CN105637068B - 从烃分离中回收热的方法 - Google Patents

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Abstract

从烃的分离中回收热的方法。使来自分馏塔的顶部蒸气料流进入双级热泵压缩机中。第一压缩阶段用于使分馏塔再沸。第二阶段压缩并冷却，进入分离区中。分离区中的液体可作为二次回流返回分馏塔中，和/或作为液体产物回收。也可将热从第二阶段中除去。第一阶段上的抽吸鼓可用于保护热泵压缩机以防顶部料流中的任何液滴。

Description

从烃分离中回收热的方法
优先权声明
本申请要求2013年10月16日提交的美国临时申请No.61/891,497和2014年7月29日提交的美国申请No.14/445,512的优先权。
发明领域
本发明一般性地涉及从烃分离方法中回收热的方法。
发明背景
石油精炼和石油化学方法通常涉及将具有非常类似的结构和性能的烃组分分离。
例如，丙烯-丙烷分离器通常包含蒸馏塔，所述蒸馏塔用于将C3料流分离成在净顶部产物中的聚合物级丙烯(PGP)和在净底部产物中的丙烷。由于丙烯和丙烷的低相对挥发度，通常使用具有150-250个塔板的非常大的塔。另外，塔还通常包括5-10的回流:进料比。由于丙烯和丙烷的相对挥发度如此低(通常1.05-1.20)，将丙烯和丙烷分离成高纯度组分料流所需的能量是非常高的。
通常，使用热泵压缩机在分馏塔顶部产物中冷凝(或除去能量)和再沸(或将能量供入)塔底部产物中，因为丙烯和丙烷的蒸气压力是近似的，并可将从塔顶部产物中除去用于冷凝的热转移或泵送至塔底部产物中用于再沸。
在传统设计中，例如指派给本发明受理人并通过引用将其全部内容并入本文中的美国专利公开No.2013/0131417中所公开的设计中，将来自丙烯-丙烷分离塔(“PP分离器”)的顶部蒸气送入第一阶段热泵压缩机中。在第一阶段热泵压缩机中，将蒸气压缩至所需压力，通常1034-1724kPag(150-250psig)，这是换热器将热侧的蒸气冷凝并将换热器冷侧的液体再沸的最小温度。将PP分离器再沸所需的负荷决定通向再沸器/冷凝器的蒸气流速。由于冷凝负荷大于PP分离器的再沸负荷，存在要求热去除的来自第一阶段排料的额外蒸气。将该额外蒸气送入热泵压缩机的第二阶段中，在那里将它压缩至能够通过另一换热器在较热的温度下冷凝的压力。随后，该料流通过阀闪蒸到降至塔顶部压力的抽吸鼓中以提供将塔顶部冷却并使丙烯液体产物聚集在抽吸鼓中的焦耳-汤姆孙效应。
在上述该系统中，当第二阶段排放料流闪蒸降至塔顶部压力时，然后顺序地将由该闪蒸产生的蒸气在热泵第一阶段和第二阶段中再加工。因此，热泵压缩机的第一阶段，其要求更多效用的较大能力阶段，需要将塔顶部蒸气连同第二阶段排放闪蒸的蒸气一起加工，由此提高压缩机的总能力和效用要求。
理想的是具有改进关于该方法的效率和热回收的方法。
发明概述
公开了容许更有效的热回收的方法。
一方面，本发明可描述为分离烃并回收热的方法，其包括：将包含烃的进料流在第一分离区中分离成顶部料流和底部料流；顶部料流为蒸气料流且底部料流为液流；使至少一部分顶部料流进入压缩区中，压缩区配置用于产生第一输出料流和第二输出料流；将来自压缩区的至少一部分第一输出料流的热转移至第一分离区；从压缩区的第二输出料流中除去热；和使压缩区的第二输出料流进入第二分离区中，其中第二分离区具有比顶部料流的压力更高的压力。
在至少一个实施方案中，第一分离区为分馏塔。
在一些实施方案中，方法进一步包括从第二分离区中回收液流。
在一些实施方案中，方法还包括在来自第一输出料流的第一部分的热转移以后使压缩区的第一输出料流的至少第一部分进入第一分离区中。进一步预期方法包括使压缩区的第一输出料流的第二部分进入第二分离区中。还预期压缩区的第一输出料流的第一部分包含压缩区的第一输出料流的75％至90体积％。
