CN101234946B - 一种低碳烯烃混合气体的分离方法 - Google Patents

一种低碳烯烃混合气体的分离方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低碳烯烃混合气体的分离方法，它是将低碳烯烃混合气体加入分子中碳原子数为1-4的醇类、醚类或酮类中至少一种作为吸收剂，在一定的温度和压力下有效地吸收低碳烯烃混合气体中的C3-C5组份，通过吸收、解吸、精馏的方法将低碳烯烃混合气体中的C3-C5组份分开。本发明的方法对于中小规模的甲醇转化制取低碳烯烃工艺，有很强的经济性。具有工艺可靠，设备投资少，能耗低的特点。

Description

一种低碳烯烃混合气体的分离方法
技术领域
本发明属于低碳烯烃精制领域，涉及一种低碳烯烃混合气体的分离方法。
背景技术
乙烯、丙烯是石油化工重要的平台化合物及基础化工原料，全世界年需求量近2亿吨。未来数年国内乙烯、丙烯的生产仍存在很大缺口。现有的乙烯、丙烯生产技术对石油资源依赖严重。乙烯生产普遍采用的是轻质油裂解法，丙烯的生产约97％来自裂解制乙烯的联产和炼油厂副产。采用轻质油裂解方法制备乙烯、丙烯的原料成本占生产成本的60～80％。现有的丙烯生产技术(裂解制乙烯联产及炼厂副产)虽然成熟度高，但是产品结构受到严重限制，无法满足丙烯消费量快速增长的要求。
我国具有相对丰富的天然气和煤资源。已探明的煤炭储量为7650亿吨，天然气储量为38×1012立方米。随着造气技术的发展，造气成本大大降低。利用煤或天然气可以大量制得廉价的合成气，经由合成气可制取甲醇，进而由甲醇制取低碳烯烃具有现实意义。甲醇转化制取低碳烯烃是是近年来发展起来的以甲醇为原料，经过催化剂催化直接生成低碳烯烃混合气体的新工艺。中国专利CN 01144188.7、CN00802040.X、CN96115333.4、CN99815451.2披露了甲醇转化制取低碳烯烃的方法。
中国专利CN96115333.4披露了以甲醇、二甲醚为原料制取低碳烯烃的方法，反应产生的工艺气体直接经入乙烯/丙烯分离工段；中国专利CN200610144290.2披露了流化床催化裂解制取丙烯的方法，以甲醇/二甲醚为原料，通过流化床转化制取丙烯就形成了FMTP工艺。FMTP工艺的最终产品为丙烯，乙烯和丁烯及C5组份作为中间产品，返回反应器继续反应转化成丙烯。
传统的低碳烯烃分离采用以顺序流程、前脱乙烷流程和前脱丙烷流程为代表的深冷流程。中国专利CN200610017775.5公布了一种甲醇转化制取低碳烯烃气体的分离方法，采用了改进的前脱乙烷分离流程分离甲醇转化制取低碳烯烃气体。
发明内容
本发明的目的是提供一种低碳烯烃混合气体的分离方法，本分离方法通过利用特定含氧有机化合物作吸收剂对低碳烯烃混合气体进行吸收、解吸、精馏分离，而将C3-C5组份分开。
本发明的第二个目的是提供另一种低碳烯烃混合气体的分离方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种低碳烯烃混合气体的分离方法，包括如下步骤：将经换热冷却的低碳烯烃混合气体通入平衡塔或平衡罐，从所述平衡塔或平衡罐的上部收集到的气体通入吸收塔，从所述吸收塔上部通入吸收剂，经过传质，未被吸收剂吸收的C2及更轻组份从所述吸收塔的顶部收集，待再生吸收剂从吸收塔的底部输入所述平衡塔或平衡罐，经传质平衡后，再由所述平衡塔或平衡罐的底部输出进入一级解吸塔，经过解吸传质后，将所述一级解吸塔顶部收集的C2组份气体输入到所述平衡塔或平衡罐的底部，将所述一级解吸塔底部的液体输入二级解吸塔，经过解吸传质，将所述二级解吸塔顶部收集的液体输入到脱C3塔，所述脱C3塔内的物料经过传质后，将所述脱C3塔的顶部收集的液体输入至C3分离塔，经传质分离，从所述C3分离塔的顶部收集得到丙烯，从所述C3分离塔的底部收集得到丙烷，将所述脱C3塔底部的液体输入到脱吸收剂塔，将所述脱吸收剂塔塔顶收集到的液体输入到脱C5塔，所述脱吸收剂塔塔底收集的液体和所述二级解吸塔底部收集的液体汇合后经冷却换热后从吸收塔上部输入进行吸收剂循环，所述脱C5塔内的物料经过传质分离，从所述脱C5塔顶部收集得到丁烯，底部得到C5及更重的组份，中部侧线抽出丁烷，所述吸收剂为分子中碳原子数为1-4的醇类、醚类或酮类中至少一种。
