Способ извлечения углеводородов из установки для получения полиолефинов и подходящее для этого устройство
METHOD FOR EXTRACTING HYDROCARBONS FROM DEVICE FOR PRODUCING POLYOLEFIN AND DEVICE SUITABLE FOR THIS PURPOSE

Настоящее изобретение относится к способу извлечения углеводородов, в частности остаточных мономеров, из установок для получения полиолефинов, а также к подходящему для этого устройству.
В большинстве установок для получения полиолефинов получаемый полимер после того, как он был выгружен из реактора и расширен, освобождают с помощью азота и/или пара от непрореагировавшего мономера (далее называемого в данном документе "остаточный мономер") и других углеводородов, характеризующихся низким углеродным числом. В современных установках для получения полиолефинов это происходит в устройстве дегазации, в котором азот и/или пар пропускают в противотоке относительно полимера.
Полученный поток отходящего газа обычно также содержит, помимо азота и пара, ценный мономер, например этилен, пропилен, бутилен или гексен, а также другие углеводороды, например этан, пропан или бутан. Во многих случаях этот поток отходящего газа направляют на сжигание или в факельную установку.
В предшествующем уровне техники уже есть предложения по извлечению остаточных мономеров при получении полиолефинов или по отделению низших алканов или алкенов от газовых смесей, полученных в результате способов крекинга или являющихся газами нефтепереработки.
В ЕР 1160000 А1 раскрывают способ извлечения азота и/или пропилена при получении полипропилена. Способ включает отделение пропилена с помощью азота в устройстве дегазации, изотермическое сжатие газовой смеси и отделение пропилена от азота из сжатой газовой смеси с помощью мембраны.
В ЕР 1148309 А1 раскрывают улучшенный способ разделения газовой смеси, которая помимо водорода содержит этан, этилен, пропан и пропилен. Газовую смесь, полученную в результате способа термического крекинга, и отдельные компоненты разделяют путем охлаждения и отделения сжиженных компонентов. Способ является в значительной степени энергосберегающим и характеризуется тем, что часть охлаждения проходит с применением холодного охлаждающего потока, который образуется за счет холодного расширения сжатого охлаждающего потока. В этом способе подвергаемый холодному охлаждению сжатый охлаждающий поток представляет собой газообразный охлаждающий поток, который получали в способе охлаждения за счет расширения газа с замкнутым циклом.
В DE 102004061772 А1 описывают способ получения пропена из пропана. В этом способе образуется поток продукта, содержащий пар, азот, оксиды углерода, водород и различные низшие алканы и алкены. Этот поток очищают путем конденсации части пара. Неконденсируемые или низкокипящие газовые компоненты удаляются путем контакта с инертным адсорбентом, а оставшийся газ частично конденсируют за счет охлаждения и получают потоки продукта, содержащие преимущественно этан и этен, а также пропан и пропен. Эти потоки продукта затем разделяются на отдельные компоненты дистилляцией.
Наконец, в GB-A-1,069,981 раскрывают способ разделения газовой смеси, при котором используют охлаждающую способность сжиженного природного газа. Подлежащую разделению газовую смесь получают из отходящего газа нефтепереработки, при этом помимо азота, водорода и монооксида углерода она, главным образом, содержит низшие алканы и алкены. Способ включает по меньшей мере двухступенчатое охлаждение газовой смеси и фракционную конденсацию, а также разделение присутствующих в ней компонентов.
В DE 3626884 А1 в целом описывают способ выделения углеводородов из газовой смеси. В этом документе дана ссылка на содержащий бензин отработанный воздух при обращении с топливами, а также на содержащие растворители пары при производстве бумаги. В этом документе также описывают устройство для конденсации и разделения, в котором осуществляют действия по утилизации тепла. Однако в этом документе не раскрыто внешнее соединение, компонентом которого является такое устройство для конденсации и разделения и которое бы подходило для извлечения из потока отходящего газа мономера в соответствии с требованиями получения полиолефинов.
