线性低密度聚乙烯装置排放气回收工艺研究

2015-07-16 18:09中天合创能源有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017000

山东工业技术 2015年14期

赵　宇（中天合创能源有限责任公司,　内蒙古　鄂尔多斯　017000）

线性低密度聚乙烯装置排放气回收工艺研究

赵宇
（中天合创能源有限责任公司,内蒙古鄂尔多斯017000）

摘要：传统线性低密度聚乙烯装置的排放气回收系统存在很多问题，如烷类和烃类的回收率不足，原料损耗率较高等。目前，国内外针对排放气回收工艺的研究取得了很多进展，本文对几种新的回收工艺进行了简单的介绍，并且对比了一步冷凝法和两部冷凝法的回收效果。通过不断的优化排放气回收工艺，实现了烃类回收率的提高和氮气的循环利用，在创造更好的经济效益的同时减小环境污染。

关键词：线性低密度聚乙烯；回收系统；排放气

1　前言

聚乙烯装置排放气中含有乙烯、乙烷、甲烷、氮气及重组分丁烯-1、异戊烷等，而通常采用的压缩冷凝法回收效率并不高，排放气中的丁烯-1和异戊烷的回收效率会随着回收气中氮气含量的提高而降低。通过对比分析现有各类气体回收技术的特点，比较各种回收方法的优缺点，在原有工艺的基础上对回收装置进行设备和技术的优化升级，实现排放气中各种烷类、烃类的高效回收和尾气中的氮气重复利用，达到减少原料损耗和节能减排的目的。

2　排放气回收新技术分析

2.1变压吸附技术

变压吸附（ΡSA）技术始于20世纪六十年代初，在七十年代基本实现了在工业化生产中的应用，并于八十年代开发利用高吸附分离性能的沸石分子筛，变压吸附技术得到飞速发展，具有启动时间短、能耗较低和节约成本、自动化程度高的突出优点。不同气体在同一吸附剂上的吸附特性存在差异，选择合适的吸附剂就能实现对混合气体中不同吸附能力的各种气体分离提纯的目的。由气体吸附定律可知，当某种吸附剂吸附同一种气体时，压力越高，吸附量越大；温度越高，吸附量越小。因此，在气体回收过程中通常采用高压或低温下吸附，然后降压或升温解吸，达到吸附剂循环利用的目的。比较常见的ΡSA工艺流程如下：排放气经低压冷凝回收一部分液体，后利用压缩机升压并高压冷凝至-10℃回收更多的液体，回收的共聚单体和吸附剂送回反应进料系统，多余的排放气送至火炬燃烧处理。

2.2无动力深冷分离技术

无动力深冷分离技术是无动力回收氨技术在聚乙烯排放气回收系统中的成功应用。通过增加深冷分离设备，在提高共聚单体和异戊烷的回收率的同时，可将以往线性聚乙烯装置的氮气消耗总量下降了三成，每年可产生经济效益一百多万，同时能耗也大大的降低，实现了装置的清洁生产和节能减排利益最大化。所谓无动力深冷分离回收技术，是指在不需要任何额外动力的情况下，利用火炬气尾气仓的原有压力能，通过多通道循环膨胀制冷，充分冷却液化后深度分离回收剩余的丁烯-1和异戊烷。该回收技术的主要流程如下：利用尾气自身压力能，采用透平膨胀机绝热膨胀，使得冷却降温至-130℃液化，进而在气液分离器中分流。考虑到聚乙烯回收气装置中管道和分离罐的耐低温特性，设备内的管道材质通常为碳钢，也有局部的管线使用耐低温性能不足的低温钢，因此无动力回收的冷凝液体温度要控制在-37℃左右，分离罐的压力不能超过0.3MΡа左右。通过增加无动力深冷回收装置吸收后，乙烯的回收率达到了72%，而丁烯-1和异戊烷的回收率高达99.9%以上。共聚单体和异戊烷的回收率大大提高后，装置的单耗随之大幅降低，经济效益的提升十分可观。

2.3有机蒸汽膜分离技术

传统工艺通常不会在排放气回收单元中设置膜回收系统，而国内的一些改装装置即便增设膜回收系统，对重烃类的回收效率依旧不高。有别于传统气相膜扩散选择性控制，新型气体蒸汽渗透膜的理论原理是溶解扩散机理，气体在膜两侧的分压差产生了分离推动力，而混合气体中的不同组分在通过渗透膜时呈现出不同的渗透速率，从而实现气体分离的目的。常见的有机蒸汽膜是三层结构：第一层起结构作用的是无纺布支撑膜材料；中间层实现分离层增强的是耐溶剂的多孔膜；表面分离层采用橡胶态薄膜。生产出来的平板有机膜经卷制后形成螺旋卷式膜组件，可以满足工业大规模使用的要求。当膜系统与吸收系统、精馏装置、反应装置等耦合使用以后，有机蒸汽中的回收率可以达到95%以上，而氮气更是可以纯化到99%以上，实现真正的氮气高纯循环使用。

3　一步冷凝法与两步冷凝法的比较

聚乙烯装置排放气回收通常采用的是两步冷凝法，即先经低压冷凝器回收一部分液体，再经压缩机升压后高压低温状态冷凝尾气回收更多的液体。压缩机出口的压力和液体回收量呈线性正比关系，当压缩机出口压力升高，原料回收率提高，冷凝剂的消耗随之下降；而压缩机功率随着出口压力的升高而增加，冰机的功率下降使冷却水消耗增加。可见，压缩机出口压力的升高可以降低单体及冷凝剂的消耗量，但功率的增加致使能耗增加是无法避免的。

一步冷凝法与两步冷凝法最大的区别在于一步冷凝步法不设置低压冷凝器。采用一步冷凝法时，在相同压力下液体回收量与低压冷凝器的设置与否无关，而压缩机功率和循环水的消耗会因为低压冷凝器的缺失而升高，但冰机的电能损耗会降低，按照折算系数综合计算后，发现一步冷凝法较两步冷凝法节约能量和资源。此外，在相同压力下，一步冷凝法回收的液体量较两步冷凝法要多。因此，基本可以得出以下结论：一步冷凝法既可节约能量，又能降低物耗，明显优于两步冷凝法。