在开路循环中用喷气压缩机使净化床再生的制作方法

专利名称：在开路循环中用喷气压缩机使净化床再生的制作方法
技术领域：
本发明描述了使净化床(例如在聚乙烯聚合工艺中用于净化物料的净化床)再生的方法。
背景技术：
烯烃聚合工艺所用的净化床的再生需要大量的氮气流或者其他传热气体流，而这只是对每年所需的的几个小时而言。该领域倾向于使用单程(once-through)的氮气作为惰性的加热流和冷却流同时传送任何再生气体并将所形成的杂质带入火炬中。高纯氮的使用和火炬气燃烧(flaring)增加了操作成本和投资成本。开发的另一种设计是使用闭合的氮气循环。遗憾的是投资成本非常高，因为在鼓风机或机械压缩机中压缩之前需要使循环气体冷却。该冷却还将导致水(干燥剂再生的副产物)的冷凝。这就需要分离和处理的额外投资。还要关心的是循环的残留烃类可能在在线电热器的高温加热元件上结焦。因为形成杂质，所以循环在一些再生步骤中不可能是完全闭合的。美国专利No. 4424144 (Pryor等)描述了由3A沸石形成的成形制品，为无任何粘合剂残留的珠子或挤出物。珠子和挤出物都可以用于干燥烃类化合物(例如乙烯)与水的混合物。该发明描述了如何通过实验室氮气瓶中的氮气吹扫使沸石再生。公布的美国专利申请20040106752和20050043497 (Gindelberger等)描述了在聚合之前用于以实验室规模来净化乙烯的分子筛净化床。但是，在这些专利文本中似乎没有讨论在管线压力下使用惰性气体或用于使烯烃净化床再生的开路(open-loop)法或系统。因此，需要减少单程氮气再生法的上述负担，并且避免与使净化床再生的闭路法有关的成本和问题。发明概述本公开描述了通过使用包含惰性气体组分的流体组合物使净化床再生的方法，其中以压力Pl供应惰性气体组分，其中Pl大于将再生组合物发送到要再生的净化床的压力 P2。供应惰性气体组分的压力是被发送到含有要再生净化床的容器的再生组合物的压力的至少1. 5倍、或至少2倍、或至少3倍、或至少4倍或多于4倍。在某些实施方式中惰性气体组分可以有利地通过管线以管线压力供应。在其他实施方式中，惰性气体可以通过如本文所述的惰性气体发生器来提供。可以使用一个或更多个喷气压缩机或热力压缩机以压力Pl来压缩惰性气体混合物，以压力P3来压缩惰性气体的循环部分和所形成的再生气体，其中新鲜的惰性气体(例如氮气)被用作推动气体。在这些实施方式中，压缩机中的物料还可以包括从含有要再生的净化床的容器中形成的再生气体的循环部分(回收部分)。在这些方法中，Pl > P2 > P3。 该方法还可以被称为“开路”循环法，因为一部分惰性气体和形成的再生气体被循环利用， 同时一部分被发送到火炬或其他过程或场所。其中使用多于一个压缩机，这些压缩机可以并联布置、串联布置或以组合方式布置(例如两个串联，每一个都有一个并联的压缩机)。
本文所述方法的一个优点是对于喷气压缩机来说不需要连续预冷压缩机的进料。这种压缩机的排气温度基本上是循环流和新鲜惰性气体流的温度的加权平均值。在一些实施方式中，可以为压缩机和容器之间的混合流提供加热(或冷却)。在一些实施方式中，在压缩机吸气之前为循环气流提供一段时间的加热或冷却。在一些实施方式中，可以不对混合料加热或冷却，而是仅加热(或冷却)惰性气体流，因为这避免了循环系统的额外的压力降，还因为加热器/冷却器仅与惰性气体流接触，大大减小或消除了结焦风险。本文中还描述了用于实施上述方法的设备。


图1-5是本文中所描述的方法和系统的实施方式的示意性流程图。图6-9是显示不具有本发明公开的特征的对比例系统和在本发明公开范围内的三种方法的实施方式的温度曲线的计算机模拟结果，在工艺循环期间分别为惰性气体(推动气体)、循环组合物(压缩机吸气)和再生组合物(压缩机排气)提供估算温度。但是要指出的是，图1-5不是按比例绘制的，仅仅用于说明本发明的典型实施方式，而不应被看作是对本发明范围的限制，因此本发明还可以包括其它等效的实施方式。发明详述应当理解到，本文所用术语仅仅为了描述具体实施方式
的目的，并非意欲限定。还必须注意到，在本说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也涵盖复数对象，除非另有声明。烯烃聚合工艺所用的净化床的再生需要大量的氮气流或者其他传热气体流，而这只是对每年所需的的几个小时而言。烯烃聚合设备中通常有多个净化床。在净化模式中， 净化床可以是反应性的，当床与不纯的乙烯、丙烯或共聚单体(诸如丁烯、己烯、辛烯等)或稀释剂(诸如乙烷、丙烷、丁烷、异戊烷、己烷、氮气)接触时，杂质和床材料之间可能在床上发生一个或更多个化学反应；净化床也可以是非反应性的，其中杂质被吸附在床材料上或床材料内。床材料不是本发明公开的特征，例如可以是铜络合物、铝络合物等等。两种或更多种不同的床材料可以被放置在同一个容器中，例如以层叠方式或共混方式。这往往能降低总的再生时间和与每个容器相对应的惰性气体的使用量。高纯氮被用在聚合反应器内净化床的下游，一些床用于净化氮气从而除去被认为是烯烃催化剂毒物的水和氧气。典型的乙烯聚合设备可以包括在乙烯净化设施中的六个容器，在共聚单体净化设施中的两个或三个容器，以及在氮气净化设施中的两个或三个容器，其中的一些可以并联而一些可以串联，这样一些床可以进行再生而另一些仍提供净化服务。对于这些净化床的再生来说，倾向于使用单程的氮气作为惰性加热流和冷却流同时传送任何再生气体并将所形成的杂质带入火炬或其他销毁装置中。高纯氮的使用和火炬气燃烧增加了操作和投资成本。对单程的方法和系统的替代是使用闭路的方法和系统。遗憾的是投资成本非常高，因为在鼓风机或机械压缩机中压缩之前需要冷却循环气体。该冷却还将导致水(干燥剂再生的副产物)的冷凝。这就需要分离和处理的额外投资。还要关心的是循环的残留烃类可能在在线电热器的高温加热元件上结焦。因为形成杂质，在再生的一些步骤中循环可能不是完全闭合的。
