CN103242123A - 一种低碳烯烃气体的分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低碳烯烃气体的分离方法，以解决现有低碳烯烃分离方法中的深冷分离流程复杂、投资大等缺点。该方法是低碳烯烃气体经压缩、干燥后进入脱乙烷塔，脱乙烷塔的塔底物流送至脱丙烷和丙烯精馏系统分离出聚合级丙烯产品，脱乙烷塔塔顶物流进脱甲烷塔；脱甲烷塔塔底物流送至乙炔转化器和乙烯精馏塔，脱甲烷塔的塔顶物流送至吸收塔与吸收剂接触，吸收塔的塔顶气相物流送出装置或进燃料气系统，吸收塔的塔底物流送至脱乙烷塔。本发明方法的深冷分离流程简单、投资小，可生产聚合级乙烯和聚合级丙烯等目的产品。

Description

一种低碳烯烃气体的分离方法
技术领域
本发明属于低碳烯烃精制技术领域，涉及一种以含氧化合物(主要是甲醇、乙醇、二甲醚、C4～C10醇化合物或其混合物等)为原料，在生成以低碳烯烃为主要物流(主要是乙烯和丙烯)的连续反应和再生过程中，产物低碳烯烃气体的分离方法。
背景技术
低碳烯烃(乙烯、丙烯、丁二烯)和轻质芳烃(苯、甲苯、二甲苯)是石油化工的基本原料。目前乙烯生产主要依靠轻石脑油原料的管式炉水蒸气裂解工艺。由于原油资源的短缺和价格的日益提高，石脑油资源已经越来越显得不足，低碳烯烃的生产成本越来越高。国内外正积极开发原料来源更丰富的乙烯生产路线，有机含氧化合物原料经金属改性的SAPO类型小孔磷硅酸铝氧化物分子筛的催化作用，可生成以乙烯、丙烯为主的反应产物，正受到国内外的广泛重视，处于工业化阶段。
以甲醇或二甲醚为代表的含氧有机化合物是典型的含氧有机化合物，主要由煤基或天然气基的合成气生产。用以甲醇为代表的含氧有机化合物为原料生产以乙烯和丙烯为主的低碳烯烃工艺目前主要有美国UOP公司的MTO技术(主要专利是美国专利USP6166282、USP5744680；中国专利ZL00137259.9)、美国ExxonMobil公司的MTO技术(主要专利是USP6673978、USP6717023、USP6613950；中国专利ZL00815363.2、ZL00802040.x、ZL03821995.6)、MTP工艺(EP0448000A、DE233975A1)和中国科学院大连化物所的DMTO技术(ZL96115333.4、ZL92109905.3)。
含氧化合物(当前典型采用的是甲醇)制取低碳烯烃工艺(MTO)的反应特点是快速反应、强放热、且剂醇比比较低，是在连续的反应-再生的密相流化床反应器中进行反应和再生。反应生成的富含乙烯和丙烯等低碳烯烃的高温油气，需要进行急冷和水洗，除去其中催化剂并降温后，送往下游烯烃分离系统进行分离。MTO工艺装置的目的产品是乙烯和丙烯，副产品混合C4、C5以上组分和燃料气。MTO气体的构成与石脑油裂解气有很大的不同，最大的差别在于MTO气体中氢气和甲烷含量较低，丙烯和乙烯含量明显高于石脑油裂解气中丙烯和乙烯含量。如何将这部分富含乙烯和丙烯等低碳烯烃的裂解气体进行分离，提高目的产品乙烯和丙烯的收率，一直受到关注。
WO01/25174披露了一种生产乙烯的方法，该方法的主要特点是：(1)采用前脱乙烷流程，减少脱甲烷塔的进料量；(2)和常规的石脑油裂解生产乙烯装置相比，提高了脱甲烷塔塔顶产品中的乙烯含量，从而提高了脱甲烷塔顶温度，避免采用乙烯冷量；(3)为了回收脱甲烷塔顶气体中的乙烯，将该气体送入变压吸附设施，分离甲烷、氢和乙烯，将回收的乙烯返回氧化反应器出口物料中。该分离方法设备投资低，但由于采用了PSA技术，操作程序较复杂，系统维护的工作量较大。
