用于處理排出流的裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2015年7月1日提交的美國(guó)申請(qǐng)序號(hào)14 / 789, 166和2014年9月 15日提交的美國(guó)申請(qǐng)序號(hào)14 / 486, 382的優(yōu)先權(quán)，其被作為美國(guó)專利號(hào)9, 073, 808于2015 年7月7日公布，其公開(kāi)被整體地通過(guò)引用結(jié)合到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本實(shí)用新型涉及一種用于從制造操作回收烯烴的工藝。更具體地，本實(shí)用新型涉 及使用分離膜來(lái)處理排出氣流以便回收烯烴并將烷烴分離。
【背景技術(shù)】
[0004] 諸如乙烯和丙烯之類的烯烴以及諸如異丙醇和異丙苯之類的非聚合物衍生物在 全世界占了需求最多化學(xué)制品的一部分。例如，僅僅美國(guó)每年就產(chǎn)生超過(guò)100億鎊的從丙 烯衍生的化學(xué)制品。
[0005] -般地通過(guò)對(duì)烴原料進(jìn)行裂化或者以催化方式對(duì)氧化原料進(jìn)行轉(zhuǎn)化來(lái)產(chǎn)生烯烴。 用于裂化的傳統(tǒng)方法包括蒸汽裂化，由此，使石腦油或其它烴與蒸汽反映以產(chǎn)生輕烯烴以 及流化催化裂化其為使較大的烴分解以產(chǎn)生用于汽油以及烯烴和熱用燃油的石腦油輕組 分的精煉操作。氧化原料的常規(guī)轉(zhuǎn)化包括甲醇制烯烴（MTO)和甲醇制丙烯（MTP)工藝。在 MTO中，主要在存在分子篩催化劑的情況下將甲醇轉(zhuǎn)化成乙烯和丙烯。在MTP中，對(duì)甲醇進(jìn) 行脫水以產(chǎn)生二甲醚，其然后被轉(zhuǎn)化成丙烯。兩個(gè)工藝都涉及到在(一個(gè)或多個(gè)）反應(yīng)器下 游的復(fù)雜操作以對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行提純，捕捉未轉(zhuǎn)化試劑以用于再循環(huán)，并凈化污染物。通常，涉 及到低溫部分冷凝，并且未冷凝氣體的至少一部分在工藝中被再循環(huán)。
[0006] 在非聚合烯烴衍生物制造中，將烯烴及其它試劑引入到高壓反應(yīng)器中。來(lái)自反應(yīng) 器的原廢水被連續(xù)地傳遞至一個(gè)或多個(gè)分離步驟，原始衍生產(chǎn)物流被從該分離步驟收回以 用于進(jìn)一步提純。包含未反應(yīng)烯烴的塔頂氣流也被從分離步驟收回并再循環(huán)到反應(yīng)器。
[0007] 這兩個(gè)類型的制造操作都需要排出一部分的未冷凝氣體以防止不想要的污染物 在反應(yīng)環(huán)路中的堆積。然而，排出的塔頂氣通常包含未反應(yīng)烯烴，其在沒(méi)有進(jìn)一步處理的情 況下將另外被浪費(fèi)掉。
[0008] 已經(jīng)提出了用于緩解多種流中的未反應(yīng)烯烴的損失的各種工藝和技術(shù)。
[0009] 授予Dembicki等人（Dow化學(xué)公司）的美國(guó)專利號(hào)4, 623, 704公開(kāi)了一種用于用 膜來(lái)處理聚合排出氣體的工藝。該排出流被壓縮且然后被冷卻并冷凝。冷卻的氣體和液體 被發(fā)送到液體/氣體分離器。在分離之后，氣流被發(fā)送通過(guò)一系列的膜分離步驟，其產(chǎn)生富 含乙烯的滲透流?；厥找蚁┍辉傺h(huán)到聚合工藝。
