用于处理排出流的装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2015年7月1日提交的美国申请序号14 / 789, 166和2014年9月 15日提交的美国申请序号14 / 486, 382的优先权，其被作为美国专利号9, 073, 808于2015 年7月7日公布，其公开被整体地通过引用结合到本文中。
技术领域
[0003] 本实用新型涉及一种用于从制造操作回收烯烃的工艺。更具体地，本实用新型涉 及使用分离膜来处理排出气流以便回收烯烃并将烷烃分离。
【背景技术】
[0004] 诸如乙烯和丙烯之类的烯烃以及诸如异丙醇和异丙苯之类的非聚合物衍生物在 全世界占了需求最多化学制品的一部分。例如，仅仅美国每年就产生超过100亿镑的从丙 烯衍生的化学制品。
[0005] -般地通过对烃原料进行裂化或者以催化方式对氧化原料进行转化来产生烯烃。 用于裂化的传统方法包括蒸汽裂化，由此，使石脑油或其它烃与蒸汽反映以产生轻烯烃以 及流化催化裂化其为使较大的烃分解以产生用于汽油以及烯烃和热用燃油的石脑油轻组 分的精炼操作。氧化原料的常规转化包括甲醇制烯烃（MTO)和甲醇制丙烯（MTP)工艺。在 MTO中，主要在存在分子筛催化剂的情况下将甲醇转化成乙烯和丙烯。在MTP中，对甲醇进 行脱水以产生二甲醚，其然后被转化成丙烯。两个工艺都涉及到在(一个或多个）反应器下 游的复杂操作以对产物进行提纯，捕捉未转化试剂以用于再循环，并净化污染物。通常，涉 及到低温部分冷凝，并且未冷凝气体的至少一部分在工艺中被再循环。
[0006] 在非聚合烯烃衍生物制造中，将烯烃及其它试剂引入到高压反应器中。来自反应 器的原废水被连续地传递至一个或多个分离步骤，原始衍生产物流被从该分离步骤收回以 用于进一步提纯。包含未反应烯烃的塔顶气流也被从分离步骤收回并再循环到反应器。
[0007] 这两个类型的制造操作都需要排出一部分的未冷凝气体以防止不想要的污染物 在反应环路中的堆积。然而，排出的塔顶气通常包含未反应烯烃，其在没有进一步处理的情 况下将另外被浪费掉。
[0008] 已经提出了用于缓解多种流中的未反应烯烃的损失的各种工艺和技术。
[0009] 授予Dembicki等人（Dow化学公司）的美国专利号4, 623, 704公开了一种用于用 膜来处理聚合排出气体的工艺。该排出流被压缩且然后被冷却并冷凝。冷却的气体和液体 被发送到液体/气体分离器。在分离之后，气流被发送通过一系列的膜分离步骤，其产生富 含乙烯的渗透流。回收乙烯被再循环到聚合工艺。
[0010] 授予 Wi jmans (Membrane Technology and Research 公司）的共用所有美国专利 号5, 089, 033和5, 199, 962公开了用于在否则将被排放到大气中的气流中回收可冷凝组分 的工艺。该工艺涉及到冷凝步骤和膜分离步骤。在一个实施例中，气流被压缩并冷却以执 行冷凝步骤。然后跨对于可冷凝组分而言选择性地可渗透的膜传递未冷凝气体。
[0011] 授予Baker等人（Membrane Technology and Research公司）的共同所有美国专 利号6, 271，319公开了一种用于使用对于丙烯而言可渗透超过丙烷的气体分离膜来处理 未凝结气流的工艺。富含烯烃的渗透流被收回并再循环到反应器进口。
[0012] 这些专利及其它现有技术主要集中于使得气流冷凝并从由冷凝步骤产生的结果 得到的未冷凝气体回收未反应烯烃。然而，很少对从冷凝液体流回收未反应烯烃进行讲授。
