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CN113906002A - 用于去除轻馏分和不可冷凝物以防止在烯烃/链烷烃膜分离工艺中积聚的方法和系统 - Google Patents

用于去除轻馏分和不可冷凝物以防止在烯烃/链烷烃膜分离工艺中积聚的方法和系统 Download PDF

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CN113906002A
CN113906002A CN202080040048.9A CN202080040048A CN113906002A CN 113906002 A CN113906002 A CN 113906002A CN 202080040048 A CN202080040048 A CN 202080040048A CN 113906002 A CN113906002 A CN 113906002A
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查尔斯·P·利布基
范忠
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卡尔·里斯基
西蒙·E·阿尔博
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刘春庆
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Abstract

本发明提供了用于防止轻馏分诸如甲烷、乙烯和乙烷在烯烃/链烷烃分离系统中积聚的系统和方法，所述烯烃/链烷烃分离系统使用膜和蒸馏塔的组合以用于该分离。在一个实施方案中，在选择性加氢反应器下游提供小型汽提器塔。在另一个实施方案中，向膜单元的滞留物料流添加具有接收器的调压容器。

Description

用于去除轻馏分和不可冷凝物以防止在烯烃/链烷烃膜分离 工艺中积聚的方法和系统
技术领域
本公开整体涉及用于在膜系统中分离烯烃和链烷烃的方法和系统。更具体地，本公开涉及防止轻馏分在丙烯料流中积聚的方法。
背景技术
已经开发了结合膜的方法，以用于纯化包含丙烷和丙烯的混合物的料流。已经发现，去往这些膜的气体混合物包含轻馏分，所述轻馏分包括氢气、甲烷、乙烷和乙烯。这些轻馏分成为一个问题，因为它们可以在系统中积聚并降低上部压缩器或膜的性能，而不满足产品规格。
在产生丙烯的工艺中为流体催化裂化，该流体催化裂化产生石脑油和原油液体产品以及较轻烃和氢气。可使较轻烃经受各种处理，包括通过工艺诸如UOP’s Merox工艺以氧化硫醇化合物来去除硫化合物以及发送通过C3/C4分离器以从C3/C4料流去除C4烃以及C3分离器(蒸馏塔以去除丙烷)。在现有技术工艺中，使用脱乙烷器塔去除和再循环C2。
在典型现有技术FCC工艺中，在产生工艺产品(包括重石脑油产品、轻循环油产品和重油产品)之后，存在包含一些较轻烃和不稳定汽油的蒸气料流。汽油被去除以用于原样处理为燃气。存在C3和C4烃，它们被发送用于进一步加工，包括烷基化或聚合以及去除硫醇的工艺诸如UOP’s Merox工艺。在去除硫醇之后，在典型的工厂中，料流被发送到C3/C4分离器以回收C4烃，然后通过脱乙烷器去除C2烃(作为尾气料流的一部分)并使其再循环到气体浓缩单元。然后将料流发送到C3分离器以分离丙烯和丙烷。
发明内容
在一个实施方案中，本发明为一种从烃料流中去除氢气和较轻烃的方法，所述方法包括：将包含氢气和C1-C3烃的气体料流传送到汽提器塔，以产生来自所述汽提塔的顶部区段的汽提器尾气料流和包含C3烃的底部料流，将所述底部料流传送通过C3分离器，以产生包含丙烷的第二底部料流和包含丙烯的第二顶部料流；将所述第二顶部料流发送通过膜单元，以产生渗透物料流和滞留物料流，所述渗透物料流包含比所述第二顶部料流更高浓度的丙烯，所述滞留物料流包含比所述第二顶部料流更高浓度的丙烷；以及使所述滞留物料流返回到所述C3分离器。
本发明的另一个实施方案为一种从气体料流中去除较轻烃的方法，所述方法包括：将包含C1至C3烃的气体料流发送到膜单元，以产生丙烯渗透物料流和包含C1-C3烃的滞留物料流；将所述滞留物料流发送到调压容器，以将所述滞留物料流分离成丙烷料流和包含C1至C2烃的调压容器尾气料流；以及将所述调压容器尾气料流发送到气体浓缩单元。
附图说明
图1示出了具有添加的汽提器塔的流程图。
图2示出了具有添加的调压容器的流程图。
具体实施方式
在本发明中，存在用于从丙烯料流中去除轻馏分的两种替代方法。第一种方法是通过在选择性加氢反应器之后提供小型汽提器塔来去除它们。第二种方法是通过提供具有用于有效分离的装填区段的调压容器来去除离开滞留物的轻馏分。
在现有的工厂中，在不存在去除C2和较轻组分并使它们返回到气体浓缩单元的现有脱乙烷器的情况下，必须包含小型汽提器塔，以管理轻馏分和离开KLP反应器流出物的不可冷凝物。KLP工艺是用于将乙炔化合物转化为烯烃的加氢工艺。轻馏分(如果未去除)可在C3分离器上部中积聚，并且可导致若干问题：降低压缩器性能，无出口下随时间的增加/积聚浓度(尽管轻烯烃、乙烯可与C3＝一起渗透)，以及降低产品纯度。汽提器可在2170-3204kPa(300-450psig)压力下操作，或优选地2377-2997kPa(330-420psig)，包括10-30个塔板，或优选地15-25个塔板。汽提器也可为具有高效率和较低HETP(理论等板高)的装填(有无规/结构填料)的塔，该塔具有5-25个理论板，或优选地8-22个理论板。在该操作压力下，上部冷凝温度为37.8-65.6℃(100-150°F)，或优选地43.3-60℃(110-140°F)，这可用供应空气或冷却水来冷却。氢气和甲烷可在汽提器的上部中被完全去除，而C2烃可被去除至多80-100％，或优选地90-99％。汽提器底部料流中的C2浓度为0-30wt ppm，或优选地2-25wt ppm。
