專利名稱：雙塔氣體分餾裝置及分餾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油化工設(shè)備與工藝，具體是指無輕組分氣體排放、高丙烯回收率雙塔氣體分餾裝置。
本發(fā)明還涉及所述雙塔氣體分餾裝置用于分餾的方法。
背景技術(shù)：
氣體分餾裝置是重要的煉油生產(chǎn)裝置之一。它是將液化石油氣分離成丙烯、丙烷、碳四組分和戊烷產(chǎn)品。氣體分餾裝置的產(chǎn)品可作為聚丙烯裝置、MTBE裝置和烷基化裝置原料。
目前，國內(nèi)占主導(dǎo)地位的傳統(tǒng)氣體分餾裝置為三塔流程，即——液化石油氣先進(jìn)入脫丙烷塔，將C2，C3組分和較重的C4，C5組分分離；——從脫丙烷塔頂餾出的C2，C3組分進(jìn)入脫乙烷塔分餾，脫乙烷塔主要目的是脫除輕組分C2，以便能夠獲得高純度的精丙烯(95～99.8)％，但在脫除C2的同時，大量C3也從塔頂逸出；——脫除C2的釜液進(jìn)入丙烯塔，最終得到精丙烯和C3釜液。
脫丙烷塔底的C4，C5組分如還需分離，可依次進(jìn)入脫碳四塔和脫戊烷塔。，但這種五塔流程較少應(yīng)用。
所述C2指碳二組分如乙烯、乙烷等；所述C3指碳三組分如丙烯、丙烷等；所述C4指碳四組分如丁烯、丁烷等；所述C5指碳五組分如戊烯、戊烷等。
在上述三塔流程中，為了獲得純度較高的精丙烯產(chǎn)品，必須通過脫乙烷塔將乙烷等輕組分從C3組分中除去。而C2組分從脫乙烷塔塔頂脫除的同時，因氣液相平衡的規(guī)律，會使一部分丙烯伴隨C2組分一同從塔頂逸出。脫乙烷塔頂氣相餾出物中C3組分的摩爾濃度通常都在60％以上，而這部分氣體大多是作為燃料氣燒掉，因此造成大量的丙烯損失。現(xiàn)有三塔流程丙烯回收率達(dá)到95％已經(jīng)是接近極限，很難再進(jìn)一步提高。
現(xiàn)有三塔流程中，丙烯損失共有三處一是脫丙烷塔的釜液，二是脫乙烷塔的塔頂氣相餾出物，三是丙烯塔塔釜液體。
以某12萬噸氣體分餾裝置為例，其丙烯損失如表1所示
表1某12萬噸氣體分餾裝置丙烯損失

從表1數(shù)據(jù)可以看出，脫乙烷塔的丙烯損失率為78.91％，占了氣體分餾裝置丙烯損失的主要部分。因而要大幅度提高丙烯回收率，唯一有效的辦法是取消脫乙烷塔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種雙塔氣體分餾裝置，提高原料液化石油氣的質(zhì)量指標(biāo)，使原料中C2組分濃度控制在0.001～0.2％(mol)范圍內(nèi)，從而達(dá)到取消脫乙烷塔的目的，并獲得較高的丙烯回收率(可達(dá)98％以上)，同時降低設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用。
本發(fā)明的目的還在于提供采用所述雙塔氣體分餾裝置用于氣體分餾的方法。
本發(fā)明的雙塔氣體分餾裝置由脫丙烷塔、丙烯塔和換熱器、泵、容器以及連接它們的管道構(gòu)成；其特點是脫丙烷塔的頂部設(shè)有冷凝循環(huán)回路；脫丙烷塔的底部設(shè)有塔釜再沸循環(huán)回路；丙烯塔頂部設(shè)有冷凝循環(huán)回路；丙烯塔底部設(shè)有塔釜再沸循環(huán)回路。


圖1是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，脫丙烷塔2塔頂產(chǎn)品出口與丙烯塔14入口之間依次通過管道7、泵10、管道8連接。丙烷塔2的塔頂產(chǎn)品通過該管路系統(tǒng)進(jìn)入丙烯塔14。
脫丙烷塔2頂部設(shè)有冷凝循環(huán)回路，冷凝循環(huán)回路由脫丙烷塔2頂部依次連接管道3、冷凝器4、管道5、回流罐6、管道7、泵10、管道9形成的回路構(gòu)成。
