CN102500119B - 乙烯分离的内部能量集成无压缩回流装置及流程 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及乙烯分离的内部能量集成无压缩回流流程，流程包括乙烯塔、乙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机吸入罐、乙烯冷剂用户、乙烯冷剂缓冲罐、乙烯冷剂冷凝冷却器、乙烯塔顶冷凝器、乙烯塔压缩机、乙烯塔底再沸器、减压阀。具体流程是来自前段工序的物料进入乙烯塔，精馏段塔顶采出乙烯经乙烯制冷压缩机、乙烯冷剂冷凝冷却器后进入乙烯冷剂缓冲罐，精馏段底部采出液相经减压阀返回提馏段顶部。提馏段顶部采出气相经乙烯塔压缩机后进入精馏段底部，循环乙烷由提馏段底部采出。制冷剂自缓冲罐依次进入乙烯制冷压缩机吸入罐，并为冷剂用户提供冷量，各吸入罐顶部气相物流返回制冷压缩。本发明可降低制冷压缩机的功耗，从而降低乙烯装置的总能耗。
Description
技术领域
本发明涉及乙烯的生产技术领域，是关于乙烯装置中乙烯塔和乙烯制冷系统的新流程，特别是涉及乙烯分离的内部能量集成无压缩回流流程，可实现乙烯、乙烷组分在内部能量集成精馏塔中完成分离，同时降低制冷压缩机的功耗，从而降低乙烯装置的能耗。
背景技术
精馏过程是乙烯生产中一个核心过程，精馏塔是产品分离的关键单元。在乙烯生产流程中，乙烯塔是乙烯装置中的关键塔，其目的是分离碳二的混合组分，塔顶得到合格的乙烯产品，塔底获得乙烷产品。乙烯塔是能量消耗最高的塔，约占装置冷量消耗的36％。这在能源日益短缺的今天是不容忽视的。目前工业装置中乙烯流程多采用乙烯塔和乙烯制冷系统压缩机组成的开式热泵流程，如图3所示。为了进一步降低乙烯塔的能耗，本发明将内部能量集成精馏塔应用于乙烯塔，如图1所示。
内部能量集成精馏技术是至今为止所提出的精馏技术中节能效果最显著的，国内外对内部能量集成精馏塔研究较多。专利CN101966397A公开了一种精馏序列内部能量集成节能精馏装置和方法，并将此方法应用于笨、甲苯、二甲苯的分离；正戊烷、环戊烷、2-甲基戊烷的分离。对内部能量集成精馏塔进行结构设计和流程描述的专利有：US4025398、US5783047、US4681661、US4234391、US20020088701A1、WO03/011418、US20050121303A1、CN201010283950.1、CN201010284149.9、CN201010218648.8、CN201010217605.8、CN201010218176.6。对内部能量集成精馏塔进行控制研究和节能研究的专利有：CN101708373A、CN101708374A、CN101708375A、CN101716425A、CN101716426A、CN101776891A、CN101788810A、CN101840200A、CN101881961A、Cn101881962A、CN101881964A、CN101890247A、CN101887261A、CN101887262A、CN101887263A、CN101879378A。专利US2861432、US5592832、CN200955890Y将内部能量集成精馏塔用于分离空气。专利CN101776895A、CN101776896A、CN101776897A、CN101763088A、CN101716427A、CN101776901A对内部能量空分塔进行了控制研究。上面所述专利没有将内部能量集成精馏塔应用于乙烯分离流程。本发明将内部能量集成精馏塔应用到乙烯、乙烷的分离过程中，能够使乙烯塔的塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷消耗降至最小，实现乙烯、乙烷分离过程的节能降耗，同时降低系统制冷压缩机的功耗。将内部能量集成精馏塔应用于乙烯流程中可以降低乙烯装置的能耗，其意义重大