在不使用汽提器塔的情况下，在本发明中去除轻馏分的第二种方法是在膜的滞留物料流上安装具有接收器的调压容器。轻馏分组分诸如甲烷和乙烷等不能渗透，而是与丙烷一起保留。然而，如果没有出口，那么由于回到塔的再循环回路，这些组分可容易地在该料流中积聚。因此，使调压容器设置一定温度提供了用于这些组分的出口并防止它们在系统中积聚。需注意，可将与C1和C2一起排放在排气料流中的任何C3引导回气体浓缩单元以用于进一步C3回收(与脱乙烷器尾气和汽提器尾气处理相同)。调压容器是接收器，所述接收器具有脱水引导区和在顶部处的竖直排放区段。竖直排放区段是装填区段/烟囱，所述装填区段/烟囱具有0.6-6.1m(2-20ft)或优选地1.2-3.7m(4-12ft)的高度，0.30-1.5m(1-5ft)或优选地0.3-0.9(1-3ft)的直径。竖直区段的顶部，0.3-3.0m(1-10ft)，或优选地0.61-2.4m(2-8ft)，用制冷剂冷却以保持在7.2-21.1℃(45-70°F)，优选地12.8-18.3℃(55-65°F)下。制冷剂可为外部制冷剂或内部工艺流体(丙烯产品)，其可再循环并重新压缩和冷却以满足所需的冷却负荷。在具有调压容器的情况下，总共乙烷去除是85-99％，优选地90-98％。需注意，如果乙炔加氢反应器流出物具有超过100vol ppm乙烯，则使用了汽提器的第一配置优于排气汽提器，这是由于乙烯可与C3＝一起渗透通过膜的事实。即使乙炔加氢反应器流出物具有至多2800mol ppm的乙烷(或0.28％摩尔C2浓度)，排气汽提器也可以有效地去除乙烷。排气汽提器也可去除滞留物中的任何水，并且通过在设备的引导区段中使其积聚。来自调压容器的尾气具有0.1-20％C2，或优选地0.5-10％C2摩尔浓度，并且可被引导到气体浓缩单元以回收C3组分。本领域技术人员可以各种方式改变顺序或应用所提议的配置。将为可行的组合将组合在KLP反应器和滞留物料流上的排气汽提器之后具有汽提器的两种配置。
图1示出了一种解决方案，其中示出汽提器164在选择性加氢反应器158之后。在图1中，示出了新鲜烃进料126被发送到其中以根据本领域熟知的方法加工的流化催化裂化反应器120(FCC)。再生器114位于反应器120之后，其中空气112与废催化剂122一起进入。使催化剂再生并且通过管线124返回到反应器120。烟气料流116被示出离开再生器114的顶部。料流128离开反应器120的顶部并被发送到主分离塔130以分离成重循环油产品134、轻循环油产品136和重石脑油产品138。包含烃、氢和未稳定的汽油的混合物的上部料流132离开主分离塔130的顶部部分并被发送到气体浓缩单元140。将燃气料流146、脱丁烷汽油料流142和包含C1至C4烃的烃料流144发送到单元148以去除硫醇，从而产生料流150，然后示出传送到C3/C4分离器152，其中C4底部料流154被发送到储存装置并且蒸气顶部料流156被发送用于进一步处理(被示出为处理器158，该处理器包括其中乙炔与氢气159反应的选择性加氢反应器)。然后将料流160发送到汽提器塔164以产生较轻尾气料流162和底部料流166，该底部料流然后被发送到C3分离器168，以产生可被发送到储存装置(未示出)的丙烷料流170和被发送到膜单元174的较轻料流172。使滞留物料流176返回到C3分离器168，同时将渗透物料流177发送到压缩器/干燥器180以产生丙烯料流182。
图2示出了一种解决方案，其中示出调压容器290处理来自膜单元274的滞留物276。在图2中，示出了新鲜烃进料226被发送到其中以根据本领域熟知的方法加工的流化催化裂化反应器220(FCC)。再生器214位于反应器220之后，其中空气212与废催化剂222一起进入。使催化剂再生并且通过管线224返回到反应器220。烟气料流216被示出离开再生器214的顶部。料流228离开反应器220的顶部并被发送到主分离塔230以分离成重循环油产品234、轻循环油产品236和重石脑油产品238。包含烃、氢和未稳定的汽油的混合物的上部料流232离开主分离塔230的顶部部分并被发送到气体浓缩单元240。将燃气料流246、脱丁烷汽油料流242和包含C1至C4烃的烃料流244发送到单元248以去除硫醇，从而产生料流250，然后示出传送到C3/C4分离器252，其中C4底部料流254被发送到储存装置并且蒸气顶部料流256被发送用于进一步处理(被示出为处理器258，该处理器包括其中乙炔与氢气259反应的选择性加氢反应器)。然后将料流260发送到C3分离器268以产生可被发送到储存装置(未示出)的丙烷料流270和被发送到膜单元274的较轻料流272。使滞留物料流276返回到C3分离器268，同时将渗透物料流277发送到压缩器/干燥器280以产生丙烯料流282。示出了滞留气体料流276所传送通过的调压容器290，该滞留气体料流首先由冷却器275冷却，其中大多数液体通过管线294被发送到C3分离器268，水在296处离开并任选地再循环到较轻料流272，以使此料流具有进入膜单元274的适当湿度水平。使排气尾气料流262返回到气体浓缩单元240。还示出了用于制冷剂料流诸如丙烷制冷剂的入口292，该入口用于进入调压容器290，该调压容器具有离开调压容器290的制冷剂料流293。
具体的实施方案
虽然结合具体的实施方案描述了以下内容，但应当理解，该描述旨在说明而不是限制前述描述和所附权利要求书的范围。
