一种全温程变压吸附回收聚烯烃尾气烃类的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于分离回收石化尾气中有价物的技术领域，更具体的说是涉及一种全温程变压吸附回收聚烯烃尾气烃类的方法。
【背景技术】
[0002]聚乙烯、聚丙烯装置在生产过程中，会产生一定量的含烃尾气，烃含量约为20%。尾气直排大气会对环境造成负面影响，石化企业大都将尾气排放到火炬烧掉。这些尾气中含有乙烯、丙烯、己烷等具有重新利用的高价值资源，随着技术进步和理念更新，资源化利用装置尾气已被广泛认知。从聚烯烃尾气中分离回收烃类物质的技术主要有压缩冷凝法、膜分离法和变压吸附法以及它们的集成技术等。
[0003]但单一的压缩冷凝法、传统的变压吸附(PSA)法以及膜分离法不能很好地解决碳二及以上组分(C2+)的烃类分级回收的目的，无论是使用膜还是PSA方法，前端都得进行加压冷凝以先回收碳四及以上重组分(C4+)，各种方法的集成和耦合的出现可以成功地回收C2+。但是，这些集成的方法仍然具有较高的能耗且不能在高纯度、高收率回收C2+的同时，也可以得到高纯度、高收率的N2产品；而聚烯烃尾气里面含有大量的^，甚至高达80%，大量的N2在加压冷凝、回收C2+的过程中会使得设备的体积变得很大，装置的能耗非常高;传统的PSA法由于重烃组分不能得到很好的解吸，长期的累积造成塔内吸附剂失活，所以吸附剂寿命短;传统的TSA法因为温度周期性地交变也导致吸附剂使用寿命短。
[0004]在传统PSA循环操作中，通常吸附在常温进行，且温度越低、压力越高，越有利于吸附。但是，吸附越容易，一般解吸就越困难，由于重烃组分不能得到很好的解吸，长期的累积造成塔内吸附剂失活，所以吸附剂寿命短；比如，聚烯烃尾气中的碳二及以上组分(C2+)烃类组分，虽然在常温或者低温下能够很好地吸附但难以解吸，作为重组分的碳四碳五及以上组分(C4/C5+)少量存在于吸附床中甚至会破坏床层。
【发明内容】
[0005]全温程变压吸附(英文全称:FulI Temperature Range-Pressure SwingAdsorpt1n，简称:FTrPSA)是一种以变压吸附为基础并与各种分离技术相耦合的方法，利用不同物料组分本身在不同压力与温度下的吸附分离系数及物理化学性质的差异性，采取中高温的变压吸附(PSA)吸附与解吸易于匹配和平衡的循环操作来分离和提纯各种气体(含炼厂干气)的方法。
[0006]本发明提供一种全温程变压吸附回收聚烯烃尾气烃类的方法，采用FTrPSA方法，解决了从目前聚烯烃尾气中回收N2、C2+烃类等现有工艺存在的需要复杂预处理装置、流程长而能耗高、对原料气有效组分及温度压力范围限制多、产品回收率及纯度低、投资大、运行不稳定等问题，也解决了传统膜分离及常温PSA工段处理负荷大而消耗增加的问题。
[0007]为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0008]一种采用全温程变压吸附(FTrPSA)回收聚烯烃尾气的烃类的方法，包括如下工序:
[0009](I)烃类吸附浓缩工序:在由3-10个吸附塔组成的变压吸附系统中进行，操作温度维持在40-1500C，吸附时的操作压力为0.03-3.5MPa，多台吸附塔交替循环操作，保证原料气连续进入，I个或多个吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔为再生状态，在吸附塔内，透过床层由塔顶排出是由N2和少量H2组成的中间气，烃类组分被吸附，解吸后得到富烃解吸气；
[0010](2)氢膜分离工序:处理的是中间气，从烃类吸附浓缩工序出来的中间气加压或不加压至0.03-2.0MPa后进入氢膜分离单元，H2透过膜层，通过膜分离，从氢分离膜渗透测得到富氢气体，从非渗透测得到N2产品；
[0011](3)压缩冷凝工序:所述烃类吸附浓缩工序得到的富烃解吸气进入压缩冷凝系统，将其压力提升至0.5-2.5MPa，温度降低到-10-20°C得到液态的C4/C5重烃组分和不凝气体；
