CN104045501A - 从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，包括变压吸附再生步骤、膜分离步骤、冷油吸收步骤、解吸步骤、粗馏步骤。本发明的优点在于本发明结合吸附分离法、膜分离法和冷油吸收法对炼厂干气进行处理，能够高收率、高纯度的回收乙烯和富含乙烷的碳二以上组分的富乙烷气体。

Description

从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法

技术领域

本发明涉及一种废气处理方法，具体涉及一种从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷的方法。

背景技术

炼厂干气中的有用组分为乙烯和乙烷等。这些组分在炼厂干气中都是很有价值的，但目前它们仍然没有实现最优化利用，而是直接用作了燃料，有的甚至直接点火炬放空。炼厂干气中含有大量乙烯和乙烷。这些组分可以分离出来分别利用，比将其直接用作燃料效益要高。

从炼厂干气中回收乙烯和乙烷的技术主要是冷油吸收分离法、深冷分离法和吸附分离法。

冷油吸收分离技术是利用原料中各组分在油类及丙烷等吸收剂中的相对溶解度的差异，通过气体透平膨胀制冷，在较高压力及较低温度下将干气中各组分按工艺要求被吸收剂吸收下来，同时得到富含氢气、甲烷、氮气等不易冷凝的气体。这些不凝气体一般作为燃料气使用或作为吸附分离提取氢气的原料气使用。其后用精馏法将其中的各类烃逐一分离，乙烯收率一般为大于90%，产品乙烯得到的纯度可高达99%。冷油吸收分离缺点是因为原料气中含有大部分不易冷凝的组分而需要较高的能耗、吸收剂和设备投资，也不适合炼厂干气中的碳二组分含量小于10%（体积比）的多数工况。

另外，炼厂干气中存在大量的氢气等不凝组分，在冷油吸收时，大量的氢气等使得冷油吸收塔顶露点降低，油吸收操作变得困难，乙烯和乙烷的吸收率以及解吸率降低，从而无法高收率、高纯度的得到乙烯和乙烷气。

深冷分离技术是利用原料中各组份相对挥发度的差异（沸点差），通过气体透平膨胀制冷，在低温下将干气中各组份按工艺要求冷凝下来，不易冷凝的氢气最先得到，氢气回收率为92-95%，纯度为95-98%。其后用精馏法将其中的各类烃逐一分离，乙烯或乙烷的收率一般为85%。冷油吸收分离具有可同时回收氢气、乙烯和乙烷、工艺成熟、回收率相对较高等优点，一般适合处理大量干气的场合，尤其适合于炼厂集中地区。深冷分离缺点在于产品纯度不高、能耗高、投资大。

吸附分离法是利用吸附剂对混合气体中各组分的吸附选择性不同，通过压力或温度改变来实现吸附与再生的一种分离方法，具有再生速度快、能耗低、操作简单、工艺成熟稳定等特点。通过压力变化实现分离的变压吸附回收干气中乙烯乙烷工艺属于新工艺，可获得纯度为92-96%（体积比）以上的乙烯和乙烷产品，但相应的收率一般在80-85%左右。采用现有的变压吸附分离技术要从含低浓度乙烯、乙烷等炼厂干气中的乙烯及乙烷，存在收率低、不能实现炼厂干气主要组分完全清晰分离、投资占地巨大等问题。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有冷油吸收分离法、深冷分离及吸附分离各个工艺回收乙烯和乙烷时，无法高收率、高纯度的得到乙烯和富乙烷气体的不足，提供一种从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，包括以下步骤：

变压吸附再生步骤：将炼厂干气送入变压吸附再生塔进行变压吸附，得到由未被吸附的组分组成的中间气体，得到由再生的被吸附组分组成的富乙烯干气，将中间气体排出，作为它用或燃料气；

膜分离步骤：将变压吸附再生步骤中再生得到的富乙烯干气送入膜分离系统，得到含氢气体和脱氢气体，将含氢气体排出，作为它用或燃料气；

冷油吸收步骤：将膜分离步骤中得到的脱氢气体送入冷油吸收塔进行冷油吸收，得到燃料气和包含碳二及以上组分的吸收液；

解吸步骤：将所述冷油吸收步骤中得到的包含碳二及以上组分的吸收液送入解吸塔进行解吸，得到包含碳二及以上组分的解吸液和油或丙烷等吸收剂，将解吸液送入所述粗馏塔，将所述油吸附剂送回所述冷油吸收塔；

