CN103398546A - 基于lng冷能的轻烃深冷分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于LNG冷能的轻烃深冷分离方法，包括根据传统轻烃深冷分离工艺流程，模拟计算得到三机压缩制冷系统提供的冷量分配；根据计算得到的冷量，结合实际情况决定采用LNG提供的冷量全部或部分替代三机压缩制冷系统提供的冷量，从而确定LNG的用量，并得到传统轻烃深冷分离工艺中可由LNG提供冷能的工艺物流的运行条件；根据以LNG为冷源和工艺物流为冷阱的换热网络运行条件，结合Aspen Plus和Aspen Pinch模拟，合成换热网络图，然后决定LNG为工艺物流提供冷能的顺序；在传统轻烃深冷分离工艺中，采用LNG全部或部分替代三机压缩制冷系统，按照顺序提供冷能给工艺物流，完成轻烃深冷分离。本发明方法可以节约轻烃分离工艺压缩制冷功耗以及降低LNG气化成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种炼化轻烃混合物的分离方法，尤其一种是基于LNG冷能的轻烃深冷分离方法。属于轻烃混合物分离领域。
背景技术
常压下液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)是一种-162℃的低温液体，在供应给下游用户之前需将其气化并加热至0℃以上，大部分的LNG接收站都采用开架式的海水气化器和浸没燃烧式气化器来加热LNG，使其气化，1.0tLNG气化时大约可释放出约230kWh的冷能，造成能源的极大浪费。LNG冷能可用于空分、发电、低温粉碎、冷库、轻烃分离、干冰制造等过程，如回收利用LNG的冷量，则可以替代大量用于制冷所消耗的电能。如果利用1.0t LNG的冷量能够替代30kWh电能，则年进口1000万吨的LNG就可为我国节省3亿kWh的电能，可以有效缓解我国沿海地区电力紧张的局势，减少大量用于发电的煤和天然气，对节约能源、提高能源的利用效率具有重大的意义。
炼厂干气主要来源于原油的二次加工，如重油催化裂化、延迟焦化、加氢裂化、催化重整等。炼厂轻烃对于炼油厂而言是副产物，多数炼油厂作为燃料气使用，个别有乙烯配套装置的炼化企业进行了乙烯原料的回收。轻烃中的乙烯和丙烷等组分作为加热炉燃料，造成了极大的能源浪费。如果将炼厂干气分离回收，可以得到可观的乙烯、乙烷、丙烷等，乙烯可以作为石油化工原料，而乙烷和丙烷等可以作为优质的裂解原料送往乙烯装置，这具有重大的经济和社会效益。目前炼厂干气的分离一般采用变压吸附法(PSA)和深冷分离法等，变压吸附的缺点是设备庞大，轻烃回收率不高；轻烃深冷分离法需要三机压缩制冷系统(甲烷压缩机、乙烯压缩机和丙烯压缩机)提供多个不同温位的冷能，所需压缩制冷的能耗较大，导致工艺能耗高。
乙烯是石油化工的龙头，其发展水平已经成为衡量一个国家经济实力的重要标志之一，在石化工业乃至国民经济发展占有重要位置。乙烯裂解气的分离一般采用深冷分离法，其分离过程需要三机压缩制冷系统提供冷量，其功耗是非常大的。所以降低乙烯分离所需的功耗，减少成本也成为了乙烯工业的致力研究课题。
国内某一炼化企业，其炼油装置为1200万吨/年，配套建设100万吨乙烯装置，在该炼化厂邻近将建设一年接收300万吨的LNG接收站，接收站的LNG除用来发电外，也将主要满足该区域城市的工业燃料、炼厂和石化厂原料和城市燃气用户。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种基于LNG冷能的轻烃深冷分离方法，该方法可以节约轻烃分离工艺压缩制冷功耗以及降低LNG气化成本。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
基于LNG冷能的轻烃深冷分离方法，其特征在于包括以下步骤：
1)根据传统轻烃深冷分离工艺流程，通过Aspen Plus模拟计算得到三机压缩制冷系统提供的冷量分配，所述三机压缩制冷系统为甲烷压缩机、乙烯压缩机和丙烯压缩机；