CN101367697A披露了一种MTO/MTP反应产物中轻烃产品的分离方法。该发明是将MTO/MTP反应产物预处理后送入脱乙烷塔进行C2/C3的清晰分离，脱乙烷塔顶气相送到吸收蒸出塔，吸收蒸出塔采用来自油吸收塔的富吸收剂进行吸收，脱乙烷塔塔釜产品进入后续分离系统；将吸收蒸出塔顶产品经冷却后送入油吸收塔，油吸收塔采用乙烷作为贫吸收剂，分离吸收蒸出塔塔顶产品中的乙烯，其余轻质气体由塔顶排出，塔釜产品做为富吸收剂返回吸收蒸出塔；吸收蒸出塔塔釜产品进入乙烯塔，塔釜乙烷组分作为贫吸收剂冷却后进入油吸收塔。与现有技术相比，本发明具有投资少、物料回收率高等优点。
CN1157280A披露了一种提高乙烯回收率的轻烃分离方法，该发明是一种高乙烯回收率，节能和低脱甲烷塔负荷的轻烃分离方法，轻烃经过压缩、冷却和闪蒸后得到的气体和液体分别进入高压脱乙烷塔，进行碳二馏分的非清晰切割，高压脱乙烷塔塔低产物进入低压脱乙烷塔进行碳二和碳三馏分的分离，高压脱乙烷塔塔顶产物经过多级冷却和闪蒸得到两股以上的液体作为脱甲烷塔的进料，气液分离罐出口的气体经冷却进入甲烷吸收塔，用液相甲烷作为吸收剂，将气体中99.5％的乙烯吸收下来，而甲烷吸收塔底部出口液体返回脱甲烷塔作为进料，脱甲烷塔釜液去乙炔加氢反应器或乙烯精馏塔。
ZL200610017775披露了一种甲醇转化制取低碳烯烃(以下简称DMTO)气体的分离方法，针对DMTO气体构成的特点，对常规前脱乙烷分离流程中四段压缩后的流程进行改进。根据该发明，在五段压缩和脱乙烷塔回流罐之间设置加氢氧转化，脱除乙炔及反应再生过程中产生的氧气，冷凝冷却后的物料经脱乙烷塔回流罐，液相作为脱乙烷塔回流，气相进入深冷脱甲烷系统，物料经过冷凝冷却后，并不需要设置繁琐的冷箱前脱氢系统，直接进入高压脱甲烷塔。采用本发明分离DMTO气体可获得99.5％以上乙烯回收率。
综上所述，现有技术中涉及的低碳烯烃的分离方法，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，多数应用于乙烯裂解装置，但是，无论哪一种流程为了分离甲烷、氢与碳二烃类都需要深冷，都需要由丙烯压缩机与乙烯压缩机提供多种不同温度等级的冷量，例如需要乙烯冷冻压缩机提供-100℃的冷量。对于低温脱甲烷还需要有甲烷压缩机提供-135℃左右的冷量。除了复杂的冷冻压缩机系统外，还需要结构精密的冷箱设备，这些都使得深冷分离流程复杂、投资大。
发明内容
本发明是针对现有技术低碳烯烃分离方法中的深冷分离流程复杂、投资大等缺点，而提供一种新的中冷分离流程简单、投资小的低碳烯烃气体分离方法，生产聚合级乙烯和聚合级丙烯等目的产品。
本发明提供一种低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于包括下述步骤：
1)低碳烯烃气体经压缩、干燥后进入脱乙烷塔，脱乙烷塔的塔底物流送至脱丙烷和丙烯精馏系统，分离出聚合级丙烯产品，脱乙烷塔的塔顶物流经压缩后进脱甲烷塔进行分离；
2)脱甲烷塔塔底物流送至乙炔转化器和乙烯精馏塔，分离出聚合级乙烯产品，脱甲烷塔的塔顶物流送至吸收塔与进入吸收塔的吸收剂接触，吸收塔的塔顶气相物流送出装置或进燃料气系统，吸收塔的塔底物流送至脱乙烷塔，所述吸收塔所用吸收剂为富含烷烃的C2～C4组分，优选富含丙烷的C2～C4组分，其烷烃含量为90～100重量％，以吸收剂总重量计。
本发明进一步特征在于：所述脱甲烷塔的塔顶压力在2.0～4.0MPa范围内，优选在2.5～3.5MPa范围内，脱甲烷塔塔顶温度在-10～-50℃范围内，优选在-10～-37℃范围内。