В DE 102008024427 А1 описан способ, при котором происходит охлаждение подлежащего обработке газа в конденсаторе при непосредственном контакте с хладагентом. Непрямой контакт между хладагентом и подлежащим обработке газом не раскрыт. Сомнительно, что в способе, раскрытом в этом документе, испаренный хладагент могут подавать в змеевик оборудования, поскольку благодаря прямому контакту с подлежащим обработке газом в случае сбоя в работе существует возможность загрязнения змеевика оборудования углеводородом.
На данный момент для извлечения углеводородов из потока отходящего газа в установках для получения полиолефинов на практике, главным образом, используют мембранные системы, обладающие различными недостатками, среди прочего, с относительно высокими затратами на эксплуатацию и обслуживание.
Целью настоящего изобретения является обеспечение улучшенного способа и подходящей для него установки для извлечения углеводородов при производстве полиолефинов. Способ и установка отличаются высокой эффективностью разделения с одновременно низким энергопотреблением и тем самым обеспечивают экономичное извлечение остаточных мономеров и других низших углеводородов при производстве полиолефинов.
Улучшенное разделение потока отходящего газа из устройства дегазации на углеводороды и азот может позволить повторно использовать разделенные компоненты.
Непрореагировавший мономер или другие углеводороды могут подавать, например, обратно в реактор полимеризации, к другому потребителю или рециркулировать на дополнительное разделение (например, в установке крекинга). В результате мономеры и другие углеводороды могут почти полностью извлекать или дополнительно перерабатывать.
Поток азота также могут в случае извлечения в достаточно чистых условиях по меньшей мере частично повторно использовать в способе, например в устройстве дегазации.
Экономическую эффективность установки для получения полиолефинов можно будет значительно увеличить посредством извлечения ответвленных потоков.
Настоящее изобретение относится к способу извлечения углеводородов из установки для получения полиолефинов, включающему следующие действия:
i) введение углеводородсодержащего инертного газа (9) из блока (20) для отделения остаточных мономеров установки для получения полиолефинов в устройство (1) для конденсации и разделения,
ii) введение жидкого азота в устройство (1) для конденсации и разделения,
iii) конденсацию по меньшей мере части углеводородов из углеводородсодержащего инертного газа (9) в устройстве (1) для конденсации и разделения с использованием энергии испарения жидкого азота (10),
iv) разделение конденсированного углеводородсодержащего инертного газа на конденсированный углеводородсодержащий продукт (12), а также очищенный инертный газ (14) в устройстве (1) для конденсации и разделения и
v) введение конденсированного углеводородсодержащего продукта (12) из устройства (1) для конденсации и разделения в расположенное ниже по потоку дополнительное разделительное устройство (16), в котором отделяют растворенные газы от конденсированного углеводородсодержащего продукта (12).
Кроме того, настоящее изобретение относится к устройству для извлечения углеводородов из установки для получения полиолефинов, содержащему по меньшей мере следующие элементы:
A) устройство (1) для конденсации и разделения для конденсации углеводородов из инертного газа и для разделения конденсированного углеводородсодержащего инертного газа на конденсированный углеводородсодержащий продукт (12) и очищенный инертный газ (14),
B) соединительную линию для углеводородсодержащего инертного газа (9) между блоком (20) для отделения остаточных мономеров установки для получения полиолефинов и устройством (1) для конденсации и разделения,
C) линию для введения жидкого азота (10) в устройство (1) для конденсации и разделения,
D) линии для удаления конденсированного углеводородсодержащего продукта (12), очищенного инертного газа (14) и испаренного азота (11) из устройства (1) для конденсации и разделения и
E) дополнительное разделительное устройство (16), которое присоединено ниже по потоку после устройства (1) для конденсации и разделения и служит для очистки конденсированного углеводородсодержащего продукта (12), полученного из устройства (1) для конденсации и разделения, путем отделения растворенных газов, предпочтительно азота.
В установке по настоящему изобретению или способе по настоящему изобретению применяют холод от жидкого азота для осаждения конденсируемых фракций потока отходящего газа и для отделения их от неконденсируемых компонентов. Углеводороды, отделенные с помощью способа по настоящему изобретению, обычно представляют собой неполимеризованные алкены и необязательно алканы, содержащие от двух до десяти атомов углерода, которые образуются при полимеризации или присутствуют в качестве компонентов в сырьевом потоке. Предпочтительно отделенные углеводороды представляют собой пропилен и необязательно пропан или этилен и необязательно этан, а также смесь этих углеводородов. В зависимости от типа получения полиолефина могут также присутствовать высшие насыщенные и ненасыщенные углеводороды, например насыщенные или мононенасыщенные или полиненасыщенные углеводороды, содержащие от четырех до десяти атомов углерода. Примерами их являются альфа-пентен, альфа-гексен, альфа-гептен, альфа-октен, альфа-нонен, альфа-децен, пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан, 1,3-бутадиен, изопрен, стирол или альфа-метилстирол.
