CN110746261A - 用于气体裂解的裂解气分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于气体裂解的裂解气分离方法，包括裂解气经过压缩机前段压缩后依次进行脱除杂质和干燥处理，后进入脱乙烷塔；在脱乙烷塔中进行碳二及以下轻组分与碳三及以上重组分的分离；得到的第一液相作为脱乙烷塔回流，第一气相进入第二冷却单元；第一气相进入第二冷却单元进行逐级冷却和气液分离；最后一级气液分离得到的气相经过回收冷量后任选的送入制氢单元；每一级气液分离得到的液相进入脱甲烷塔；脱甲烷塔的塔釜物料送入乙烯精馏塔进行分离，塔顶气相进入乙烯回收器；乙烯精馏塔的塔顶产出乙烯产品。本发明的分离方法不采用膨胀机，降低了投资和操作难度，并且能够生产高压、高纯度的氢气。
Description
技术领域
本发明属于烃类加工技术领域，更具体地，涉及一种用于气体裂解的裂解气分离方法。
背景技术
蒸汽裂解方法仍然在生产乙烯中占有主导地位，但是，其裂解气的分离流程复杂，因此，简化流程和降低能耗一直是研究和设计人员追求的目标。
申请号为CN92100471.0和CN200910090076.7的专利申请都报道了一种用于蒸汽裂解的裂解气分离的前脱乙烷工艺，前者公开了采用双塔脱乙烷和低压脱甲烷的工艺流程；后者公开了将裂解气凝液干燥器出口的一股液相物流先预热蒸发少量的甲烷和碳二轻组分送入裂解气中，然后继续加热液相物流并送入低压脱乙烷塔中的工艺方法；虽然两种方法有些差别，但其共同的特征是：(1)将裂解气压缩到3.6MPaG压力以上，脱乙烷塔放在裂解气压缩机最后一段的下游；(2)脱乙烷需要通过两个塔来实现。由此可知，这种方法存在流程复杂，投资较高的问题。
专利号为ZL01132960.2的专利公开了一种对轻烃混合物进行深冷分离方法的改进，具体公开了压缩和冷却的轻烃原料气经气液分离罐分离后，气相进入组分分配装置，组分分配装置顶部气相经逐级冷却后进入脱甲烷塔，脱甲烷塔将各股进料分离为塔顶甲烷和塔釜碳二的工艺流程；其公开的裂解气分离方法也存在流程复杂，投资高的问题，并且其是适用于液体裂解的裂解气分离。专利号为ZL201410455184.0的专利公开的冷分离方法虽然有所简化，但是仍比较复杂，而且该方法无法生产高压氢气。
因此，有必要提供一种新的方法以缩短流程和降低投资，并可以生产高附加值的氢气。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种裂解气分离方法，以缩短流程、降低投资。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于气体裂解的裂解气分离方法，该裂解气分离方法包括：
(1)裂解气经过压缩机前段压缩后依次进行脱除杂质和干燥处理，干燥处理后的裂解气进入脱乙烷塔；
(2)在脱乙烷塔中进行碳二及以下轻组分与碳三及以上重组分的分离；脱乙烷塔顶物料依次进入压缩机最后一段、脱乙炔单元和第一冷却单元，得到第一液相和第一气相，所述第一液相作为脱乙烷塔回流，所述第一气相进入第二冷却单元；
(3)所述第一气相进入第二冷却单元进行逐级冷却和气液分离；其中，最后一级气液分离得到的气相经过回收冷量后任选的送入制氢单元，分离得到氢气和尾气；每一级气液分离得到的液相进入脱甲烷塔；
(4)脱甲烷塔的塔釜物料送入乙烯精馏塔进行分离，塔顶气相进入乙烯回收器；
(5)乙烯精馏塔的塔顶产出乙烯产品，塔釜得到的乙烷汽化后返回裂解炉。
本发明的技术方案具有以下优点：
(1)本发明中，脱乙烷塔和脱甲烷塔都只设置一台塔，投资低；
(2)本发明中，脱乙烷塔的操作压力低，降低了回流比；