[0010] 授予 Wi jmans (Membrane Technology and Research 公司）的共用所有美國(guó)專利 號(hào)5, 089, 033和5, 199, 962公開(kāi)了用于在否則將被排放到大氣中的氣流中回收可冷凝組分 的工藝。該工藝涉及到冷凝步驟和膜分離步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，氣流被壓縮并冷卻以執(zhí) 行冷凝步驟。然后跨對(duì)于可冷凝組分而言選擇性地可滲透的膜傳遞未冷凝氣體。
[0011] 授予Baker等人（Membrane Technology and Research公司）的共同所有美國(guó)專 利號(hào)6, 271，319公開(kāi)了一種用于使用對(duì)于丙烯而言可滲透超過(guò)丙烷的氣體分離膜來(lái)處理 未凝結(jié)氣流的工藝。富含烯烴的滲透流被收回并再循環(huán)到反應(yīng)器進(jìn)口。
[0012] 這些專利及其它現(xiàn)有技術(shù)主要集中于使得氣流冷凝并從由冷凝步驟產(chǎn)生的結(jié)果 得到的未冷凝氣體回收未反應(yīng)烯烴。然而，很少對(duì)從冷凝液體流回收未反應(yīng)烯烴進(jìn)行講授。
[0013] 授予 Gottschlich 等人（Membrane Technology and Research 公司）的共同所有 美國(guó)專利號(hào)5, 769, 927公開(kāi)了一種用于處理來(lái)自聚合物制造操作的凈化排出流的工藝。該 凈化排出流包含未反應(yīng)烯烴單體和氮。最初在冷凝步驟中處理該凈化排出流。然后將未冷 凝氣體傳遞至膜分離步驟，在那里，膜是有機(jī)物選擇性的，意味著膜對(duì)未反應(yīng)單體的選擇性 超過(guò)其它氣體。液體冷凝物被指引到閃蒸步驟。閃發(fā)步驟產(chǎn)生富含單體的液體產(chǎn)物流和在 工藝中被再循環(huán)的閃發(fā)氣體。
[0014] 盡管有上述改善，仍需要適用于制造或使用烯烴的工藝的更好的烯烴回收技術(shù)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0015] 因此，本實(shí)用新型涉及一種用于處理包括烯烴、烷烴和第三氣體的排出氣體以回 收烯烴的裝置。排出流從烯烴或非聚合烯烴衍生物制造操作中取回。工藝在處理期間，排 出氣流被冷凝并分離，產(chǎn)生液體冷凝物流和未冷凝氣流。這兩個(gè)流都包含烯烴以及其它組 分，諸如烷烴和第三氣體。為了回收未反應(yīng)烯烴，用膜分離單元來(lái)處理兩個(gè)流。從處理未冷 凝氣流，回收的烯烴被再循環(huán)回到壓縮機(jī)。來(lái)自處理冷凝物的回收未反應(yīng)烯烴可在再循環(huán) 環(huán)路中被發(fā)送以便用作原料，回到制造操作中。
[0016] 因此，在基本實(shí)施例中，本實(shí)用新型的裝置包括以下部件：
[0017] (a)壓縮機(jī)，其具有排出氣體進(jìn)口和壓縮氣體出口；
[0018] (b)冷凝器，其具有壓縮氣體進(jìn)口和冷卻氣體出口，其中，所述壓縮機(jī)的所述壓縮 氣體出口與所述壓縮氣體進(jìn)口處于氣體連通；
[0019] (C)相分離器，其具有冷卻氣體進(jìn)口、未冷凝氣體出口以及冷凝氣體出口，其中，所 述冷凝器的所述冷卻氣體出口與所述冷卻氣體進(jìn)口處于流體連通；
[0020] (d)第一分離單元，其具有第一供給進(jìn)口、第一殘余物出口以及第一滲透出口，其 中，所述冷凝氣體出口與所述第一供給進(jìn)口處于流體連通；以及
