CN101671222A - 降低脱甲烷塔乙烯损失和能耗的分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及甲醇法制烯烃裂解气分离流程的优化。本发明以裂解气分离过程的关键环节，甲烷氢的分离为对象，提供了一种有利于降低分离过程能耗的工艺流程，包括裂解气洗涤和预分离、洗涤剂制冷及采用分凝分馏供冷的多种方式。本发明有益效果在于将未被冷凝下来的乙烯采用了吸收的方法进行回收，同时充分利用了高压循环乙烷和丙烷节流膨胀所获得的冷量，实现了部分甲烷氢与乙烯的预分离，有效降低了脱甲烷的进料负荷和分离能耗。且此方法适用于各种组成不同的裂解气分离流程的优化。
Description
技术领域
本发明的分离方法，涉及乙烯装置中甲烷与碳二及其以上重组分的分离。
背景技术
以石油烃为原料，在管式裂解炉内发生高温热裂解是目前生产乙烯的主要方法。除此之外，生产乙烯的其它方法还包括：工业上获得乙烯最早采用的乙醇催化脱水制乙烯、以甲烷或合成气为原料制取乙烯、以及由合成气制取甲醇，由甲醇再制取乙烯的方法等，这也是实现乙烯原料路线由石油向煤和天然气转变的途径之一。据预测到2020年中国石油对外依存度将达到60％-62％，为应对石油供应的严峻局面，国家正在研究多方案多元化解决石油短缺的问题，其中包括煤液化制油、煤制甲醇、MTO(Methanol to Olefins，甲醇制烯烃)、MTP(Methanol to Propylene，甲醇制丙烯)技术正是适应了这一要求。
裂解产物的主要成分是：氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯、丁二烯等碳五以下烃的混合物。其混合物的分离是乙烯工业生产过程中必不可少的过程之一。衡量一种分离方法优劣的主要指标是设备投资、生产能耗和产品回收率，尤其是主要产品乙烯的回收率最受关注。一般而言，上述指标是相互矛盾和制约的。因而一个好的分离方法应该是兼顾各方，实现灵活和低成本的生产。因此，对裂解原料实施基于分离塔严格机理模型的流程优化设计对减少设备投资和降低分离过程能耗有着重要意义。
无论是以石油烃为原料的乙烯生产工艺还是以甲醇为原料的乙烯生产工艺，烯烃分离提纯过程都包含了脱甲烷塔系统，脱碳二系统和脱碳三系统等三个主要部分。其中，脱甲烷系统是整个分离和产品提纯的关键。无论在设计上考虑，还是工艺上的安排，也都是围绕脱甲烷塔系统这一中心来进行的。脱甲烷塔系统包括两个部分：第一部分是原料的预冷，即高温的反应产物与不同温度等级的冷剂先后换热，逐级冷却到对混合物分离所要求的温度，其冷剂消耗约占整个分离过程冷负荷的40％，第二部分是脱甲烷塔，塔顶气相馏出物需要依靠冷剂提供冷量从而获得塔顶冷回流，其冷剂消耗约占整个分离过程冷负荷的12％。由此可见脱甲烷塔系统的冷剂消耗占到了整个分离过程冷剂消耗的50％以上。乙烯损失主要发生在脱甲烷过程和乙烯精馏过程。其中脱甲烷塔系统的乙烯损失占到乙烯损失总量的60％甚至更多。由于原料预冷和脱甲烷塔两部分的冷剂消耗占整个分离过程冷负荷消耗的50％以上，因此改进脱甲烷塔系统的分离方法，对降低裂解气分离过程总能耗具有重要意义；同样地，脱甲烷塔系统的乙烯损失占到了乙烯损失总量的60％以上，因而，优化脱甲烷塔的操作对于降低乙烯损失也具有明显作用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种可以降低脱甲烷系统的乙烯损失和能耗的分离方法。
本发明的技术方案如下：
降低脱甲烷塔乙烯损失和能耗的分离方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
步骤1对压缩裂解气原料冷凝，冷凝后的汽液混合物进入汽液闪蒸罐进行汽液分离；
步骤2汽液分离后：液相部分作为进料直接进入脱甲烷塔；对气相部分，则采用循环乙烷和循环丙烷混合物进行洗涤，实现甲烷、氢气和乙烯的分离；
步骤3洗涤后主要成分为甲烷、氢气的气相作为燃料，直接进入燃料气系统；洗涤后的吸收了乙烯的液相循环乙烷和循环丙烷作为脱甲烷塔的另外一股液相进料。