在至少一个实施方案中，第二分离区提供顶部料流和底部料流。方法进一步包括使顶部料流进入压缩区中。
在一些实施方案中，方法进一步包括在使顶部料流进入压缩区中以前从第一分离区的顶部料流中回收液体。进一步预期方法还包括在第三分离区中从第一分离区的顶部料流中回收液体。第三分离区优选置于第一分离区与压缩区之间。
在又一实施方案中，方法包括在从第二输出料流中除去热以后和在使第二输出料流进入第二分离区中以前，将压缩区的第二输出料流在冷却区中冷却。
在另一方面中，本发明可描述为分离烃并回收热的方法，其包括：将包含烃的进料流在第一分离区中分离成顶部料流和底部料流；将来自第一分离区的顶部料流分离成蒸气料流和液流；使蒸气料流进入压缩区中，压缩区配置用于产生第一输出料流和第二输出料流；从压缩区的第一输出料流中除去热；将压缩区的第一输出料流冷凝并再循环至第一分离区；从压缩区的第二输出料流中回收热；和使压缩区的第二输出料流进入第二分离区中。配置第二分离区使得第二分离区中的任何蒸气来自压缩区。
在一些实施方案中，方法包括在从第一输出料流中回收热以后，使压缩区的一部分第一输出料流进入第二分离区中。预期进入第二分离区中的第一输出料流部分包含第一输出料流的10-25体积％。
在至少一个实施方案中，方法包括在从第二输出料流中除去热以后和在使第二输出料流进入第二分离区中以前，将压缩区的第二输出料流在冷却区中冷却。
在又一实施方案中，第二分离区提供顶部料流和底部料流。方法可包括使顶部料流进入压缩区中。
在一些实施方案中，方法包括从第二分离区中回收液流。
在又一实施方案中，将来自第一分离区的顶部料流在第三分离区中分离成蒸气料流和液流。预期第三分离区置于第一分离区与压缩区之间。进一步预期第一分离区包含蒸馏塔。还预期第三分离区中的压力低于第二分离区中的压力。
本发明的其它目的、实施方案和细节描述于以下发明详述中。
附图详述
图为简化工艺图，其中：
图1显示根据本发明一个或多个实施方案的方法的工艺流程图；和
图2显示根据本发明一个或多个实施方案的方法的另一工艺流程图。发明详述
开发了通过提高从其中的热回收而容许更有效地分离各种烃的方法。
在本发明各方法中，热泵压缩机的第一和第二阶段分开使得第一阶段加工来自塔顶部的蒸气，且第二阶段仅加工除去塔操作所需的过量冷凝能所需的材料。
在一些实施方案中，与目前的热泵设计相比的效用优点可由第一阶段抽吸体积流量的降低识别，因为现在第一阶段仅加工塔顶部蒸气(而不是来自第二阶段闪蒸的其它蒸气)。
另外，本发明方法容许较冷的第二阶段抽吸温度，因为蒸气/液体再接触在第二阶段抽吸鼓中进行，并冷却通向第二阶段的抽气。较高密度的气体通过使所需压缩机头降低而降低压缩机尺寸和效用。
此外，在一些实施方案中，取消了用于将回流送回塔中的泵，因为第二阶段抽吸鼓液体在较高的压力下操作，并将二次回流加压，作为液体回到塔顶部。另外，可取消来自抽吸鼓的二次回流管线，因为总回流可以以等级结合。在本发明中，初级和二次回流材料的密度是近似的。在传统方案中，回流泵将二次回流过冷却。为泡点材料的初级回流具有比二次回流材料更低的密度，且初级和二次回流管线通常独立地沿着塔向上输送。将初级回流与二次过冷回流组合会提高总回流管线中的静压头，并提高第一阶段效用。这些和其它优点鉴于对本发明一些实施方案的以下描述理解。
参考图1，描述本发明的实施方案。如所示，包含待分离烃的进料流10进入第一分离区12中。在优选实施方案中，第一分离区12包含一个或多个分馏塔14用于分离烃，例如异丁烷和正丁烷、异丁烯和异丁烷或者丙烷和丙烯。在最优选的实施方案中，一个或多个分馏塔14包含丙烯-丙烷分离塔。