本发明进一步特征在于：所述吸收塔的塔顶压力在2.0～4.0MPa范围内，优选在2.5～3.5MPa范围内，吸收塔塔顶温度在-10～-60℃范围内，优选在-35～-50℃范围内。
本发明进一步特征在于：所述脱甲烷塔顶物流经冷凝后，送至脱甲烷塔塔顶回流罐分离出气相和液相，气相进入吸收塔底部与从吸收塔顶部或上部进入的吸收剂接触，液相经升压后返回脱甲烷塔顶部作回流用。
本发明进一步特征在于：所述吸收塔塔顶气经冷凝后进入吸收塔塔顶回流罐进行气液分离，液相作为回流返回吸收塔，气相经回收冷量后作为燃料气出装置。
本发明进一步特征在于：所述吸收塔设一个或多个中段循环冷却，提高吸收乙烯的效果。
本发明进一步特征在于：所述吸收剂经冷却后可一股或多股进入吸收塔，一股时进入吸收塔的顶部或上部，多股时分别进入吸收塔的顶部和上部不同位置。
本发明进一步特征在于：所述脱乙烷塔的塔顶物流经冷却至-10℃～60℃后进入脱甲烷塔进料罐，脱甲烷塔进料罐的气相和液相物流分别进入脱甲烷塔中上部，其中气相进口在液相进口上方。
本发明进一步特征在于：所述脱乙烷塔的塔顶物流经压缩、换热和丙烯冷剂激冷至-10℃～60℃后进入脱甲烷塔进料罐。
本发明所述压力为表压。
本发明所述的脱甲烷塔和吸收塔可以选用板式塔和填料塔，优选填料塔。
本发明所述的低碳烯烃气体的分离方法适合所有富产低碳烯烃的工业装置，尤其适合炼油工艺的催化裂化装置及其衍生装置、甲醇制烯烃的MTO装置、甲醇制丙烯的MTP装置、甲醇制芳烃的MTA装置，优选应用于MTO装置。
本发明与现有技术相比具有以下几个方面的优越性：
(1)采用本发明所述的方法，可降低反应气压缩机的功率，降低脱乙烷塔操作压力，提高C2～C3以上组分相对挥发度，有利于C2～C3以上组分的分离。
(2)采用本发明所述的方法，针对低碳烯烃气体，尤其是MTO反应气体的特点，采用脱甲烷塔和吸收塔相结合的方法，最大化地回收脱甲烷塔顶尾气中的乙烯，提高乙烯的回收率，减少吸收剂用量，同时减少丙烷的损失。
(3)采用本发明所述的方法，设置吸收塔，可以最大化地回收脱甲烷塔顶尾气中的乙烯，塔底物流再返回脱乙烷塔，吸收剂可循环使用。减少吸收剂用量，降低脱丙烷系统和丙烯精馏系统的进料负荷，降低了装置总投资。
(4)采用本发明所述的方法，吸收塔系统可以采用富含C2、C3、C4烷烃组分的一种或几种作为吸收剂，具有较高的分离效率。
(5)采用本发明所述的方法，在吸收塔系统设置了吸收剂不同的进料位置，采用单股或多股进料方式，提高了吸收塔的效率，增加了操作的灵活性。
(6)采用本发明所述的方法，脱甲烷塔底物料可直接进入乙烯精馏系统，避免吸收剂的干扰，并提高能量利用率。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。但并不限制本发明的范围。
附图说明
图1是本发明一种MTO反应气分离的工艺原则流程图。
图2是本发明一种脱甲烷塔及吸收塔工艺原则流程图。
图中：1-MTO反应气，2-脱乙烷塔，3-脱乙烷塔塔底物流，4-压缩机四段，5-脱甲烷塔，7-吸收塔，8-乙炔转化器，9-乙烯精馏塔，10-聚合级乙烯，11-乙烷，12-吸收剂，13-四段压缩气，14-脱甲烷塔进料罐，15-脱甲烷塔塔底重沸器，16-脱甲烷塔塔底物流，17-脱甲烷塔塔顶回流泵，18-脱甲烷塔塔顶冷却器，19-脱甲烷塔塔顶回流罐，20-吸收塔一段或多段中段冷却器，21-脱甲烷塔顶物流，22-吸收塔塔顶冷却器，24-吸收塔塔顶回流罐，25-吸收塔塔顶回流泵。
具体实施方式
如图1所示，MTO反应气1经过压缩机三段压缩、水洗、碱洗和干燥后，进入脱乙烷塔2，将C2以下组分和C3以上组分分离。脱乙烷塔塔底物流3送至脱丙烷系统和丙烯精馏系统，分离出聚合级丙烯产品。脱乙烷塔2的塔顶物流经压缩机四段4进行压缩，经压缩后的四段压缩气13进脱甲烷塔5，在脱甲烷塔5内进行氢、甲烷与碳二组分的分离。
