Извлечение газов, в частности неконденсирующихся газов, из массовых потоков, в частности из потоков отходящих газов с процессов полимеризации

Изобретение относится к способу очистки массового потока. Массовый поток содержит фракцию C₂₊, а также по меньшей мере одно первое газообразное вещество и отличное от него второе газообразное вещество. Массовый поток для удаления фракции C₂₊ подвергают короткоцикловой адсорбции. Согласно изобретению после удаления фракции C₂₊ предусматривается разделение массового потока с помощью мембраны на ретентат (R) и пермеат (P). Первое вещество концентрируется в ретентате (R). Второе вещество истощается в ретентате (R). Первое вещество истощается в пермеате (P), а второе вещество концентрируется в пермеате (P). Изобретение позволяет усовершенствовать способ извлечения газов и расширить спектр применения продуктов высокого давления. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу очистки массового потока, который содержит фракцию C₂₊, а также по меньшей мере одно первое газообразное вещество и отличное от него второе газообразное вещество, причем массовый поток для удаления фракции C₂₊ подвергают короткоцикловой адсорбции.

Такие способы очистки в данной области техники известны. Так, например, в патенте EP 1491559 описывается способ, согласно которому инертный газ можно удалить из потока отходящих газов полимеризационной установки адсорбционным способом, а затем использовать повторно. При этом растворитель полимеризации, а также мономер отделяют от потока отходящих газов адсорбционным способом, так что очищенный инертный газ находится при высоком давлении.

Кроме того, в патенте US 6706857 описывается способ извлечения олефиновых мономеров с процесса полимеризации. При этом газовый поток, состоящий из мономера и азота, очищают с помощью короткоцикловой адсорбции.

При извлечении углеводородов C₂₊- (т.е. углеводородов с двумя или более атомами углерода) из массовых потоков с помощью короткоцикловой адсорбции обычно в качестве продукта высокого давления образуется смесь по меньшей мере двух неконденсирующихся газообразных компонентов, которую часто термически утилизируют лишь путем сжигания.

Учитывая вышеизложенное, в основе изобретение стоит задача усовершенствовать способ указанного во введении типа таким образом, чтобы расширить спектр применения продуктов высокого давления.

Эта проблема решена посредством способа с отличительными признаками, указанными в пункте 1 формулы изобретения. Выгодные варианты осуществления изобретения указаны, наряду с прочим, в зависимых пунктах и описываются ниже.

В соответствии с изобретением предусмотрено разделение массового потока после удаления фракции C₂₊ на ретентат и пермеат с помощью мембраны, причем ретентат обогащен первым веществом, а пермеат, напротив, обогащен вторым веществом. Таким образом, первое вещество предпочтительно является веществом, которое хуже проникает через мембрану, чем второе вещество, так что оно накапливается в ретентате, тогда как второе вещество истощается в ретентате. Далее, второе вещество лучше проникает через мембрану по сравнению с первым веществом, так что второе вещество накапливается в пермеате, а первое вещество истощается в пермеате. Например, исходя из смеси H₂/N₂ в отношении 10/90, можно снизить содержание H₂ в ретентате до менее 1 об.%. Одновременно можно достичь концентрации водорода в пермеате выше 40 об.%.

При этом в предлагаемом изобретением способе особенно предпочтительно то, что ретентат находится на том же уровне давления, что и очищенный от фракции C₂₊ массовый поток, и может затем использоваться соответственным образом, например, может быть возращен на предшествующий процесс, в частности, без требующего больших затрат сжатия. Возможная потеря давления через мембрану, оснащение и/или трубопроводы можно компенсировать с помощью компрессора. Однако это гораздо дешевле по сравнению с ситуацией, когда желаемый продукт находится на стороне пермеата.