本公开描述了使用开路循环使净化床再生所用的方法和系统，其中一部分容器流出物被循环利用，而剩余物被排出系统，例如进入火炬系统。提供惰性气体(有时也被称为推动气体、传热流体或传热气体)组分，其中以高于要再生的净化床中的压力来供应惰性气体组分。在一些实施方式中，供应惰性气体组分的压力是含有要再生净化床的容器内压力的至少2倍、或至少3倍、或至少4倍或多于4倍。有利地，惰性气体的压力是含有要再生净化床的容器内压力的至少2倍从而在净化床的再生期间提供足够的穿过净化床的流量。 小于再生压力的至少2倍的压力也可行，但是再生的性能可能受影响。另一个方面，使用比再生压力高约4倍的压力不会使再生性能显著增大到与较高的惰性气体压力相对应的程度。但是，如果需要可以使用较高的压力。参考附图，其中相同的附图标记数字用于指代相同或类似的组件，除非另外说明， 图1-5是根据本发明的方法和系统的五个示例性实施方式的示意性流程图。看过本文的附图和说明书之后，本领域普通技术人员将认识到这些实施方式的替代物，这些替代物也在本发明的范围内。实施例100在图1中示意性地描述了氮气或其他惰性气体的供应管道 102。在本文中有时也被称为管线氮气(如果氮气是所用的惰性气体)。管线氮气通常在环境温度(约20°C )和IOOpsig (690kPa)或更高的压力下使用。管道102首先将惰性气体发送到加热器104。所引入的热的量取决于所需的再生温度。加热器104可以使管道102内气体加热至200°C或更高的温度。可以控制加入加热器104的能量从而为管道114中的混合再生气体流提供目标温度。然后管道106将经加热的惰性气体发送到喷气压缩机108 (有时也被称为热力压缩机或喷射器)，其用于使惰性气体和要返回容器110的循环流在管道 112中混合，并且用于使循环流的压力增大到允许再生组合物穿过要再生的床的压力。所得到的再生组合物通过管道114并进入含有要再生的材料的容器110中。管道 114中的再生组合物约是管道106和112中组合物的加权平均。因为所形成的杂质仅为循环气体中的微量组分，所以管道114中的混合组合物非常接近于管道106中的管线惰性气体组合物。通过推动气体组合物和循环的气体组合物，管道114上喷气压缩机108出口处的温度基本上等于管道106中推动气体的温度和管道112中循环气体的温度的加权平均值。 在床的加热循环期间，管道106中推动气体的温度高于管道112中循环气体的温度。在床的冷却循环期间，管道106中推动气体的温度低于管道112中循环气体的温度。管道114 中的压力高于循环管道112中的压力，其差值为通过要再生的床和管线的压力降。推动气体管道106中的压力需要至少为管道114内绝对压力的1. 5倍，在示例性实施方式中至少为管道114内压力的2倍。管道116的压力和管道114的压力之比越高，在管道114的流量相同的情况下，能允许来自管道112的循环气体所占的百分比越高，来自管道106的新鲜推动气体的使用量越小。再生组合物经过容器110之后，与要再生的床材料接触的过程中，来自容器110的流出物通过流出管道116流出。流出管道116中的部分流出物经由管道112再循环，而不循环的部分被排出，例如经由管道118进入火炬系统。背压控制阀120通过平衡管道118 中的排出量而与管道106中新鲜惰性气体的加入量相匹配，从而有助于调节容器110中的压力。在典型的再生循环的某一时段中，例如在要再生的容器110的冷却期间，不循环的部分可以排至大气中，因为此时的惰性气体不含烃类。图1的配置允许添加与容器110并联的附加净化容器。附加的容器可以与容器110同时进行再生，或更常见的是如容器IlOa所示在它们进行正常净化服务的同时，而使容器 110再生。在正常的净化服务中，待净化的气体或液体通过管道130供应，流经一个或更多个容器110a，然后经由管道132流出用于制造过程。本领域普通技术人员能理解的是图1 中实心的阀表明它们是关闭的。容器110的再生循环完成之后，可以再次用于净化服务，使用与容器110所用的相同加热器104和喷气压缩机使一个其他容器再生，恰当地关闭和打开各阀。图2描述了图1的方法和系统的多个可能的改进中的一个。实施例200考虑了其中两个或更多个容器110、110a、……IlOn(为了简洁未示出IlOn ；η是一个数)可以包含相同或不同的要再生的床的情形。最常见的烯烃聚合设备有几种不同的类型和容量的、 需要不时地进行再生的床。在这些实施方式中，虽然一个喷气压缩机便能满足所有需要， 但是在某些实施方式中(例如实施方式200中)可以为每一个容器110、110a、110n或一组具有类似的要再生床的类似容器提供专用的喷气压缩机108、108a、108n(为了简洁未示出 108η)。在这些和类似的实施方式中，各喷气压缩机在容量、调气比和其他压缩参数方面可以是相同或不同的。作为一个具体的例子，图2描绘了 预热的管线氮气经由管道106、106a 被送到喷气压缩机108、108a，从而与流经管道112、11加的循环流合并以产生再生组合物， 再生组合物经由管道114、114a被送到容器110、110a。来自容器110、1 IOa的流出组合物分别通过管道116和116a流出，而来自每一个容器的循环流经由各自的管道112、11 被送到喷气压缩机108、108a，同时不循环的部分经由管道118、118a被送到火炬系统，其中通过压力调节器120、120a控制压力。实施方式200的一个变化形式(未示出，但认为在本发明的范围内)可以是不同的管道102、10加将不同的惰性气体原料送到各自的预加热器104、 104a。在这种方法中，当一个预加热器停用时，在另一个床的再生期间可以使用另一个预加热器，或者加热区的尺寸和位置可以为每一个容器或一组类似的容器最优化。图3描述了以本发明范围内的方法和系统的其他变化形式为特征的实施方式 300。实施方式300的特征为第一和第二喷气压缩机108、108a串联布置。压缩机108和 108a在压缩容量、结构材料以及其他操作和结构细节方面可以是相同的或不同的。压缩机 108可以使惰性气体和循环组合物的混合物从压力Pl和温度Tl压缩至压力P2和温度T2， 其中Pl和Tl分别为管道112中的循环组合物的压力和温度，而P2和T2分别为管道113 中的再生组合物的压力和温度。压缩机108a将再生组合物压缩至压力P3和温度T3 (在管道 114 中)，其中 Pl < P2 < P3。图3中示意性描述的另一个可选的特征为在管道112上提供热交换器122用于加热或冷却循环组合物。热交换器122可以是任何一种加热器，例如电热器或蒸汽加热器，但是在一些实施方式中，可以在间接的热交换器中通过传热流体(例如加压水或 D0WTHERM)来提供热量。对于管道114中的相同再生气体温度而言，交换器122中热量的加入可以降低管道106中所需的温度。在其他实施方式中，热交换器122可以是使用空气、水或其他流体来冷却管道112中循环流的冷却器。冷却将降低管道114中的温度，从而促进容器110中床的冷却。图3中描述的两个其他可选的特征为提供热交换夹套或热交换板109以及热交换线圈111，任何一种都可以用于加热或冷却。夹套或板109和线圈111可以是电动的或使用传热流体，例如水、蒸汽或乙二醇或甚至气体，诸如氢气、氮气、氩气及其混合物。
图4描述了示出本发明的方法和系统的另一方面特征的实施例400。在实施方式 400中，提供热交换器IM和管道1沈、1观来预热管道102中的惰性气体和流经管道118的容器110的流出组合物中的不循环部分。该实施方式的变化形式可以是使部分(全部)不循环的流出物进入管道102中的热交换器。在再生循环的加热部分期间，使气体在加热器 104中预热很有利。在循环的冷却部分期间，经过管道126的气流将停止，并且冷的惰性气体直接流经管道102进入加热器104。在该冷却循环期间加热器104中的加热也将切断，从而使冷的惰性气体流经管道106进入喷气压缩机108。图5中描述的另一个实施方式是其中两个或更多个床串联操作，但是按如下方式排列使得再生气流在循环的某些地方是串联的而在循环的其他地方是独立的。净化床可以在同一容器中(如所描述的)或在各自的容器中。当其中净化床具有不同的目标峰再生温度或者一个床在部分循环中需要加入第二再生气体(例如氢气)时，使用其中如图5布置的实施例可能很有利。在一个实施例中，初始的加热循环可以是来自喷气压缩机108的热气流经管道114，向上穿过床134，继续向上穿过床134a，然后经由管道116和112返回喷气压缩机。当一个床(例如床134a)达到温度极限时，可以切换循环，从而使床134的继续加热可以通过流经管道114、床134、管道136、管道116a和管道112的气体进行。这样绕过床13如。部分再生循环也可以使再生气体经过管道114a、管道136、床134a、管道116和管道112。这样便绕过床134。在某些实施方式中，可以使用图1-5中所描述特征的各种组合，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。认为这些变化形式在本发明的范围内。 再次参考图1，所示的管道140和容器142表示一些惰性气体可以进入其自有的净化容器从而例如除去水和氧气。净化后的惰性气体随后进入聚合反应器(未示出)，可能是通过增压压缩机。在某些实施方式中，如果需要的话，一些净化的惰性气体可以用于其他床的再生。本文中所描述的方法和系统的一个代表性的再生循环包括初始的降压时间段，其中使要再生的容器排气，可能排至火炬系统。然后用惰性气体吹扫容器从而除去间隙中的烃类和其他比较易于除去的杂质，随后是加热时间，其中打开系统(或系统中)可用的一个或更多个加热器。如本文中更全面的说明，这可以包括在温度中的一个或更多个程序化的 (或非程序化的)阶跃变化。