專利名稱：一種改進(jìn)的輕烴深冷分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輕烴混合物的深冷分離方法。更具體地說(shuō)，涉及對(duì)輕組分冷卻分離的改進(jìn)，以提供進(jìn)一步降低能耗和提高乙烯收率的新的操作方法。
主要含有氫氣、甲烷、碳二、碳三和碳四的輕烴混合物一般通過(guò)深冷方法進(jìn)行分離。在乙烯裝置的順序分離流程中，通常的做法是首先將原料氣壓縮至3.4MPa～3.9MPa，然后氣相逐級(jí)冷卻和閃蒸，最后冷卻至-163～-169℃，在氫氣罐分離出氫氣和甲烷氫液相，各閃蒸罐的液相進(jìn)入脫甲烷塔，該塔的操作壓力隨技術(shù)的不同有高有低，一般在0.59MPa～3.1MPa范圍內(nèi)，塔頂溫度-135～-98℃。在前脫丙烷前加氫流程中，是首先將碳三及更輕組分與碳四及更重組分進(jìn)行分離，然后采用與順序分離流程類似的方法對(duì)輕烴進(jìn)行深冷分離。這種常規(guī)的深冷分離方法能耗較高且乙烯回收率較低，原因是為了將物料冷卻到所需要的溫度，常常自脫甲烷塔回流罐引出一股液相甲烷進(jìn)行節(jié)流，為系統(tǒng)提供冷量，增加了低溫乙烯冷劑的負(fù)荷，也損失一些乙烯；由于閃蒸罐的液相都進(jìn)入脫甲烷塔，脫甲烷塔負(fù)荷大；氫氣罐和脫甲烷塔損失一定量的乙烯。
中國(guó)專利CN1023685C敘述了用于乙烯順序流程的輕烴分離方法，它采用預(yù)脫乙烷塔對(duì)來(lái)自壓縮區(qū)的原料氣進(jìn)行非清晰分割。預(yù)脫乙烷塔的塔頂不含碳三、塔釜不含甲烷，這樣降低了脫甲烷塔下部的負(fù)荷。但是由于預(yù)脫乙烷塔使進(jìn)入冷箱的碳二量增多，使冷量后移，即導(dǎo)致更低溫的冷劑消耗量增加，所以達(dá)不到節(jié)能的目的。另外尾氣中仍損失一定量的乙烯。
中國(guó)專利CN1048713C在CN1023685C的基礎(chǔ)上增加了甲烷吸收塔，雖然使尾氣中的乙烯損失有所降低，但沒(méi)有改變冷量后移的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有的輕烴分離方法，提供一種用于對(duì)含有氫氣、甲烷、碳二和碳三等輕烴進(jìn)行有效分離，既節(jié)能而乙烯回收率又高的輕烴分離方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明輕烴分離方法的主要特點(diǎn)在于，升壓后的輕烴經(jīng)預(yù)冷首先進(jìn)入組分分配裝置，將氣相中的全部碳三組分轉(zhuǎn)入組分分配裝置底部的液相中，同時(shí)將大部分碳二和少量甲烷也轉(zhuǎn)到塔釜液中。組分分配裝置頂部的氣相經(jīng)過(guò)逐級(jí)冷卻分離后進(jìn)入氫氣分離系統(tǒng)。逐級(jí)分離得到的液相進(jìn)入脫甲烷塔。組分分配裝置底部的液相進(jìn)入預(yù)脫甲烷塔，預(yù)脫甲烷塔將進(jìn)料分離為不含碳三的塔頂物流和不含碳一的釜液。
本發(fā)明提供一種輕烴混合物的深冷分離方法，該方法包括在輕烴原料氣進(jìn)入氣液分離罐進(jìn)行氣液分離后，在氣相出口的下游設(shè)置組分分配裝置，和在氣液分離罐的液相出口及組分分配裝置的液相出口的下游設(shè)置預(yù)脫甲烷塔；經(jīng)過(guò)壓縮、干燥和預(yù)冷的輕烴原料氣進(jìn)入氣液分離罐；分離罐分離的氣相進(jìn)一步冷卻后送入組分分離裝置的下部，在該裝置內(nèi)經(jīng)洗滌和冷卻將全部碳三和大部分碳二以及少量甲烷轉(zhuǎn)入組分分配裝置底部，底部液相進(jìn)入預(yù)脫甲烷塔的上部；組分分配裝置頂部氣不含碳三，經(jīng)一系列冷卻器冷卻和閃蒸罐分離得到多股液相，分別依次進(jìn)入脫甲烷塔的中上部不同位置；經(jīng)氣液分離罐分離的液相，含碳二、碳三和更重組分以及少量甲烷，送入預(yù)脫甲烷塔；預(yù)脫甲烷塔將氣液分離罐分離的液相和組分分配裝置的底部液相分離為不含碳三的塔頂氣和不含甲烷的塔釜液，塔頂氣送入脫甲烷塔下部；脫甲烷塔將多股進(jìn)料分離為塔頂氣甲烷和塔釜液碳二。
本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式還包括在最后一級(jí)閃蒸罐下游設(shè)置碳二洗滌塔；閃蒸罐分離的氣相經(jīng)冷卻器冷卻后進(jìn)入碳二洗滌塔的下部，從塔的上部引入一股只含甲烷和少量氫氣的液體對(duì)塔內(nèi)氣體進(jìn)行洗滌，使碳二洗入塔釜液中，塔釜液送入脫甲烷塔的最上部；塔頂氣進(jìn)入下游氫氣/甲烷分離系統(tǒng)。其中，優(yōu)選地采用碳二洗滌塔塔頂氣的部分冷凝液作為洗滌液。
所述的組分分離裝置可以是使輕烴混合物中的碳二和甲烷組分按一定比例轉(zhuǎn)入裝置底部的任何分離裝置，例如，包括洗滌塔、分餾塔、分凝分離器或分凝分餾塔。如選用洗滌塔，可以是任何形式的塔，包括板式塔和填料塔。塔板數(shù)一般少于20塊，所以塔不會(huì)很高，投資也不多。優(yōu)選的方法是采用塔頂氣的冷凝液作為洗滌液。當(dāng)采用塔頂氣相冷凝液做為洗滌液時(shí)，冷凝器和冷凝液閃蒸罐可置于塔頂或較高的平臺(tái)上，液體依靠重力返回塔頂，這樣可減少管線用量和取消一臺(tái)低溫泵。
進(jìn)入組分分配裝置的氣相經(jīng)過(guò)洗滌和冷卻可除掉全部的碳三，同時(shí)超過(guò)50％的碳二和超過(guò)10％的部分甲烷也洗滌到裝置底部，本發(fā)明不要求裝置底部的液相中不含甲烷。
當(dāng)脫甲烷塔在高壓(約3.0MPa)下操作時(shí)，在脫甲烷塔的塔頂氣出口下游設(shè)置膨脹機(jī)，對(duì)塔頂氣甲烷進(jìn)行膨脹制冷，為冷卻系統(tǒng)提供冷量。
附圖及其說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的工藝流程示意2是本發(fā)明的優(yōu)選方案工藝流程示意3是本發(fā)明應(yīng)用于乙烯裝置的前脫丙烷前加氫流程的工藝流程示意4是本發(fā)明應(yīng)用于乙烯裝置的順序流程的工藝流程示意圖下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明方法的特點(diǎn)。
如圖1所示，原料氣經(jīng)過(guò)壓縮干燥后被冷卻到-15～-21℃，并進(jìn)入氣液分離罐1，分離出的液相主要含碳二/三及更重組分和少量的甲烷，這股液相進(jìn)入預(yù)脫甲烷塔4進(jìn)行分離；分離罐1分離出的氣相經(jīng)冷卻器2進(jìn)一步冷卻后自底部進(jìn)入組分分配裝置3(此處選用洗滌塔)。在裝置3中從頂部引入一股只含碳二及輕組分的烴液對(duì)進(jìn)料氣相進(jìn)行洗滌和，從而將所有碳三及大量的碳二和部分碳一洗滌到塔釜，優(yōu)選的方法是將離開(kāi)裝置3的氣相進(jìn)行冷卻，利用其冷凝液(罐6底部)作為洗滌液體。裝置3的釜液送入預(yù)脫甲烷塔4的上層塔板，洗滌液溫度一般在-41～-80℃，可根據(jù)原料和冷劑等級(jí)優(yōu)化。