聚乙烯装置尾气回收系统的改造

聚乙烯装置尾气回收系统的改造

在生产过程中，聚合反应产生的丰富碳氢气合物通过脱气和气味回收系统连续生产。其中大部分是异戊烷和丁烯-1，通过气回收系统回收。但是，现有尾气回收系统不够完善，部分烃类气体不能被回收，仍然被带入后系统，后被排放到火炬中形成浪费2017年，某公司45万t/a聚乙烯装置利用膜分离技术+等熵膨胀无动力深冷分离专利技术对该装置尾气回收系统进行了改造，改造后物耗、能耗均大幅降低，装置运行状况良好，经济效益指标大幅提升。1美尼vation工艺本文研究某公司45万t/a聚乙烯装置。该装置采用UNIPOL气相流化床聚乙烯生产工艺，该工艺由美国UNIVATION公司开发。该装置的年操作时数为8000h，生产负荷最大达到110%，占地面积30000m由于该工艺的聚乙烯装置现有的尾气回收系统不够完善，不能将所有的烃类气体全部冷凝，部分烃类气体和氮气被排放到火炬中形成浪费，具体数据见表1。2循环废物回收技术的选择2.1尾气中氮气含量小时，膜分离和等熵膨胀无动力深冷分离目前，常用的尾气回收工艺主要有：膜分离技术、压缩冷凝技术、变压吸附和以上多组工艺组合当尾气中氢气含量高于3%时，需采用氢气分离；当尾气中有C当尾气中有C当尾气中氮气含量大于43%时，需采用等熵膨胀无动力深冷分离；当尾气中氮气含量小于40%时，需采用膜分离；当尾气中氮气含量结余40%～43%之间时，采用等熵膨胀无动力深冷分离或膜分离均可。为选择合理的工艺路线，该聚乙烯装置对排放到火炬的尾气进行了监测，具体数据见表2。故本装置根据排放气中氮气、氢气等组分的含量以及回收要求等因素确定采用膜分离技术+等熵膨胀无动力深冷分离技术方案。2.2无动力深冷分离技术原理膜分离技术的原理是溶解-扩散，利用膜将需要分离的物质溶解，因为需要分离的物质中各组分在膜中成梯度溶解和扩散，使混合气体的不同组分分离和回收等熵膨胀无动力深冷分离技术原理是将气体加压到一定程度后进入透平，在其中膨胀做功但不产生能量的变化，进而使气体热量降低，实现气体冷却本工艺可回收排放气中的乙烯、氮气、大部分烃类，整个过程无须增加能量消耗，经济环保。2.3主要控制指标2.3.1第一阶段voc膜的操作条件操作介质：装置排放尾气；操作温度：23℃；操作压力：1.23MPa(G）。2.3.2第二液位h操作介质：装置排放尾气；操作温度：40℃；操作压力：1.17MPa(G）。2.3.3透平出口压力操作介质：装置排放尾气；透平出口最低温度：-130℃；透平出口最低压力：0.35MPa(G);返回氮气操作温度：25℃；返回氮气操作压力：0.2MPa(G）。2.3.4控制指标C总烃回收率>90%;N氮气纯度>95%(wt）。3回收单体的设计原去往火炬的排放尾气首先经过新增的缓冲罐，缓冲稳压后进入到单体回收单元。物流首先进入膜分离撬块（SK-Ⅰ），经过膜前加热器（E-5X02），用100℃蒸汽凝液进行加热，将物流的温度加热到25℃，后将物流引入到VOC膜分离器（S-5X03）。根据VOC膜的特性，乙烯、丁烯-1(1-己烯）、异戊烷等烃类气体先后通过VOC膜和VOC膜分离器，根据其扩散速率不同，混合气体通过膜后分为两股：一股为富含烃组分的渗透气体（111），回到原有的低压集液器（C-5202）入口；另一股是贫烃组分气体物流（112），进到H在等熵膨胀无动力深冷分离回收时，第一步，气体（117）在换热器（E-5X07）中降低温度，由于温度降低部分气体冷凝成液体，气体中包含的气液两相进入高压分液罐（C-5X08）中。气液两相中有一些氮气，在C-5X08中的液体需要进行绝热闪蒸，从而实现氮气分离，进而降低氮气含量；液态烃从C-5X09出来后，回到E-5X07，回收冷量后出E-5X07时气体中夹带部分液体，随后在SK-Ⅰ撬块中将气体和液体分离开，将C-5X05罐顶气体中的乙烯通过返回线回到乙烯装置，C-5X05罐底气体中含有1-丁烯和异戊烷，将其（117）减压后和富集烃类的渗透气物流（112）汇合为回收单体物流（102），返回到原有的低压集液器（C-5202）。气体离开高压分液罐（C-5X08）后在换热器（E-5X07）回收热量后，随后来到膨胀机（KT-5X10A/B）内，通过降低压力降温，然后，闪蒸罐（C-5X09）出口气体和低温气体一并进入E-5X07，实现低温制冷。合流混合物流通过膨胀机，达到常温，后分成两部分：一部分用于回收氮气（103），再送至原脱气仓（C-5009）循环利用，另一部分（120）汇总至撬块内低压火炬管线。当深冷的温度未达到设定值时，从装置补充一股高压氮气（106）到等熵膨胀无动力深冷分离回收撬块（SK-Ⅱ）前，通过优化操作加强制冷，从而保证单体的回收率。低压分液罐（C-5X05）分离出的富烃物流经C-5210回收返回反应系统，由于该富烃物流中含有丁烷，丁烷在反应系统中会影响反应，故流程中设计了E-5X06烃液加热器，当系统中丁烷过多时，该加热器投用，将SK-Ⅱ撬块回收的烃液加热气化，返回乙烯裂解装置。具体改造流程见图1。4尾气回收系统能力标定在该新增尾气回收系统投入使用后，技术人员对膜回收系统进行了详细标定，用以测试尾气回收系统对装置整体物耗、能耗、经济效益等指标的影响。标定期间，全装置当月生产负荷为57.96t/h，负荷率103.15%。尾气回收系统总进气量为1116800Nm4.1系统投用前后装置能耗指标由于进入尾气回收系统的乙烯、丁烯、氮气，除部分排入火炬外全部回收，而异戊烷则随回收氮气和低压富烃物流重新返回聚乙烯装置反应器。因此，由表3及表4中数据可计算得，改造后物料回收量见表5。由表5可知，在尾气回收系统投用后，聚乙烯装置生产原料乙烯、异戊烷、丁烯等均有不同程度降低，同时氮气用量明显下降。则该系统对物耗、能耗的减少量可通过以下公式计算：各原料单耗减少=各原料回收量/装置负荷氮气节省能耗=氮气回收量÷标定产量×转换系数（0.15)通过计算，在尾气回收系统投用后，乙烯单耗、丁烯单耗及异戊烷单耗分别降低0.0016、0.001、0.0009，以上指标均达到预期。而氮气回收仅仅使装置能耗降低2.08,低于预期指标。原因分析：本次标定中遇到了催化剂活性不足问题，为排查杂质来源，回收氮气主动向火炬多排放285Nm4.2效率计算4.2.1降低物耗产生效益在尾气回收系统投用后，45万t/a低密度聚乙烯装置通过降低物耗产生的效益计720万元，其中节省乙烯成本为294万元，节省丁烯成本135万元，节省异戊烷成本291万。4.2.2效率降低在尾气回收系统投用后，45万t/a低密度聚乙烯装置通过降低氮气消耗产生的效益为160万元。5增加撬装深冷膜回收装置该装置采用了在国内已被同类装置应用且技术成熟可靠的膜分离