一旦通过对容器排出物流的常规测试或者在升高的温度下经过规定的时间而指示再生完成，随后关闭加热器或减少加热从而允许冷却的惰性气体在容器中循环。在该阶段一些容器排出物可以排至大气或排至火炬系统。在一个实施方式中， 在所有或部分冷却循环期间，绕过喷气压缩机108，来自容器110的热气经由管道118排出。 在另一个实施方式中，喷气压缩机108用于使温暖的循环流112循环再利用并使其与环境温度的推动气体在管道106中混合。在另一个实施方式中，管道112中的循环是在如图2 所示的热交换器122中预冷却，从而加快容器110的冷却而不增加管道106中的流量。图6显示了计算机模拟的结果，该模拟显示了在不使用本发明的一个或更多个特征的对比实施例的再生循环中的温度曲线。该曲线给出了床入口(再生气体进入床的位置)和床出口(再生气体排出的位置)的估算温度。该曲线从加热循环开始，没有显示从操作压力到吹扫剩余的间隙气体或液体的压力之间的减压。假设在该实施例中再生用的惰性气体进行阶段性加热，例如三阶区间120°C、300°C和30°C (假定的环境温度)。在这
8种控制方案中，当容器110的温度增大时床出口的温度也增大，但是由于容器110中床的热质，存在一个滞后时间。当关掉加热器后，床出口温度的冷却也会滞后。该对比例以及后来的使用了本发明的一个或更多个特征的实施例(图7-9)假定纯氮气为再生气体以及环境温度为30°C (86下)，还假定这是再生开始时床的温度以及管线氮气的温度。在图6 对比例和图7-9实施例的每一个中，要加热的热质量是床材料的质量与含有床材料的容器所用的钢的质量的组合。床材料的质量为337301bs (15300kg)，其恒定的热容为0. 25Btu/ Ib-F (1047J/kg-K)。含有床材料的容器所用的钢的计算质量为323401bs (14670kg)，其恒定的热容为0. llBtu/lb-°F 06OJ/kg-° K)。为了模拟，基于床材料的热容和钢制容器的热容的加权平均值计算得到单一的热容作为有效热容。在模拟中，热质的加热是通过下列步骤实现的将热质分为1英寸05.4mm)的层增量，计算每一个递增的时间段中每一个热质层的分段加热量。将下列温度值手动输入本发明的对比例和每一个实施例的模拟中床材料的起始温度、在加热期间期望的最终的床出口温度、最大允许的热气出口温度(加热的推动气体的温度)、最大允许的容器入口的气体温度、循环流加热器的出口气体温度、冷却气体的温度(环境推动气体)、循环冷却器的出口气体温度以及在冷却期间所期望的最终床出口温度。在推动气体和吸气流在每一个递增的时间段内混合之后，热气出口温度(加热的推动气体的温度)是自动计算的(受控制的)以提供所期望的最大允许的容器出口气体温度。最大允许的容器出口气体温度保持不变，除非手动输入最大允许的加热气体出口温度值(推动气体与吸气流混合之后该值将限制期望的容器出口气体温度)。ks/No选项包括选择是否使用喷气、是否使用冷却循环、是否使用循环流加热器、或者是否使用循环水冷却器。ks/No选项用于设定每一个实施例系统的配置。使用恒定的传热系数0. 0167Btu/ (min-lb-F) (69. 8J/ (min-kg-C))来计算每一个热质层中的传热速率。传热系数是凭经验选择的用于提供可与用实际操作数据生成的曲线相当的模拟加热曲线。每一个递增的热质层中的传热速率(HtRate)是通过递增的热质层的重量 (Solfft)乘以传热系数(HTF)再乘以层的入口气体温度(InGasT)和热质层的起始温度 (SolStartT)之差来计算(参见公式1)。发现向热质层传递的热量(HtFlow)是传热速率乘以递增的时间段(Time)(参见公式2)。最终的热质层温度(SolEndT)是通过使起始的热质层温度(SolMartT)与热质层的温度增量相加来计算。热质层的温度增量是通过热质层传递的热量(HtFlow)除以热质层的重量(SolWt)再除以热质的有效热容(SolCp)来计算 (参见公式幻。一个时间段中再生组合物的质量(feisFlow)是通过气体速度(GasRate)乘以递增的时间段(Time)来计算(参见公式4)。出口气体温度(OutGasT)是通过热质层的入口气体温度(InGasT)减去气体经过热质层的温度损失来计算。气体经过热质层的温度损失是通过传递的热量(HtFlow)除以一个时间段中再生组合物的质量(fesFlow)再除以再生组合物的热容(GasCp)来计算(参见公式5)。公式1 :HtRate = SolWt*HTF* (InGasT-SolStartT)公式 2 =HtFlow = HtRate^Time公式3 =SolEndT = SolStartT+ (HtFlow/ (Solfft^SolCp))公式 4 :GasFlow = GasRate^Time
