CN102476976A - 一种吸收分离回收轻烃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吸收分离回收轻烃的方法，包括产品气升压及除杂单元、碳二及轻组分与碳三及重组分分离单元、甲烷氢脱除单元、尾气回收单元、乙烯精馏单元、碳三及重组分分离单元、丙烯精馏单元和脱丁烷单元，所述尾气回收单元中包括用于气液接触的吸收装置，所述吸收装置用C3～C5液相烃类作为吸收剂。所述方法还可以包括在碳三及重组分分离单元和脱丁烷单元之间设置脱二甲醚单元。采用本发明所述的方法不需要乙烯制冷压缩机组，节省了投资，有效控制了能耗，同时能最大限度的提高乙烯收率。

Description

一种吸收分离回收轻烃的方法
技术领域
本发明涉及石油化工领域，进一步地说，是涉及一种从甲醇制烯烃和/或二甲醚转化烯烃装置的产品气中吸收分离回收轻烃的方法。
背景技术
随着经济的发展，对低碳烯烃的需求日渐攀升，同时由于石油资源的日渐紧缺，作为乙烯生产原料的石脑油、轻柴油等原料资源，面临着越来越严重的短缺局面。因此，甲醇制烯烃(Methanol To Olefin，以下简称MTO)或从二甲醚制烯烃(Dimethyl ether To Olefin，以下简称DTO)技术的应用已引起了各方面的关注。MTO技术或DTO技术是指以煤基或天然气基合成的甲醇或二甲醚为原料，借助类似催化裂化装置的流化床反应形式，生产乙烯、丙烯等低碳烯烃的工艺技术。该技术工艺可以较高选择性地生产轻质烯烃，并可在较宽范围内灵活调节丙烯与乙烯比。
一般地，经过MTO反应装置使甲醇催化反应后的产品气中含有氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和丁烯或戊烯等高碳烯烃，以及水、一氧化碳和二氧化碳气体。DTO的裂解反应产物与MTO相近。为了得到聚合级的乙烯产品，MTO/DTO产品气的分离和回收技术是非常重要的。目前已公开的技术一般为：在回收烯烃前，通常需要通过常规的汽液分离操作，以获得以C2饱和烃与不饱和烃为主要组分的混合物，将获得的C2进行饱和烃与非饱和烃的分离精制，以获得符合产品要求的乙烯。在分离过程中，C2饱和烃、不饱和烃与C1及氢的分离会有少量乙烯进入C1及氢为主要组分的物流中，对于这部分乙烯如不回收则会导致损失。一个详细的工艺描述可见美国专利US5811621。在所公开的乙烯回收工艺中，为了提高乙烯的回收率，脱甲烷塔顶物料再次压缩升压，压缩后的气体为脱甲烷塔再沸器提供热量并部分冷凝，不凝气中含进料的3-4％乙烯排出界外，损失了少量的乙烯，因此乙烯的回收率还不令人满意，通常约95％～97％。
中国专利200510105587.3，提出了另外一种乙烯回收方案，首先将MTO/DTO产品气压缩至将产品气升压至2.0-4.0MpaG；随后经冷却干燥后进入脱乙烷塔，使碳二及轻组份与碳三及重组份分离；脱乙烷塔塔顶物料加氢后进入脱甲烷塔，实现绝大多数C2与甲烷、氢组分的分离，少量甲烷和氢组份从脱甲烷塔顶部脱除；脱甲烷塔的釜物料进入乙烯精馏塔，精馏得到合格的乙烯产品。为提高乙烯回收率，其中脱甲烷塔顶物料经冷却后的尾气被送入一个乙烯回收装置，采用下述物料中的至少一种：
a、脱乙烷塔塔顶和/或其回流罐的碳二组分，
b、乙烯精馏塔系统中的碳二混合物和/或乙烯。
作为此回收装置使用的冷剂，回收脱甲烷塔顶排出的尾气中的部分乙烯。此方案中，进入乙烯回收装置的尾气中含有一定量的乙烯组分，同时所使用的冷剂所能达到的低温温度有限，一般不超过-90摄氏度，在此温度下乙烯回收装置排出的不凝气中仍含有一部分乙烯，从而限制了乙烯收率的提高。