所述醇类为甲醇、乙醇或丁醇。
所述醚类为乙醚或二甲醚。
所述酮类为丙酮或N-甲基吡咯烷酮。
所述低碳烯烃混合气体中丙烯和丁烯在混合气体中的体积百分含量为5％～95％。
一种低碳烯烃混合气体的分离方法，包括如下步骤：将经换热冷却的低碳烯烃混合气体通入吸收塔，从所述吸收塔上部通入吸收剂，经过传质，未被吸收剂吸收的C2及更轻组份从所述吸收塔的顶部收集，待再生吸收剂从吸收塔的底部输入一级解吸塔，经过解吸传质，将所述一级解吸塔顶部的C2组份输入所述吸收塔，将所述一级解吸塔底部的液体输入二级解吸塔，经过解吸传质，将所述二级解吸塔顶部收集的液体输入到脱C3塔，所述脱C3塔内的物料经过传质后，将所述脱C3塔的顶部的液体输入C3分离塔，经传质分离，从所述C3分离塔的顶部收集得到丙烯，从所述C3分离塔的底部收集得到丙烷，将所述脱C3塔底部的液体输入到脱吸收剂塔，将所述脱吸收剂塔塔顶收集到的液体输入到脱C5塔，所述脱吸收剂塔塔底收集的液体和所述二级解吸塔底部收集的液体汇合后经冷却换热后从吸收塔上部输入进行吸收剂循环，所述脱C5塔内的物料经过传质分离，从所述脱C5塔顶部收集得到丁烯，底部得到C5及更重的组份，中部侧线抽出丁烷，所述吸收剂为分子中碳原子数为1-4的醇类、醚类或酮类中至少一种。
所述醇类为甲醇、乙醇或丁醇。
所述醚类为乙醚或二甲醚。
所述酮类为丙酮或N-甲基吡咯烷酮。
所述低碳烯烃混合气体中丙烯和丁烯在混合气体中的体积百分含量为5％～95％。
本发明的方法中使用的吸收剂是一类含氧有机化合物，更具体的说是分子中含有一个或多个氧原子，碳原子数为1-4的醇类、醚类、酮类中的一种或多种，在一定的温度和压力下能够有效地吸收低碳烯烃混合气体中的C3-C5组份，通过吸收、解吸、精馏的方法将低碳烯烃混合气体中的C3-C5组份分开。本方法，特别是对于中小规模的甲醇转化制取低碳烯烃工艺，有很强的经济性。本发明的方法具有工艺可靠，设备投资少，能耗低的特点。
附图说明
图1为一种低碳烯烃混合气体的分离方法的工艺流程示意图(带平衡塔/平衡罐)。
图2为第二种低碳烯烃混合气体的分离方法的工艺流程示意图(不带平衡塔/平衡罐)。
其中：T1-吸收塔，T2-一级解吸塔，T3-平衡塔/平衡罐，T4-二级解吸塔，T5-脱C3塔，T6-C3分离塔，T7-脱吸收剂塔，T8-脱C5塔，E1-工艺气体冷却器，E2-吸收剂冷却器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来具体说明本发明的方法，但附图和具体实施例并不构成对本发明的限制。
一种低碳烯烃混合气体的分离方法，包括如下步骤：将经过工艺气体冷却器E1换热冷却后的低碳烯烃混合气体通入平衡塔或平衡罐T3，从平衡塔或平衡罐的上部收集到的气体通入吸收塔T1，从吸收塔上部通入吸收剂1，经过传质，未被吸收剂吸收的C2及更轻组份从吸收塔的顶部收集，待再生吸收剂2从吸收塔的底部输入平衡塔或平衡罐，经传质平衡后，再由平衡塔或平衡罐的底部输出进入一级解吸塔T2，经过解吸传质后，将一级解吸塔顶部收集的C2组份气体(初步分离轻烃3)输入到平衡塔或平衡罐的底部，将一级解吸塔底部的液体(脱C2待再生吸收剂4)输入二级解吸塔T4，经过解吸传质，将二级解吸塔顶部收集的液体(C3及更重组份5)输入到脱C3塔T5，脱C3塔内的物料经过传质后，将脱C3塔的顶部收集的液体(含吸收剂C4及更重组份7)输入C3分离塔T6，经传质分离，从C3分离塔的顶部收集得到丙烯，从C3分离塔的底部收集得到丙烷，将脱C3塔底部的液体(C3组份6)输入到脱吸收剂塔T7，将脱吸收剂塔塔顶收集到的液体(C4及更重组份8)输入到脱C5塔T8，脱吸收剂塔塔底收集的液体和二级解吸塔底部收集的液体汇合后经吸收剂冷却器E2冷却换热后从吸收塔上部输入进行吸收剂循环，脱C5塔内的物料经过传质分离，从脱C5塔顶部收集得到丁烯，底部得到C5及更重的组份，中部侧线抽出丁烷，所述吸收剂为分子中含有氧原子的、碳原子数为1-4的醇类、醚类或酮类中至少一种。吸收剂能够有效吸收低碳烯烃混合气体中的C3-C5组份。