Инертный газ, применяемый в способе согласно настоящему изобретению, обычно представляет собой азот, к которому необязательно добавлены небольшие количества пара.
В предпочтительном варианте осуществления способа по настоящему изобретению происходит охлаждение потока газа, предпочтительно ступенчато в противотоке, подлежащего разделению на отделенные холодные потоки, т.е. на потоки холодного инертного газа и холодного конденсированного углеводородсодержащего продукта. Применение противоточных теплообменников в этом предпочтительном соединении значительно снижает охлаждающую мощность, требуемую для самого этапа разделения (конденсации углеводородов). На втором этапе этого предпочтительного способа затем происходит охлаждение подлежащей разделению газовой смеси в самом устройстве (1) для конденсации и разделения путем теплообмена с охлаждающей средой, что происходит либо за счет непрямого теплообмена с испаряющимся азотом, либо за счет непрямого теплообмена с низкотемпературным газообразным азотом, полученным испарением жидкого азота. В этом способе конденсируемые компоненты потока отходящего газа конденсируют и одновременно осаждают на холодных поверхностях теплообменника в устройстве (1) для конденсации и разделения, с помощью которого происходит разделение на конденсированный углеводородсодержащий продукт (12) и очищенный инертный газ (14). При таких низкотемпературных конденсациях может происходить образование аэрозолей. Это подавляется подходящими техническими средствами внутри устройства (1) для конденсации и разделения. Подобным образом с помощью подходящих средств для утилизации тепла и холода внутри устройства (1) для конденсации и разделения может быть оптимизирована утилизация холода подаваемого жидкого азота. Эти факты известны специалистам в данной области.
Устройства (1) для конденсации и разделения являются коммерчески доступными. В этих системах происходит охлаждение подлежащего обработке газа, а именно конденсированного углеводородсодержащего инертного газа, при этом происходит испарение применяемого жидкого азота и происходит нагрев путем непрямого контакта между хладагентом и подлежащим обработке газом.
Разделение фаз между конденсированными углеводородами и инертным газом из потока отходящего газа происходит в устройстве (1) для конденсации и разделения.
Холодный инертный газ, предпочтительно азот, могут сжимать компрессором и рециркулировать снова в установку для получения полиолефинов, предпочтительно в блок (20) для отделения остаточных мономеров. В дополнительном варианте осуществления поток отходящего газа может уже быть сжатым перед входом в устройство (1) для конденсации и разделения или перед входом в устройство (3а, 3b) для осушения, присоединенное перед этим устройством (1) для конденсации и разделения с помощью компрессора (2). Очищенный инертный газ (14) из устройства (1) для конденсации и разделения может также высвобождаться непосредственно, то есть без дополнительной очистки, в атмосферу.
Конденсированные углеводородсодержащие фракции разделенного потока отходящего газа, то есть потока продукта, могут сжимать насосом (6) и могут нагревать вышеупомянутыми противоточными теплообменниками относительно подлежащего разделению отходящего газа. В другом варианте осуществления поток продуктов могут также нагревать другим источником тепла.
В способе по настоящему изобретению дополнительное разделительное устройство (16) присоединяют после устройства (1) для конденсации и разделения. Это дополнительное разделительное устройство (16) предпочтительно содержит насос, теплообменник и устройство разделения фаз, при этом теплообменник и устройство разделения фаз могут также быть выполнены в виде одного функционального блока. Посредством насоса и теплообменника устанавливают подходящие условия давления и температуры для удаления из продукта (12) расширения газов, растворенных в продукте (12).
Соединение согласно настоящему изобретению устройства (1) для конденсации и разделения с дополнительным разделительным устройством (16) имеет важное значение для извлечения остаточных мономеров в результате получения полиолефинов.