UOP公司在“PROCESS FOR PRODUCTION ETHYLENE”WO 01/25174中，提出用变压吸附(PSA)技术回收脱甲烷塔顶乙烯，声称可以达到99.5％的乙烯回收率，并提供99.5％纯度的乙烯产品。但此方法使用PSA技术，操作复杂，日常维护所费工作量大。
中国专利200810201217提出了使用主要成分为C2的液相烃类作为吸收剂，来吸收不凝气中的乙烯。但此路线脱甲烷塔不使用冷凝器，纯粹依靠吸收剂作为塔顶回流。同时使用乙烯塔底部物料作为吸收剂，为保证有足够吸收剂循环量，要求原料中的乙烷含量很高，否则技术上很难实现。
因此，非常需要提供一种有较简单可靠流程的，能更高效率地从甲醇制烯烃装置和/或二甲醚转化烯烃装置的产品气中回收轻烃的方法，同时考虑产品气中二甲醚的脱除，以保证产品品质。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，提高乙烯收率，本发明提供了一种吸收分离回收轻烃的方法。操作简单，能最大限度的回收乙烯产品。
本发明的目的是提供一种吸收分离回收轻烃的方法。
包括产品气升压及除杂单元、碳二及轻组分与碳三及重组分分离单元、甲烷氢脱除单元、尾气回收单元、乙烯精馏单元、碳三及重组分分离单元、丙烯精馏单元和脱丁烷单元，
所述尾气回收单元中包括用于气液接触的吸收装置，所述吸收装置用C3～C5液相烃类作为吸收剂，吸收剂采用下述物流中的至少一种：
A、来自脱乙烷塔塔底的液相混合物；
B、来自脱丙烷塔塔底的液相混合物；
C、来自丙烯精馏塔塔底的液相混合物；
D、来自脱丁烷塔塔底的液相混合物。
尾气回收单元还包括换热器，用来降低进入吸收装置前吸收剂的温度，换热器使用的冷剂采用下述物流中的至少一种：
A、冷却水
B、丙烯冷剂
C、来自系统内的其他冷剂。
尾气吸收单元排出的尾气在送出装置前，优选通过换热器进行冷量回收，以达到节能降耗的目的；
在碳三及重组分分离单元、脱丁烷单元之间，设置脱二甲醚单元，脱二甲醚单元包括脱二甲醚精馏塔。
本发明所述的方法可包含以下步骤：
(1)将产品气升压至2.0～4.0Mpa，经过水洗、碱洗，除去产品气中包含的氧化物、酸性气体等杂质；
(2)产品气经冷却干燥后进入碳二及轻组分与碳三及重组分分离单元，通过脱乙烷塔使碳二及轻组份与碳三及重组份分离；
(3)脱乙烷塔的塔顶物料加氢后进入脱甲烷塔，以脱除含有的少量甲烷和氢组份；
(4)脱甲烷塔的塔顶物料经冷却后进入尾气回收单元；吸收尾气中的乙烯，并将使用后的吸收剂送回脱乙烷塔加以回收；
(5)脱甲烷塔的塔釜物料进入乙烯精馏塔，得到合格的乙烯产品；
(6)脱乙烷塔的塔釜物料进入脱丙烷单元，在脱丙烷塔分离出碳三组分，然后进入丙烯精馏塔，得到合格的丙烯产品；
(7)脱丙烷塔塔釜的液相进入脱二甲醚塔，脱除后的二甲醚通过塔顶排出系统，塔釜采出的C4及更重的液相烃类被送入脱丁烷单元；
(8)经过脱丁烷塔，得到C4产品与汽油产品。
具体地，本发明所提供的一种从MTO/DTO产品气中回收乙烯的方法主要包括以下部分：产品气升压及除杂单元、碳二及轻组分与碳三及重组分分离单元、甲烷氢脱除单元、尾气回收单元、乙烯精馏单元、碳三及重组分分离单元、二甲醚脱除单元、丙烯精馏单元以及脱丁烷单元，
产品气升压及除杂单元：产品气通过压缩机系统升压至2.0～4.0MPa，优选的范围为2.0～3.2MPa，并在适当位置设置杂质脱除系统，包括氧化物脱除系统、酸性气脱除系统，以水洗、碱洗的方式分别除去氧化物及酸性气杂质；