公式 5 =OutGasT = InGasT- (HtFlow/ (GasFlow^GasCp))对整个床材料高度的每一个热质层进行渐进式的迭代计算。然后完成每一个递增的时间段中整个床材料的逐层计算。在每一个递增的时间段结束时记录每一个递增层的温度，从而生成整个床材料相对于循环时间的温度曲线。在对比例和本发明的实施例中，代表性循环需要第一阶段，其中使用温度为 1200C (248 0F )的入口再生气体来预加热床。当床的出口温度达到100°C (212 0F )时停止预加热。然后使再生气体到床的入口温度增大到300°C (572下)并且保持直到床的出口温度达到280°C (536 T )。在这些实施例中，随后关闭再生气体加热器，环境温度下的再生气体流逐渐使床冷却至环境温度。温度和步骤的数量仅仅是代表性的，并非意欲限制本发明的教导。还是参考图6，观察到由于床和容器的热质，床出口温度沿着一条光滑的曲线变化。这也是为什么关闭再生加热器之后有时出现床出口温度峰值的原因。在该对比例中， 发现再生循环为所描述的两步加热循环花费约12小时而为冷却循环花费约7小时。对比例循环总计使用了 86180kg(1899901b)的氮气，基于恒定的流速4536kg/h(100001b/hr)。 基于没有向环境的热量损失的简化假定，再生加热器添加了 10580MjQ940kWh)的能量。在根据本发明的方法和系统的操作中，可以使用各种控制方案。例如，还是参考图 1，在一种方案中(方案A)，管道102中的惰性气体可在与图6的实施例中再生气体的梯级相匹配的阶区内加热。在这种控制方案中，循环温度随容器110温度的增加而增大，但是由于容器110中床的热质，存在一个滞后时间。当关掉加热器后，循环流或吸入流112的冷却也会滞后。如图所示，压缩机排气流114的温度基本上是气流106和112的温度的加权平均值。这在图7中用图表描绘了。在使用如图3所示配置的另一种方案中(方案B)，调整管道106中的惰性气体温度从而使管道114中的再生气体温度(压缩机排气温度)接近阶区温度(例如30°C、140°C、30(rC )，惰性气体(推动气体)温度的最大值在该实施例中为 450°C，在冷却阶段使用冷却器122来冷却该循环。图8描绘了这种方案。在同样使用了如图3所示的配置另一种方案中(方案C)交换器122被用作在加热循环中用于增大吸气温度的加热器以及在冷却循环中用于降低吸气温度的冷却器。惰性推动气体的温度在加热循环中也是变化的(参见图9)。图7-9显示了前面几段所讨论的三种模拟的方案A、B和C的温度曲线。该曲线给出了过程循环期间惰性气体(推动气体)流、循环流(压缩机吸气)和再生组合物(压缩机排气)流的估算温度。通过沿着喷气压缩机在每一个点上热力学平衡来确定压缩机排气流的温度。从一个实施方式到另一个实施方式，温度曲线可能有变化，但是提供了对每一种情况下期望的典型操作条件的初始估计值。方案A(图7)是一个用于降低管线氮气流速的非常简单的系统。但是由于循环流的冷却效果使加热时间在该模拟中增大到约26小时。因为要再生的容器110的热质，循环气体温度112缓慢增大。因此，再生组合物(压缩机排气)114的温度也缓慢增大。循环气体中的热滞后的加热效果使得冷却循环时间增大到约17小时。在模拟的方案B(图8)中，再生组合物(压缩机排气)114的温度增大得比循环气流112快，因为每一个阶跃变化中推动气体106的初始温度可以远远超过目标再生组合物的温度。不是如方案A—样阶跃至恒定的300°C，推动气体的温度阶跃至450°C。因为循环吸气112的温度增大，推动气体106的温度随后降低，所以再生组合物(压缩机排气)114 的温度不会超过其在每一阶段的目标值。再生气体温度的较快升温使实施例容器110的加热时间减小至约11. 5小时。添加循环热交换器122用作冷却器，使冷却时间减小至约7. 5 小时。方案C(图9)使用一个或更多个循环热交换器122，其既被用作冷却器又被用作加热器从而得到类似的结果。通过交换器122向循环线添加热量允许气流112的连续热循环，从而使再生气体114的温度保持为目标温度，而推动气体106的温度不需超过所期望的再生温度太多。这样提供的加热时间约为12小时，但是不需要方案B中非常高的温度。使用交换器122作为循环冷却器允许冷却如方案B —样在约7. 5小时内完成。各种方案常常规定设备选择。例如，在方案C中，其中循环流在三种具体实施方式
中是温度最高的，对于热交换器122来说蒸汽加热器与电加热器相比有利于避免烃类在循环流中结焦。或者，使用传热流体(例如D0WTHERM)的间接系统可以用在方案C中，从而一个交换器122既可以用于热循环又可以用于冷却循环。惰性气流和/或循环流的较高温度表示对管道、装置、容器和其他部件有冶金要求。其中加热器104或122使用的高温需要有效的隔热从而确保表面温度低于可能意外释放在附近的烃类的自燃温度。压缩机的极限可能高达450°C (840 T )；例如这些限制可能表明结构是比较昂贵的材料，例如特殊的合金 (诸如高铬钢或不锈钢)。为了通过操作方案得到经验并确保设备在稳定的压力和温度下循环，通过使用下列每一个再生循环的相同或类似的再生温度曲线来操作本文所述的方法和系统可能很有利但不是必需的。在某些实施方式中，使方案B中的惰性气体(推动气体)的温度在更多个不连续的阶段中阶跃式变化可能很有利，即使这样可能延长再生时间或者与现有技术相比使得床层在某些时间中面对更高的温度。在某些实施方式中，单一的喷气压缩机可以被设计为能在热循环期间能有效地操作，但这并不是必需的。