2)根据步骤1)计算得到的冷量，结合实际情况决定采用LNG提供的冷量全部或部分替代三机压缩制冷系统提供的冷量，从而确定LNG的用量，并得到传统轻烃深冷分离工艺中可由LNG提供冷能的工艺物流的运行条件；
3)根据以LNG为冷源和以步骤2)所述工艺物流为冷阱的换热网络运行条件，结合Aspen Plus和Aspen Pinch模拟，合成换热网络图；
4)根据步骤3)所述的换热网络图，决定LNG为步骤2)所述工艺物流提供冷能的顺序，并得到LNG自身温度的变化过程；
5)在传统轻烃深冷分离工艺中，采用LNG全部或部分替代三机压缩制冷系统，按照步骤4)所述顺序提供冷能给步骤2)所述工艺物流，完成轻烃深冷分离。
具体的，所述传统轻烃深冷分离工艺具体如下：
a)原料气经过压缩碱洗净化干燥后，进入预切割塔，将乙烷以上的轻烃从塔底分出后，分两股进脱乙烷塔，预切割塔塔顶出料进深冷系统深冷后分四股进脱甲烷塔；
b)脱甲烷塔塔顶气体经压缩到高压，通过冷箱与脱甲烷塔塔顶气体、乙烯冷剂换热后冷凝，然后进行节流膨胀降压降温，再进行闪蒸，闪蒸罐塔顶气体进入深冷系统对原料气进行深冷处理，闪蒸罐塔底液体回流，脱甲烷塔塔底出料进入到脱乙烷塔中；
c)脱乙烷塔塔顶出料为乙烷和乙烯混合物，将其送入到乙烯精馏塔中，通过乙烯精馏塔将乙烯与乙烷分离开来；而脱乙烷塔塔底出料为碳三、碳四和碳五混合物，再依次经过脱丙烷塔和脱丁烷塔将碳三、碳四和碳五分离开来。
具体的，所述轻烃深冷分离包括炼厂干气分离和乙烯裂解气分离。
具体的，所述LNG在送入管网前加压至7～8MPa，其温度为-150℃～-145℃。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明的轻烃深冷分离方法采用LNG全部或部分替代三机压缩制冷系统提供的冷量，由于加压7～8Mpa后的LNG温度足够低(-150℃～-145℃)，可满足轻烃深冷分离所需温位，节省乙烯压缩机和丙烯压缩机压缩制冷的功耗；而且比乙烯冷剂的温度低(乙烯冷剂的最低温度为-101.5℃)，可将甲烷冷剂在较低压力下冷凝至所需温度，从而减少甲烷压缩机所需要的压缩功耗，因此大幅度降低轻烃深冷分离的能耗成本。
2、本发明的轻烃深冷分离方法中，由于LNG的气化过程可以释放830～860kJ/kg的冷能，-160℃左右到常温的LNG冷能价值按照当量电价计算约为420元/吨，充分利用LNG冷能可以抵消LNG的气化费用，有利于降低LNG下游市场的供气价格，还可减少气化带来的环境污染问题，对节约资源、提高能源的利用效率、发展循环经济具有十分重要的意义。
附图说明
图1为炼厂干气的深冷分离工艺流程图。
图2为炼厂干气的深冷系统流程图。
图3为LNG冷能用于炼厂干气深冷分离系统的换热网络图。
图4为乙烯裂解气的深冷分离工艺流程图。
图5为乙烯裂解气的深冷系统流程图。
图6为LNG冷能用于乙烯裂解气深冷分离系统的换热网络图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例以炼厂干气分离为例，如下：
某1200万吨/年炼厂的轻烃主要来自常减压、催化裂化、延迟焦化、加氢裂化、重整等装置，不同组分的轻烃进入干气管网，经过压缩碱洗净化干燥后，得到78.23t/h、15℃、3.45MPa的干气，其组成(质量分数)如下表1所示：
表1炼厂干气的组成
炼厂干气的深冷分离工艺流程为：如图1和图2所示，原料气经预切割塔D-302将乙烷以上的轻烃从塔底分出后分两股进脱乙烷塔D-401，预切割塔塔顶出料进深冷系统深冷后分四股进脱甲烷塔D-301，脱甲烷塔塔顶气体经压缩到3.9MPa，通过冷箱及乙烯冷剂换热后冷凝，再进行闪蒸，闪蒸罐塔顶气体去深冷系统深冷干气，闪蒸罐塔底液体回流，脱甲烷塔塔底出料经脱乙烷塔D-401、乙烯精馏塔D-402、脱丙烷塔D-403(由于干气中不含丁二烯，所以脱丙烷塔操作压力可以适当提高，而不会导致丁二烯结焦，这样塔顶就不需要丙烯提供冷量，而可以直接用水冷)和脱丁烷塔D-404的顺序流程将炼厂干气分离，得到乙烯和乙烷等产品。