所述步骤1中的冷凝过程是采用了冷却水和三级丙烯冷剂进行逐级冷凝。
所述步骤2中的循环乙烷和循环丙烷混合物为经节流膨胀降温后获取的低温洗涤液。
所述步骤2中经循环乙烷和丙烷混合物洗涤后的气相得到了乙烯含量低于1.4％的甲烷、氢气、乙烷和丙烷的混合物，使得部分甲烷和氢气得到了预分离，得到一股不需进入脱甲烷塔而直接用作燃料气的甲烷和氢气混合物，降低了脱甲烷塔进料中氢气的含量和脱甲烷塔的处理负荷。
步骤2所述的循环乙烷和循环丙烷洗涤吸收气相中的乙烯过程的操作压力是1.0～3.5MPa。
步骤2所述的脱甲烷塔的操作压力是1.0～3.5MPa。
本发明所达到的效果：
1.降低了对脱甲烷塔低温冷剂的消耗
由于本发明中甲烷、氢和乙烯的预分离过程，实现了大约60％左右的氢气不必进入脱甲烷塔，而是随气相直接进入燃料气系统，而吸收了乙烯的循环乙烷和循环丙烷为脱甲烷塔又提供了部分冷回流，在塔的操作压力以及塔顶甲烷中乙烯损失含量和其它流程相同的情况下，所需的塔顶冷负荷减少，能量利用更合理。
2.乙烯损失降低
由于部分甲烷、氢气不进入脱甲烷塔，塔顶气相采出量降低，在满足塔顶气相甲烷中乙烯含量和其它流程相同时，损失的乙烯总量也相应降低。
3.采用冷却水和不同等级的冷剂对混合物进行逐级降温冷却，降低了物料冷却过程的有用功损失。
附图说明
图1是现有设计脱甲烷塔流程图；
图2是本发明脱甲烷塔流程图；
附图1符号说明：
流程简图中的物流1-11分别为：
①为来自四段压缩机出口的裂解气；
②为与冷却水换热后的裂解气；
③为7℃丙烯冷剂换热后的裂解气；
④为与-24℃丙烯冷剂换热后的裂解气；
⑤为与-40℃丙烯冷剂换热后的裂解气；
⑥为经干燥器干燥之后的裂解气；
⑦为经闪蒸罐汽液闪蒸后的气相裂解气；
⑧为经闪蒸罐汽液闪蒸后的液相裂解气；
⑨为循环丙烷回流液；
⑩为去燃料气系统的甲烷氢；
流程简图中的设备分别为：
1、EA101为冷却水换热器；
2、EA102为7℃丙烯冷剂换热器；
3、EA103为-24℃丙烯冷剂换热器；
4、EA104为-40℃丙烯冷剂换热器；
5、FA101为干燥器；
6、FA102为汽液闪蒸罐；
7、DA101为脱甲烷塔。
附图2符号说明：
流程简图中的物流1-13分别为：
①为来自四段压缩机出口的裂解气；
②为与冷却水换热后的裂解气；
③为7℃丙烯冷剂换热后的裂解气；
④为与-24℃丙烯冷剂换热后的裂解气；
⑤为与-40℃丙烯冷剂换热后的裂解气；
⑥为经干燥器干燥之后的裂解气；
⑦为经闪蒸罐汽液闪蒸后的气相裂解气；
⑧为经闪蒸罐汽液闪蒸后的液相裂解气；
⑨为富含乙烯的循环洗涤液；
⑩为去燃料气系统尾气；
为甲烷、氢混合气；
流程简图中的设备分别为：
1、EA101为冷却水换热器；
2、EA102为7℃丙烯冷剂换热器；
3、EA103为-24℃丙烯冷剂换热器；
4、EA104为-40℃丙烯冷剂换热器；
5、FA101为干燥器；
6、FA102为汽液闪蒸罐；
7、DA101为乙烯吸收塔；
8、DA102为脱甲烷塔。
具体实施方式
经甲醇催化反应后生成的主要产物是乙烯和丙烯，此外还会生成少量的甲烷、氢气、乙烷、丙烷、二甲醚以及C4和C5馏分等。该混合物的分离流程为：反应产物进入脱甲烷塔之前，先经压缩机分段压缩，在第三段出口的裂解气首先进入高低压脱丙烷塔，脱除其中的C4及其以上重组分。C3及其以下轻组分经过四段压缩、冷却器、干燥器、汽液闪蒸罐后，汽液两相分别从不同的进料位置进入脱甲烷塔。
本发明主要是针对脱甲烷系统进行了工艺优化。本发明对脱甲烷过程采用的工艺流程如图2所示：冷却水冷却器EA101和不同等级(冷却剂温度分别为7℃、-24℃、-40℃)的丙烯冷剂冷却器EA102-EA104，将压缩气体逐级冷却后，通过汽液闪蒸罐FA102闪蒸得到一股以上的液体⑧作为脱甲烷塔的进料，气相⑦则进入到乙烯吸收塔DA101，采用经节流膨胀降温后的循环乙烷和循环丙烷混合物
作为吸收剂吸收气相⑦中未被冷凝下来的乙烯，吸收乙烯后的液相循环乙烷和丙烷混合物⑨作为脱甲烷塔DA101的下部液相进料，剩余富含甲烷、氢的气相