本发明的第一实施方案为一种从气体料流中去除氢气和较轻烃的方法，所述方法包括：将包含氢气和C1-C3烃的气体料流传送到汽提器塔，以产生来自所述汽提塔的顶部区段的汽提器尾气料流和包含C3烃的底部料流，将所述底部料流传送通过C3分离器，以产生包含丙烷的第二底部料流和包含丙烯的第二顶部料流；将所述第二顶部料流发送通过膜单元，以产生渗透物料流和滞留物料流，所述渗透物料流包含比所述第二顶部料流更高浓度的丙烯，所述滞留物料流包含比所述第二顶部料流更高浓度的丙烷；以及使所述滞留物料流返回到所述C3分离器。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述汽提器塔在2170-3204kPa(300-450)psig压力并且优选地2377-2997kPa(330-420psig)压力的压力下操作。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述汽提器塔包含10-30个塔板并且优选地15-25个塔板。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述汽提器塔装填有填料并且包含5-25个理论板，优选地8-22个理论板。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中100重量％的氢气和甲烷以及80-100重量％的C2烃在所述汽提塔中被去除，并且在上部料流中被发送到气体浓缩单元。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中汽提器底部料流包含0-30wt ppm C2烃。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述包含氢气和C1-C3烃的烃料流包含0-10摩尔％氢气并且优选地0-2摩尔％氢气。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述包含氢气和C1-C3烃的烃料流包含0-10摩尔％甲烷，优选地0-2摩尔％甲烷和0-10摩尔％C2烃，优选地0-5摩尔％C2烃。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中通过分析仪和在线系统来监测所述所述包含氢气和C1-C3烃的烃料流，以监测和测量H2、CH4和C2烃浓度。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述汽提器尾气料流与上部冷凝器和排放冷凝器连通。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中排放冷凝器蒸气出口料流包含0-10摩尔％氢，优选地0-5摩尔％氢和0-50摩尔％C2烃或优选地0-35摩尔％烃。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述排放冷凝器蒸气被引导到燃气系统，被排放或引导到其中回收乙烯和丙烯的气体浓缩单元。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述排放冷凝器蒸气完全冷凝，其中在送至所述汽提器塔的进料料流中没有检测到可凝性气体。本发明的一个实施方案为本段中的第一实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中通过将进料料流旁通到所述汽提器塔来操作所述汽提器塔以与C3分离器塔直接连通。
本发明的第二实施方案为一种从气体料流中去除氢气和较轻烃的方法，所述方法包括：将包含C1至C3烃的气体料流发送到膜单元，以产生丙烯渗透物料流和包含C1-C3烃的滞留物料流；将所述滞留物料流发送到调压容器，以将所述滞留物料流分离成丙烷料流和包含C1至C2烃的调压容器尾气料流；以及将所述调压容器尾气料流发送到气体浓缩单元。本发明的一个实施方案为本段中的第二实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述调压容器是接收器，所述接收器具有脱水引导区和在所述调压容器的顶部区段处的竖直排放区段。本发明的一个实施方案为本段中的第二实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述竖直排放区段是装填区段，所述装填区段具有0.6至6.1m并且优选地0.3至0.9m的高度。本发明的一个实施方案为本段中的第二实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述调压容器的顶部区段被冷却到7.2-21.1℃。本发明的一个实施方案为本段中的第二实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述调压容器尾气料流包含0.5至10摩尔％C2烃。本发明的一个实施方案为本段中的第二实施方案至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中总共85至99重量％的乙烷被去除。
尽管没有进一步的详细说明，但据信，本领域的技术人员通过使用前面的描述可最大程度利用本发明并且可容易地确定本发明的基本特征而不脱离本发明的实质和范围以作出本发明的各种变化和修改，并且使其适合各种使用和状况。因此，前述优选的具体的实施方案应理解为仅例示性的，而不以无论任何方式限制本公开的其余部分，并且旨在涵盖包括在所附权利要求书的范围内的各种修改和等效布置。
在前述内容中，所有温度均以摄氏度示出，并且所有份数和百分比均按重量计，除非另外指明。