如果希望这样，喷气压缩机所含的结构材料需要能承受再生加热和冷却期间的温度变化和温度梯度。有经验的操作人员和设计者在每一个实施方式中不需要过度实验，经过很短的时间便能很容易确定如何实现最高的效率(定义为最大的惰性气体循环流量)。这主要是通过调节各种流体的压力(例如喷气压缩机吸气和排气的压力)以及观察到的各种流体的温度变化。有经验的操作人员和设计者能够确定各种实施方式以及可选方案的优点/缺点， 例如多个喷气压缩机系统与单一的喷气压缩机相比是否能提供更高的效率、哪个系统压力对喷气压缩机效率(惰性气体、循环或压缩机排气)的影响最大、喷气压缩机的尺寸、系统对哪些操作变量(压力、温度、速度、质量流量)最敏感。喷气压缩机通常以各种外框尺寸出售，并且具有不同的自动控制系统(包括推动气体入口的可调喷嘴)。有经验的压缩机技工能够确定哪种外框尺寸和控制系统对具体的再生方案最有利，从而产生最大的惰性气体循环量。典型的自动控制方案包括反馈、正反馈、级联等等，并且可以通过计算机来执行， 可以在现场或者在更集中的位置。可以使用成比例、积分和微分的控制策略或其组合，例如 PID控制器。在任何一个所示的实施方式中，可以使用设计装有固定喷嘴或可调喷嘴的喷气压缩机。具有固定喷嘴面积的固定喷嘴设计在恒定的推动气体压力和温度下提供恒定的推
11动气体流量。可调喷嘴设计的例子是具有尖端的锭子，该尖端可以进入和离开喷嘴的通道从而减小喷嘴的流动面积。喷嘴流动面积的变化将导致给定压力和温度下流经喷嘴的气流量的变化。可调喷嘴锭子的位置的控制可以是手动的或自动的。在恒定载荷下操作单元时使用具有手动控制的锭子的喷气压缩机，但是期望喷嘴的灵活度能够补偿操作条件的变化。可以通过手轮或类似的附件来操作锭子。当压力、吸力或排气条件变化而需要控制排气压力或排气量时使用具有自动控制的锭子的喷气压缩机。可以通过使用任何标准仪器信号(电信号或气动信号)的隔膜、活塞或马达促进器来操作锭子。所描述的实施方式可以使用这些中的任何一种锭子控制方法。可以通过温度、压力、流量或吸入气体与推动气体之比来激活控制。所描述的实施方式可以使用这些中的任何一种系统变量来控制。本文中所述方法和系统中所用的惰性气体不需要完全不含反应性气体，只要净化床的再生能以安全并迅速的方式进行便可。惰性气体可以是氮气、氩气、氪、氙气、二氧化碳或其混合物，并且可以基本上由从空气分离设备中净化的氮气组成。空气分离设备可以选自低温分离设备、吸附分离设备(可商购的变压吸附单元、真空压力吸附单元和变温吸附单元)和膜分离设备。在某些实施方式中，惰性气体是氮气，氮气可以是电子级或食品级的氮气。管线氮气的优点是其压力特别适合用于再生方法，因为这通常刚好等于或高于期望的压力，特别是当通过喷气压缩机使用惰性气体来压缩来自容器(含有要再生的净化床)的循环流时。惰性气体组分可以有利地以某些实施方式中的管线压力经由管线供应。如美国专利No. 6196021中所指出的，从低温空气分离设备中产生之后，氮气通常在高压(通常为250-600pSig(1700-4100kPa))下向下游运送至管道中。不同系统的压力也不同，但 400psig(2800kPa)的压力是氮气管线中常见的压力水平。现在的做法是通过压力调节器在压力降低台上使氮气的压力降低至用户需要的水平，例如150psig(IOOOkPa)。通常流体 102中的氮气基本上不含水分和二氧化碳，其氮气浓度高于99体积％，在某些实施方式中高于99. 9体积％或99. 99体积％或甚至99. 999体积％。在其他实施方式中，可以通过惰性气体发生器(例如膜单元或吸附单元)来提供惰性气体。这些单元是已知的用于制备“现场”氮气的单元。在这种“现场”氮气发生器中， 一个或更多个压缩器被用于在高于大气压的压力下(通过为几巴的压力或更高)压缩空气。被压缩的气体经过过滤、除水蒸气以及本领域普通技术人员已知的可能其他操作之后， 作为洁净的干空气(含有例如小于Ippm的湿气(露点为70°C或更小)、小于0. 01微米的微粒和无法检测的残留油蒸汽)传送至膜单元的进料侧，所述膜单元包括例如聚酰亚胺、 聚酰胺、聚烯烃或其他玻璃态聚合物的膜。在膜的非渗透(进料)侧上，回收富含氮气的气体混合物，其包含小于5% (体积比)的氧气，而在膜的渗透侧(优选地但不是必需的为下侧)上，在环境压力或较低的压力下排出富含氧气的混合物。吸附基系统也可以用来提供惰性气体。已知的吸附基氮气源是变压吸附单元、真空压力吸附单元和变温吸附单元，其通常包括两个或更多个含有吸附材料的容器。当一个吸附床是“已填满的”时，控制系统将进料空气转移或“振动”进入其他容器。在这些实施方式中，空气压缩机被用于在空气被过滤之前(第一阶段优选地包含水分离器、凝聚式过滤器和颗粒过滤器以及活性炭吸附塔)在优选地至少等于约IObar的压力下压缩空气。这种氮气发生器可以包含氧传感器和氧气监测系统，从而监测所产生的“不纯”氮气中氧气的含量。缓冲罐可以连接在发生器和惰性气体预热器之间(或与发生器和惰性气体预热器并联连接)，其中的压力保持高于氮气的正常使用压力，通常约为IObar或甚至更高。合适的膜发生器是例如M 500C系列的FLOXAL (L’ AIR LIQUIDE SA的商标)氮气膜发生器，例如在Tech Specs中公开了这种系统，其通过引用结合于此(这些发生器通常以不同的流速和从约95体积％的惰性气体到99. 