[0013] 授予 Gottschlich 等人（Membrane Technology and Research 公司）的共同所有 美国专利号5, 769, 927公开了一种用于处理来自聚合物制造操作的净化排出流的工艺。该 净化排出流包含未反应烯烃单体和氮。最初在冷凝步骤中处理该净化排出流。然后将未冷 凝气体传递至膜分离步骤，在那里，膜是有机物选择性的，意味着膜对未反应单体的选择性 超过其它气体。液体冷凝物被指引到闪蒸步骤。闪发步骤产生富含单体的液体产物流和在 工艺中被再循环的闪发气体。
[0014] 尽管有上述改善，仍需要适用于制造或使用烯烃的工艺的更好的烯烃回收技术。 【实用新型内容】
[0015] 因此，本实用新型涉及一种用于处理包括烯烃、烷烃和第三气体的排出气体以回 收烯烃的装置。排出流从烯烃或非聚合烯烃衍生物制造操作中取回。工艺在处理期间，排 出气流被冷凝并分离，产生液体冷凝物流和未冷凝气流。这两个流都包含烯烃以及其它组 分，诸如烷烃和第三气体。为了回收未反应烯烃，用膜分离单元来处理两个流。从处理未冷 凝气流，回收的烯烃被再循环回到压缩机。来自处理冷凝物的回收未反应烯烃可在再循环 环路中被发送以便用作原料，回到制造操作中。
[0016] 因此，在基本实施例中，本实用新型的装置包括以下部件：
[0017] (a)压缩机，其具有排出气体进口和压缩气体出口；
[0018] (b)冷凝器，其具有压缩气体进口和冷却气体出口，其中，所述压缩机的所述压缩 气体出口与所述压缩气体进口处于气体连通；
[0019] (C)相分离器，其具有冷却气体进口、未冷凝气体出口以及冷凝气体出口，其中，所 述冷凝器的所述冷却气体出口与所述冷却气体进口处于流体连通；
[0020] (d)第一分离单元，其具有第一供给进口、第一残余物出口以及第一渗透出口，其 中，所述冷凝气体出口与所述第一供给进口处于流体连通；以及
[0021] (e)第二分离单元，其具有第二供给进口、第二残余物出口以及第二渗透出口，其 中，所述未冷凝气体出口与所述第二供给进口处于气体连通，并且其中，所述第二渗透出口 与所述压缩机的所述流出气体进口处于气体连通。
[0022] 排出气流可来自两种类型的制造操作。第一类型是产生烯烃的操作。这些操作 包括但不限于流体催化剂裂化、烯烃裂化、流裂化、烯烃易位、甲醇制烯烃(MTO)工艺和甲醇 制丙烯（MTP)工艺。第二类型是制造非聚合烯烃衍生物的操作，其使用烯烃作为原料。这 些操作的非限制的示例包括氯醇的生产、丁醛的生产、羰基合成醇的生产、异丙醇的生产、 丙烯酸的生产、氯丙烯的生产、丙烯醇的生产、丙烯腈的生产、异丙苯的生产、环氧乙烷的生 产、醋酸乙烯的生产、氯乙烯的生产，燃料乙醇的生产和乙苯的生产。
[0023] 排出气流包括烯烃、类似烷烃和第三气体。在某些实施例中，烯烃是乙烯或丙烯。 在其它实施例中，烯烃是丁烯。排出气流还可包括烯烃和类似烷烃的多个集合，例如乙烷/ 乙烯和丙烷/丙烯。排出气流还包含第三气体，例如氢、氮或者例如异丙苯的非聚合物的烯 烃衍生物。
[0024] 在装置中使用压缩机和冷凝器的目标是将排出气流带到超过要回收的烯烃的露 点的压力/温度条件，使得烯烃的一部分将从气流冷凝下来。压缩流的分离产生液体冷凝 物和未冷凝(残余）气流。冷凝物富含烯烃和烷烃，并且未冷凝气流相对于排出气流而言贫 烯烃和烷烃。
[0025] 冷凝通常涉及到冷冻和压缩。将气体压缩提高露点温度，因此压缩和冷冻的组合 一般地是优选的。
[0026] 通过第一膜分离单元处理来自相分离器的液体冷凝物，其可以在全蒸发或蒸气透 过条件下执行。此步骤中的膜对烯烃的选择性超过烷烃。第一膜分离单元因此产生富含烯 烃的第一渗透流和贫烯烃的第一残余物流。
[0027] 在某些实施例中，富烯烃的第一渗透流被作为冷却剂流被指引到冷凝链。
[0028] 供在第一单元中使用的膜可包括适合于相比于烷烃而言优先地渗透烯烃的任何 材料。优选地第一膜分离单元是无机膜。在某些实施例中，膜优选地显示出至少400 gpu 的烯烃渗透率。
[0029] 本文描述的膜单元可采取单个膜分离操作或多个子操作的形式，取决于原料组 成、膜性质以及期望结果。