[0021] (e)第二分離單元，其具有第二供給進(jìn)口、第二殘余物出口以及第二滲透出口，其 中，所述未冷凝氣體出口與所述第二供給進(jìn)口處于氣體連通，并且其中，所述第二滲透出口 與所述壓縮機(jī)的所述流出氣體進(jìn)口處于氣體連通。
[0022] 排出氣流可來(lái)自兩種類型的制造操作。第一類型是產(chǎn)生烯烴的操作。這些操作 包括但不限于流體催化劑裂化、烯烴裂化、流裂化、烯烴易位、甲醇制烯烴(MTO)工藝和甲醇 制丙烯（MTP)工藝。第二類型是制造非聚合烯烴衍生物的操作，其使用烯烴作為原料。這 些操作的非限制的示例包括氯醇的生產(chǎn)、丁醛的生產(chǎn)、羰基合成醇的生產(chǎn)、異丙醇的生產(chǎn)、 丙烯酸的生產(chǎn)、氯丙烯的生產(chǎn)、丙烯醇的生產(chǎn)、丙烯腈的生產(chǎn)、異丙苯的生產(chǎn)、環(huán)氧乙烷的生 產(chǎn)、醋酸乙烯的生產(chǎn)、氯乙烯的生產(chǎn)，燃料乙醇的生產(chǎn)和乙苯的生產(chǎn)。
[0023] 排出氣流包括烯烴、類似烷烴和第三氣體。在某些實(shí)施例中，烯烴是乙烯或丙烯。 在其它實(shí)施例中，烯烴是丁烯。排出氣流還可包括烯烴和類似烷烴的多個(gè)集合，例如乙烷/ 乙烯和丙烷/丙烯。排出氣流還包含第三氣體，例如氫、氮或者例如異丙苯的非聚合物的烯 烴衍生物。
[0024] 在裝置中使用壓縮機(jī)和冷凝器的目標(biāo)是將排出氣流帶到超過(guò)要回收的烯烴的露 點(diǎn)的壓力/溫度條件，使得烯烴的一部分將從氣流冷凝下來(lái)。壓縮流的分離產(chǎn)生液體冷凝 物和未冷凝(殘余）氣流。冷凝物富含烯烴和烷烴，并且未冷凝氣流相對(duì)于排出氣流而言貧 烯烴和烷烴。
[0025] 冷凝通常涉及到冷凍和壓縮。將氣體壓縮提高露點(diǎn)溫度，因此壓縮和冷凍的組合 一般地是優(yōu)選的。
[0026] 通過(guò)第一膜分離單元處理來(lái)自相分離器的液體冷凝物，其可以在全蒸發(fā)或蒸氣透 過(guò)條件下執(zhí)行。此步驟中的膜對(duì)烯烴的選擇性超過(guò)烷烴。第一膜分離單元因此產(chǎn)生富含烯 烴的第一滲透流和貧烯烴的第一殘余物流。
[0027] 在某些實(shí)施例中，富烯烴的第一滲透流被作為冷卻劑流被指引到冷凝鏈。
[0028] 供在第一單元中使用的膜可包括適合于相比于烷烴而言優(yōu)先地滲透烯烴的任何 材料。優(yōu)選地第一膜分離單元是無(wú)機(jī)膜。在某些實(shí)施例中，膜優(yōu)選地顯示出至少400 gpu 的烯烴滲透率。
[0029] 本文描述的膜單元可采取單個(gè)膜分離操作或多個(gè)子操作的形式，取決于原料組 成、膜性質(zhì)以及期望結(jié)果。
[0030] 來(lái)自相分離器的未冷凝氣流被作為原料流傳遞并在第二膜分離單元中被處理。第 二膜分離單元被用以產(chǎn)生富烯烴的第二滲透流和貧烯烴的第二殘余物流。在一些實(shí)施例 中，第二分離單元是無(wú)機(jī)膜，其對(duì)于烯烴的選擇性超過(guò)烷烴。在其它實(shí)施例中，第二膜分離 單元是聚合膜，其對(duì)烯烴和烷烴的選擇性超過(guò)第三氣體。
[0031] 來(lái)自第二膜分離單元的第二滲透流可能被回收到壓縮機(jī)。
[0032] 在另一實(shí)施例中，可使用上述裝置來(lái)進(jìn)一步分離未冷凝氣流。第二貧烯烴殘余物 流被傳遞通過(guò)附加膜分離單元以產(chǎn)生第三富含烯烴滲透物流以及貧烯烴的第三殘余物流。 因此，在某些實(shí)施例中，裝置包括上面的（a)至（e)，并包括：
