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, 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