则直接进入燃料气系统用作燃料。
因脱甲烷塔采用高压操作，甲烷与乙烯的相对挥发度较小，为了达到指定的分离目标，必须依靠增加回流比或者增加塔的理论分离级数的方法来实现之，增加回流比意味着塔的能耗成本增加，增加理论级数意味着设备成本增加。而本发明特征在于将未被冷凝下来的乙烯采用了吸收的方法进行回收，同时充分利用了高压循环乙烷和丙烷节流膨胀所获得的冷量，实现了部分甲烷氢与乙烯的预分离，有效降低了脱甲烷的进料负荷和分离能耗。
以某30万吨/年乙烯装置的设计数据为例，用ASPEN PLUS流程模拟软件严格计算其现有设计的混合物预冷以及脱甲烷塔流程(具体流程如附图1所示)与本发明的混合物预冷以及脱甲烷塔流程(具体流程如附图2所示)，比较该两种方案的能量消耗和乙烯损失。其中，所需分离混合物的压力为1.0～3.5MPa；乙烯吸收塔的温度为-38～-28℃，操作压力为1.0～3.5MPa；脱甲烷塔的塔顶温度为-37～-32℃，塔釜温度为8～18℃，操作压力为1.0～3.5MPa。
本发明流程与现有设计流程的主要区别在于：本发明流程采用吸收的方法实现了将富含乙烯的气相裂解气中乙烯和甲烷、氢的预分离；如附图1所示的现设计的流程中，裂解气经丙烯冷剂冷却至进料温度后，采用汽液闪蒸分成汽液两相从不同的进料位置进入脱甲烷塔，裂解气中的甲烷、氢等轻组分也全部随之进入。由此可知，本发明采用的吸收过程，有效降低了脱甲烷塔塔顶气相负荷和冷凝负荷，塔顶甲烷、氢气混合物中的乙烯损失也有一定程度的降低。对两种方案进行模拟计算的比较如下表1和表2所示。
表1不同流程方案下脱甲烷塔的进料物流表比较
表2不同流程方案下脱甲烷塔过程模拟计算结果对比
| 方案 | 裂解气进料负荷 | 脱甲烷塔塔顶冷凝器负荷 | 脱甲烷塔中间冷却器负荷 | 脱甲烷塔总冷负荷 | 塔顶气相负荷 | 塔顶液相负荷 | 塔顶乙烯损失 | 循环丙烷用量 |
| kmol/h | 109cal/h | 109cal/h | 109cal/h | kmol/h | kmol/h | kmol/h | kmol/h | |
| 现有设计流程 | 2548 | -0.166 | -0.266 | -0.432 | 246 | 599 | 157.5 | 471.0 |
| 本发明流程 | 2548 | -0.139 | -0.273 | -0.413 | 183 | 518 | 134.0 | 404.0 |
| 现有设计/本发明 | 100％ | 120％ | 97％ | 105％ | 134％ | 116％ | 118％ | 117％ |
由表1的对比结果可知，经过本发明的乙烯吸收过程，得到了一股预分离流股，其乙烯含量仅为1.38％，气相中的乙烯绝对流量由28.96kmol/h降低到了1.38kmol/h，故可以将该流股直接引入到燃料气系统，而不影响乙烯收率。由表2的对比结果可以看出，脱甲烷流程比现始设计流程的总冷负荷下降了5％，塔顶气相负荷、液相负荷、乙烯损失以及所需的循环丙烷流量均有了显著下降。
综上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本实用新型的技术范畴。
Claims (6)
1.降低脱甲烷塔乙烯损失和能耗的分离方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
步骤1对压缩裂解气原料冷凝，冷凝后的汽液混合物进入汽液闪蒸罐进行汽液分离；
步骤2汽液分离后：液相部分作为进料直接进入脱甲烷塔；对气相部分，则采用循环乙烷和循环丙烷混合物进行洗涤，实现甲烷、氢气和乙烯的分离；
步骤3洗涤后主要成分为甲烷、氢气的气相作为燃料，直接进入燃料气系统；洗涤后的吸收了乙烯的液相循环乙烷和循环丙烷作为脱甲烷塔的另外一股液相进料。
2.根据权利要求1所述的分离方法，其特征是：所述步骤1中的冷凝过程是采用了冷却水和三级丙烯冷剂进行逐级冷凝。
3.根据权利要求1所述的分离方法，其特征是：所述步骤2中的循环乙烷和循环丙烷混合物为经节流膨胀降温后获取的低温洗涤液。