(3)本发明中，脱乙烷塔塔顶气经压缩升压后再冷却，不提高冷剂级别；
(4)本发明中，脱乙烷塔釜温度低，可以有效利用低位热能；
(5)本发明的分离方法不采用膨胀机，降低了投资和操作难度；
(6)本发明的分离方法能够生产高压、高纯度的氢气，压力可以达到2.0-3.0MPa，纯度可以达到99mol％以上。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的用于气体裂解的裂解气分离方法的装置示意图。
附图标记说明：
1、裂解气压缩机 1-3段 2、碱洗塔 3、干燥器 4-脱乙烷塔 5、裂解气压缩机 4段6、脱乙炔单元 7、第二冷却单元 8、脱甲烷塔 9、乙烯精馏塔 10、乙烯回收器 11、PSA单元12、第一冷却单元 13、脱乙烷塔回流罐 S1、来自急冷区的裂解气 S2、裂解气压缩机 1-3段压缩后物料 S3、干燥器进料 S4、干燥后的裂解气 S5、脱乙烷塔顶的气相 S6、裂解气压缩机4段出口裂解气 S7-脱乙烷塔釜C3+物料；S8、第一液相 S9、第一气相 S10、脱甲烷塔塔釜液 S11、乙烯产品 S12、循环乙烷 S13、脱甲烷塔塔顶气相 S15、低温甲烷 S16、氢气 S17、甲烷氢尾气 S18、富甲烷气 S19、脱甲烷塔第一进料 S20、脱甲烷塔第二进料 S21、脱甲烷塔第三进料
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种用于气体裂解的裂解气分离方法，该裂解气分离方法包括：
(1)裂解气经过压缩机前段压缩后依次进行脱除杂质和干燥处理，干燥处理后的裂解气进入脱乙烷塔；
本发明中，脱除杂质的设备包括吸收塔或吸附器。脱除杂质的设备优选为碱洗塔。采用碱洗塔脱除酸性气杂质。
蒸汽裂解的原料经过裂解后生成裂解气，裂解气经过急冷系统后温度会降低，降温后的裂解气进入压缩机前段。
(2)在脱乙烷塔中进行碳二及以下轻组分与碳三及以上重组分的分离；脱乙烷塔顶物料依次进入压缩机最后一段、脱乙炔单元和第一冷却单元，得到第一液相和第一气相，所述第一液相作为脱乙烷塔回流，所述第一气相进入第二冷却单元；
本发明中，脱乙烷塔塔釜物料为碳三及重组分，可直接送出装置，也可以进一步分离生产丙烯。
本发明中，脱乙炔单元可包括：用于脱除乙炔的碳二加氢反应器或乙炔选择吸收塔。
(3)所述第一气相进入第二冷却单元进行逐级冷却和气液分离；其中，最后一级气液分离得到的气相经过回收冷量后任选的送入制氢单元，分离得到氢气和尾气；每一级气液分离得到的液相进入脱甲烷塔；
本发明中，第二冷却单元、脱甲烷塔和乙烯塔共同构成冷分离工段。步骤(3)中，最后一级气液分离得到的气相中乙烯含量足够低，主要含有氢气、甲烷和一氧化碳，可满足工艺要求，经过回收冷量后可送入制氢单元，分离得到氢气和尾气；其中，所述制氢单元优选为PSA单元。
(4)脱甲烷塔的塔釜物料送入乙烯精馏塔进行分离，塔顶气相进入乙烯回收器；
脱甲烷塔釜物料不含甲烷，送入乙烯精馏塔进一步分离。脱甲烷塔塔顶冷凝器的冷量由乙烯制冷系统提供。乙烯回收器中的冷凝器提供低于脱甲烷塔顶冷凝器温度的冷量以使气相中的部分组分经过冷凝后返回脱甲烷塔，剩余的气相富含甲烷，经回收冷量后送出。乙烯回收器中的冷凝器的冷量由甲烷制冷系统提供。
(5)乙烯精馏塔的塔顶产出乙烯产品，塔釜得到的乙烷汽化后返回裂解炉。
根据本发明，优选地，步骤(1)中，所述压缩机为4段或5段；当压缩机为4段时，所述压缩机前段为1-3段，脱乙烷塔位于压缩机3段出口与压缩机4段入口之间，所述压缩机最后一段为第4段；当压缩机为5段时，所述压缩机前段为1-4段，脱乙烷塔位于压缩机4段出口与压缩机5段入口之间，所述压缩机最后一段为第5段。