組分分配裝置3的塔頂氣相經(jīng)過(guò)進(jìn)一步冷卻(如冷卻器7、板翅式換熱器20和冷卻器10)并在罐9和11內(nèi)閃蒸得到兩股液相，這兩股液相依次進(jìn)入脫甲烷塔13的不同位置。在罐6的溫度合理的情況下，也可以取消換熱器7和閃蒸罐9。自罐11出來(lái)的氣相在冷箱板翅式換熱器21內(nèi)冷卻后進(jìn)入閃蒸罐8，罐8的液相進(jìn)入脫甲烷塔13的上部，氣相進(jìn)入下游的氫氣系統(tǒng)(由板翅式換熱器23和罐16組成)。預(yù)脫甲烷塔4的作用是將罐1和塔3來(lái)的物料分離為不含碳三的塔頂氣相和不含甲烷的釜液，它們分別送入脫甲烷塔13和下游的脫乙烷塔24(如圖3，4所示)，預(yù)脫甲烷塔可由塔頂冷凝器提供回流，也可從脫甲烷塔13引出一股液相作為回流。脫甲烷塔頂氣相經(jīng)膨脹機(jī)15后溫度降低，經(jīng)系統(tǒng)(換熱器21、20、19)回收冷量后出裝置。由于脫甲烷塔13的所有進(jìn)料均不含碳三，所以其塔釜產(chǎn)品只有碳二。對(duì)于乙烯裝置的前脫丙烷前加氫流程，這股物料可直接進(jìn)入乙烯塔27(如圖3所示)。對(duì)于乙烯裝置的順序流程，這股物料經(jīng)反應(yīng)器26碳二加氫后可進(jìn)入乙烯塔的上層塔板(如圖4所示)。
為了進(jìn)一步降低脫甲烷塔13的負(fù)荷和減少進(jìn)入氫氣系統(tǒng)的乙烯損失，本發(fā)明還增設(shè)了碳二洗滌塔12，參見(jiàn)圖2。來(lái)自冷箱換熱器21的物料由底部進(jìn)入碳二洗滌塔12，通過(guò)一股只含碳一和少量氫氣的液體(優(yōu)選的方法是通過(guò)對(duì)塔12頂部的物料進(jìn)行部分冷凝提供洗滌液)對(duì)塔內(nèi)氣相洗滌，洗滌后的氣相進(jìn)入下游的氫氣系統(tǒng)。洗滌塔可達(dá)到以下效果①進(jìn)入塔12的溫度(-110℃左右)較進(jìn)入罐8的溫度(一般低于-128℃)高，所以冷凝的輕組分減少，降低了進(jìn)入塔13的液量；②盡管進(jìn)入氫氣系統(tǒng)的流量增加，但乙烯的含量大幅度降低，乙烯損失減少；③碳二洗滌塔12的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以采用板式塔和填料塔，由于該塔不高，所以罐14可以置于塔12的頂部，這樣可以省一臺(tái)。當(dāng)然，也可以設(shè)置洗滌液泵。
本發(fā)明的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)如下的效果1.降低能耗本發(fā)明從四個(gè)方面減少了能耗①由于組分分離裝置3在脫除進(jìn)料中碳三的同時(shí)可使很大部分的碳二及少量碳一隨同釜液進(jìn)入預(yù)脫甲烷塔，從而降低了冷箱的負(fù)荷和低溫冷劑的負(fù)荷；②預(yù)冷后的輕烴冷凝液自罐1進(jìn)入預(yù)脫甲烷塔，其中含有的碳二和甲烷不進(jìn)入冷箱，也減少了冷箱的負(fù)荷。通過(guò)分離罐1和組分分離裝置3，進(jìn)料中C3、C2和C1脫除的比率分別為100％、55～89％和10～27％；③膨脹機(jī)15對(duì)脫甲烷塔頂?shù)募淄檫M(jìn)行膨脹制冷可為冷箱換熱器22、21提供足夠的冷量，所以不需要從脫甲烷塔13抽出液相甲烷為冷箱提供冷量，減少了脫甲烷塔13冷凝器的冷負(fù)荷。④碳二洗滌塔12在提高乙烯回收率的同時(shí)也減少了脫甲烷塔13的負(fù)荷。計(jì)算表明本發(fā)明可比CN1048713C減少約10％的乙烯冷劑消耗量。
2.乙烯回收率高一般的分離方法須從脫甲烷塔抽出一股液相為冷箱提供冷量，這股液相中乙烯的含量較高，通常在0.6～0.95mol％范圍內(nèi)，本發(fā)明的分離方法不需抽出這股液相。