4.根据权利要求1所述的分离方法，其特征是：所述步骤2中经循环乙烷和丙烷混合物洗涤后的气相得到了乙烯含量低于1.4％的甲烷、氢气、乙烷和丙烷的混合物，使得部分甲烷和氢气得到了预分离，得到一股不需进入脱甲烷塔而直接用作燃料气的甲烷和氢气混合物，降低了脱甲烷塔进料中氢气的含量和脱甲烷塔的处理负荷。
5.根据权利要求1所述的分离方法，其特征是：步骤2所述的循环乙烷和循环丙烷洗涤吸收气相中的乙烯过程的操作压力是1.0～3.5MPa。
6.根据权利要求1所述的分离方法，其特征是：步骤2所述的脱甲烷塔的操作压力是1.0～3.5MPa。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103411337A (zh) * | 2013-08-02 | 2013-11-27 | 北京麦科直通石化工程设计有限公司 | 一种用于提高烯烃分离装置制冷能力的系统和方法 |
| RU2572603C2 (ru) * | 2011-09-01 | 2016-01-20 | Фудэ (Пекин) Кемикал Энд Индастри Ко., Лтд | Способ разделения абсорбцией пиролизного газа от получения низших олефиновых углеводородов |
| CN106679332A (zh) * | 2017-02-17 | 2017-05-17 | 查都（上海）科技有限公司 | 一种提高甲烷深冷分离lng收率的系统 |
| CN109628186A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-04-16 | 北京石油化工工程有限公司 | 一种用于合成气深冷分离的预洗涤工艺和装置 |
-
2009
- 2009-10-16 CN CN200910197307A patent/CN101671222A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2572603C2 (ru) * | 2011-09-01 | 2016-01-20 | Фудэ (Пекин) Кемикал Энд Индастри Ко., Лтд | Способ разделения абсорбцией пиролизного газа от получения низших олефиновых углеводородов |
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| CN109628186B (zh) * | 2019-02-01 | 2024-07-26 | 北京石油化工工程有限公司 | 一种用于合成气深冷分离的预洗涤工艺和装置 |
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Assignee: China National Petroleum Gas Limited by Share Ltd Jilin Petrochemical Branch Company Assignor: East China University of Science and Technology Contract record no.: 2012310000031 Denomination of invention: Separation method for reducing loss and energy consumption of demethanizer ethylene License type: Common License Open date: 20100317 Record date: 20120309 |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100317 |