发明内容
本发明针对乙烯流程中乙烯塔能耗较大的问题，提出了将内部能量集成精馏塔应用于乙烯分离流程中的乙烯塔，尤其是前脱丙烷前加氢流程的乙烯塔，并构建乙烯塔和乙烯制冷系统新的流程，如图2所示。
本发明技术方案如下：
乙烯分离的内部能量集成无压缩回流流程的装置包括：(1)乙烯塔、(2)乙烯制冷压缩机、(3)乙烯制冷压缩机一段吸入罐、(4)乙烯制冷压缩机二段吸入罐、(5)乙烯制冷压缩机三段吸入罐、(6)乙烯冷剂用户、(7)乙烯冷剂缓冲罐、(8)乙烯冷剂冷凝冷却器、(9)乙烯塔顶冷凝器、(10)乙烯塔压缩机、(11)乙烯塔底再沸器、(12)减压阀；其中乙烯塔采用内部能量集成精馏塔，该塔的精馏段和提馏段之间设有减压阀和压缩机，通过两个塔段间的内部能量集成，减少提馏段塔底的再沸器和精馏段塔顶的冷凝器的热负荷。
本发明的工艺流程如下：
自乙烯装置前段工序中脱甲烷塔塔底的气相物料和脱乙烷塔塔顶的气液混合物料分别进入乙烯塔(1)，精馏段塔顶采出的乙烯气体进入乙烯制冷压缩机(2)压缩，经乙烯冷剂冷凝冷却器(8)冷却和冷凝后，进入乙烯冷剂缓冲罐(7)作为乙烯产品和乙烯制冷剂；乙烯制冷剂从缓冲罐(7)出来后依次进入乙烯制冷压缩机三段吸入罐(5)、乙烯制冷压缩机二段吸入罐(4)、乙烯制冷压缩机一段吸入罐(3)，并分别为乙烯冷剂用户(6)提供冷量，三个吸入罐顶部气相产品分别返回乙烯制冷压缩机压缩(2)压缩；精馏段底部采出的液相流股经减压阀(12)后返回提馏段顶部；离开内部能量集成精馏塔提馏段顶部的气相物料由乙烯塔压缩机(10)升高压力后进入塔的精馏段底部，循环乙烷产品由提馏段底部采出后进入下一段工序。其中乙烯冷剂冷凝冷却器由丙烯冷剂提供冷量，丙烯冷剂是由丙烯制冷压缩机提供的，即乙烯冷剂冷凝器的热负荷会影响丙烯制冷压缩机的功耗。
本发明流程中(8)乙烯冷剂冷凝冷却器可包含串联或并联的多个换热器以保证离开(2)乙烯冷剂压缩机的乙烯冷剂被冷凝冷却至所需温度。
本发明流程中(6)乙烯冷剂用户可以是串联或并联的多个换热器。
本发明所述流程，流程中乙烯冷剂可设置多种等级，即吸入罐的段数按照实际工艺需求可采用多个。
内部能量集成精馏系统的操作方法，其特征是内部能量集成塔精馏段塔顶压力为0.8MPaG～1.8MPaG，顶部温度为-55℃-30.5℃，提馏段塔底压力是0.4MPaG～0.9MPaG，塔底温度是-53.4℃～-32℃，全塔塔板数是100～150块，精馏段30～80块板，进料位置是内部能量集成精馏塔提馏段的第1块板。
本发明技术是将内部能量集成精馏塔应用于乙烯流程中的乙烯塔并和乙烯制冷系统组成新流程。图1是内部能量集成塔的结构示意图，其原理是将乙烯塔从进料处分为精馏段和提馏段，并在精馏段和提馏段之间设置压缩机以加压提馏段塔顶出来的蒸汽使其温度升高再进入精馏段，这样就可以通过两个塔段间的能量传递在精馏段和提馏段的内部分别产生下降的液体和上升的蒸汽，一方面可以降低(9)塔顶冷凝器的热负荷，另一方面也可降低(11)塔底再沸器的热负荷，精馏段的回流液体和提馏段内上升的蒸汽大部分基于塔段间的能量集成实现。