Первое и второе вещество предпочтительно представляют собой газы, которые исторически называются также неконденсирующимися газами. При этом имеются в виду водород, азот, метан, моноксид углерода, а также диоксид углерода. Предпочтительно, первое вещество является азотом, а второе вещество водородом. Кроме того, фракция C₂₊ предпочтительно содержит этилен или пропилен.

Далее, мембрана, которая применяется для разделения массового потока, очищенного ранее посредством короткоцикловой адсорбции от фракции C₂₊, предпочтительно содержит по меньшей мере одно из следующих вещество или образована из по меньшей мере одного из следующих вещество: полисульфон (PSU), полиэфирсульфон (PES), полиимид (PI), полиамид (PA). Такие мембраны позволяют разделить, например, следующие пары веществ: H₂/N₂, H₂/CH₄ и N₂/C₂₊ (при этом C₂₊ обозначает углеводороды с двумя или более атомами углерода).

Особенно предпочтительно, подлежащий очистке массовый поток поступает с процесса, осуществляемого до короткоцикловой адсорбции (например, со стадии процесса или с процесса синтеза), причем массовый поток предпочтительно представляет собой поток отходящих газов с такого процесса. При этом поток отходящих газов может быть, например, продувочным газом или отдувочным газом.

Согласно одному варианту осуществления предлагаемого изобретением способа, под процессом или способом имеется в виду полимеризация. Под такой полимеризацией в настоящем случает следует понимать полиреакцию (называемую также реакцией образования полимера, согласно разделу ЮПАК "Полимеризация"), т.е. реакцию синтеза, при которой одинаковые или разные мономеры превращаются в полимеры. Полимеризация может быть, в частности, так называемой цепной полимеризацией или так называемой реакцией ступенчатого роста цепи (например, поликонденсация или полиприсоединение).

Таким образом, под массовым потоком предпочтительно имеется в виду поток отходящих газов, а именно, в частности, поток продувочного газа, который возникает при полимеризации. При этом используемые мономеры, как, например, этилен или пропилен (компоненты фракции C₂₊), находятся в массовом потоке, или потоке отходящих газов, который, кроме того, содержит, например, азот в качестве первого вещества (например, если образующийся при полимеризации полимер продувают азотом), а также, кроме того, водород в качестве второго вещества.

Предпочтительно, после мембранного разделения ретентат возвращают на процесс, осуществляемый выше по потоку от короткоцикловой адсорбции, и применяют, например, для продувки образованного полимера или для инертизации полимеризации. Напротив, пермеат (например, содержащий водород) предпочтительно сжигают или подают на иное применение в качестве отгружаемого потока.

Следующие отличительные признаки и преимущества изобретения выявляются из нижеследующего описания одного примера осуществления, проиллюстрированного на фигуре. Показано:

Фиг. 1: схематическое изображение одного примера осуществления способа по изобретению

Предлагаемый изобретением способ позволяет разделить массовый поток S, в частности, в форме потока отходящих газов, состоящего из по меньшей мере двух неконденсирующихся газообразных компонентов и по меньшей мере одного углеводорода C₂₊. Для этого, в частности, после факультативного сжатия 5 массового потока на первом этапе отделяют фракцию C₂₊ посредством короткоцикловой адсорбции (КЦА) 10. Полученный поток отходящих газов, или массовый поток S', очищенный от фракции C₂₊, который представляет собой продукт КЦА высокого давления, состоит при этом из неадсорбированных неконденсирующихся газообразных компонентов, причем по меньшей мере один компонент/фракция, например, первое вещество, сравнительно плохо фильтруется (и, соответственно, концентрируется в ретентате R), а по меньшей мере один компонент/фракция, например, второе вещество, сравнительно хорошо проникает через мембрану 20 (и, соответственно, концентрируется в пермеате P). Адсорбированную при короткоцикловой адсорбции фракцию S" десорбируют при более низком давлении и при необходимости подают на дальнейшее применение. Согласно одному примеру, процесс КЦА осуществляют при давлениях от 5 до 30 бар и при температуре от 10°C до 50°C.