Посредством вышеописанной обработки конденсированного углеводородсодержащего продукта (12) газы, растворенные в жидкости, предпочтительно азот, которые растворяли при низкой температуре, удаляют в дополнительном разделительном устройстве (16). Углеводороды остаются жидкими и посредством данного второго этапа очистки достигают очень высокой чистоты. Углеводороды, освобожденные от растворенных газов и очищенные, собирают в разделительное устройство (16), предпочтительно в сосуде для разделения, и могут рециркулировать, например, в сырьевой поток реакционного блока (17) установки для получения полиолефинов или подавать в другое устройство, например установку крекинга. В качестве альтернативы, эти очищенные углеводороды могут подвергать дополнительной очистке, например дистилляции. Газы, отделенные в дополнительном разделительном устройстве (16), могут подавать в блок (20) для отделения остаточных мономеров установки для получения полиолефинов и за счет этого по меньшей мере частично извлекать.
Также поток инертного газа, отделенный в устройстве (1) для конденсации и разделения, и поток газа в результате испарения жидкого азота могут использовать для предварительного охлаждения подлежащего очищению потока отходящего газа, и эти потоки могут вводить в установку для получения полиолефинов. В этом способе поток газа в результате испарения жидкого азота используют в качестве защитного газа, а поток отделенного инертного газа рециркулируют по меньшей мере частично в блок (20) для отделения остаточных мономеров.
Благодаря применению очень низких температур и разделению конденсируемой и неконденсируемой фракций достигается очень высокая степень разделения, позволяющая повторно применять оба компонента.
В зависимости от применения могут добавлять дополнительные компоненты, такие как разделение углеводородов дистилляцией или осушение сырьевого потока.
Поскольку установка предпочтительно работает без компрессоров, способ отличается очень низким потреблением энергии и низкими эксплуатационными затратами.
В предпочтительном варианте способа согласно настоящему изобретению продукт (12, 13) после удаления из дополнительного разделительного устройства (16) подают на дистилляцию или разделение путем десорбции, а затем могут вводить, например, в установку крекинга или в установку для дегидрирования олефинов, таких как пропан, или продукт (12, 13) после удаления из дополнительного разделительного устройства (16) подают в другую химическую реакцию, в которой дополнительно могут непосредственно использовать углеводороды.
В дополнительном предпочтительном варианте способа согласно настоящему изобретению между блоком (20) для отделения остаточных мономеров и устройством (1) для конденсации и разделения расположены по меньшей мере один осушитель (3а, 3b) и/или по меньшей мере один компрессор (2).
Преимуществами способа по настоящему изобретению/установки по настоящему изобретению, которые можно отметить, являются следующие:
- практически полное извлечение компонентов потока отходящего газа и возможное возвращение компонентов в качестве ценных материалов;
- отказ от компрессоров приводит к намного более низкому потреблению электрической энергии, чем в других способах извлечения;
- применение доступного жидкого азота в качестве источника холода избавляет от энергоемкого и дорогого охлаждения с применением холодильной установки или путем испарения ответвленного потока продукта;
- простая структура установки, имеющая минимум подвижных частей, приводит к низким капитальным затратам и низким затратам на обслуживание;
- испаренный азот можно применять в качестве защитного газа; это дает ценовое преимущество, поскольку испарение азота одновременно служит для конденсации углеводородов в устройстве для конденсации и разделения.
На фигурах 1-2 в качестве примера и схематически описан способ по настоящему изобретению и устройство по настоящему изобретению, а также внедрение их в установку для получения полиолефинов.