粗馏步骤：将解吸步骤中得到的包含碳二及以上组分的解吸液送入粗馏塔进行粗馏，得到产品乙烯和富含乙烷的碳二以上组分的富乙烷气体。

本发明的主要目的是提供一种吸附分离法、膜分离法以及冷油吸收分离法相结合的分离方法，从炼厂干气中回收乙烯和富乙烷气体。在变压吸附再生步骤中，即可分离大部分氢气等不易被吸附组分，再通过膜分离步骤，去除富乙烯干气中含有的少量氢气等不易冷凝组分，能够最大程度上提高脱氢气体中乙烯和富乙烷气体的浓度，脱氢气体中的乙烯、乙烷等碳二及以上组分含量增加，冷油吸收塔顶露点增加，使得冷油吸收操作更加容易，碳二及以上组分吸收率以及解吸率增加，提高了乙烯和富乙烷气体的收率和纯度。冷油吸收步骤处理脱氢气体，能够分离出包括富含甲烷的燃料气，对剩余富含乙烯、乙烷及少量碳二以上组分的解吸液进行粗馏后，塔顶得到富乙烯产品，经乙烯精馏塔得到高纯度的产品乙烯。粗馏塔底得到富含乙烷的碳二以上组分的富乙烷气体。

进一步的，在所述变压吸附再生步骤之前，还包括一级压缩步骤：将所述炼厂干气的压力提升至0.7-1.2MPa。

进一步的，在所述一级压缩步骤之后，在所述变压吸附再生步骤之前还包括净化步骤：采用低温甲醇洗工艺脱出所述一级压缩步骤中得到的压力为0.7-1.2MPa的炼厂干气中的酸性气体。

进一步的，还包括二级压缩步骤：将所述变压吸附再生步骤中再生得到的富乙烯干气加压至2.0-3.0MPa后送入所述膜分离系统。

进一步的，在所述二级压缩步骤和所述膜分离步骤之间，还包括：

干燥步骤：采用活性炭变温吸附塔对所述二级压缩步骤中加压至2.0-3.5MPa的气体进行干燥；

除雾除尘除油步骤：分别采用除雾器、捕尘器和捕油器对干燥后的气体进行除雾、除尘和除油处理，并将处理后的气体送入所述膜分离系统。

进一步的，所述冷油吸收步骤中，采用带膨胀机的冷箱冷提供冷量；

在所述冷油吸收步骤后，还包括冷量回收步骤：将所述冷油吸收步骤中得到的燃料气送入冷箱中进行制冷，为所述冷油吸收步骤提供冷量。

进一步的，所述变压吸附再生步骤在30~40℃温度条件下进行，所述冷油吸收步骤在-100-5℃温度条件下进行。

进一步的，所述变压吸附再生步骤中，所述中间气体为包括氢气、甲烷和氮气的混合气体，所述富乙烯干气为富含乙烯、乙烷、氢气、氮气、甲烷和碳二以上组分的混合气体；所述富乙烷气体为富含乙烷的碳二以上组分；所述冷油吸收步骤中，所述燃料气为包括甲烷和氮气的不凝气体。

综上所述，本发明的优点和有益效果在于：

1．本发明结合吸附分离法、膜分离法和冷油吸收法对炼厂干气进行处理，能够高收率、高纯度的回收乙烯和富乙烷气体；

2．本发明包括净化步骤，能够去除炼厂干气中的酸性气体，能够提高变压吸附再生塔、和膜分离系统的使用寿命，降低操作成本并提高乙烯和富乙烷气体的纯度；

3．发明包括干燥步骤和除雾除尘除油步骤，能够去除气体中的微量水雾、粉尘和油滴，进一步提高膜分离系统的使用寿命，降低膜分离步骤的操作成本；

4．本发明包括冷量回收步骤，将获得的冷量用于冷油吸收步骤，这样做到了资源的循环利用，从而降低了能耗，减小了成本的投入。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。

图1为本发明的第一种实施方式的工艺流程图；

图2为本发明的第二种实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。

实施例1：

如图1所示，从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，包括以下步骤：

一级压缩步骤：将氢气含量56.2%、乙烷含量7.2%、乙烯含量6.2%、甲烷含量22.2%、氮气含量5.5%、碳二以上组分含量0.9%、酸性气体含量1.8%的炼厂干气（体积比）的压力提升至0.7Mpa。

