如，进料流I首先被引导通过净化容器21，然后通过净化容器22。与之不同，进料流2首先被弓I导通过净化容器23，再通过净化容器24，并最后通过净化容器25。
[0044]然而，图1示出了净化单元20的再生操作。这意味着，富烃进料流I，2在图示的时段没有通过净化单元20，如此处的虚线箭头所示。净化单元20进行再生，在该实例中显示为再生气流4正在通过净化单元21。其他净化容器22-25当前没有再生，如此处的虚线箭头所示。在该实例中再生单元10被配置为用于净化容器21-25的连续再生，使得再生气流4连续通过净化容器21-25。然而，如上所述，也可使净化容器21-25中的两个或更多个并行进行净化。
[0045]再生单元10包括部分封闭的气体回路11。如上所述，当每次通过过程中仅有现存气体(这里是再生气流4)的至多25%被交换时，相应气体回路11被部分封闭。气体回路11中的再生气流4可在再生单元10中以不同方式进行调节，例如通过加热单元12来加热，通过可以仅作为建议示出的冷却水回路操作的冷却单元13冷却，并且通过耦合到马达M上的压缩机14进行压缩。通过进料单元15，也可以向气流进料，其可以是，例如，氮气、空气和/或其它气体组分。
[0046]此外，在该实例中，提供了两个排出单元16，其设置有相应的阀。排出单元16可以排出气体回路11中所引导的一部分再生气流4。通过在排出单元16中恰当地设置阀，可在气体回路11中形成合适的背压，使得所述再生气流4始终达到给定的压力。再生单元或其气体回路11可包含几个旁通线，此处用旁通线17和18的例子例示。例如，因此可绕过压缩机14和/或净化单元20(当净化单元10中不需要再生气流4时)。
[0047]在气体回路11的不同的点处可提供测量工具和/或闭环控制19，此处以高度示意性形式示出。例如，可通过适当的测量工具测量气体回路11中再生气流4的氧含量和/或压力，并在此基础上设置空气和/或氧气的进料量和/或排出单元16中的阀的位置。
【主权项】
1.一种聚合装置(100)，用于由至少一种气态、富烃进料流(I，2)获得至少一种聚合产物(3)，所述聚合装置(100)具有至少一个催化和/或吸附净化单元(20)，用于至少部分地去除所述至少一个进料流(I，2)中的至少一种不希望的组分，并具有再生单元(10)，用于所述净化单元(20)的再生，其特征在于，所述再生单元(10)被设置为用于借助部分封闭气体回路(11)至少临时调节并引导再生气流(4)通过所述净化单元(20)。2.如权利要求1所述的聚合装置(100)，其中，在所述气体回路(11)中设置有至少一个加热单元(12)、至少一个冷却单元(13)和/或至少一个压缩机(14)。3.如权利要求1或2所述的聚合装置(100)，其中，所述气体回路(11)具有用于气体流的至少一个进料单元(15)和/或至少一个排出单元(16)。4.如前述任一权利要求所述的聚合装置(100)，其中，所述净化单元(20)包括多个各自填充有净化介质(26)的净化容器(21-25)，并且所述再生单元(10)被设置为可替代的或同时引导所述再生气流(4)通过至少两个净化容器(21-25)。5.如前述任一权利要求所述的聚合装置(100)，其中，所述再生单元(10)被设置为在不同的运行阶段工作，在所述不同的运行阶段中所述再生气流(4)借助所述再生单元(10)以不同的方式被调节。6.如前述任一权利要求所述的聚合装置(100)，其中，所述再生单元(10)被设置为引导所述再生气流(4)暂时不通过所述净化单元(20)。7.如前述任一权利要求所述的聚合装置(100)，其被设置为用于获得至少一种由乙烯(I)和丙烯(2)形成的乙烯-丙烯弹性体。8.如前述任一权利要求所述的聚合装置(100)，其中，所述净化单元(20)被设置为用于从所述至少一个气态、富烃进料流(1，2)中至少部分地去除氢、氧、水、一氧化碳、二氧化碳、氨、甲醇、乙炔、甲基乙炔、二硫化碳、硫化羰、硫、砷化氢、硫化氢、硫醇、腈、含氧化合物和/或膦。9.如前述任一权利要求所述的聚合装置(100)，其中，所述净化单元(20)具有至少一种改性氧化铝和/或至少一种金属氧化物催化剂。10.—种再生单元(10)，特别用于如前述任一权利要求所述的聚合装置(100)，其特征在于为部分封闭气体回路(11)形式的装置，用于至少临时调节并引导再生气流(4)通过催化和/或吸附净化单元(20)。11.一种聚合装置(100)的催化和/或吸附净化单元(20)的再生方法，所述聚合装置(100)用于由至少一种气态、富烃原料流(I，2)获得至少一种聚合产物(I)，被设置为用于至少部分地去除所述至少一个进料流(I，2)中的至少一种不希望的组分，其特征在于:使用再生单元(10)，通过所述再生单元(10)至少暂时调节并以部分封闭气体回路(11)的形式引导再生气流(4)通过所述净化单元(20)。12.如权利要求11所述的方法，其在如权利要求1至9中之一所述的聚合装置(100)中实施。13.如权利要求11或12所述的方法，其在至少两个不同的工作模式中实施，在所述模式中所述再生气流(4)以不同方式进行调节。
【文档编号】B01D53/86GK105828911SQ201480056661
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年10月2日
【发明人】V·维茨勒布, M·狄慈恩, U·格贝尔, A·黑勒, O·格罗塞
【申请人】林德股份公司