Газохимический комплекс производства полиэтилена
GAS-CHEMICAL COMPLEX FOR PRODUCTION OF POLYETHYLENE

Изобретение обеспечивает производство широкого ассортимента марок полиэтилена и может быть использовано на предприятиях газохимической промышленности.
В целом, полиэтилен является наиболее крупнотоннажным продуктом газохимической промышленности и имеет широкое применение в народном хозяйстве, что приводит к необходимости производства разнообразных марок полиэтилена. Синтез полиэтилена методами низкого и высокого давления позволяет получать сначала полимеры различной структуры, а затем полимерные продукты с широким диапазоном значений молекулярной массы, пластичности, прочности, диэлектрических характеристик и иных показателей. Кроме того, добавление к полимеру более 100 специфических рецептур позволяет сформировать конечный продукт с необходимым набором свойств. При этом на производстве возникают сложности во время перехода установок с одного технологического режима работы на другой, что связано также с варьированием годовой потребности в конкретных марках полиэтилена в пределах от нескольких тонн до нескольких сот тысяч тонн. Формирование широкого ассортимента марок полиэтилена требует создания заводов с гибким технологическим циклом, позволяющим быстро переходить как с выпуска одной марки на другую, так и выпускать одновременно их большой набор. Параллельно с получением полиэтилена различных марок этилен эффективно может использоваться в процессах олигомеризации для синтеза линейных альфа-олефинов (ЛАО), которые далее используются в качестве сомономеров.
Обеспечение вариативности работы предприятия для выпуска необходимого ассортимента марок полиэтилена в соответствии с количественными и качественными запросами потребителей является серьезной технической проблемой, связанной с частыми переходами установок полимеризации этилена и производства ЛАО с одного режима работы на другой, в ходе которых образуются сдувки этиленсодержащего газа (в общем случае он также может содержать и другие олефины, например, бутен-1), сбрасываемые на факел, что приводит на крупнотоннажном производстве к существенным потерям ценного углеводородного сырья. Кроме того, к сдувкам этиленсодержашего газа относятся потери этилена в результате «дыхания» резервуаров для хранения резервного жидкого этилена. В значительной мере эти проблемы могут быть устранены, если сдувки этиленсодержащего газа использовать в технологических процессах.
Известен способ выделения углеводородов из полиолефинового газообразного продукта продувки, включающий следующие стадии: выделение полиолефинового продукта, контактирование полиолефинового продукта и продувочного газа для удаления по меньшей мере части летучих углеводородов с получением полимерного продукта, в котором снижена концентрация летучих углеводородов, и газообразного продукта продувки, обогащенного летучими углеводородами при давлении от примерно 50 до примерно 250 кПа (абс), сжатие газообразного продукта продувки до давления от примерно 2500 до примерно 10000 кПа (абс), по меньшей мере в две стадии, охлаждение сжатого газообразного продукта продувки, разделение охлажденного газообразного продукта продувки на газообразный продукт, включающий по меньшей мере первый продукт, и конденсированный продукт, включающий второй продукт и третий продукт, и возврат по меньшей мере части по меньшей мере одного из продуктов в перечисленные места: первого продукта в виде продувочного газа, второго продукта в реактор полимеризации или третьего продукта в виде газообразного продукта продувки на стадию до сжатия (патент RU 2589055 С2, МПК C08F 6/00, B01D 53/14, C08J 11/02, С07С 7/00, заявлен 17.12.2010 г., опубликован 10.07.2016 г.).
Недостатками этого изобретения являются:
- сложность аппаратурного оформления системы в виде самостоятельной установки;
- чрезмерные энергозатраты, требуемые для конденсации третьего продукта и его введение в газообразный продукт продувки для испарения;
- ограниченное использование системы, функционирующей в стационарном режиме, для извлечения этилена из сдувок этиленсодержащего газа, образующихся эпизодически при переходе основного оборудования с выпуска одной марки полиэтилена на другой.
Известен способ выделения углеводородов из отходящего газа полимеризации, включающий стадии снижения давления потока этилена от давления не менее 3,4 МПа до давления не более 1,4 МП а с получением потока этилена пониженного давления, охлаждения отходящего газа, включающего мономер, путем теплообмена с потоком этилена пониженного давления с получением первого конденсата, включающего по меньшей мере часть мономера, захваченного первым легким газом, выделения первого конденсата и первого легкого газа, отделения первого конденсата от первого легкого газа, компримирования потока этилена пониженного давления до давления не менее 2,4 МПа и пропускания компримированного потока этилена в реактор полимеризации (патент RU 2569085 С2 МПК C08F 6/00, B01D 19/00, B01J 8/00, F25J 1/02, F25J 3/06, C08F 10/00, заявлен 09.07.2010 г., опубликован 20.11.2015 г.).