[0012](4)浅冷变压吸附(PSA)工序:压缩冷凝工序得到的不凝气体主要含C2/C3烃类物质和少量N2、H2，先加热至5-20°C后再进入浅冷变压吸附系统，浅冷变压吸附吸附塔中的温度处于浅冷范围5-20°C，浅冷变压吸附解吸后得到的吸附相气体主要为C2/C3轻烃，非吸附相气体进入氢膜分离单元中进行循环回收。
[0013]更优的，所述烃类吸附浓缩工序前无需降温冷凝及升降压设备，温度为40-150°C，压力为0.03-3.5MPa的聚烯烃尾气直接进入烃类吸附浓缩工序。
[0014]更优的，所述烃类吸附浓缩工序的解吸方式为冲洗或真空解吸。
[0015]更优的，所述烃类吸附浓缩工序采用的吸附塔内吸附剂为分子筛、氧化铝、活性炭、硅胶的一种或多种。
[0016]更优的，所述氢膜分离单元的膜分离装置采用的膜材是聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、醋酸纤维素中的一种或多种制成。
[0017]更优的，所述进入氢膜分离单元的膜分离装置的中间气不加压。
[0018]更优的，所述浅冷PSA工序中，所述浅冷PSA系统由N个吸附塔组成，N为大于I的自然数;其中I至N-1个吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔处于再生状态。
[0019]更优的，所述浅冷PSA工序中，所述浅冷PSA系统的吸附塔顶排出的非吸附相无动力返回至氢膜分离单元。
[0020]更优的，所述压缩冷凝工序中的降温和所述浅冷PSA工序中的升温通过热交换实现。
[0021]在FTrPSA过程中，本发明人首次提出了聚烯烃尾气在中高温范围内进行PSA及与其他各种分离技术耦合，彻底解决了聚烯烃尾气在常温及低温下C2+烃类组分在PSA循环操作中易吸附而解吸困难的技术瓶颈或效率低下的问题，以及C4/C5+重组分在大量N2中直接进行加压降温冷凝时极易达到平衡而难以完全分离的问题，比如，利用聚烯烃尾气中低沸点组分N2及少量的H2等与高沸点组分(C2+)烃类在40-150°C温度和0.03-3.5MPa压力下在不同吸附剂上的吸附与解吸机理的不同，采用不同的工艺设计，包括多塔吸附与多塔再生的并串联组合方式、不同吸附剂组成的复合床层，且并与其他分离方法进行耦合来减少PSA循环过程中解吸再生的负荷或难度并使之与吸附步骤容易匹配，克服了吸附容易解吸困难的矛盾，实现节能减耗、延长吸附床层寿命等效果;正是利用作为原料气的聚烯烃尾气自身一般带温带压下各种组分不同的物理特性，比如在不同吸附剂上的吸附与解吸机理的不同，先采用中高温PSA步骤为主的烃类吸附浓缩工序，将原料气分离成以大量N2与少量H2等所组成的中间气，以及被吸附C2+烃类经解吸出来的富烃解吸气，使在中高温下使得容易被吸附的C2+烃类得到吸附，而其他组分在中高温下基本不吸附从而容易地实现C2+烃类与N2分离。而被吸附的C2+烃类在中高温下通过PSA循环过程特殊的均压逆放等步骤所组成的冲洗或抽真空解吸，使得C2+烃类的吸附与解吸过程容易匹配和平衡，C2+烃类得到浓缩后再进行回收利用，既减少后续步骤的负荷及能耗，又与后续其他分离工艺容易匹配结合，诸如加压冷凝冷却、膜分离和浅冷PSA，同时从聚烯烃尾气中分离回收N2、富氢气体和C2/C3轻烃气体，及C4/C5重烃组分液体，其中N2和C2/C3轻烃和C4/C5重烃组分均可回用于聚烯烃生产主装置。
[0022]本发明适合低压且无法采用常规加压冷凝预处理突破N2与C2+烃类组分之间业已达到平衡使得后续分离工序难以完成分离目标的聚烯烃尾气的分离。本发明将聚烯烃尾气分割成3股气体和I股液体，3股气体分别是N2、富氢气体和C2/C3轻烃，I股液体是C4/C5重烃组分，其中N2和C2/C3轻烃和C4/C5重烃组分均可回用于聚烯烃生产主装置，实现了主装置的节能减排目标。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0024](I)无需降温冷凝及升降压设备等预处理工序，带温带压的聚烯烃尾气可直接进入FTrPSA系统，极大降低了能耗，节省了预处理工序投资，并适合于低压且无法采用常规加压冷凝预处理突破N2与C2+烃类组