本发明的第二种低碳烯烃混合气体的分离方法，在工艺流程中不设置平衡塔或平衡罐，包括以下步骤：
将经过工艺气体冷却器E1换热冷却后的低碳烯烃混合气体通入吸收塔T1，从吸收塔上部通入吸收剂1，经过传质，未被吸收剂吸收的C2及更轻组份从所述吸收塔的顶部收集，待再生吸收剂2从吸收塔的底部输入一级解吸塔T2，经过解吸传质，将一级解吸塔顶部的C2组份(初步分离轻烃3)输入吸收塔，将一级解吸塔底部的液体(脱C2待再生吸收剂4)输入二级解吸塔T4，经过解吸传质，将二级解吸塔顶部收集的液体(C3及更重组份5)输入到脱C3塔T5，脱C3塔内的物料经过传质后，将脱C3塔的顶部收集的液体(含吸收剂C4及更重组份7)输入C3分离塔T6，经传质分离，从C3分离塔的顶部收集得到丙烯，从C3分离塔的底部收集得到丙烷，将脱C3塔底部的液体(C3组份6)输入到脱吸收剂塔T7，将脱吸收剂塔塔顶收集到的液体(C4及更重组份8)输入到脱C5塔T8，脱吸收剂塔塔底收集的液体和二级解吸塔底部收集的液体汇合后经吸收剂冷却器E2冷却换热后从吸收塔上部输入进行吸收剂循环，脱C5塔内的物料经过传质分离，从所述脱C5塔顶部收集得到丁烯，底部得到C5及更重的组份，中部侧线抽出丁烷，所述吸收剂为分子中含有氧原子的、碳原子数为1-4的醇类、醚类或酮类中至少一种。
本发明所使用的吸收剂中可以选用含有一个或两个氧原子的醇类酮类，醇类优选甲醇、乙醇和丁醇，醚类优选乙醚和二甲醚，酮类优选丙酮和N-甲基吡咯烷酮。同时吸收剂还可以是其中的几种的混合物。
本发明可以通过调节各个塔的操作温度和操作压力来分离不同组成的低碳烯烃混合气体，在一定范围内具有较强的操作弹性。本发明在分离低碳烯烃混和气体的过程中不使用低温操作，有利于降低操作成本。
本发明采用的吸收剂吸收、解吸容易，有利于优化分离的操作条件，对于需要将部分气体(一般为乙烯)返回反应器继续反应的工艺形式，有利于分析吸收剂对于反应工段的影响。
表1中数据为以下实施例中进料气体的组份分布。
实施例1以甲醇为吸收剂
虽然甲醇的饱和蒸汽压较高，吸收剂再生比较困难，但对于以甲醇为原料制取低碳烯烃工艺，尤其是干气需要返回反应器继续反应的工艺，吸收剂和反应原料相同，混入干气中的吸收剂可作为反应原料，未给系统带入新物质，满足工艺及系统操作要求。具体吸收剂用量和主要设备参数见表2。分离结果见表3。
实施例2以乙醇为吸收剂
乙醇饱和蒸汽压比甲醇低，吸收剂能较好再生，以乙醇为吸收剂具有吸收剂便于获得等的特点，同时对于以甲醇为原料制取低碳烯烃工艺中干气需要返回反应器继续反应的工艺，混入干气中的吸收剂反应后生成产品或中间产品，未给系统带入新物质，具体吸收剂用量和主要设备参数见表2。分离结果见表3。
实施例3以丁醇为吸收剂
丁醇蒸汽压低，吸收剂再生比较方便，混入干气返回反应器的量少且反应后生成产品或中间产品，未给系统带来新物质，对于丙烯的吸收分离效果好。具体吸收剂用量和主要设备参数见表2。分离结果见表3。
实施例4以二甲醚为吸收剂
二甲醚作为甲醇、二甲醚转化生产低碳烯烃混合气体工艺的中间产品或进料，虽然饱和蒸汽压较高，吸收剂再生比较困难，但对于以甲醇/二甲醚为原料制取低碳烯烃工艺，尤其是干气需要返回反应器继续反应的工艺，吸收剂和反应原料或中间产品相同，混入干气中的吸收剂可作为反应原料，未给系统带入新物质，满足工艺及系统操作要求。具体吸收剂用量和主要设备参数见表2。分离结果见表3。
实施例5以N-甲基吡咯烷酮为吸收剂
N-甲基吡咯烷酮作为吸收解吸分离低碳烯烃混和气体的吸收剂，具有饱和蒸汽压低，解吸过程带走的吸收剂量极低的特点，可以有效降低吸收剂的损失量，减小或消除分离过程对反应过程的影响。具体吸收剂用量和主要设备参数见表2。分离结果见表3。