На фигуре 1 показан вариант способа по настоящему изобретению и установки по настоящему изобретению для извлечения углеводородов. Показано устройство (1) для конденсации и разделения, соединенное с осушителями (3а, 3b), компрессором (2), насосом (6) и теплообменниками (4, 5, 7). Поток (8) инертного газа, содержащий алкены и необязательно алканы и полученный из непоказанного блока для отделения остаточных мономеров, направляют с помощью компрессора (2) в осушители (3а, 3b) и вводят в устройство (1) для конденсации и разделения в виде осушенного потока (9) инертного газа, содержащего алкены и необязательно алканы. Кроме того, в устройство (1) для конденсации и разделения вводят поток (10) жидкого азота. В устройстве (1) для конденсации и разделения алкены и необязательно присутствующие алканы конденсируют с одновременным испарением жидкого азота. Испаренный жидкий азот (11) выходит из устройства (1) для конденсации и разделения и проходит через теплообменник (4), в котором дополнительно происходит нагрев испаренного, но все еще холодного азота, после чего он выходит из установки в виде потока азота (17), применяемого, например, в качестве защитного газа в установке для получения полиолефинов, которая не показана. В устройстве (1) для конденсации и разделения параллельно с конденсацией конденсируемых компонентов поток инертного газа, содержащий конденсированные углеводороды, разделяют на конденсированный углеводородсодержащий продукт (12) и очищенный инертный газ (14), предпочтительно азот. Поток продукта (12) извлекают из устройства (1) для конденсации и разделения и направляют с помощью насоса (6) в теплообменник (7), в котором происходит нагрев конденсированного и еще холодного продукта (12). Продукт (12) выходит из установки в виде нагретого потока продукта (13), его вводят в непоказанное дополнительное разделительное устройство (16) для удаления растворенных газов и могут, например, после выхода из дополнительного разделительного устройства (16) добавлять к сырьевому потоку установки для получения полиолефинов или подвергать дополнительному разделению на индивидуальные компоненты. Очищенный инертный газ (14), отделенный в устройстве (1) для конденсации и разделения, извлекают и пропускают через теплообменник (5), в котором происходит нагрев еще холодного инертного газа (14) предпочтительно до температуры окружающей среды. Инертный газ (14) выходит из установки в виде нагретого потока инертного газа (15), и его могут, например, подавать в блок для отделения остаточных мономеров в установке для получения полиолефинов. В качестве альтернативы, поток инертного газа (15) могут также выбрасывать непосредственно в окружающую среду.
На фигуре 2 показано соединение установки по настоящему изобретению, работающей двухступенчато для извлечения углеводородов, с установкой для получения полиолефинов. На фигуре показано устройство (1) для конденсации и разделения, соединенное посредством линии с блоком (20) для отделения остаточных мономеров установки для получения полиолефинов. Через эту линию поток азота, содержащий алкены и необязательно алканы, подают в устройство (1) для конденсации и разделения. Кроме того, в устройство (1) для конденсации и разделения подают поток (10) жидкого азота, при этом происходит испарение потока жидкого азота в устройстве (1) для конденсации и разделения, после чего он выходит из него в виде потока азота (11). Конденсированный углеводородсодержащий поток продукта (12) вводят посредством линии в дополнительное разделительное устройство (16), где благодаря подходящим условиям давления и температуры продукт (12) освобождают от растворенного азота и тем самым продукт (12) разделяют на очищенные конденсированные углеводороды (23) и нагретый азот (14с), содержащий углеводороды. Отделенный нагретый азот (14с) выходит из дополнительного разделительного устройства (16), и его могут объединять с потоком (9) инертного газа, полученным из блока (20) для отделения остаточных мономеров установки для получения полиолефинов, и загружать с остаточным мономером. Поток азота, извлеченный из устройства (1) для конденсации и разделения, могут подавать дополнительно как поток (14а) в блок (20) для отделения остаточных мономеров установки для получения полиолефинов и/или извлекать из установки как поток (14b) и высвобождать непосредственно в окружающую среду. Очищенные конденсированные углеводороды (23), отделенные в дополнительном разделительном устройстве (16), удаляют из дополнительного разделительного устройства (16) и подают обратно в реакционный блок (17) установки для получения полиолефинов или извлекают (что не показано) из установки и подают для других применений. Установка для получения полиолефинов, показанная схематически на фигуре 2, состоит из реакционного блока (17) и блока (19) для отделения полимера, присоединенного к реакционному блоку (17) посредством линии (21), а также блока (20) для отделения остаточных мономеров, присоединенного к блоку (19) для отделения полимера посредством линии (22), и компрессора (18), с помощью которого мономер, который дегазировали из блока (19) для отделения полимера, возвращают в реакционный блок (17). Очищенный полимер выходит из блока (20) для отделения остаточных мономеров в виде потока продукта (24).