另外，碳二洗滌塔12將進(jìn)入氫氣分離系統(tǒng)的物料中的乙烯洗滌到塔釜，使氫氣和尾氣中基本不含乙烯。在一般的流程中，進(jìn)入氫氣分離系統(tǒng)的物料中含有0.15～0.23mol％的乙烯，而采用碳二洗滌塔12可使這股物料中乙烯的含量低于0.1mol％。
因此，本發(fā)明的深冷系統(tǒng)乙烯回收率可高達(dá)99.5％。
3.對(duì)下游系統(tǒng)的改進(jìn)本發(fā)明除了降低冷箱和脫甲烷部分的能耗外，同時(shí)對(duì)下游的工藝和能耗也有相當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。由于組分分配裝置將進(jìn)料中的碳二分成兩部分，其中進(jìn)入脫甲烷塔的部分沒(méi)有碳三以上的重組分，所以脫甲烷塔釜的物料可不進(jìn)入脫乙烷塔。脫乙烷塔的進(jìn)料只來(lái)自預(yù)脫甲烷塔釜，而常規(guī)流程的脫乙烷塔需要處理全部的碳二，因此本發(fā)明使脫乙烷塔負(fù)荷降低。其次，乙烯塔的進(jìn)料由常規(guī)的單股變?yōu)闈舛炔煌膬晒蛇M(jìn)料，常規(guī)乙烯塔只有來(lái)自脫乙烷塔頂?shù)囊还蛇M(jìn)料，采用本發(fā)明的方法后，乙烯塔的進(jìn)料分別來(lái)自脫甲烷塔和脫乙烷塔，所以也降低了乙烯塔的能耗。
本發(fā)明的方法可用于輕烴混合物深冷分離的順序流程和前脫丙烷流程。
圖3是本發(fā)明用于乙烯裝置前脫丙烷前加氫分離流程的情況。裂解氣經(jīng)過(guò)急冷、壓縮、堿洗和干燥預(yù)冷后，在1.1MPa～1.5MPa壓力下進(jìn)行前脫丙烷(塔1d)，脫丙烷塔1d頂?shù)妮p烴只含有氫氣、甲烷、碳二、碳三及其它微量雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)1a再次壓縮后壓力升至3.6MPa～3.8MPa，進(jìn)而在反應(yīng)器1g內(nèi)進(jìn)行前加氫和冷卻器1c預(yù)冷。預(yù)冷后的溫度可到-15℃以下，并在脫丙烷塔回流罐1中氣液分離。罐1的液相一部分作為回流返回脫丙烷塔1d，其余則進(jìn)入預(yù)脫甲烷塔4；罐1的氣相進(jìn)一步由冷卻器2冷卻后進(jìn)入組分分配裝置3。然后按本發(fā)明的流程進(jìn)行分離。對(duì)于前脫丙烷流程，因脫甲烷塔13的塔釜和脫乙烷塔24的塔頂碳二均不含炔烴，可直接進(jìn)入乙烯塔27，塔27生產(chǎn)產(chǎn)品乙烯和乙烷。塔27可采用低壓熱泵技術(shù)，當(dāng)脫甲烷塔13為高壓塔時(shí)，塔釜的碳二組分減壓后可為冷卻器5和預(yù)脫甲烷塔4的冷凝器提供冷量，所以可減少一個(gè)溫位的乙烯冷劑。
圖4是本發(fā)明用于乙烯裝置順序分離流程的情況。裂解氣經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)1a升壓后，由干燥器1b脫水和冷卻器1c冷卻，之后進(jìn)入分離罐1。以下按本發(fā)明的方法進(jìn)行分離，但是因?yàn)轫樞蚍蛛x流程的脫甲烷塔13的釜液和脫乙烷塔24的塔頂碳二中均含有乙炔，所以必須經(jīng)過(guò)兩個(gè)脫炔反應(yīng)器25、26后才能送入乙烯塔27。
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特點(diǎn)，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。