Claims (10)

1.一种从烃料流中去除氢气和较轻烃的方法，所述方法包括：
a.将包含氢气和C1-C3烃的烃料流传送到汽提器塔，以产生来自所述汽提塔的顶部区段的汽提器尾气料流和包含C3烃的底部料流.
b.将所述底部料流传送通过C3分离器，以产生包含丙烷的第二底部料流和包含丙烯的第二顶部料流；
c.将所述第二顶部料流发送通过膜单元，以产生渗透物料流和滞留物料流，所述渗透物料流包含比所述第二顶部料流更高浓度的丙烯，所述滞留物料流包含比所述第二顶部料流更高浓度的丙烷；以及
d.使所述滞留物料流返回到所述C3分离器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述汽提器塔在2170-3204kPa(300-450)psig压力的压力下操作。
3.根据权利要求1所述的方法，其中100重量％的氢气和甲烷以及80-100重量％的C2烃在所述汽提塔中被去除，并且在上部料流中被发送到气体浓缩单元。
4.根据权利要求1所述的方法，其中汽提器底部料流包含0-30wt ppmC2烃。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含氢气和C1-C3烃的烃料流包含0-10摩尔％甲烷和0-10摩尔％C2烃。
6.根据权利要求1所述的方法，其中通过分析仪和在线系统来监测所述包含氢气和C1-C3烃的烃料流，以监测和测量H2、CH4和C2烃浓度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述汽提器尾气料流与上部冷凝器和排放冷凝器连通。
8.根据权利要求7所述的方法，其中排放冷凝器蒸气出口料流包含0-10摩尔％氢气和0-50摩尔％C2烃。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述排放冷凝器蒸气被引导到燃气系统，被排放或引导到其中回收乙烯和丙烯的气体浓缩单元。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述排放冷凝器蒸气完全冷凝，其中在送至所述汽提器塔的进料料流中没有检测到可凝性气体。
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