[0030] 来自相分离器的未冷凝气流被作为原料流传递并在第二膜分离单元中被处理。第 二膜分离单元被用以产生富烯烃的第二渗透流和贫烯烃的第二残余物流。在一些实施例 中，第二分离单元是无机膜，其对于烯烃的选择性超过烷烃。在其它实施例中，第二膜分离 单元是聚合膜，其对烯烃和烷烃的选择性超过第三气体。
[0031] 来自第二膜分离单元的第二渗透流可能被回收到压缩机。
[0032] 在另一实施例中，可使用上述装置来进一步分离未冷凝气流。第二贫烯烃残余物 流被传递通过附加膜分离单元以产生第三富含烯烃渗透物流以及贫烯烃的第三残余物流。 因此，在某些实施例中，装置包括上面的（a)至（e)，并包括：
[0033] ( f)第三膜分离单元，其具有第三供给进口、第三残余物出口以及第三渗透出口， 其中，所述第二残余物出口与所述第三供给进口处于气体连通。
[0034] 在某些实施例中，第三膜分离单元是对于烯烃和烷烃选择性超过第三气体的聚合 膜。
[0035] 在某些实施例中，还可使用上述装置通过结合以下膜分离单元来进一步处理液体 冷凝物流。来自第一膜分离单元的第一贫烯烃残余物被传递通过附加膜分离单元以产生第 四富烯烃渗透流和第四贫烯烃残余物流。然后可使第四富烯烃渗透流再循环到压缩机。因 此，在某些实施例中，装置包括上面的（a)至（f)，并包括：
[0036] (g)第四膜分离单元，其具有第四供给进口、第四残余物出口以及第四渗透出口， 其中，所述第一残余物出口与所述第四供给进口处于气体连通，并且其中，所述第四渗透出 口与所述压缩机的所述净化气体进口处于气体连通。
[0037] 在某些实施例中，第四膜分离单元是无机膜并且对烯烃的选择性超过烷烃。
[0038] 在进一步的实施例中，膜分离单元可用以对排出气流中的附加气体提纯，例如氢。 因此，在某些实施例中第三气体是氢，而第二膜分离单元是对氢的选择性超过烯烃和烷烃 的聚合膜。
[0039] 偶尔，工艺的条件可以使得排出气流已经处在高压。在这种情形下，仅仅冷却就足 以引起冷凝，并且可以分配有压缩机。由此，在另一个实施例中，装置包括：
[0040] (a)冷凝器，其具有排出气体进口和冷却气体出口；
[0041] (b)相分离器，其具有冷却气体进口、未冷凝气体出口和冷凝流出口，其中冷凝器 的冷却气体出口与冷却气体进口流体连通；
[0042] ( c )第一膜分离单元，其具有第一供给进口、第一残余物出口和第一渗透出口，其 中未冷凝气体出口与第一供给进口流体连通；
[0043] ( d)第二膜分离单元，其具有第二供给进口、第二残余物出口和第二渗透出口，其 中未冷凝气体出口与第二供给进口流体连通；
[0044] ( e )压缩机，其具有第二渗透进口和压缩气体出口，其中第二渗透进口与第二渗透 出口流体连通，并且其中压缩气体出口与冷凝器的排出气体进口流体连通。
[0045] 在一些实施例中，当第一分离单元在蒸汽渗透条件下工作时，装置可包括汽化器 单元。在这种情形中，汽化器单元位于所述相分离器与所述第一膜分离单元之间，所述汽化 器单元具有冷凝流进口和汽化气体出口，其中，所述冷凝流进口与所述相分离器的所述冷 凝流出口处于流体连通，并且所述汽化气体出口与所述第一膜分离单元的所述第一供给进 口处于流体连通。
[0046] 本实用新型还公开了以下方案。
[0047] 方案1. 一种用于处理排出流的装置，所述排出流是由制造烯烃或非聚合烯烃衍 生物的操作产生的，所述排出气流包括烯烃、烷烃以及第三气体，所述装置包括：
[0048] (a)压缩机，其具有净化气体进口和压缩气体出口；
[0049] (b)冷凝器，其具有压缩气体进口和冷却气体出口，其中，所述压缩机的所述压缩 气体出口与所述压缩气体进口处于气体连通；
[0050] (C)相分离器，其具有冷却气体进口、未冷凝气体出口以及冷凝流