實(shí)施例一對(duì)于80萬(wàn)噸/年乙烯裝置，采用前脫丙烷前加氫流程，在相同的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)下對(duì)本發(fā)明不加碳二洗滌塔的方法(方案A)和CN1023685C+膨脹機(jī)的方法(方案B)進(jìn)行流程模擬，結(jié)果見(jiàn)表一表一
可以看出，由于本發(fā)明采用組分分配裝置和配合使用預(yù)脫甲烷塔，進(jìn)入冷箱的物料量大幅度減少，冷箱和碳一系統(tǒng)所消耗的各溫度等級(jí)的冷劑負(fù)荷也少，所以，與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的流程是節(jié)能的。
實(shí)施例二對(duì)于80萬(wàn)噸/年乙烯裝置，采用順序流程在相同的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)下對(duì)本發(fā)明不加碳二洗滌塔的方法(方案A)和CN 1023685C+膨脹機(jī)的方法(方案B)進(jìn)行流程模擬，結(jié)果見(jiàn)表二表二
可以看出，由于本發(fā)明采用組分分配裝置和配合使用預(yù)脫甲烷塔，進(jìn)入冷箱的物料量大幅度減少，冷箱和碳一系統(tǒng)所消耗的各溫度等級(jí)的冷劑負(fù)荷也少，所以，與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的流程是節(jié)能的。
表三
另外對(duì)于80萬(wàn)噸/年乙烯裝置，裂解原料為石腦油，采用圖3的前脫丙烷前加氫流程，流程模擬計(jì)算的物料平衡見(jiàn)表四，乙烯的總損失量只有4.84kgmol/h，乙烯回收率達(dá)99.8％
表四
實(shí)施例四對(duì)于80萬(wàn)噸/年乙烯裝置，采用順序分離流程以相同的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，對(duì)采用本發(fā)明的方法(方案A)和CN1048713C+膨脹機(jī)的方法(方案B)進(jìn)行流程模擬，乙烯冷劑的溫度等級(jí)分別定為為-62℃、-76℃、-101℃。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表五?？梢钥闯觯捎诒景l(fā)明采用組分分配裝置和配合使用預(yù)脫甲烷塔，進(jìn)入冷箱的物料量大幅度減少，冷箱和碳一系統(tǒng)所消耗的各溫度等級(jí)的冷劑負(fù)荷也少，所以，與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的流程是節(jié)能的。
表五
權(quán)利要求
1.一種含有氫氣、甲烷、碳二、碳三、和碳四等的輕烴混合物的深冷分離方法，該方法包括在輕烴原料氣進(jìn)入氣液分離罐進(jìn)行氣液分離后，在氣相出口的下游設(shè)置組分分配裝置，和在氣液分離罐的液相出口及組分分配裝置的液相出口的下游設(shè)置預(yù)脫甲烷塔；經(jīng)過(guò)壓縮、干燥和預(yù)冷的輕烴原料氣進(jìn)入氣液分離罐；分離罐分離的氣相進(jìn)一步冷卻后送入組分分離裝置的下部，在該裝置內(nèi)經(jīng)洗滌和冷卻將全部碳三和大部分碳二以及少量甲烷轉(zhuǎn)入組分分離裝置底部，底部液相進(jìn)入預(yù)脫甲烷塔的上部，組分分離裝置頂部氣相不含碳三，經(jīng)一系列冷卻器冷卻和閃蒸罐分離得到多股液相，分別依次進(jìn)入脫甲烷塔的中上部不同位置；經(jīng)氣液分離罐分離的液相，含碳二、碳三和更重組分以及少量甲烷，送入預(yù)脫甲烷塔；預(yù)脫甲烷塔將氣液分離罐分離的液相和組分分配裝置的底部液相分離為不含碳三的塔頂氣和不含甲烷的塔釜液，塔釜液送入脫甲烷塔下部；脫甲烷塔將多股進(jìn)料分離為塔頂氣甲烷和塔釜液碳二。