实施例6以丙酮为吸收剂
和N-甲基吡咯烷酮相比丙酮的饱和蒸汽压较高，但对C3及更重组份吸附能力强，能够有效将C2及更轻组份和C3及更高组份有效分开。具体吸收剂用量和主要设备参数见表2。分离结果见表3。
实施例7以甲醇和丁醇的混合物为吸收剂
以适合做吸收剂的醇类、醚类和酮类中的两种或多种按恰当的比例混合作为吸收剂可以同时避免由于第一吸收剂本身物理性质造成的不足。将丁醇混入甲醇形成混合物作为吸收剂，可以有效减少吸收解吸过程中甲醇的损失，同时保持甲醇作为吸收剂的优势。
本实施例中以80％甲醇混合20％的丁醇作为吸收剂。具体吸收剂用量和主要设备参数见表2。分离结果见表3。
实施例8以丙酮和N-甲基吡咯烷酮的混合物为吸收剂
本实施例中以80％丙酮混合20％的N-甲基吡咯烷酮作为吸收剂。具体吸收剂用量和主要设备参数见表2。分离结果见表3。
表1某工艺中待分离的低碳烯烃混合气体组成
      产品分布       产品流量
  主要组份   分子量   kg/hr   wt％
  氢气   2   0.00   0
  甲烷   16   1360.00   16
  乙烷   30   1857.25   21.85
  乙烯   28   2351.95   27.67
  乙炔   26   0.00   0
  丙烷   44   213.35   2.51
  丙烯   42   1006.40   11.84
  丁烷   58   91.80   1.08
  丁烯   56   677.45   7.97
  丁二烯   54   0.00   0
  戊烷   72   0.00   0
  戊烯   70   251.60   2.96
      产品分布       产品流量
  惰性气体   ----   689.35   8.11
  合计   8500   100
                          表2八种不同吸收剂的用量和设备参数
  主要参数   吸收剂   甲醇   乙醇   丁醇   二甲醚   A   丙酮   甲醇+丁醇   丙酮+A
  吸收剂用量   kg/hr   22000   25000   29000   20000   35000   24000   25000   30000
  T1吸收塔   塔底温度/℃   40   47.5   46   47   45   48   40   45
  塔顶压力/MPa   1.94   1.96   1.95   1.96   1.94   1.75   2.0   1.98
  T2一级解吸塔   塔底温度/℃   75   153   170   80   230   150   85   170
  塔顶压力/MPa   1.95   1.98   1.95   1.94   1.96   2.50   2.0   1.99
  T3平衡塔/罐   塔底温度/℃   40   45   -   40   -   43   40   -
  塔顶压力/MPa   1.98   1.98   -   1.95   -   2.01   2.0   -
  T4二级解吸塔   塔底温度/℃   77   155   173   82   231   160   100   180
  塔顶压力/MPa   1.5   1.2   1.1   1.6   0.9   0.9   1.2   0.9
  T5脱C3塔   塔底温度/℃   50   106   145   46   200   160   60   180
  塔顶压力/MPa   1.97   1.96   1.94   1.94   1.95   2.10   2.00   1.99
注：1：*A代表N-甲基吡咯烷酮。
    2：T3平衡塔/罐操作条件未填代表工艺流程中没有设置该设备。