脱甲烷塔5的脱甲烷塔塔底物流16送至乙炔转化器8，选择性地脱除乙炔、丙炔、丙二烯，确保聚合级乙烯产品要求。从乙炔转化器8出来的物流进乙烯精馏塔9生产聚合级乙烯10和乙烷11。脱甲烷塔5塔顶物流送至吸收塔7与从吸收塔7顶部或上部进行的吸收剂12接触。吸收塔7的塔顶气相物流经冷量回收后送出装置或进燃料气系统。吸收塔7的塔底物流返回脱乙烷塔2。
所述脱甲烷塔5的塔顶压力在2.0～4.0MPa范围内，优选在2.5～3.5MPa范围内。塔顶温度在-10～-50℃范围内，优选在-10～-37℃范围内。
所述吸收塔7的塔顶压力在2.0～4.0MPa范围内，优选在2.5～3.5MPa范围内。塔顶温度在-10～-60℃范围内，优选在-35～-50℃范围内。
图2是本发明一种脱甲烷塔及吸收塔工艺原则流程图。如图2所示，四段压缩气13经连续逐级激冷后，进入脱甲烷塔进料罐14，出脱甲烷塔进料罐14的气相和液相物流分别送到脱甲烷塔5的不同位置进行氢、甲烷等与C2组分的分离，其中气相物流的进口位置在液相物流的进口位置上方。
脱甲烷塔5的脱甲烷塔顶物流21经脱甲烷塔塔顶冷却器18部分冷凝后，进脱甲烷塔塔顶回流罐19进行分离，脱甲烷塔塔顶回流罐19的底部为液相物流，经脱甲烷塔塔顶回流泵17返回脱甲烷塔5，脱甲烷塔塔顶回流罐19的顶部为气相物流送至吸收塔7底部。吸收塔设中段循环冷却器20，提高吸收乙烯的效果。脱甲烷塔5的脱甲烷塔塔底物流16送至乙烯精馏系统生产聚合级乙烯产品。所述吸收塔7的中段循环冷却或设1个或多个(图2中所示为设置1个中段循环冷却的情况)。
吸收剂12经加压、逐级冷却后，送至吸收塔7，用于回收燃料气中的乙烯。吸收塔7的塔顶气经吸收塔塔顶冷却器22部分冷凝，进吸收塔塔顶回流罐24进行分离，吸收塔塔顶回流罐24的底部为液相物流，经吸收塔塔顶回流泵25加压后返回吸收塔7，吸收塔塔顶回流罐24的顶部为气相物流，进冷箱进一步回收冷量后作为燃料气出装置。吸收塔7设中段循环冷却器20，提高吸收乙烯的效果。吸收塔底物料26经调节阀返回到脱乙烷塔。
脱甲烷塔5底设有脱甲烷塔塔底重沸器15。
吸收塔7采用富含烷烃的C2～C4组分物流作为吸收剂12，吸收剂12经冷却和冷剂激冷后采用单股或多股方式进入吸收塔7不同位置，单股时进入吸收塔7的顶部或上部，多股时分别进入吸收塔7的顶部和上部不同位置，即多股时，一股进入吸收塔7的顶部，其它股进入吸收塔7的上部不同位置。

Claims (17)

1.一种低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于包括下述步骤：
1)低碳烯烃气体经压缩、干燥后进入脱乙烷塔，脱乙烷塔的塔底物流送至脱丙烷和丙烯精馏系统，分离出聚合级丙烯产品，脱乙烷塔的塔顶物流经压缩后进脱甲烷塔进行分离；
2)脱甲烷塔塔底物流送至乙炔转化器和乙烯精馏塔，分离出聚合级乙烯产品，脱甲烷塔的塔顶物流送至吸收塔与吸收剂接触，吸收塔的塔顶气相物流送出装置或进燃料气系统，吸收塔的塔底物流送至脱乙烷塔，所述吸收塔所用吸收剂为富含烷烃的C2～C4组分。
2.根据权利要求1所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述吸收塔所用吸收剂为富含丙烷的C2～C4组分。
3.根据权利要求1或2所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述吸收塔所用吸收剂为烷烃含量为90～100重量％的C2～C4组分，以吸收剂总重量计。