净化步骤：采用现有的低温甲醇洗工艺脱出所述一级压缩步骤中得到的压力为0.7MPa的炼厂干气中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等酸性气体。

变压吸附再生步骤：将炼厂干气送入变压吸附再生塔在30℃条件下进行变压吸附。本领域技术人员清楚的是，变压吸附为现有工艺，对于其原理，此处不再赘述。在本步骤中，吸附剂吸附碳二组分、少量的氢气、甲烷、氮气和碳二以上组分，未被吸附的氢气、甲烷和氮气组成中间气体。在吸附剂再生时，被吸附的碳二组分（乙烯、乙烷）、少量的氢气、甲烷、氮气和碳二以上组分从吸附剂脱离，组成富乙烯干气。将中间气体作为可燃气排出，或作为提取氢气原料用。

二级压缩步骤：将所述变压吸附再生步骤中再生得到的富乙烯干气加压至2.5 MPa，以提高后续膜分离步骤的分离效率。

干燥步骤：采用活性炭变温吸附塔对所述二级压缩步骤中加压至2.5MPa的气体进行干燥，去除其中的水分。

除雾除尘除油步骤：分别采用除雾器、捕尘器和捕油器对干燥后的气体进行除雾、除尘和除油处理，并将处理后的气体送入所述膜分离系统。

上述的干燥步骤和除雾除尘除油步骤，其工艺和设备都是现有的，本领域技术人员可以根据现有的已经公开的技术方案进行，因此，对于其原理，此次不再详述。

膜分离步骤：将经压缩、干燥和除雾除尘除油后的气体送入膜分离系统。氢气过膜后形成含氢气体，将含氢气体作为燃料气体排出，或作为提取氢气的原料。被膜阻挡的其它气体组成脱氢气体。

冷油吸收步骤：将膜分离步骤中得到的脱氢气体送入冷油吸收塔进行冷油吸收，得到燃料气和包含碳二及以上组分的吸收液。冷油吸收在-10℃条件下进行。本步骤中，不凝的氮气和甲烷组成燃料气体。碳二组分、和少量的碳二以上组分被吸收构成吸收液。

解吸步骤：将所述冷油吸收步骤中得到的包含碳二组分的吸收液送入解吸塔进行解吸，得到包含碳二组分的解吸液和油或丙烷等吸收剂，将解吸液送入所述粗馏塔，将所述油吸附剂送回所述冷油吸收塔。

粗馏步骤：将解吸步骤中得到的包含碳二组分的解吸液送入粗馏塔进行粗馏，粗馏塔顶流出可直接进入乙烯精馏塔，得到纯度为99%（体积比）的产品乙烯，粗馏塔底流出得到富含乙烷的碳二以上组分的富乙烷气体，作为制备乙烯的原料可送入乙烯裂解炉。

本实施例中，乙烯的收率为92%，富乙烷气体的收率为93%。

实施例2：

如图1所示，从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，包括以下步骤：

一级压缩步骤：将氢气含量46.5%、乙烷含量12.4%、乙烯含量6.0%、甲烷含量20%、氮气含量9.5%、碳二以上组分含量2.2%、酸性气体含量3.2%的炼厂干气（体积比）的压力提升至1.0Mpa。

净化步骤：采用现有的低温甲醇洗工艺脱出所述一级压缩步骤中得到的压力为1.0MPa的炼厂干气中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等酸性气体。

变压吸附再生步骤：将炼厂干气送入变压吸附再生塔在30℃条件下进行变压吸附。本领域技术人员清楚的是，变压吸附为现有工艺，对于其原理，此处不再赘述。在本步骤中，吸附剂吸附碳二组分、少量的氢气、甲烷、氮气和碳二以上组分，未被吸附的氢气、甲烷和氮气组成中间气体。在吸附剂再生时，被吸附的碳二组分（乙烯、乙烷）、少量的氢气、甲烷、氮气和碳二以上组分从吸附剂脱离，组成富乙烯干气。将中间气体作为可燃气排出，或作为提取氢气原料用。

二级压缩步骤：将所述变压吸附再生步骤中再生得到的富乙烯干气加压至2.5 MPa，以提高后续膜分离步骤的分离效率。

干燥步骤：采用活性炭变温吸附塔对所述二级压缩步骤中加压至2.5MPa的气体进行干燥，去除其中的水分。

除雾除尘除油步骤：分别采用除雾器、捕尘器和捕油器对干燥后的气体进行除雾、除尘和除油处理，并将处理后的气体送入所述膜分离系统。

上述的干燥步骤和除雾除尘除油步骤，其工艺和设备都是现有的，本领域技术人员可以根据现有的已经公开的技术方案进行，因此，对于其原理，此次不再详述。

膜分离步骤：将经压缩、干燥和除雾除尘除油后的气体送入膜分离系统。氢气过膜后形成含氢气体，将含氢气体作为燃料气体排出，或作为提取氢气的原料。被膜阻挡的其它气体组成脱氢气体。