根据炼厂干气的深冷分离工艺流程，通过Aspen Plus模拟计算得到原三机压缩制冷系统提供的冷量分配(即深冷分离工艺所需的冷量分配)，根据冷量分配得到LNG的用量，可采用LNG提供的冷量全部替代三机压缩制冷系统提供的冷量，即可由LNG提供冷能的工艺物流为：甲烷冷剂E-326、脱甲烷塔进料冷凝E-1313、脱甲烷塔进料冷凝E-313、脱甲烷塔进料冷却E-1311、脱甲烷塔进料冷却E-311、预切割塔塔顶冷凝E-351、预切割塔进料冷却E-307、乙烯精馏塔塔顶冷凝E-405、预切割塔进料冷却E-315、脱乙烷塔塔顶冷凝E-401和干燥器出料冷却E-220，各工艺物流在换热网络中的运行条件如表2所示：
表2各工艺物流在换热网络中的运行条件
由上表2可知，由于LNG的温度(-145℃)比乙烯冷剂的温度(最低为-101.5℃)低，可将甲烷冷剂在较低的压力下冷凝，从而减少甲烷冷剂的压缩功耗并替代原工艺中的乙烯冷剂。该网络中各工艺热物流所需的冷量负荷总计为14373kW，为将上述热物流冷却至所需温度，需110000kg/h，即92.4×104t/a的LNG提供19978kW的冷量负荷。
根据上述的以LNG为冷源和以炼厂干气深冷分离系统的工艺物流为冷阱的换热网络运行条件，结合Aspen Plus和Aspen Pinch模拟，可合成如图3所示的换热网络。
如图3所示，LNG冷量将工艺物流(其相对LNG而言为热物流)从15.0℃冷却至-128.3℃，而LNG温度从-145℃变为-35.4℃，构成一个换热网络，LNG可依次为甲烷冷剂E-326、脱甲烷塔进料冷凝E-1313、脱甲烷塔进料冷凝E-313、脱甲烷塔进料冷却E-1311、脱甲烷塔进料冷却E-311、预切割塔塔顶冷凝E-351、预切割塔进料冷却E-307、乙烯精馏塔塔顶冷凝E-405、预切割塔进料冷却E-315、脱乙烷塔塔顶冷凝E-401和干燥器出料冷却E-220提供冷能；该换热网络不需要冷公用工程，只需5605kW的热负荷将LNG从-35.4℃加热至0℃，在加热过程中，即在LNG可提供的总冷量负荷19978kW中有5605kW没有被利用，故LNG冷量的利用率达71.9％。
根据上述分析，LNG进入管网前加压至7～8MPa，在炼厂干气的深冷分离工艺中，按照顺序为各工艺物流提供冷能，整个炼厂干气深冷分离工艺可节约压缩制冷功耗约7973kW，设压缩机的内效率为95％，压缩机与透平(或电机)之间的传递效率为98％，压缩机的效率为70％，则可节约电力消耗12234kW。
实施例2：
本实施例以乙烯裂解气分离为例，如下：
以40万t/a乙烯裂解气分离工艺为例，乙烯裂解装置裂解气流量为97.75t/h。其组成(质量分数)如表3所示：
表3乙烯裂解气组成
乙烯裂解气的深冷分离工艺流程为：如图4和图5所示，乙烯裂解气经预切割塔D-302将乙烷以上的轻烃从塔底分出后分两股进脱乙烷塔D-401，预切割塔塔顶出料进深冷系统深冷后分四股进脱甲烷塔D-301；脱甲烷塔塔顶出料经压缩后进入深冷系统深冷，脱甲烷塔塔底出料经脱乙烷塔D-401、乙烯精馏塔D-402、高低压脱丙烷塔D-403和D-404、丙烯精馏塔D-406和脱丁烷塔D-405的顺序流程将裂解气分离，得到乙烯和丙烯等产品。
根据乙烯裂解气的深冷分离工艺流程，通过Aspen Plus模拟计算得到原三机压缩制冷系统提供的冷量分配(即深冷分离工艺所需的冷量分配)，根据冷量分配得到LNG的用量，可采用LNG提供的冷量部分替代三机压缩制冷系统提供的冷量，即可由LNG提供冷能的工艺物流为：甲烷冷剂E-326、脱甲烷塔进料E-311、预切割塔塔顶E-351、乙烯精馏塔塔顶E-405、预切割塔进料E-307、预切割塔进料E-315和干燥器出料E-220，各工艺物流在换热网络中的运行条件如表4所示：
表4各工艺物流在换热网络中的运行条件