4.根据权利要求1所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述脱甲烷塔的塔顶压力在2.0～4.0MPa范围内，脱甲烷塔塔顶温度在-10～-50℃范围内。
5.根据权利要求1或4所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述脱甲烷塔的塔顶压力在2.5～3.5MPa范围内。
6.根据权利要求1或4所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述脱甲烷塔顶温度在-10～-37℃范围内。
7.根据权利要求1所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述吸收塔的塔顶压力在2.0～4.0MPa范围内，吸收塔塔顶温度在-10～-60℃范围内。
8.根据权利要求1或7所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述吸收塔的塔顶压力在2.5～3.5MPa范围内。
9.根据权利要求1或7所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述吸收塔塔顶温度在-35～-50℃范围内。
10.根据权利要求1所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述脱甲烷塔顶物流经冷凝后，送至脱甲烷塔塔顶回流罐分离出气相和液相，气相进入吸收塔底部与从吸收塔顶部或上部进入的吸收剂接触，液相经升压后返回脱甲烷塔顶部作回流用。
11.根据权利要求1所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述吸收塔塔顶气经冷凝后，进入吸收塔塔顶回流罐进行气液分离，液相作为回流返回吸收塔，气相经回收冷量后作为燃料气出装置。
12.根据权利要求1所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述吸收塔设一个或多个中段循环冷却。
13.根据权利要求1所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述吸收剂经冷却后一股或多股进入吸收塔，吸收剂为一股时进入吸收塔顶部或上部，吸收剂为多股时分别进入吸收塔顶部和上部不同位置。
14.根据权利要求1所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述脱乙烷塔的塔顶物流经冷却至-10℃～60℃后进入脱甲烷塔进料罐，脱甲烷塔进料罐的气相和液相物流分别进入脱甲烷塔中上部，其中气相进口在液相进口上方。
15.根据权利要求1或14所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述脱乙烷塔的塔顶物流经压缩、换热和丙烯冷剂激冷至-10℃～60℃后进入脱甲烷塔进料罐。
16.根据权利要求1所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述的脱甲烷塔和吸收塔为板式塔或填料塔，
17.根据权利要求1所述的低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于：所述的脱甲烷塔和吸收塔为填料塔。
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