5体积％的惰性气体的不同纯度来供应氮气)。因为约50体积％或更多的容器排放气体被排出或燃烧，所以循环中杂质的积聚是有限的。没有在线冷却时，杂质被从床层中赶走，系统中很少或没有水凝结。喷气压缩机没有运转部件并相对较便宜。在某些实施方式中，我们利用管线氮气在>100pSig(690kPa) 时是可用的事实在较低的压力下进行再生。因此，本文中描述的方法和系统以及其变体提供了减小30%或更多的再生氮气使用量(和用于燃烧该氮气的甲烷使用量)、降低的功率消耗和仅仅略微增加的投资。用在各种实施方式中的热交换器可以根据具体的再生过程变化。尽管附图中描绘的各种实施方式显示了流经壳体的流体和经过管结构的其他流体，流体可以反方向流动。 同样，其中所显示的交换器单元可以简单地为两个或更多个串联或并联的单元。可用的热交换器可以是壳管式、翅片管式等等。流程布置可以是逆流、并向流、横流等。为了冷却，热交换器可以使用空气(例如在风扇空气冷却器中)、水(例如通过冷却塔提供)、乙二醇或通过制冷机循环。还可以使用这些的组合。如果惰性气体是由低温气体分离设备提供的氮气或氩气，可以整合管道运输，例如来自要进行再生的容器的循环组合物进入低温气体分离单元的冷箱中。如图1所示，在某些实施方式中，可以为压缩机和容器之间的混合流提供加热(或冷却)，在示例性实施方式中，惰性气体或推动气体被加热(或冷却)。这样避免了再循环系统中额外的压力降，并且由于加热器/冷却器仅与相对纯的惰性气体接触，所以没有结焦的风险。
具体实施例方式要理解的是尽管本发明已经通过结合其具体的实施方式描述了，上面的描述是想说明本发明，并非意欲限制本发明的范围。本发明的其他方面、优势和改进对本领域普通技术人员来说是明显的。因此，提出下列实施例以便为本领域普通技术人员提供完整的公开和说明，并非意欲限制发明人所认为的其发明的范围。下列实施例得自如Μ. P. E. P. § 608. 01 (ρ)中所允许的和所提及的建模技术。图1所示的系统和方法的计算机模拟和建模通过如下进行使用Microsoft’ s Excel软件，其带有为确定每一个气体流的温度和床体每一个1英寸(25mm)间隔的温度以及60秒间隔内循环压缩机吸气和推动气体的流量比而编写的宏命令(macros)。基于供应商的数据，在本研究中为喷气压缩机假定下列关系式Rw = 8. 89X 10-4X (Tm-Ts+0. 834)。 其中Rw等于吸气质量流量除以推动气体的质量流量；Tm等于推动气体的温度；而Ts等于吸气温度(均为摄氏度)。110pSig(760kPa)下的低温纯氮气被用作环境温度下(约30°C)惰性气体。在没有使用本发明的一个或更多个特征的模拟中，流速为100001b/hH453mcg/ h)的管线氮气在热交换器中被加热到目标温度，然后通过控制阀或孔板膨胀至假定的 35psig(240kPa)再生进口压力。假设经过容器和要再生的床层以及相关管道的压力降为 IOpsig(69kPa)。在方案A、B和C中，用喷气压缩机代替减压阀或孔板，从而额外的压力能量被用于使降低的恒定的58001b/hrO630kg/h)氮气运动流与来自容器(含有要再生的床层)的循环流组合。进行该模拟的人员基于可以调整的参数，例如含有要再生床的容器内的压力、进料温度和经过容器的流速、容器的横截面积和体积、要再生的容器内材料的种类和体积，用恒定的循环压力25psig(172kPA)、恒定的压缩机排气压力35psigQ40kPA)和恒定的推动气体压力IOOpsig(690kPA)通过该模拟中的模拟程序计算出循环流的温度。模拟程序计算出如图1和图7所示的方法和系统的再循环速度为25-45质量％ (即75-55质量％的新鲜惰性气体)。从图8和图9中看出通过改变设备布置和操作方案，再循环速度可以增大到37-55质量％。通过设备的选择、使循环的压力降最小化或使用更高压力的推动气体源，预计再循环速度可能高于约70质量％。除非另有说明，短语“基本由...组成”和“基本上由...组成的”不排除其它步骤、元素或材料的存在(无论是否在说明书中提及)，前提是这些步骤、元素和材料不影响本发明基础的、新颖的特性，不排除与所用元素和材料相关的常见的杂质和变化本文中仅仅明确公开了某些数值范围。然而，某一下限可以与任何其它上限组合用于限定未明确记载的范围，类似地，某一下限可以与任何其它下限组合用于限定未明确记载的范围，同样，某一上限也可以与任何上限组合用于限定未明确记载的范围。通过引用将本文中所列的所有参考文献全部结合在本文中，这种结合是准许的并且其公开内容与本发明的描述一致。尽管已经根据大量实施方式和实施例来描述本发明，本领域技术人员得益于该公开内容应当理解，可以在未脱离本文公开的本发明范围和精神的基础上衍生得到其它实施方式。
权利要求