根据本发明，优选地，所述气体裂解为乙烷裂解、丙烷裂解，或乙烷、丙烷、丁烷三种或任意两种混合物料的裂解。
根据本发明，优选地，所述脱乙烷塔为单塔；所述脱乙烷塔为板式塔或填料塔；所述脱乙烷塔的操作压力为0.7-1.9MPa，优选为0.9-1.7MPa。
根据本发明，优选地，步骤(2)中，所述脱乙烷塔顶物料经过压缩机最后一段升压后的压力为2.0-3.4MPa，优选为2.8-3.2MPa。
根据本发明，优选地，所述脱甲烷塔为单塔，操作压力为2.0-3.2MPa，优选为2.5-3.0MPa；塔顶温度为-90℃到-105℃。
本发明中，脱甲烷塔的塔顶温度由乙烯制冷或乙烷制冷系统提供。
根据本发明，优选地，所述乙烯回收器包括冷凝器和任选的分馏段，所述分馏段采用填料或塔板；乙烯回收器顶部出口温度低于-105℃；
所述脱甲烷塔的塔顶气相自乙烯回收器底部进入，经过冷凝器将部分物料冷凝，剩余的气相经过回收冷量后送出，冷凝的物料返回脱甲烷塔。
本发明中，乙烯回收器可以直接放在脱甲烷塔回流罐顶，也可以单独放置。
根据本发明，优选地，乙烯精馏塔为高压塔或低压开式热泵型；当为高压塔时，操作压力为1.6-2.2MPa，当为低压开式热泵型时，操作压力为0.4-1.2MPa。
根据本发明，优选地，所述脱乙烷塔和压缩机最后一段构成开式热泵系统。
根据本发明，优选地，分离过程所需要的冷量由设置的丙烯或丙烷制冷系统、乙烯或乙烷制冷系统和甲烷制冷系统中至少之一提供。
以下通过实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例用于说明本发明用于80万吨/年乙烷裂解装置的裂解气分离工艺。
如图1所示，来自急冷区的裂解气S1进入裂解气压缩机1-3段1压缩后(经过1-3段压缩机压缩后的压力为1.397MPa)的物料S2送入碱洗塔2脱除CO2和H2S，得到干燥器进料S3，然后将干燥器进料S3送入干燥器3脱除水份；干燥后的裂解气S4经过适当降温后送入脱乙烷塔4，脱乙烷塔顶的气相S5(不含碳三及以上重组分)送入压缩机第4段5进一步压缩，第4段出口压力为3.020MPa。裂解气压缩机4段出口裂解气(S6)送入脱乙炔单元6加氢，将裂解气中的乙炔转化为乙烯，然后在第一冷却单元12中用冷剂降温。裂解气中冷凝的第一液相S8作为脱乙烷塔的回流经由脱乙烷塔回流罐13返回脱乙烷塔顶，第一气相S9送入第二冷却单元7进行逐级降温，降温后冷凝的液体S19(脱甲烷塔第一进料)、S20(脱甲烷塔第二进料)和S21(脱甲烷塔第三进料)送入脱甲烷塔8；第二冷却单元7最后一级气液分离得到的气相为甲烷和氢气的混合物，经回收冷量后送入PSA单元11生产氢气S16和甲烷氢尾气S17；脱甲烷塔塔釜液S10不含甲烷氢，送入乙烯精馏塔9进行分离；脱甲烷塔塔顶气相S13仍含有一定量的乙烯，送入乙烯回收器10进一步回收乙烯。乙烯回收器10由下部的分馏段和上部的冷凝器组成，分馏段采用填料。脱甲烷塔塔顶气相S13自乙烯回收器10底部进入后在填料段与来自上部冷凝器的液体接触传质后进入上部的冷凝器；在冷凝器内由甲烷冷剂将部分物料冷凝，为下部提供回流；剩余的气体S15(低温甲烷)经第二冷却单元7回收冷量后送出S18，冷凝的物料返回脱甲烷塔8。乙烯回收器10所需冷量由甲烷制冷系统提供。乙烯精馏塔9的塔顶得到乙烯产品S11，塔釜得到的乙烷S12汽化后返回裂解炉。脱乙烷塔4塔釜物料S7送入下游单元进一步分离得到丙烯、碳四等产品。其中，所述脱乙烷塔4和压缩机最后一段构成开式热泵系统；分离过程所需要的冷量由设置的丙烯制冷系统、乙烯制冷系统和甲烷制冷系统提供。