脫丙烷塔2底部設(shè)有塔釜再沸循環(huán)回路，塔釜再沸循環(huán)回路由脫丙烷塔2底部依次連接管道11、再沸器12、管道13形成的回路構(gòu)成。
脫丙烷塔2底部設(shè)有塔底產(chǎn)品輸出管道29。
丙烯塔14頂部設(shè)有冷凝循環(huán)回路，冷凝循環(huán)回路由丙烯塔14頂部依次連接管道15、冷凝器16、管道17、回流罐18、管道19、泵21、管道22形成的回路構(gòu)成。
丙烯塔設(shè)有塔頂精丙烯產(chǎn)品采出管道20，或塔精餾段靠近塔頂處設(shè)有精丙烯產(chǎn)品側(cè)線采出管道30。
例如，管道22上接精丙烯產(chǎn)品的輸出管道20。或者丙烯塔精餾段設(shè)精丙烯產(chǎn)品側(cè)線采出管道30，當(dāng)原料液化氣C2組成不合格時，可通過該管道采出合格的精丙烯；保證精丙烯產(chǎn)品始終合格。
丙烯塔14底部設(shè)有塔釜再沸循環(huán)回路，塔釜再沸循環(huán)回路由丙烯塔14底部依次連接管道23、再沸器24、管道25形成的回路構(gòu)成。
丙烯塔14塔底設(shè)有塔釜產(chǎn)品出口，依次連接輸出塔釜產(chǎn)品的管道26、泵27、管道28。
本發(fā)明裝置用于氣體分餾的方法包括——控制原料中的C2組分濃度在0.001～0.2％(mol)內(nèi)，原料液化氣經(jīng)過管道1進(jìn)入脫丙烷塔2；——控制脫丙烷塔2的壓力為1.6～2.2Mpa，回流液溫度為30～50℃；通過調(diào)整回流比，可以有效地控制塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量；脫丙烷塔(2)塔底設(shè)有再沸器，用于控制塔底產(chǎn)品質(zhì)量。
——脫丙烷塔2的塔頂產(chǎn)品直接進(jìn)入丙烯塔14；不再象傳統(tǒng)流程先經(jīng)過脫乙烷塔。
——控制丙烯塔14的壓力為1.2～2.0Mpa，回流液溫度為30～50℃；丙烯塔14的塔底產(chǎn)品為丙烷。
通過調(diào)整回流比，可以有效地控制塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量。
脫丙烷塔(2)塔底設(shè)有再沸器，用于控制塔底產(chǎn)品質(zhì)量。丙烯塔(14)的塔底產(chǎn)品為丙烷，塔頂產(chǎn)品為純度95～99.8％(mol)的精丙烯。
——當(dāng)原料中C2濃度合格時，丙烯塔產(chǎn)品由塔頂管道20采出。一旦發(fā)現(xiàn)原料中C2濃度過高，作為臨時措施可從側(cè)線管道30采出精丙烯，同時從回餾罐氣相管道31排放少量C2組分。這樣就保證了雙塔氣體分餾裝置在原料不合格條件下也能生產(chǎn)出合格的精丙烯產(chǎn)品。一旦原料恢復(fù)正常，則仍改回由管道20采出丙烯產(chǎn)品。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點1、流程簡單，丙烯回收率高本發(fā)明提出雙塔氣體分餾新流程，即取消原有的脫乙烷塔，僅保留脫丙烷塔和丙烯塔，使流程更加簡單。
雙塔新流程是通過降低原料液化氣中C2組分濃度至0.001～0.2％(mol)來實現(xiàn)的。本發(fā)明避免了丙烯由脫乙烷塔頂氣體帶出的損失，提高了產(chǎn)品回收率，降低了操作費(fèi)用，對12萬噸氣體分餾裝置可增加效益873.2萬元/年。氣體分餾裝置可將原料液化氣中的丙烯分離并提純至95～99.8％(mol)純度。
2、節(jié)省了投資和操作費(fèi)用本發(fā)明取消了脫乙烷塔和附屬的機(jī)泵、換熱器等部件以及連接管道，較大地降低了設(shè)備投資。另外，還節(jié)省了脫乙烷塔及附屬設(shè)備的操作維修費(fèi)用。
具體實施例方式