Недостатками данного изобретения являются:
- сложность аппаратурного оформления системы в виде самостоятельной установки;
- ограниченное использование системы, функционирующей в стационарном режиме, для извлечения этилена из сдувок этиленсодержащего газа, образующихся эпизодически при переходе основного оборудования с выпуска одной марки полиэтилена на другой.
При создании изобретения была поставлена задача разработки газохимического комплекса производства полиэтилена, вырабатывающего широкий ассортимент марок полиэтилена при одновременной экономии олефинового сырья за счет возврата в технологический процесс сдувок этиленсодержащего газа.
Поставленная задача решается за счет того, что газохимический комплекс производства полиэтилена состоит, как минимум, из двух или более установок пиролиза, каждая из которых включает секцию печей, секцию компримирования пирогаза и секцию разделения пирогаза, двух или более установок производства полиэтилена, одной или более установок производства ЛАО, одного или более резервуаров хранения жидкого этана, одного или более резервуаров хранения жидкого этилена, одного или более резервуаров хранения ЛАО, при этом сырьевой этан и/или сырьевой пропан подают на установки пиролиза, после установок пиролиза газообразный этилен направляют на установки производства полиэтилена и/или на установки производства ЛАО, жидкий этилен - в резервуары хранения жидкого этилена, жидкий непрореагировавший рецикловый этан - в резервуары хранения жидкого этана, газообразный непрореагировавший рецикловый этан - на смешение с сырьевым этаном, полученные на установке производства ЛАО бутен-1 и/или гексен-1 направляют на установки производства полиэтилена в качестве сомономеров и/или выводят в качестве товарных продуктов, при этом сдувки этиленсодержащего газа из резервуаров хранения жидкого этилена и с установок производства полиэтилена и/или установок производства ЛАО поступают на блок компримирования сдувочных газов с последующей подачей на установки пиролиза для объединения с пирогазом между секцией печей и секцией компримирования пирогаза или между секцией компримирования пирогаза и секцией разделения пирогаза в зависимости от давления газообразных сдувок этиленсодержащего газа на выходе из блока компримирования сдувочных газов. Подобное решение позволяет практически полностью предотвратить утилизацию сдувок этиленсодержащого газа с установок производства полиэтилена и установок производства ЛАО на факельных системах за исключением аварийных ситуаций путем возврата олефиновых углеводородов в технологический процесс. При этом производственная схема газохимического комплекса дополняется только одним узлом - блоком компримирования сдувочных газов, обеспечивающим многоступенчатое сжатие сдувочных газов, причем для снижения затрат на компримирование и в зависимости от производственной необходимости сжатый сдувочный газ можно отводить от промежуточных ступеней сжатия при давлении, необходимом для ввода в соответствующий трубопровод или аппарат газохимического комплекса.
В качестве альтернативного варианта можно также дополнительно сдувки этиленсодержащего газа из блока компримирования сдувочных газов направлять на установки производства полиэтилена и/или установки производства ЛАО.
Полезно в состав газохимического комплекса производства полиэтилена дополнительно включить установку дегидрирования пропана, с которой сдувки этиленсодержащего газа также поступают в блок компримирования сдувочных газов для увеличения ресурсов олефинового сырья.
Целесообразно в качестве резервуаров хранения жидкого этилена использовать изотермические резервуары криогенного типа, поскольку за счет эффективной экранно-вакуумной изоляции минимизируются потери этилена уменьшая количество сдувок этиленсодержащего газа.
Один из возможных вариантов реализации газохимического комплекса производства полиэтилена представлен на фигуре в виде общей схемы с использованием следующих обозначений:
1-38 - трубопроводы;
100 - блок установок пиролиза;
101, 102 - установка пиролиза;
101/1, 102/1 - секция печей;
101/2, 102/2 - секция компримирования пирогаза;
101/3, 102/3 - секция разделения пирогаза
200 - установка производства полиэтилена (технология с использованием высокого давления);
300 - установка производства полиэтилена (суспензионная технология);
400 - установка производства полиэтилена (газофазная технология);
500 - установка производства ЛАО;
600 - резервуар хранения жидкого этилена;
700 - резервуар хранения жидкого этана;
800 - резервуар хранения ЛАО;
900 - блок компримирования сдувочных газов.
