一种回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法和装置与流程

本发明涉及聚乙烯生产装置的尾气回收技术领域，更具体地讲，本发明涉及一种回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法和装置。

背景技术：
在聚乙烯的生产过程中，通常会从聚合反应器和聚乙烯粉料脱气仓中排放出大量的由包括未聚合的乙烯和共聚单体(丙烯、丁烯、己烯等)等的烃类组分、诱导冷凝剂(异戊烷、己烷等)、氢气和脱气仓的吹扫氮气所混合而成的聚乙烯装置尾气。回收聚乙烯装置尾气中的烃类组分和氮气等气体，对于聚乙烯装置的节能降耗而言意义重大。现有的回收聚乙烯装置尾气的方法通常包括加压冷凝、膜分离和变压吸附等步骤，从而能够实现烃类组分的有效回收，其中，烃类组分的回收率可达到99％以上。但是，采用现有技术中上述方法回收的氮气中均含有氢气，如果将回收的氮气返回至脱气仓循环使用，则可能会形成仓内的氢气积累而造成严重的安全隐患。因此，亟需提供一种能够从聚乙烯装置尾气中同时回收烃类组分以及氢气含量极低的氮气的方法和装置。

技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种能够从聚乙烯装置尾气中同时回收烃类组分和氮气的方法和装置，从而实现氮气回收率大于99％且烃类组分回收率达到近100％的近零排放效果。为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法，所述方法包括以下步骤：A、使聚乙烯装置尾气经过催化脱氢反应器进行脱氢处理；B、使脱氢处理后的聚乙烯装置尾气经过变压吸附分离单元进行烃类组分和氮气的分离处理，回收得到彼此分离的烃类组分和氢气含量为0.001～0.5mol％的氮气。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法的一个实施例，所述方法还包括在步骤A之前进行的利用过滤单元去除聚乙烯装置尾气中的固体颗粒和液滴的过滤步骤。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法的一个实施例，所述方法还包括在所述过滤步骤之后且在步骤A之前进行的利用增压单元将聚乙烯装置尾气增压至0.2～2MPa的增压步骤。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法的一个实施例，所述方法还包括在所述增压步骤之后且在步骤A之前进行的利用低温冷凝单元回收聚乙烯装置尾气中的诱导冷凝剂和高沸点烃类组分的低温冷凝步骤，其中，冷凝温度为-30～2℃。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法的一个实施例，所述方法还包括在所述低温冷凝步骤之后且在步骤A之前进行的利用烷基铝脱除塔脱除聚乙烯装置尾气中的烷基铝的脱除步骤，其中，所述烷基铝脱除塔中装填有活性炭。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法的一个实施例，所述催化脱氢反应器中装填的催化剂为含贵金属的脱氢催化剂或含非贵金属的脱氢催化剂，其中，脱氢处理的反应温度为50～300℃。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法的一个实施例，所述含贵金属的脱氢催化剂为含钯、铂、金和银中至少一种的脱氢催化剂，所述含非贵金属的脱氢催化剂为含锰、铜和镍中至少一种的脱氢催化剂。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法的一个实施例，所述变压吸附分离单元包括2个或2个以上的吸附塔，所述吸附塔中装填有为活性炭、活性氧化铝、硅胶和分子筛中的一种或多种的吸附剂。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法的一个实施例，所述变压吸附分离单元中的分离处理至少包括吸附步骤、逆放步骤和抽空步骤，所述吸附步骤的压力大于0.15MPa，所述逆放步骤的压力大于0.1Mpa，所述抽空步骤的压力为0.001～0.06MPa，其中，使脱氢处理后的聚乙烯装置尾气冷却至20～60℃后再进入变压吸附分离单元中。本发明的另一方面提供了一种回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的装置，所述装置包括通过管道顺次连接的催化脱氢反应器和变压吸附分离单元，其中，所述聚乙烯装置尾气依次经过催化脱氢反应器和变压吸附分离单元回收得到彼此分离的烃类组分和氢气含量为0.001～0.5mol％的氮气。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的装置的一个实施例，所述装置还包括设置在催化脱氢反应器之前的过滤单元，所述过滤单元用于去除聚乙烯装置尾气中的固体颗粒和液滴。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的装置的一个实施例，所述装置还包括设置在所述过滤单元之后且在催化脱氢反应器之前的增压单元，所述增压单元用于对聚乙烯装置尾气进行增压。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的装置的一个实施例，所述装置还包括设置在所述增压单元之后且在催化脱氢反应器之前的低温冷凝单元，所述低温冷凝单元用于回收聚乙烯装置尾气中的诱导冷凝剂和高沸点烃类组分。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的装置的一个实施例，所述装置还包括设置在所述低温冷凝单元之后且在催化脱氢反应器之前的烷基铝脱除塔，所述烷基铝脱除塔用于脱除聚乙烯装置尾气中的烷基铝，其中，所述烷基铝脱除塔中装填有活性炭。