碳二及轻组分与碳三及重组分分离单元：经升压及除杂后的气体经冷却后，进入干燥器脱除水份，然后进入脱乙烷塔，使碳二及轻组分与碳三及重组分分离。脱乙烷塔顶部的操作温度范围一般为0℃～25℃。脱乙烷塔塔顶采出的物料进入甲烷氢脱除单元；
甲烷氢脱除单元：脱甲烷塔的操作温度范围一般为-30℃～-37℃。优选地，脱甲烷塔的塔釜物料进行碳二加氢以脱除物料中的痕量乙炔，满足乙烯产品规格要求。碳二加氢使用乙烯工业中常见的加氢技术。脱甲烷塔的塔顶物料经冷却后进入回流罐，由于甲烷、氢的存在，回流罐中存在没有冷凝的尾气，此部分尾气送入尾气回收单元；
尾气回收单元：尾气回收塔的操作温度一般为-5℃～-20℃。尾气从尾气回收塔底部进入，液相烃吸收剂从尾气回收塔顶部进入。气液相在塔内接触，使尾气中的乙烯被吸收剂吸收，以达到乙烯回收的目的。尾气回收塔可使用业界公知的各种塔内件结构如筛板、填料等。尾气回收塔塔顶采出的气相被送出系统，优选地，在送出系统前对此部分物料通过换热器进行冷量回收，以达到节能降耗的目的。尾气回收塔底部采出的液相烃物料，经过泵升压后被送回脱乙烷塔，以回收乙烯并实现吸收剂的循环利用，液相烃吸收剂来自系统内部，采用下述物流中的至少一种：
A、来自脱乙烷塔塔底的液相混合物；
B、来自脱丙烷塔塔底的液相混合物；
C、来自丙烯精馏塔塔底的液相混合物；
D、来自脱丁烷塔塔底的液相混合物；
视吸收剂来源不同，在进入尾气回收系统后，需要经过至少一个换热器对吸收剂进行冷却，以提高吸收效果。用于换热器所使用的冷剂包括以下物料的一种或几种：
A、冷却水
B、丙烯冷剂
C、来自系统内的其他冷剂
使用液相烃吸收来回收尾气中的乙烯，可以避免出现因使用深冷精馏方法回收乙烯而出现的对高品位低温冷剂的需求，使本流程可以仅使用丙烯制冷系统就达到99.5％的乙烯回收率。在回收要求提高、进料组成或其他条件出现波动时，可以通过调整进入尾气回收塔的吸收剂的流量达到对所需的乙烯回收效果。
乙烯精馏单元：脱甲烷塔塔釜的物料进入乙烯精馏单元，可使用业界公知的精馏技术获得纯度为聚合级的乙烯。
碳三及重组分分离单元：来自脱乙烷塔塔釜的物料进入脱丙烷塔，实现碳三及重组分的分离。脱丙烷塔操作温度为5℃～45℃。操作压力为0.6MPag～18MPag。脱丙烷塔顶部物料进入丙烯精馏单元。底部物料进入脱二甲醚单元。视流程需要，脱丙烷塔底部采出的部分液相烃类作为吸收剂经泵升压后进入尾气回收系统。
二甲醚脱除单元：来自脱丙烷塔塔釜的液相进入脱二甲醚塔，通过精馏操作实现对二甲醚的脱除。脱除后的二甲醚通过塔顶排出系统，塔釜采出的C4及更重的液相烃类被送入脱丁烷塔系统。脱二甲醚塔的操作温度为35℃～60℃。脱二甲醚塔可使用业界公知的各种塔内件，如筛板、填料等。
丙烯精馏单元：脱丙烷塔塔顶的物料进入丙烯精馏单元，可使用业界公知的精馏技术获得纯度为聚合级的丙烯。可选地，丙烯产品在送出界区前先经过一个吸附床设备，以脱除产品中可能存在的二甲醚。
脱丁烷单元：脱二甲醚塔塔釜的液相进入脱丁烷塔，使用业界公知的精馏技术实现C4与更重组分的分离，并分别作为C4产品和汽油产品送出系统。可选地，C4产品在送出界区前先经过一个吸附床设备，以脱除产品中可能存在的二甲醚。
本发明所述的回收低碳烯烃的方法中还应设置常规的闭路循环制冷系统，其制冷剂采用丙烯。该制冷系统可为分离部分提供各个温位的冷量。
本发明中所称产品气指的是工业生产中甲醇经过MTO/DTO反应装置出来的产物气体，主要为乙烯与丙烯，同时生成少量的甲烷、乙烷、二氧化碳、氧化物和碳四以上烃类，以及极少量的氢气与低碳炔烃。可选地，将产品气进行必要的杂质如氧化物、酸性气的脱除。通过本发明所述的方法，可从此产品气中回收轻烃，乙烯、丙烯产品可以达到聚合级规格的要求。