Сырьевой этан по трубопроводу 1 вместе с сырьевым пропаном, подаваемым по трубопроводу 2, поступает в блок установок пиролиза 100, разделяясь между установками пиролиза 101 и 102 блока установок пиролиза 100 на трубопроводы 3 и 4, соответственно. Каждая из установок пиролиза 101 и 102 включает, соответственно: секцию печей 101/1 и 102/1, секцию компримирования пирогаза 101/2 и 102/2, а также секцию разделения пирогаза 101/3 и 102/3. Полученный из смеси сырьевого этана и сырьевого пропана в секциях печей 101/1 и 102/1 пирогаз направляют, соответственно, по трубопровадам 5 и 6 в секции компримирования пирогаза 101/2 и 102/2, а после сжатия - по трубопроводам 7 и 8 в секции разделения пирогаза 101/3 и 102/3. После разделения пирогаза газообразный непрореагировавший рецикловый этан по трубопроводам 9 и 10 объединяют со смесью сырьевых этана и пропана перед разделением для подачи на установки пиролиза 101 и 102, а жидкий непрореагировавший рецикловый этан по трубопроводам 11 и 12 выводят в резервуар хранения жидкого этана 700, чтобы при недостатке сырьевого этана направить по трубопроводу 13 дополнительный этан на установки пиролиза 101 и 102.
Выделенный из пирогаза жидкий этилен из секций разделения пирогаза 101/3 и 102/3 установок пиролиза 101 и 102 по трубопроводам 14 и 15, соответственно, отводят в резервуар хранения жидкого этилена 600. Жидкий этилен из резервуара хранения жидкого этилена 600 по трубопроводу 36 поступает на отгрузку в качестве товарной продукции, а также может подвергаться регазификации с последующим направлением по трубопроводу 35 для объединения с газообразным этиленом, выводимым из секций разделения пирогаза 101/3 и 102/3 установок пиролиза 101 и 102.
Выделенный из пирогаза газообразный этилен выводят из секций разделения пирогаза 101/3 и 102/3 установок пиролиза 101 и 102 по трубопроводам 16 и 17, соответственно, объединяют и распределяют между установками производства полиэтилена 200, 300, 400 и установкой производства ЛАО 500. Полученный на установке производства ЛАО 500 олигомер, например бутен-1, по трубопроводу 18 направляют в резервуар хранения ЛАО 800 для последующей отгрузки по трубопроводу 20 потребителям или по трубопроводу 19 - на установки производства полиэтилена 300 и 400 в качестве сомономеров для производства полиэтилена. Товарный полиэтилен различных марок отводят с установок производства полиэтилена 200, 300, 400 по трубопроводам 21, 22, 23, 24, 25, 26 для последующих формования и отгрузки потребителям.
Сдувки этиленсодержащего газа с установок производства полиэтилена 200, 300, 400, установки производства ЛАО 500 и из резервуара хранения жидкого этилена 600 по трубопроводам 27, 28, 29, 30 и 31, соответственно, поступают на блок компримирования сдувочных газов 900. В период пусковых работ, при отсутствии возможности подачи этилена на установки производства полиэтилена 200, 300, 400 и установку производства ЛАО 500, сжатый сдувочный газ конденсируют и возвращают в жидком состоянии в резервуар хранения жидкого этилена 600 по трубопроводу 32. Сжатый сдувочный газ с блока компримирования сдувочных газов 900 выводят по трубопроводу 33 и в зависимости от требований, предъявляемых к сырью установок производства полиэтилена 200, 300, 400 и установки производства ЛАО 500, распределяют следующим образом: в зависимости от давления сжатого сдувочного газа его подают по трубопроводам 37 и 38 для объединения с пирогазом трубопроводов 5 и 6, соответственно, или по трубопроводам 39 и 40 для объединения со сжатым пирогазом в трубопроводах 7 и 8, соответственно, и/или по трубопроводу 34 направляют для объединения с газообразным этиленом установок пиролиза 101 и 102 перед установками производства полиэтилена 200, 300, 400 и установкой производства ЛАО 500.
Проведено математическое моделирование газохимического комплекса производства полиэтилена, схема которого приведена на фигуре. Согласно расчетам, при выпуске нескольких различных марок полиэтилена и ЛАО в течение года формируется в среднем 13130 т сдувок этиленсодержащего газа, отводимого по трубопроводам 27, 28, 29 и 30, соответственно, на блок компримирования сдувочных газов 900 и содержащих от 76,040% мол. до 99,900% мол. олефиновых углеводородов (таблица 1). После их объединения со сдувками этиленсодержащего газа из резервуара хранения жидкого этилена 600, поступающими по трубопроводу 31 в количестве 75000 т/год, и последующего сжатия в блоке компримирования сдувочных газов 900 формируется объединенный поток сдувочного газа, отводимый по трубопроводу 33, в количестве 88130 т/год с чистотой по содержанию этилена 99,320% мол. Таким образом за год можно вернуть в производственный цикл вместо сжигания в факельных системах 87178,2 т этилена.
Таким образом, заявляемое изобретение решает поставленную задачу разработки газохимического комплекса производства полиэтилена, вырабатывающего широкий ассортимент марок полиэтилена при одновременной экономии олефинового сырья за счет возврата в технологический процесс сдувок этиленсодержащего газа.