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的装置的一个实施例，所述催化脱氢反应器中装填的催化剂为含贵金属的脱氢催化剂或含非贵金属的脱氢催化剂。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的装置的一个实施例，所述含贵金属的脱氢催化剂为含钯、铂、金和银中至少一种的脱氢催化剂，所述含非贵金属的脱氢催化剂为含锰、铜和镍中至少一种的脱氢催化剂。根据本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的装置的一个实施例，所述变压吸附分离单元包括2个或2个以上的吸附塔，所述吸附塔中装填有为活性炭、活性氧化铝、硅胶和分子筛中的一种或多种的吸附剂。本发明具体利用了催化脱氢与变压吸附相结合的技术从聚乙烯装置尾气中同时回收烃类组分和氮气的方法，将尾气中的烃类组分和诱导冷凝剂浓缩回收利用，同时脱除掉尾气中含有的氢气，从而使得回收后的烃类组分和氮气能够分别返回至聚乙烯装置中循环使用，达到零排放和全回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的目的。附图说明图1示出了根据本发明示例性实施例的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的装置的结构框图。图2示出了根据本发明示例性实施例的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法的流程框图。具体实施方式在下文中，将结合附图详细说明本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法和装置。根据本发明，所述聚乙烯装置尾气是指在聚乙烯的正常生产过程中从聚合反应器和聚乙烯粉料脱气仓中排放出的由包括未聚合的乙烯和共聚单体(丙烯、丁烯、己烯等)等的烃类组分、诱导冷凝剂(异戊烷、己烷等)、氢气和脱气仓的吹扫氮气所混合而成的气体。本发明的目的是提供一种能够同时有效回收聚乙烯装置尾气中的烃类组分和氮气并进行循环利用的方法和装置，其中，所回收的氮气中氢气含量为0.001～0.5mol％，从而避免了氮气回收使用时可能产生的安全隐患。下面先对本发明的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法进行具体说明。根据本发明，所述回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法包括以下步骤：A、使聚乙烯装置尾气经过催化脱氢反应器进行脱氢处理；B、使脱氢处理后的聚乙烯装置尾气经过变压吸附分离单元进行烃类组分和氮气的分离处理，回收得到彼此分离的烃类组分和氢气含量为0.001～0.5mol％的氮气。在上述步骤中，先将聚乙烯装置尾气进行催化脱氢处理，是为了能够预先脱除掉聚乙烯装置尾气中的氢气，便于进行后续的分离处理并获得较为纯净的氮气；然后将脱氢处理后的聚乙烯装置尾气进行变压吸附分离处理，是为了能够同时得到分离后的烃类组分和氮气。根据本发明的优选实施例，将所得烃类组分分离后进行分别的回收利用，将所得氮气返回至聚乙烯的生产过程中作为吹扫气体在脱气仓中使用，但本发明不限于此。但是由于聚乙烯装置尾气中还存在诸如杂质、诱导冷凝剂、烷基铝等物质，所以为了获得更纯净的产品并实现更好的分离回收效果，本发明的回收方法中还可以包括其他的优化步骤。具体地，图2示出了根据本发明示例性实施例的回收聚乙烯装置尾气中烃类组分和氮气的方法的流程框图。如图2所示，根据本发明的示例性实施例，所述方法还包括在步骤A之前进行的利用过滤单元去除聚乙烯装置尾气中的固体颗粒和液滴的过滤步骤，从而能够保证后续单元的稳定运行；所述方法还包括在过滤步骤之后且在步骤A之前进行的利用增压单元将聚乙烯装置尾气增压至0.2～2MPa的增压步骤，其中，增压单元可以为压缩机或鼓风机，增压的步骤可以缩小管道通径并降低投资，有利于冷凝回收高沸点烃类组分；所述方法还包括在增压步骤之后且在步骤A之前进行的利用低温冷凝单元回收聚乙烯装置尾气中的诱导冷凝剂和高沸点烃类组分的低温冷凝步骤，其中冷凝温度为-30～2℃；所述方法还包括在低温冷凝步骤之后且在步骤A之前进行的利用烷基铝脱除塔脱除聚乙烯装置尾气中的烷基铝的脱除步骤，其中，烷基铝脱除塔中装填有活性炭，脱除尾气中可能含有的烷基铝可以保证脱氢单元长时间的稳定运行。但本发明不限于此，操作人员可以根据需要增加或删除上述优化步骤中的任一个。根据本发明，上述催化脱氢反应器中装填的催化剂为含贵金属的脱氢催化剂或含非贵金属的脱氢催化剂，其中，脱氢处理的反应温度为50～300℃。其中，含贵金属的脱氢催化剂可以为含钯、铂、金和银中至少一种的脱氢催化剂，含非贵金属的脱氢催化剂可以为含锰、铜和镍中至少一种的脱氢催化剂。其中，氢气在催化脱氢反应器中且在脱氢催化剂的作用下与乙烯反应生成乙烷而被脱除，脱除氢气之后的聚乙烯装置尾气则可进入后续的吸附分离处理阶段。上述变压吸附分离单元包括2个或2个以上的吸附塔，当然其可以还包括如配套的程控阀、管道、PLC控制器和真空泵等辅助设备。优选地，将脱氢处理之后的聚乙烯装置尾气冷却至20～60℃，冷却的目的是保证变压吸附分离单元的稳定运行。之后再进入变压吸附分离单元进行分离处理，可以采用自然冷却的方式，也可以采用换热器和冷却器进行强制冷却的方式。其中，吸附塔中装填有为活性炭、活性氧化铝、硅胶和分子筛中的一种或多种的吸附剂，吸附剂可以实现对乙烯、乙烷等烃类组分的选择性吸附，而氮气则从吸附塔塔顶的气体出口被分离出来。之后，可以利用真空泵降压将吸附在吸附剂上的烃类组分脱吸附而获得烃类组分的产品，继而再去乙烯分离装置回收乙烯、丙烯等产品，乙烷等饱和烃类组分也可以作为乙烯裂解炉的原料，烃类组分也...