与现有工业装置的先进热泵精馏流程相比，本发明有以下优点：
(1)本发明中乙烯塔的塔板数要小于热泵精馏流程中乙烯塔的塔板数。
(2)本发明的装置能耗与开式热泵精馏流程能耗的差别主要体现在乙烯塔压缩机、乙烯制冷压缩机(热泵流程中这两台压缩机合为一台)和丙烯制冷压缩机的功耗上。本发明中乙烯压缩机的功耗小于热泵精馏流程中乙烯制冷压缩机的功耗、丙烯制冷压缩机的功耗小于热泵精馏流程中丙烯压缩机的功耗。
本发明与热泵精馏流程相比，可降低乙烯装置的能耗，达到节能增效的目的。因此，将本发明用于乙烯流程中乙烯分离和压缩制冷系统将产生经济效益，具有一定的工业应用前景。
附图说明
图1为内部能量集成乙烯塔的结构示意图
图2为乙烯分离的内部能量集成无压缩回流流程图
图3为乙烯塔与乙烯制冷装置组成开式热泵精馏流程图
图中：
1-乙烯塔2-乙烯制冷压缩机3-乙烯制冷压缩机一段吸入罐4-乙烯制冷压缩机二段吸入罐5-乙烯制冷压缩机三段吸入罐6-乙烯冷剂用户7-乙烯冷缓冲罐8-乙烯冷剂冷凝冷却器9-乙烯塔顶冷凝器10-乙烯塔压缩机11-乙烯塔底再沸器12-减压阀13-乙烯塔中间再沸器14-乙烯回流冷却器
具体实施方式
下面通过实例对本发明进行详细说明。
本发明是通过如下技术方案实现的：
如图2所示，自乙烯装置前段工序中脱甲烷塔塔底的气相物料和脱乙烷塔塔顶的气液混合物料分别进入乙烯塔(1)，精馏段塔顶采出的乙烯气体进入乙烯制冷压缩机(2)压缩，经乙烯冷剂冷凝冷却器(8)冷却和冷凝后，进入乙烯冷剂缓冲罐(7)作为乙烯产品和乙烯制冷剂；乙烯制冷剂从缓冲罐(7)出来后依次进入乙烯制冷压缩机三段吸入罐(5)、乙烯制冷压缩机二段吸入罐(4)、乙烯制冷压缩机一段吸入罐(3)，并分别为乙烯冷剂用户(6)提供冷量，三个吸入罐顶部气相产品分别返回乙烯制冷压缩机压缩(2)压缩；精馏段底部采出的液相流股经减压阀(12)后返回提馏段顶部；离开内部能量集成精馏塔提馏段顶部的气相物料由乙烯塔压缩机(10)升高压力后进入塔的精馏段底部，循环乙烷产品由提馏段底部采出后进入下一段工序。其中乙烯冷剂冷凝冷却器由丙烯冷剂提供冷量，丙烯冷剂是由丙烯制冷压缩机提供的，即乙烯冷剂冷凝器的热负荷会影响丙烯制冷压缩机的功耗。
本发明技术主要是针对乙烯分离和乙烯制冷系统的流程。下面是具体实施案例说明。实施案例乙烯装置中乙烯塔和乙烯制冷系统采用本发明所述流程(如图2所示)，整个乙烯流程中前段工序的流程会影响乙烯塔的工艺条件，同时乙烯流程中乙烯冷剂冷凝冷却器、乙烯冷剂用户是串联或者并联多个换热器，换热器的具体个数是根据实际工艺流程确定的，制冷系统中吸入罐的个数也是根据实际工艺流程确定的。本案例中乙烯塔精馏段塔顶压力是1410KPaG，塔顶温度是-39.8℃。提馏段塔底压力为710KPaG，塔底温度为-39.1℃，同时乙烯冷剂冷凝冷却器是四个换热器，以保证从乙烯制冷压缩机出来的乙烯冷剂达到所需要的温度，乙烯冷剂用户是四个换热器，制冷系统选择三个吸入罐以保证整个乙烯流程中所需要的不同等级的乙烯冷剂。本案例具体进料条件见表1。
表1乙烯塔进料条件
内部能量集成乙烯塔共118块板，精馏段59块板，提馏段59块板。进料位置为提馏段的第1块板。精馏段塔顶压力为1410KPaG，塔顶温度为-39.8℃，提馏段塔底压力为710KPaG，塔底温度为-39.1℃。精馏段塔顶产品采出量为103000kg.hr-1，采出产品乙烯纯度控制在99.9％以上，提馏段塔底产品采出量为18000kg.hr-1，采出产品乙烷纯度控制在98.5％。该过程(如图2)中装置的能耗如表2所示。