冷油吸收步骤：将膜分离步骤中得到的脱氢气体送入冷油吸收塔进行冷油吸收，得到燃料气和包含碳二及以上组分的吸收液。冷油吸收在-20℃条件下进行。本步骤中，不凝的氮气和甲烷组成燃料气体。碳二组分、和少量的碳二以上组分被吸收构成吸收液。

解吸步骤：将所述冷油吸收步骤中得到的包含碳二组分的吸收液送入解吸塔进行解吸，得到包含碳二组分的解吸液和油或丙烷等吸收剂，将解吸液送入所述粗馏塔，将所述油吸附剂送回所述冷油吸收塔。

粗馏步骤：将解吸步骤中得到的包含碳二组分的解吸液送入粗馏塔进行粗馏，粗馏塔顶流出可直接进入乙烯精馏塔，得到纯度为99%（体积比）的产品乙烯，粗馏塔底流出得到富含乙烷的碳二以上组分的富乙烷气体，作为制备乙烯的原料可送入乙烯裂解炉。

本实施例中，乙烯的收率为93%，富乙烷气体的收率为95%。

实施例3：

如图1所示，从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，包括以下步骤：

一级压缩步骤：将氢气含量18.5%、乙烷含量14.5%、乙烯含量16%、甲烷含量30%、氮气含量14.5%、碳二以上组分含量3.5%、酸性气体含量3%的炼厂干气（体积比）的压力提升至1.2Mpa。

净化步骤：采用现有的低温甲醇洗工艺脱出所述一级压缩步骤中得到的压力为1.2MPa的炼厂干气中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等酸性气体。

变压吸附再生步骤：将炼厂干气送入变压吸附再生塔在30℃条件下进行变压吸附。本领域技术人员清楚的是，变压吸附为现有工艺，对于其原理，此处不再赘述。在本步骤中，吸附剂吸附碳二组分、少量的氢气、甲烷、氮气和碳二以上组分，未被吸附的氢气、甲烷和氮气组成中间气体。在吸附剂再生时，被吸附的碳二组分（乙烯、乙烷）、少量的氢气、甲烷、氮气和碳二以上组分从吸附剂脱离，组成富乙烯干气。将中间气体作为可燃气排出，或作为提取氢气原料用。

二级压缩步骤：将所述变压吸附再生步骤中再生得到的富乙烯干气加压至3.0MPa，以提高后续膜分离步骤的分离效率。

干燥步骤：采用活性炭变温吸附塔对所述二级压缩步骤中加压至3.0MPa的气体进行干燥，去除其中的水分。

除雾除尘除油步骤：分别采用除雾器、捕尘器和捕油器对干燥后的气体进行除雾、除尘和除油处理，并将处理后的气体送入所述膜分离系统。

上述的干燥步骤和除雾除尘除油步骤，其工艺和设备都是现有的，本领域技术人员可以根据现有的已经公开的技术方案进行，因此，对于其原理，此次不再详述。

膜分离步骤：将经压缩、干燥和除雾除尘除油后的气体送入膜分离系统。氢气过膜后形成含氢气体，将含氢气体作为燃料气体排出，或作为提取氢气的原料。被膜阻挡的其它气体组成脱氢气体。

冷油吸收步骤：将膜分离步骤中得到的脱氢气体送入冷油吸收塔进行冷油吸收，得到燃料气和包含碳二及以上组分的吸收液。冷油吸收在-100℃条件下进行。本步骤中，不凝的氮气和甲烷组成燃料气体。碳二组分、和少量的碳二以上组分被吸收构成吸收液。

解吸步骤：将所述冷油吸收步骤中得到的包含碳二组分的吸收液送入解吸塔进行解吸，得到包含碳二组分的解吸液和油或丙烷等吸收剂，将解吸液送入所述粗馏塔，将所述油吸附剂送回所述冷油吸收塔。