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中還包括在最后一級(jí)閃蒸罐下游設(shè)置碳二洗滌塔，閃蒸罐分離的液體經(jīng)冷卻器冷卻后進(jìn)入碳二洗滌塔的下部，從塔的上部引入一股只含甲烷和少量氫氣的液體對(duì)塔內(nèi)氣體進(jìn)行洗滌，使碳二洗入塔釜液中，塔釜液送入脫甲烷塔的最上部；塔頂氣進(jìn)入下游氫氣/甲烷分離系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中采用碳二洗滌塔塔頂氣的部分冷凝液作為洗滌液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中組分分配裝置包括洗滌塔、分餾塔、分凝分離器或分凝分餾塔。
5.據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中采用洗滌塔塔頂氣的部分冷凝液作為洗滌液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中在組分分配裝置底部的液相中碳二占進(jìn)料的50％以上和甲烷占進(jìn)料10％以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中還包括在脫甲烷塔的塔頂氣出口下游設(shè)置膨脹機(jī)，對(duì)塔頂氣甲烷進(jìn)行膨脹制冷，為冷卻系統(tǒng)提供冷量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，用于輕烴混合物深冷分離的順序流程。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，用于輕烴混合物深冷分離的前脫丙烷流程。
全文摘要
本發(fā)明提供一種對(duì)輕烴混合物進(jìn)行深冷分離方法的改進(jìn)。壓縮和冷卻的輕烴原料氣經(jīng)氣液分離罐分離后，氣相進(jìn)入組分分配裝置，使全部碳三、大部分碳二和少量甲烷轉(zhuǎn)入組分分配裝置底部液相。組分分配裝置頂部氣相經(jīng)逐級(jí)冷卻閃蒸后進(jìn)入氫氣系統(tǒng)，閃蒸后的液相進(jìn)入脫甲烷塔。分離罐的液相和組分分配裝置的釜液進(jìn)入預(yù)脫甲烷塔，分離為不含碳三的塔頂氣和不含甲烷的塔釜液。塔頂氣也進(jìn)入脫甲烷塔。脫甲烷塔將各股進(jìn)料分離為塔頂甲烷和塔釜碳二。本發(fā)明方法降低了冷箱和脫甲烷塔的負(fù)荷，減少了冷劑消耗，使能耗降低。如與碳二洗滌塔配合使用，還可使氫氣及尾氣中的乙烯損失降低，提高乙烯的收率。
文檔編號(hào)F25J3/02GK1407304SQ01132960
公開(kāi)日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2001年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月11日
發(fā)明者王振維, 楊春生, 王若超, 李生斌, 吳興松, 雷正香, 盛在行, 王洲暉, 賴勝 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石化工程建設(shè)公司