表2实施案例中装置的操作参数及能耗
为了说明本发明在节能增效的方面的技术优势，将本发明所述的流程(图2)与工业装置中应用的热泵精馏流程(图3)相比。图3流程中的进料与本发明的进料相同，实际流程中乙烯精馏塔的塔板数为145块，进料位置为第70块和第110块，塔顶压力为610KPaG，塔底压力为710KPaG，塔顶温度为-61.7℃，塔底温度为-39.1℃。塔顶产品采出量为103000kg.hr-1，采出产品乙烯纯度控制在99.9％以上，塔底产品采出量为18000kg.hr-1，采出产品乙烷纯度控制在98.5％。
对比案例(如图3)中装置的能耗如表3所示。
表3对比案例中装置的能耗
将本发明实施案例的能耗结果与对比案例的能耗结果进行比较，对比结果如表4所示。
表4主要能耗对比结果
由表4的对比数据可以看出，实施案例相比对比案例乙烯塔压缩机和乙烯制冷压缩机的总功耗节省了4.09％，丙烯制冷压缩机的功耗节省了3.26％。本发明虽然增加了塔顶冷凝器的热负荷但是大幅度降低了乙烯塔压缩机和乙烯制冷压缩机的功耗、丙烯制冷压缩机的功耗，因此采用本发明乙烯分离的内部能量集成无压缩回流流程，可以降低乙烯装置的能耗，实现节能增效的目的。
Claims (4)
1.一种乙烯分离的内部能量集成无压缩回流装置操作流程工艺，包括乙烯塔（1）、乙烯制冷压缩机（2）、乙烯制冷压缩机一段吸入罐（3）、乙烯制冷压缩机二段吸入罐（4）、乙烯制冷压缩机三段吸入罐（5）、乙烯冷剂用户（6）、乙烯冷剂缓冲罐（7）、乙烯冷剂冷凝冷却器（8）、乙烯塔塔顶冷凝器（9）、乙烯塔压缩机（10）、乙烯塔塔底再沸器（11）和减压阀（12），其特征是乙烯塔采用内部能量集成塔，塔的精馏段和提馏段之间设有减压阀（12）和乙烯塔压缩机（10）,通过两个塔段间的内部能量集成，减少提馏段塔底的再沸器和精馏段塔顶的冷凝器的热负荷；来自前段工序中脱甲烷塔塔底的气相物料和脱乙烷塔塔顶的气液混合物料分别进入乙烯塔（1），精馏段塔顶采出的乙烯气体进入乙烯制冷压缩机（2）压缩，经乙烯冷剂冷凝冷却器（8）冷凝和冷却后，进入乙烯冷剂缓冲罐（7）作为乙烯产品和乙烯制冷剂；乙烯制冷剂从缓冲罐（7）出来后依次进入乙烯制冷压缩机三段吸入罐（5）、乙烯制冷压缩机二段吸入罐（4）、乙烯制冷压缩机一段吸入罐（3），并分别为乙烯冷剂用户（6）提供冷量，三个吸入罐顶部气相产品分别返回乙烯制冷压缩机压缩（2）压缩；精馏段底部采出的液相流股经减压阀（12）后返回提馏段顶部；离开内部能量集成精馏塔提馏段顶部的气相物料由乙烯塔压缩机（10）升高压力后进入塔的精馏段底部，乙烷产品由提馏段底部采出后进入下一段工序；其中乙烯冷剂冷凝冷却器由丙烯冷剂提供冷量，丙烯冷剂是由丙烯制冷压缩机提供的，即乙烯冷剂冷凝器的热负荷会影响丙烯制冷压缩机的功耗。
2.如权利要求1所述操作流程工艺，其特征是所述乙烯冷剂冷凝冷却器（8）包含串联或并联的多个换热器以保证离开乙烯冷剂压缩机（2）的乙烯冷剂被冷凝冷却至所需温度。
3.如权利要求1所述操作流程工艺，其特征是所述乙烯冷剂用户（6）是串联或并联的多个换热器。
4.如权利要求1所述操作流程工艺，其特征是所述乙烯冷剂设置多种等级，即吸入罐的段数按照实际工艺需求采用多个。
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