粗馏步骤：将解吸步骤中得到的包含碳二组分的解吸液送入粗馏塔进行粗馏，粗馏塔顶流出可直接进入乙烯精馏塔，得到纯度为99%（体积比）的产品乙烯，粗馏塔底流出得到富含乙烷的碳二以上组分的富乙烷气体，作为制备乙烯的原料可送入乙烯裂解炉。

本实施例中，乙烯的收率为96%，富乙烷气体的收率为97%。

实施例4：

如图2所示，本实施例在实施例1~3的基础上，增加冷量回收步骤。将所述冷油吸收步骤中得到的燃料气送入冷箱中进行制冷，为所述冷油吸收步骤提供冷量。

增加的冷量回收步骤能够为冷油吸收步骤提供大量的冷量，从而节约了大量资源，降低了成本。

如上所述，便可较好的实现本发明。

本领域技术人员能够意识到的是，可进一步有选择的应用上文多个示例性实施例描述的许多变化和构造来形成本发明的其它可能的实施例。考虑到本领域技术人员的能力，本文未详细提供或描述所有可能重复的内容，但以其它方式所包含的所有组合和可能实施例为本申请的一部分。 

Claims (8)

1.从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

变压吸附再生步骤：将炼厂干气送入变压吸附再生塔进行变压吸附，得到由未被吸附的组分组成的中间气体，得到由再生的被吸附组分组成的富乙烯干气，将中间气体排出，作为它用或燃料气；

膜分离步骤：将变压吸附再生步骤中再生得到的富乙烯干气送入膜分离系统，得到含氢气体和脱氢气体，将含氢气体排出，作为它用或燃料气；

冷油吸收步骤：将膜分离步骤中得到的脱氢气体送入冷油吸收塔进行冷油吸收，得到燃料气和包含碳二及以上组分的吸收液；

解吸步骤：将所述冷油吸收步骤中得到的包含碳二及以上组分的吸收液送入解吸塔进行解吸，得到包含碳二及以上组分的解吸液和油或丙烷等吸收剂，将解吸液送入所述粗馏塔，将所述油吸附剂送回所述冷油吸收塔；

粗馏步骤：将解吸步骤中得到的包含碳二及以上组分的解吸液送入粗馏塔进行粗馏，得到产品乙烯和富含乙烷的碳二以上组分的富乙烷气体。

2.根据权利要求1所述的从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，其特征在于，在所述变压吸附再生步骤之前，还包括：

一级压缩步骤：将所述炼厂干气的压力提升至0.7-1.2MPa。

3.根据权利要求2所述的从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，其特征在于，在所述一级压缩步骤之后，在所述变压吸附再生步骤之前还包括：

净化步骤：采用低温甲醇洗工艺脱出所述一级压缩步骤中得到的压力为0.7-1.2MPa的炼厂干气中的酸性气体。

4.根据权利要求1所述的从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，其特征在于，还包括：

二级压缩步骤：将所述变压吸附再生步骤中再生得到的富乙烯干气加压至2.0-3.5MPa后送入所述膜分离系统。

5.根据权利要求4所述的从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，其特征在于，在所述二级压缩步骤和所述膜分离步骤之间，还包括：

干燥步骤：采用活性炭变温吸附塔对所述二级压缩步骤中加压至2.0-3.5MPa的气体进行干燥；

除雾除尘除油步骤：分别采用除雾器、捕尘器和捕油器对干燥后的气体进行除雾、除尘和除油处理，并将处理后的气体送入所述膜分离系统。

6.根据权利要求1所述的从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，其特征在于：所述冷油吸收步骤中，采用带膨胀机的冷箱冷提供冷量；

在所述冷油吸收步骤后，还包括冷量回收步骤：将所述冷油吸收步骤中得到的燃料气送入冷箱中进行制冷，为所述冷油吸收步骤提供冷量。

7.根据权利要求1~6中任意一项所述的从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，其特征在于：所述变压吸附再生步骤在30~40℃温度条件下进行，所述冷油吸收步骤在-100-5℃温度条件下进行。

8.根据权利要求1~6中任意一项所述的从炼厂干气中高收率、高纯度回收乙烯、乙烷气的方法，其特征在于：所述变压吸附再生步骤中，所述中间气体为包括氢气、甲烷和氮气的混合气体，所述富乙烯干气为富含乙烯、乙烷、氢气、氮气、甲烷和碳二以上组分的混合气体；所述富乙烷气体为富含乙烷的碳二以上组分；所述冷油吸收步骤中，所述燃料气为包括甲烷和氮气的不凝气体。