本方法提供的吸收分离回收轻烃的方法具有的优点如下：
1、不需要乙烯制冷压缩机组，节省了投资，有效控制了能耗；
2、采用装置自身的工艺物料作为吸收剂，避免了因使用深冷精馏方法回收乙烯而出现的对高品位低温冷剂的需求，同时能够最大限度地回收乙烯产品，产品回收率不低于99.5％，并可随吸收剂量的调整进一步提高；
3、操作方便，操作弹性较好，在原料组成与乙烯回收要求发生变化时，可较方便地通过调整吸收剂流量实现所要求的乙烯回收率。
附图说明
图1实施例1的流程示意图
图2实施例2的流程示意图
图3实施例3的流程示意图
附图标记说明
11-压缩机、12-水洗塔、13-碱洗塔、14-干燥器、21-脱乙烷塔、22-脱甲烷塔、23-尾气回收塔、24-加氢反应器、25-乙烯精馏塔、26-吸收剂冷却器、31-脱丙烷塔、32-丙烯精馏塔、33-丙烯产品吸附器、34-脱二甲醚塔、35-脱丁烷塔、36-C4产品吸附器
物流标记说明：
101产品气，102干燥塔采出物流，201尾气回收塔塔顶采出物流，
202乙烯精馏塔采出物流，301经丙烯产品吸附器采出物流
303经C4产品吸附器采出物流
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例1
如图1所示
(1)产品气来自MTO反应装置，产品气升压及除杂单元包括压缩机11、水洗塔12、碱洗塔13，
产品气经压缩机11升压至2.8MPag～3.8MPag依次进入水洗塔11、碱洗塔12分别除去氧化物及酸性气杂质；
(2)碳二及轻组分与碳三及重组分分离单元包括干燥塔14和脱乙烷塔21，经过步骤(1)的产品气进入干燥塔14脱除水分后进入脱乙烷塔21，使碳二及轻组分与碳三及重组分分离。脱乙烷塔21顶部的操作温度范围一般为0℃～25℃。脱乙烷塔21塔顶采出的物料进入甲烷氢脱除单元，塔釜采出的物料送往碳三及重组分分离单元；
(3)甲烷氢脱除单元包括脱甲烷塔22和加氢反应器24，来自脱乙烷塔21塔顶物料进入脱甲烷塔22，脱甲烷塔22的操作温度范围一般为-30℃～-37℃，脱甲烷塔22塔顶物料进入尾气回收单元，塔釜物料进入加氢反应器24后进入乙烯精馏单元；
(4)尾气回收单元包括尾气回收塔23和吸收剂冷却器，尾气回收塔23的操作温度一般为-5℃～-20℃。尾气从尾气回收塔23底部进入，液相烃吸收剂为来自脱丙烷塔31塔釜的液相混合物，经吸收剂冷却器26冷却后从尾气回收塔23顶部进入。气液相在塔内接触，使尾气中的乙烯被吸收剂吸收，以达到乙烯回收的目的；尾气回收塔23塔顶采出的气相被送出系统，底部采出的液相烃物料，经过泵升压后被送回脱乙烷塔21，以回收乙烯并实现吸收剂的循环利用；
(5)乙烯精馏单元包括乙烯精馏塔25，来自加氢反应器24的物料进入乙烯精馏塔25，得到聚合级的乙烯；
(6)碳三及重组分分离单元包括脱丙烷塔31，来自脱乙烷塔21塔釜的物料进入脱丙烷塔31，实现碳三及重组分的分离，脱丙烷塔31操作温度为5℃～45℃。操作压力为0.6MPag～18MPag。脱丙烷塔31顶部物料进入丙烯精馏单元，底部物料进入脱二甲醚单元；
(7)二甲醚脱除单元包括脱二甲醚塔34，来自脱丙烷塔31塔釜的液相进入脱二甲醚塔34，脱二甲醚塔34的操作温度为35℃～60℃，通过精馏操作实现对二甲醚的脱除，脱除后的二甲醚通过塔顶排出系统，塔釜采出的C4及更重的液相烃类被送入脱丁烷单元；
(8)丙烯精馏单元包括丙烯精馏塔32和丙烯产品吸附器33，脱丙烷塔31塔顶的物料进入丙烯精馏塔32，得到聚合级的丙烯，经过丙烯产品吸附器33后采出；
(9)脱丁烷单元包括脱丁烷塔35和脱二甲醚塔34和C4产品吸附器36，脱二甲醚塔34釜的液相进入脱丁烷塔，实现C4与更重组分的分离，经过C4产品吸附器36后送出系统。