[0033] ( f)第三膜分離單元，其具有第三供給進(jìn)口、第三殘余物出口以及第三滲透出口， 其中，所述第二殘余物出口與所述第三供給進(jìn)口處于氣體連通。
[0034] 在某些實(shí)施例中，第三膜分離單元是對(duì)于烯烴和烷烴選擇性超過(guò)第三氣體的聚合 膜。
[0035] 在某些實(shí)施例中，還可使用上述裝置通過(guò)結(jié)合以下膜分離單元來(lái)進(jìn)一步處理液體 冷凝物流。來(lái)自第一膜分離單元的第一貧烯烴殘余物被傳遞通過(guò)附加膜分離單元以產(chǎn)生第 四富烯烴滲透流和第四貧烯烴殘余物流。然后可使第四富烯烴滲透流再循環(huán)到壓縮機(jī)。因 此，在某些實(shí)施例中，裝置包括上面的（a)至（f)，并包括：
[0036] (g)第四膜分離單元，其具有第四供給進(jìn)口、第四殘余物出口以及第四滲透出口， 其中，所述第一殘余物出口與所述第四供給進(jìn)口處于氣體連通，并且其中，所述第四滲透出 口與所述壓縮機(jī)的所述凈化氣體進(jìn)口處于氣體連通。
[0037] 在某些實(shí)施例中，第四膜分離單元是無(wú)機(jī)膜并且對(duì)烯烴的選擇性超過(guò)烷烴。
[0038] 在進(jìn)一步的實(shí)施例中，膜分離單元可用以對(duì)排出氣流中的附加氣體提純，例如氫。 因此，在某些實(shí)施例中第三氣體是氫，而第二膜分離單元是對(duì)氫的選擇性超過(guò)烯烴和烷烴 的聚合膜。
[0039] 偶爾，工藝的條件可以使得排出氣流已經(jīng)處在高壓。在這種情形下，僅僅冷卻就足 以引起冷凝，并且可以分配有壓縮機(jī)。由此，在另一個(gè)實(shí)施例中，裝置包括：
[0040] (a)冷凝器，其具有排出氣體進(jìn)口和冷卻氣體出口；
[0041] (b)相分離器，其具有冷卻氣體進(jìn)口、未冷凝氣體出口和冷凝流出口，其中冷凝器 的冷卻氣體出口與冷卻氣體進(jìn)口流體連通；
[0042] ( c )第一膜分離單元，其具有第一供給進(jìn)口、第一殘余物出口和第一滲透出口，其 中未冷凝氣體出口與第一供給進(jìn)口流體連通；
[0043] ( d)第二膜分離單元，其具有第二供給進(jìn)口、第二殘余物出口和第二滲透出口，其 中未冷凝氣體出口與第二供給進(jìn)口流體連通；
[0044] ( e )壓縮機(jī)，其具有第二滲透進(jìn)口和壓縮氣體出口，其中第二滲透進(jìn)口與第二滲透 出口流體連通，并且其中壓縮氣體出口與冷凝器的排出氣體進(jìn)口流體連通。
[0045] 在一些實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝环蛛x單元在蒸汽滲透條件下工作時(shí)，裝置可包括汽化器 單元。在這種情形中，汽化器單元位于所述相分離器與所述第一膜分離單元之間，所述汽化 器單元具有冷凝流進(jìn)口和汽化氣體出口，其中，所述冷凝流進(jìn)口與所述相分離器的所述冷 凝流出口處于流體連通，并且所述汽化氣體出口與所述第一膜分離單元的所述第一供給進(jìn) 口處于流體連通。
[0046] 本實(shí)用新型還公開(kāi)了以下方案。
[0047] 方案1. 一種用于處理排出流的裝置，所述排出流是由制造烯烴或非聚合烯烴衍 生物的操作產(chǎn)生的，所述排出氣流包括烯烴、烷烴以及第三氣體，所述裝置包括：
[0048] (a)壓縮機(jī)，其具有凈化氣體進(jìn)口和壓縮氣體出口；
[0049] (b)冷凝器，其具有壓縮氣體進(jìn)口和冷卻氣體出口，其中，所述壓縮機(jī)的所述壓縮 氣體出口與所述壓縮氣體進(jìn)口處于氣體連通；
[0050] (C)相分離器，其具有冷卻氣體進(jìn)口、未冷凝氣體出口以及冷凝流