本实施例中，裂解气压缩机采用4段压缩，脱乙烷塔4为板式塔；脱乙烷塔的操作压力为1.2MPa；裂解气压缩机第4段5的出口压力为3.2MPa；脱甲烷塔的操作压力为2.7MPa，塔顶温度为-98℃，塔釜温度为-10℃；乙烯回收器顶部出口温度为-111.9℃；乙烯精馏塔9为高压塔,塔顶压力为1.76MPa，塔顶温度-34℃，塔釜温度-11℃。
主要物流的参数如表1-表4所示：
表1 80万吨/年乙烷裂解装置物流数据
表2
表3
表4
通过本实施例，将裂解气进行了很好的分离，并得到聚合级乙烯和纯氢产品。甲烷氢中乙烯损失仅为6.4kmol/h，损失率为0.14％；纯氢回收率超过86％；可以看出，本发明的方法流程简单，乙烯和氢气回收率高。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种用于气体裂解的裂解气分离方法，其特征在于，该裂解气分离方法包括：
(1)裂解气经过压缩机前段压缩后依次进行脱除杂质和干燥处理，干燥处理后的裂解气进入脱乙烷塔；
(2)在脱乙烷塔中进行碳二及以下轻组分与碳三及以上重组分的分离；脱乙烷塔顶物料依次进入压缩机最后一段、脱乙炔单元和第一冷却单元，得到第一液相和第一气相，所述第一液相作为脱乙烷塔回流，所述第一气相进入第二冷却单元；
(3)所述第一气相进入第二冷却单元进行逐级冷却和气液分离；其中，最后一级气液分离得到的气相经过回收冷量后任选的送入制氢单元；每一级气液分离得到的液相进入脱甲烷塔；
(4)脱甲烷塔的塔釜物料送入乙烯精馏塔进行分离，塔顶气相进入乙烯回收器；
(5)乙烯精馏塔的塔顶产出乙烯产品，塔釜得到的乙烷汽化后返回裂解炉。
2.根据权利要求1所述的裂解气分离方法，其中，步骤(1)中，所述压缩机为4段或5段；当压缩机为4段时，所述压缩机前段为1-3段，脱乙烷塔位于压缩机3段出口与压缩机4段入口之间，所述压缩机最后一段为第4段；当压缩机为5段时，所述压缩机前段为1-4段，脱乙烷塔位于压缩机4段出口与压缩机5段入口之间，所述压缩机最后一段为第5段。
3.根据权利要求1所述的裂解气分离方法，其中，所述气体裂解为乙烷裂解、丙烷裂解，或乙烷、丙烷、丁烷三种或任意两种混合物料的裂解。
4.根据权利要求1所述的裂解气分离方法，其中，所述脱乙烷塔为单塔；所述脱乙烷塔为板式塔或填料塔；所述脱乙烷塔的操作压力为0.7-1.9MPa，优选为0.9-1.7MPa。
5.根据权利要求1所述的裂解气分离方法，其中，步骤(2)中，所述脱乙烷塔顶物料经过压缩机最后一段升压后的压力为2.0-3.4MPa，优选为2.8-3.2MPa。
6.根据权利要求1所述的裂解气分离方法，其中，所述脱甲烷塔为单塔，操作压力为2.0-3.2MPa，优选为2.5-3.0MPa。
7.根据权利要求1所述的裂解气分离方法，其中，所述乙烯回收器包括冷凝器和任选的分馏段，所述分馏段采用填料或塔板；乙烯回收器顶部出口温度低于-105℃；
所述脱甲烷塔的塔顶气相自乙烯回收器底部进入，经过冷凝器将部分物料冷凝，剩余的气相经过回收冷量后送出，冷凝的物料返回脱甲烷塔。
8.根据权利要求1所述的裂解气分离方法，其中，乙烯精馏塔为高压塔或低压开式热泵型；当为高压塔时，操作压力为1.6-2.2MPa，当为低压开式热泵型时，操作压力为0.4-1.2MPa。
9.根据权利要求1所述的裂解气分离方法，其中，所述脱乙烷塔和压缩机最后一段构成开式热泵系统。
10.根据权利要求1所述的裂解气分离方法，其中，分离过程所需要的冷量由设置的丙烯或丙烷制冷系统、乙烯或乙烷制冷系统和甲烷制冷系统中至少之一提供。
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