某12萬噸氣體分餾裝置，原采用三塔流程，脫乙烷塔塔頂連續(xù)排放脫乙烷氣。脫丙烷塔釜液中丙烯濃度控制在0.1％以下，實際分析值經(jīng)常為零，也即脫丙烷塔塔釜丙烯損失很小，每小時丙烯損失僅10kg左右。丙烯塔釜液丙烷濃度控制在不低于97％，實際丙烷濃度經(jīng)常在98％左右，其余為丙烯，該釜液每小時丙烯損失控制在60kg以下。裝置丙烯回收率長期保持在95％左右，故大部分丙烯損失系由脫乙烷塔塔頂逸出。
該裝置于2004年3月進(jìn)行切處脫乙烷塔試驗。試驗試驗期間根據(jù)生產(chǎn)記錄有關(guān)工藝參數(shù)摘要如下原料中C2濃度控制在0.03％(mol)以下；脫丙烷塔操作壓力1.78Mpa，回流溫度35～36℃，塔頂溫度45～47℃，塔釜溫度108℃。
丙烯塔操作壓力1.36Mpa，回流溫度30.7～31℃，塔頂溫度32.1～32.4℃，塔釜溫度44～44.8℃。試驗連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)17天，精丙烯產(chǎn)品濃度為99.7～99.92％(vol％)，脫丙烷塔釜液丙烯濃度為0～0.03％(vol％)，丙烯塔釜液濃度為97.3～98.3％(vol％)。
經(jīng)濟(jì)效益分析比較工業(yè)裝置的優(yōu)劣，最終體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)效益上?，F(xiàn)以某12萬噸氣體分餾裝置為研究對象，將按本發(fā)明中新流程的計算結(jié)果和原有流程進(jìn)行比較?？疾靸煞N流程的產(chǎn)品產(chǎn)量和公用工程消耗，分析各自的經(jīng)濟(jì)效益。裝置效益計算和產(chǎn)品價格、公用工程價格直接聯(lián)系，由于這些價格隨時間、地域波動較大，因此針對某個氣體分餾裝置的效益比較必須結(jié)合具體情況，進(jìn)行詳細(xì)的效益計算才能得到。
效益計算方法效益計算采用以下的公式效益＝產(chǎn)品銷售收入-操作費(fèi)用這里的經(jīng)濟(jì)效益分析只是對兩種流程的經(jīng)濟(jì)效益作比較，因此可以只考慮產(chǎn)品銷售收入和操作費(fèi)用。
與氣體分餾裝置有關(guān)的產(chǎn)品價格和公用工程價格如下精丙烯5000元/噸，燃料氣1000元/噸，循環(huán)水0.5元/噸，蒸汽90元/噸。
效益比較基準(zhǔn)本發(fā)明與三塔流程在相同條件下進(jìn)行比較，規(guī)定如下的比較基準(zhǔn)(1)兩種流程原料完全一樣；(2)各產(chǎn)品的質(zhì)量要求完全一樣，精丙烯產(chǎn)品中要求丙烯純度為99.6％(mol)，丙烷產(chǎn)品中要求丙烷純度為97％(mol)。
(3)新流程節(jié)省的塔釜再沸器負(fù)荷按當(dāng)量蒸氣計價，節(jié)省的冷凝器負(fù)荷按當(dāng)量循環(huán)水計價。
(4)假設(shè)原流程脫乙烷氣排放燃料氣管網(wǎng)。
經(jīng)濟(jì)效益計算丙烯回收率增加產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益取消脫乙烷塔后，塔頂氣不再排放，則丙烯增產(chǎn)為232kg/hr，若年操作時數(shù)按8000小時計，相當(dāng)于每年可增加丙烯產(chǎn)量1856噸。精丙烯和燃料氣差價為4000元/噸，則增加的丙烯回收部分年經(jīng)濟(jì)效益為742.4萬元。
3.3.2節(jié)省脫乙烷塔的操作、維修費(fèi)用根據(jù)模擬計算，原脫乙烷塔的冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷分別為-0.485Mkcal/h和0.566Mkcal/h。若按循環(huán)水和蒸汽進(jìn)行計價，則水費(fèi)和蒸汽費(fèi)分別為24.4萬元/年和86.4萬元/年。合計110.8萬元/年。