采用通用的SimSci公司的PROVISION 7.0流程模拟软件，对实施例1进行流程模拟，得到如表1所示的模拟计算数据结果。
从计算结果表明，采用本发明的方法对MTO产品气进行分离，由下表各物流流量及组成并结合流程图，进行物料衡算可知，乙烯回收率可达到99.5％。
表1
Figure BSA00000365195400091
实施例2
如图2所示，尾气回收单元所用吸收剂的来源为丙烯精馏塔32塔釜液相混合物，其余同实施例1。
实施例3
如图3所示，尾气回收单元所用吸收剂的来源为脱乙烷塔21塔釜液相混合物，其余同实施例1。

Claims (10)

1.一种吸收分离回收轻烃的方法，包括产品气升压及除杂单元、碳二及轻组分与碳三及重组分分离单元、甲烷氢脱除单元、尾气回收单元、乙烯精馏单元、碳三及重组分分离单元、丙烯精馏单元和脱丁烷单元，其特征在于：
所述尾气回收单元中包括用于气液接触的吸收装置，所述吸收装置用C3～C5液相烃类作为吸收剂。
2.如权利要求1所述的吸收分离回收轻烃的方法，其特征在于：
所述吸收剂采用下述物流中的至少一种，
A、来自脱乙烷塔塔底的液相混合物；
B、来自脱丙烷塔塔底的液相混合物；
C、来自丙烯精馏塔塔底的液相混合物；
D、来自脱丁烷塔塔底的液相混合物。
3.如权利要求1所述的吸收分离回收轻烃的方法，其特征在于：
所述尾气回收单元包括换热器，所述换热器使用的冷剂采用下述物流中的至少一种，
A、冷却水
B、丙烯冷剂
C、来自系统内的其他冷剂。
4.如权利要求1所述的吸收分离回收轻烃的方法，其特征在于：
所述尾气吸收单元排出的尾气在送出装置前，通过换热器进行冷量回收。
5.如权利要求1～4之一所述的吸收分离回收轻烃的方法，其特征在于：
在所述碳三及重组分分离单元、脱丁烷单元之间，设置脱二甲醚单元，所述脱二甲醚单元包括脱二甲醚精馏塔。
6.如权利要求1所述的吸收分离回收轻烃的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将产品气升压至2.0～4.0Mpa，经过水洗、碱洗，除去产品气中包含的氧化物、酸性气体等杂质；
(2)产品气经冷却干燥后进入碳二及轻组分与碳三及重组分分离单元，通过脱乙烷塔使碳二及轻组份与碳三及重组份分离；
(3)脱乙烷塔的塔顶物料加氢后进入脱甲烷塔，以脱除含有的少量甲烷和氢组份；
(4)脱甲烷塔的塔釜物料进入乙烯精馏塔，得到合格的乙烯产品；
(5)脱乙烷塔的塔釜物料进入脱丙烷单元，在脱丙烷塔分离出碳三组分，然后进入丙烯精馏塔，得到合格的丙烯产品；
(6)脱丙烷塔塔釜物料送往脱丁烷塔，得到C4产品与汽油产品；
其特征在于：
所述脱甲烷塔的塔顶物料经冷却后进入尾气回收单元，吸收尾气中的乙烯，并将使用后的吸收剂送回脱乙烷塔加以回收。
7.如权利要求6所述的吸收分离回收轻烃的方法，其特征在于：
所述吸收剂进入吸收装置前通过换热器降低温度。
8.如权利要求6所述的吸收分离回收轻烃的方法，其特征在于：
所述尾气吸收单元中的尾气送出装置前通过换热器进行冷量回收。
9.如权利要求6～8之一所述的吸收分离回收轻烃的方法，其特征在于：
所述脱丙烷塔塔釜的液相进入脱二甲醚塔，脱除后的二甲醚通过塔顶排出系统，塔釜采出的C4及更重的液相烃类被送入脱丁烷单元。
10.如权利要求9所述的吸收分离回收轻烃的方法，其特征在于：
所述丙烯产品和C4产品送出界区前经吸附床设备脱除二甲醚。
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