                                表3八种不同吸收剂的分离结果
  吸收剂   丙烯   丙烷   丁烯   丁烷   C5组份   吸收剂损失量   备注
  甲醇   99.30   82.5   95.1   75.2   80.1   38.0   反应
  乙醇   99.40   90.4   94.5   77.4   82.1   9.0   反应
  丁醇   99.60   92.5   92.1   78.5   88.3   3.0   反应
  二甲醚   99.60   88.7   93.2   71.3   83.1   45.0   反应
  N-甲基吡咯烷酮   99.60   95.2   91.0   79.2   87.4   ＜1.0
  丙酮   99.50   89.7   90.5   71.5   82.1   8.0
  甲醇+丁醇   99.60   90.0   90.2   77.2   80.3   15.0
  吸收剂   丙烯   丙烷   丁烯   丁烷   C5组份   吸收剂损失量   备注
  丙酮+N-甲基吡咯烷酮   99.60   91.2   90.1   72.4   81.5   3.0

Claims (2)

1.一种低碳烯烃混合气体的分离方法，其特征包括如下步骤：将经换热冷却的低碳烯烃混合气体通入平衡塔或平衡罐，从所述平衡塔或平衡罐的上部收集到的气体通入吸收塔，从所述吸收塔上部通入吸收剂，经过传质，未被吸收剂吸收的C2及更轻组份从所述吸收塔的顶部收集，待再生吸收剂从吸收塔的底部输入所述平衡塔或平衡罐，经传质平衡后，再由所述平衡塔或平衡罐的底部输出进入一级解吸塔，经过解吸传质后，将所述一级解吸塔顶部收集的C2组份气体输入到所述平衡塔或平衡罐的底部，将所述一级解吸塔底部的液体输入二级解吸塔，经过解吸传质，将所述二级解吸塔顶部收集的液体输入到脱C3塔，所述脱C3塔内的物料经过传质后，将所述脱C3塔的顶部收集的液体输入至C3分离塔，经传质分离，从所述C3分离塔的顶部收集得到丙烯，从所述C3分离塔的底部收集得到丙烷，将所述脱C3塔底部的液体输入到脱吸收剂塔，将所述脱吸收剂塔塔顶收集到的液体输入到脱C5塔，所述脱吸收剂塔塔底收集的液体和所述二级解吸塔底部收集的液体汇合后经冷却换热后从吸收塔上部输入进行吸收剂循环，所述脱C5塔内的物料经过传质分离，从所述脱C5塔顶部收集得到丁烯，底部得到C5及更重的组份，中部侧线抽出丁烷，所述吸收剂为甲醇、乙醇、丁醇、乙醚、二甲醚、丙酮或N-甲基吡咯烷酮，所述低碳烯烃混合气体为丙烯和丁烯的体积百分含量为5％～95％的混合气体。
2.一种低碳烯烃混合气体的分离方法，其特征包括如下步骤：将经换热冷却的低碳烯烃混合气体通入吸收塔，从所述吸收塔上部通入吸收剂，经过传质，未被吸收剂吸收的C2及更轻组份从所述吸收塔的顶部收集，待再生吸收剂从吸收塔的底部输入一级解吸塔，经过解吸传质，将所述一级解吸塔顶部的C2组份输入所述吸收塔，将所述一级解吸塔底部的液体输入二级解吸塔，经过解吸传质，将所述二级解吸塔顶部收集的液体输入到脱C3塔，所述脱C3塔内的物料经过传质后，将所述脱C3塔的顶部的液体输入C3分离塔，经传质分离，从所述C3分离塔的顶部收集得到丙烯，从所述C3分离塔的底部收集得到丙烷，将所述脱C3塔底部的液体输入到脱吸收剂塔，将所述脱吸收剂塔塔顶收集到的液体输入到脱C5塔，所述脱吸收剂塔塔底收集的液体和所述二级解吸塔底部收集的液体汇合后经冷却换热后从吸收塔上部输入进行吸收剂循环，所述脱C5塔内的物料经过传质分离，从所述脱C5塔顶部收集得到丁烯，底部得到C5及更重的组份，中部侧线抽出丁烷，所述吸收剂为甲醇、乙醇、丁醇、乙醚、二甲醚、丙酮或N-甲基吡咯烷酮，所述低碳烯烃混合气体为丙烯和丁烯的体积百分含量为5％～95％的混合气体。
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