脫乙烷塔的設(shè)備維修費(fèi)用按平均20萬元/年計。
取消脫乙烷塔后，可減少泵2臺，其操作費(fèi)用節(jié)省暫不計入。
對12萬噸氣體分餾裝置上述三項費(fèi)用節(jié)省共計增加效益873.2萬元/年。
權(quán)利要求
1.一種雙塔氣體分餾裝置，由脫丙烷塔、丙烯塔和換熱器、泵、容器以及連接它們的管道所組成；其特征在于脫丙烷塔的頂部設(shè)有冷凝循環(huán)回路；脫丙烷塔的底部設(shè)有塔釜再沸循環(huán)回路；丙烯塔頂部設(shè)有冷凝循環(huán)回路；丙烯塔底部設(shè)有塔釜再沸循環(huán)回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙塔氣體分餾裝置，其特征在于脫丙烷塔(2)頂部的冷凝循環(huán)回路由脫丙烷塔(2)頂部依次連接管道(3)、冷凝器(4)、管道(5)、回流罐(6)、管道(7)、泵(10)、管道(9)形成的回路構(gòu)成；脫丙烷塔(2)底部的塔釜再沸循環(huán)回路由脫丙烷塔(2)底部依次連接管道(11)、再沸器(12)、管道(13)形成的回路構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙塔氣體分餾裝置，其特征在于丙烯塔(14)頂部的冷凝循環(huán)回路由丙烯塔(14)頂部依次連接管道(15)、冷凝器(16)、管道(17)、回流罐(18)、管道(19)、泵(21)、管道(22)形成的回路構(gòu)成；丙烯塔(14)底部的塔釜再沸循環(huán)回路由丙烯塔(14)底部依次連接管道(23)、再沸器(24)、管道(25)形成的回路構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙塔氣體分餾裝置，其特征在于丙烯塔設(shè)有塔頂精丙烯產(chǎn)品采出管道(20)，或塔精餾段靠近塔頂處設(shè)有精丙烯產(chǎn)品側(cè)線采出管道(30)。
5.權(quán)利要求1所述的裝置用于氣體分餾的方法，其特征在于包括——控制原料中的C2組分濃度在0.001～0.2％mol，原料液化氣經(jīng)過管道(1)進(jìn)入脫丙烷塔(2)；——控制脫丙烷塔(2)的壓力為1.6～2.2Mpa，回流液溫度為30～50℃；通過調(diào)整回流比，可以有效地控制塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量；脫丙烷塔(2)塔底設(shè)有再沸器，用于控制塔底產(chǎn)品質(zhì)量；——脫丙烷塔(2)的塔頂產(chǎn)品直接進(jìn)入丙烯塔(14)；——控制丙烯塔(14)的壓力為1.2～2.0Mpa，回流液溫度為30～50℃；丙烯塔(14)的塔底產(chǎn)品為丙烷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙塔氣體分餾裝置，由脫丙烷塔、丙烯塔和換熱器、泵、容器以及連接它們的管道所組成；其特點是脫丙烷塔的頂部設(shè)有冷凝循環(huán)回路；脫丙烷塔的底部設(shè)有塔釜再沸循環(huán)回路；丙烯塔頂部設(shè)有冷凝循環(huán)回路；丙烯塔底部設(shè)有塔釜再沸循環(huán)回路。本發(fā)明可提高原料液化石油氣的質(zhì)量指標(biāo)，使原料中C2組分濃度控制在0.001～0.2％mol范圍內(nèi)，從而達(dá)到取消脫乙烷塔的目的，并獲得較高的丙烯回收率可達(dá)98％以上。
文檔編號B01D3/14GK1683042SQ200510033178
公開日2005年10月19日 申請日期2005年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月8日
發(fā)明者陸恩錫, 張慧娟, 潘琪 申請人:華南理工大學(xué), 中國石油化工股份有限公司