1.一种用于使容器中所含的净化床再生的方法，所述方法包括a)以第一压力Pl供应惰性气体；b)在第二压力P2下使所述惰性气体与来自所述容器的循环组合物组合形成再生组合物，所述循环组合物的压力为第三压力P3，使得Pl > P2 > P3 ；以及c)将所述再生组合物发送到所述容器从而使所述净化床再生。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述惰性气体的供应包括以至少为所述再生组合物的压力P2的1. 5倍的压力Pl来提供所述惰性气体。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述惰性气体的供应包括以范围在所述再生组合物的压力P2的至少2倍到至多4倍内的压力Pl来提供所述惰性气体。
4.如前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述惰性气体的供应包括经由管道供应所述惰性气体并且Pl是管道压力。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述惰性气体的供应包括用现场的惰性气体发生器产生的惰性气体来补充管道供应。
6.如前面任何一个权利要求所述的方法，其中使所述惰性气体与所述循环组合物组合包括使所述惰性气体与所述循环组合物在喷气压缩机中组合。
7.如前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述循环组合物的循环速度的范围为所述惰性气体和与之组合的所述循环组合物的总流量的约20质量％到约80质量％。
8.如权利要求7所述的方法，其中容器排出物中不循环的部分被发送到处理系统。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述惰性气体通过所述容器排出物中不循环的部分进行预热。
10.如前面任何一个权利要求所述的方法，其中在多个容器中有多个相应的要再生的净化床，每一个床和容器的尺寸都是独立的。
11.如权利要求10所述的方法，其中使所述惰性气体与来自每一个容器的循环组合物组合包括使各个惰性气体流与来自每一个容器的相应的循环流组合。
12.如权利要求11所述的方法，其中对于惰性气体与循环组合物的每一次组合来说， 所述组合都发生在专用的喷气压缩机中。
13.如前面任何一个权利要求所述的方法，其包括在与所述循环流组合之前使所述惰性气体预热的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述惰性气体的预热包括使所述惰性气体暂时加热到远远超过目标再生组合物温度的温度，然后随着所述循环组合物温度的增大，降低所述惰性气体的温度从而使所述再生组合物温度不超过其目标值。
15.如前面任何一个权利要求所述的方法，其还包括一个选自下列的步骤在与所述惰性气体组合之前在床的加热循环期间使所述循环组合物加热，和在与所述惰性气体组合之前在床的冷却循环期间使所述循环组合物冷却。
16.如权利要求6所述的方法，其中两个或更多个喷气压缩机并联或串联使用。
17.如前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述方法用于减小烯烃聚合设备中产生的火炬气的体积。
18.一种用于使容器中所含的净化床再生的系统，所述系统包括a)在第一压力Pl下供应的惰性气体；b)经由管道供应的惰性气体，所述惰性气体经由该管道与喷气压缩机流体连通，用于使所述惰性气体与流经第一管道的循环组合物组合，所述第一管道与所述喷气压缩机流体连通，和包含要再生的净化床的容器，所述喷气压缩机在第二压力P2下形成再生组合物， 所述循环组合物的压力为第三压力P3，使得Pl > P2 > P3 ；c)使所述喷气压缩机和所述容器流体连通的第二管道，用于将所述再生组合物发送到所述容器并使所述净化床再生。
19.如权利要求18所述的系统，该系统选自在连接所述惰性气体向所述喷气压缩机供应的管道上包含第一热交换单元的系统、在连接所述喷气压缩机和所述容器的第一管道上包含第二热交换单元的系统及其组合。
20.如权利要求18或19所述的系统，其中所述净化床包括相互串联连接的第一净化床和第二净化床，其中所述第一和第二净化床具有相同或各自不同的净化床组合物。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述容器包括第一和第二容器，其中所述第一净化床存在于与包含所述第二净化床的所述第二容器相互串联连接的所述第一容器中。
22.如权利要求20所述的系统，其中所述第一净化床存在于所述容器的第一容积中而所述第二净化床存在于所述容器的第二容积中。
全文摘要
本发明提供了一种利用惰性气体(例如通过管线供应)的压力使净化床再生的方法和系统。惰性气体(102)以第一压力供应，并与来自容器(110，110a)的循环组合物(116)组合，所述容器(110，110a)含有要再生的材料。这些物料流在小于惰性气体压力的第二压力下形成再生流体组合物(114)，然后其进入容器中使净化床再生。喷气压缩机(108)可用于使惰性气体和循环流组合。循环回收的组合物使得惰性气体的使用量降低，同时一部分被燃烧或以其他方法处理。
文档编号B01D53/04GK102421804SQ201080018216
公开日2012年4月18日 申请日期2010年4月15日 优先权日2009年4月24日
发明者兰德尔·L·弗奥斯, 吉特 雷切尔·L·勒 申请人:尤尼威蒂恩技术有限公司