Благодаря добавлению, в соответствии с изобретением, мембранного разделения 20 после короткоцикловой адсорбции 10, можно разделить неадсорбированные неконденсирующиеся газообразные компоненты на ретентат R и пермеат P и также вернуть в процесс или использовать для иных целей. Согласно одному примеру, мембранное разделение проводят при давлении в диапазоне от 5 до 30 бар и при температуре в диапазоне от 20°C до 80°C.

Необычным здесь является то, что фракции ретентата R, несмотря на дополнительную стадию очистки, остается на уровне давления очищенного от C₂₊ потока отходящих газов S' и может использоваться соответствующим образом.

Согласно одному примеру, в процессе полимеризации 30 образуется массовый поток S в форме потока продувочного газа, содержащего азот, водород и мономер, например, этилен или пропилен.

После отделения этилена или пропилена посредством КЦА 10 продукт высокого давления S' еще содержит азот и водород. Вместо того, чтобы, как делалось раньше, сбросить этот газовый поток или утилизировать чисто термически, можно, благодаря включению последующего мембранного разделения 20, получить обогащенный водородом ретентат R при высоком давлении и обогащенный водородом пермеат P при низком давлении, причем потеря давления возникает главным образом при прохождении через мембрану 20.

Далее, тогда как обогащенный водородом поток пермеата P предпочтительно можно по меньшей мере частично подвергнуть термической утилизации, азот/ретентат R, находящийся под высоким давлением, можно вернуть на процесс полимеризации 30, в результате чего можно уменьшить потребность в свежем азоте в процессе полимеризации.

N₂ предпочтительно используют для продувки аппарата дегазации полимера (PAB) или самого реактора. В частности, N₂ непрерывно расходуется в PAB. Благодаря извлечению N₂ снижается потребность в свежем азоте, а также снижается количество, отравляемое на факел, что выгодно в свете строгих экологических предписаний.

Список позиций для ссылок

5 - сжатие

10 - короткоцикловая адсорбция

20 - мембранное разделение

30 - процесс, в частности, полимеризация

S - массовый поток или поток отходящих газов

S' - массовый поток, очищенный от C₂₊

S" - адсорбированные компоненты (КЦА)

P - пермеат

R - ретентат

1. Способ очистки массового потока (S), причем массовый поток (S) содержит фракцию C₂₊, а также по меньшей мере одно первое газообразное вещество и отличное от него второе газообразное вещество, причем массовый поток (S) для удаления фракции C₂₊ подвергают короткоцикловой адсорбции (10), отличающийся тем, что после удаления фракции C₂₊ массовый поток (S’) разделяют с помощью мембраны (20) на ретентат (R) и пермеат (P), причем первое вещество концентрируется в ретентате (R), а второе вещество истощается в ретентате (R), и причем первое вещество истощается в пермеате (P), а второе вещество концентрируется в пермеате (P).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первое и второе вещества выбраны из группы, содержащей водород, азот, метан, моноксид углерода и диоксид углерода.

3. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что мембрана (20) содержит по меньшей мере одно из следующих веществ или образована из по меньшей мере одного из следующих веществ: полисульфон, полиэфирсульфон, полиимид, полиамид.

4. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что массовый поток (S) представляет собой поток отходящих газов.

5. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что массовый поток (S) образуется в процессе (30), осуществляемом выше по потоку от короткоцикловой адсорбции (10).

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что ретентат (R) возвращают в процесс (30).

7. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что процесс (30) включает полимеризацию, и массовый поток образуется как поток (S) отходящих газов полимеризации (30), причем, в частности, полимер, полученный в результате полимеризации, продувают газовым потоком, и при этом указанный массовый поток возникает как поток (S) отходящих газов.

8. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что фракция C₂₊ содержит этилен или пропилен.

9. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первое вещество является азотом.

10. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что второе вещество является водородом.

11. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что пермеат (P) сжигают или используют для других целей.