Investigation of capacity increase in the propylene recovery process

Abstract

Various polyolefins and petrochemicals producing Borealis Polymers Oy, is considering increasing polypropylene production capacity and duplicating selected equipment’s of the recycle process to ensure gas recycling. The main reason for this is the periodic maintenance of the only gas recycle compressor, which is very sensitive to liquid in the gas stream and the process needs to be stopped. All gases must be guided to the flare for burning leading to increased costs and emissions. From capacity increasing perspective recirculating gas filter and droplet separator are considered act as a bottleneck. The aim of the study is first to form a basic understanding of the propylene polymerization phase and from that to recycle process. This will be followed by deeper analysis of the operating principles of the selected units and by simulating and sizing will be used to find possible solutions for the research.

The study investigated a parallel configuration with two compressors, which is a possible solution based on simulations. Parallel compressors can be operated in two ways: the first option is to use one compressor at a time and preferably need to be more powerful. The second option is to operate both compressors at the same time, allowing the newer compressor to be less powerful relative to the original. Both options offer a higher capacity limit to the process.

Sizing was performed for the droplet separator and recirculation gas filter. The study found that the filters do not require any major development, but the incoming gas direction into the vessel should be investigated further and adjusted if necessary. For the droplet separator, sizing has been done to the mesh pad and the vessel. The study shows that the liquid load in the gas stream affects the sizing approach. When the liquid load is high during a capacity increase, the mesh pad should be replaced with a multilayered pad made of different materials, and a vessel with a larger diameter. If the liquid load remains low, the mesh pad can be kept the same, and only the vessel’s diameter needs to be adjusted.

Erilaisia polyolefiineja ja petrokemikaaleja tuottava Borealis Polymers Oy harkitsee kasvattavansa polypropeenin tuotantokapasiteettia sekä kahdentavansa osan palautuslinjaston laitteistosta kaasukierrätyksen varmistamiseksi. Suurin syy tähän on ainoan kaasukierrätyskompressorin ajoittainen huolto, joka on hyvin herkkä nesteelle kaasuvirtauksessa, jolloin koko linjaston toiminta joudutaan pysäyttämään. Tällöin kaikki kaasut ohjataan soihtuun poltettavaksi aiheuttaen tarpeettomia kuluja ja päästöjä. Palautuslinjaston laitteistosta kapasiteetin pullonkauloina pidetään pisaranerotinta ja kiertosuodattimia. Tutkimuksen tavoitteena on aluksi tuottaa vahva tietopohja perehtymällä polypropeenin polymerointivaiheeseen ja sen kautta palautuslinjaston toimintaan. Tämän jälkeen syvennytään valittujen laitteiden toimintaperiaatteisiin, ja simuloimalla sekä mitoittamalla laitteistoa pyritään löytämään ratkaisuja tutkimuskysymyksiin.

Simuloinnissa tutkittiin kahden kompressorin rinnakkaiskytkentää, joka osoittautui mahdolliseksi ratkaisuksi. Rinnakkaisia kompressoreita voidaan operoida kahdella eri tavalla: joko yksi kerrallaan tai samanaikaisesti. Simulointitulosten perusteella havaittiin, jos käytetään yhtä kompressoria uudemman kompressorin olisi hyvä olla tehokkaampi, kuin alkuperäinen. Jos molempia käytetään samanaikaisesti uudempi voi olla tehokkuudeltaan pienempi. Molemmilla tavoilla voidaan saavuttaa korkeampi kapasiteettituotanto. Mitoitukset suoritettiin pisaranerottimelle ja kiertosuodattimille. Tutkimuksessa selvisi, ettei suodattimet vaadi optimointia mutta kaasun tulosuuntaa säiliöön on syytä tutkia syvemmin ja tarvittaessa muuttaa. Pisaranerottimella mitoitus suoritettiin sekä verkkotyynylle että säiliölle. Tuloksista selvisi, että kaasuvirran nestekuorma vaikuttaa optimointitapaan. Jos nestekuorma on korkea kapasiteetin noston yhteydessä, on syytä asentaa halkaisijaltaan suurempi säiliö ja vaihtaa verkkotyyny monikerroksiseksi hyödyntämällä eri materiaaleja. Mikäli nestekuorma ei kasva merkittävästi, verkkotyyny voidaan pitää samana ja muokata ainoastaan säiliön halkaisijaa.