由上表4可知，乙烯精馏塔顶冷凝所需冷量比较大，而甲烷冷剂的制冷负荷很小，但由于LNG的温度(-145℃)比乙烯冷剂的温度(最低为-101.5℃)低，可将甲烷冷剂在较低的压力下冷凝，从而减少甲烷冷剂的压缩功耗并替代原工艺中的乙烯冷剂。该网络中各工艺热物流所需的冷量负荷总计27089kW，为将上述热物流冷却至所需温度，需190000kg/h，即166×104t/a的LNG提供34506kW的冷量负荷。
根据上述的以LNG为冷源和以乙烯裂解气深冷分离系统的工艺物流为冷阱的换热网络运行条件，结合Aspen Plus和Aspen Pinch模拟，可合成如图6所示的换热网络。
如图6所示，LNG冷量将工艺物流(相对LNG而言为热物流)从15.0℃冷却至-128.3℃，而LNG温度从-145℃变为-31.2℃，构成一个换热网络，LNG可依次为甲烷冷剂E-326、脱甲烷塔进料E-311、预切割塔塔顶E-351、乙烯精馏塔塔顶E-405、预切割塔进料E-307、预切割塔进料E-315和干燥器出料E-220提供冷能；该换热网络不需要冷公用工程，只需7417kW的执负荷将LNG从-312℃加执至0℃，即在LNG可提供的总冷量负荷34506kW中有7417kW没有被利用，故LNG冷量的利用率达78.5％。
根据上述分析，LNG进入管网前加压至7～8MPa，在乙烯裂解气的深冷分离工艺中，按照顺序为各工艺物流提供冷能，整个乙烯裂解气分离工艺可节约压缩制冷功耗约17856Kw，设压缩机的内效率为95％，压缩机与透平(或电机)之间的传递效率为98％，压缩机的效率为70％，则可节省电力消耗27399kW。
以上所述，仅为本发明专利可选的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (4)
1.基于LNG冷能的轻烃深冷分离方法，其特征在于包括以下步骤：
1)根据传统轻烃深冷分离工艺流程，通过Aspen Plus模拟计算得到三机压缩制冷系统提供的冷量分配，所述三机压缩制冷系统为甲烷压缩机、乙烯压缩机和丙烯压缩机；
2)根据步骤1)计算得到的冷量，结合实际情况决定采用LNG提供的冷量全部或部分替代三机压缩制冷系统提供的冷量，从而确定LNG的用量，并得到传统轻烃深冷分离工艺中可由LNG提供冷能的工艺物流的运行条件；
3)根据以LNG为冷源和以步骤2)所述工艺物流为冷阱的换热网络运行条件，结合Aspen Plus和Aspen Pinch模拟，合成换热网络图；
4)根据步骤3)所述的换热网络图，决定LNG为步骤2)所述工艺物流提供冷能的顺序，并得到LNG自身温度的变化过程；
5)在传统轻烃深冷分离工艺中，采用LNG全部或部分替代三机压缩制冷系统，按照步骤4)所述顺序提供冷能给步骤2)所述工艺物流，完成轻烃深冷分离。
2.根据权利要求1所述的基于LNG冷能的轻烃深冷分离方法，其特征在于：所述传统轻烃深冷分离工艺具体如下：
a)原料气经过压缩碱洗净化干燥后，进入预切割塔，将乙烷以上的轻烃从塔底分出后，分两股进脱乙烷塔，预切割塔塔顶出料进深冷系统深冷后分四股进脱甲烷塔；
b)脱甲烷塔塔顶气体经压缩到高压，通过冷箱与脱甲烷塔塔顶气体、乙烯冷剂换热后冷凝，然后进行节流膨胀降压降温，再进行闪蒸，闪蒸罐塔顶气体进入深冷系统对原料气进行深冷处理，闪蒸罐塔底液体回流，脱甲烷塔塔底出料进入到脱乙烷塔中；
c)脱乙烷塔塔顶出料为乙烷和乙烯混合物，将其送入到乙烯精馏塔中，通过乙烯精馏塔将乙烯与乙烷分离开来；而脱乙烷塔塔底出料为碳三、碳四和碳五混合物，再依次经过脱丙烷塔和脱丁烷塔将碳三、碳四和碳五分离开来。
3.根据权利要求1或2所述的基于LNG冷能的轻烃深冷分离方法，其特征在于：所述轻烃深冷分离包括炼厂干气分离和乙烯裂解气分离。
4.根据权利要求1或2所述的基于LNG冷能的轻烃深冷分离方法，其特征在于：所述LNG在送入管网前加压至7～8MPa，其温度为-150℃～-145℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20131120 |