一个或多个分馏塔14在一定条件下操作以将进料流10中的烃分离成顶部蒸气料流16和底部料流18。在至少一个实施方案中，一个或多个分馏塔14各自以689kPag(100psig)的顶部压力操作。在丙烯-丙烷分离塔的情况下，底部料流18可包含丙烷以及其它较重烃，其可进入其它区或装置中用于进一步分离和加工。
来自第一分离区12的顶部蒸气料流16进入压缩区20中。在最优选的实施方案中，压缩区20包含热泵压缩机22，其产生两种输出(或排放)料流：第一阶段输出料流24和第二阶段输出料流26。热泵压缩机22将来自第一分离区12的顶部蒸气料流16压缩至1034-1724kPag(150-250psig)以形成第一阶段输出料流24。第一阶段输出料流24的压力基于会将第一分离区12的底部料流18再沸并将第一阶段输出料流24的蒸气完全冷凝以形成初级液体回流(下文中讨论的)的所需换热器最小接近温度。
在一个或多个实施方案中，第一阶段输出料流24分离成两个部分30a、30b，其中75-90％(第一部分30a)进入换热器28中以将来自第一分离区12的顶部蒸气料流16的热(或热泵)转移至第一分离区12的底部料流18。因此，来自换热器28的热侧的热转移至冷侧，并用作热源将第一分离区12再沸。
换热器28可以为热虹吸系统，其中冷侧出口温度与第一分离区12的底部料流18的温度相同。换热器28以及本文所述其它换热器也可以为任何常规设计，一个实例为错流壳管式设计，另一实例使用高传热技术，例如HighfluxTM(可由UOP，Des Plaines，Ill.得到)或板式换热器。
换热器28的热侧出口中的蒸气完全冷凝并且作为初级回流材料返回第一分离区12中。换热器28的出口可包括34-172kPa(5-25psi)压降用于控制返回第一分离区12中的第一阶段输出料流24的流量。
如上所述，在本发明一些实施方案中，第一阶段输出料流24分成两个部分30a、30b。第一阶段输出料流24的第二部分30b(优选保留10-25％)可绕过换热器28并经由旁通管线32进入第二分离区34中。优选，第二分离区34包含具有1,241kPag(180psig)的操作压力的抽吸鼓36。
当第一阶段输出料流24的第二部分30b进入第二分离区34中时，它与第二阶段输出料流26接触。第二分离区34容许第一阶段输出24中的蒸气和来自第二阶段输出26的液体接触并分离，其将第二阶段输出料流26在将它在热泵压缩机22的第二阶段中压缩以前冷却。较低的温度容许较高密度的气体进入热泵压缩机22的第二阶段中。这会降低第二阶段的压缩机头和效用。
为生产第二阶段输出料流26，热泵压缩机22将来自第一分离区12的其余蒸气随着来自第二分离区34中的第二阶段输出料流26的闪蒸蒸气压缩。第二阶段输出料流26的压力优选为2,689kPag(390psig)以将蒸气在工艺交换器38，其后空气或水冷调温冷却器40中冷凝。空气或水冷调温冷却器40将过量热从闪蒸返回第二分离区34中的第二阶段输出料流26中除去以在热泵压缩机22的第二阶段中再次压缩。
来自第二分离区34的液体可由于第二分离区34与第一分馏塔14顶部之间的压差而经由管线39返回分馏塔14中。也可将净顶部液体42泵送至加压储存。在其中分馏塔14包含PP分离器的实施方案中，净顶部液体42通常为聚合物级丙烯。
本发明另一实施方案显示于图2中，其中在进入压缩区120中以前，来自第一分离区112的顶部蒸气116进入第三分离区144中。在第三分离区144中，可分离出顶部蒸气116中可能由环境热损失而冷凝的任何液滴。在优选实施方案中，第三分离区144包含抽吸鼓146。如果方法是几乎绝热的，则预期第三分离区144中的液体不聚集。可将第三分离区144中的任何液体用顶部蒸气116中的热蒸气再气化。作为选择，可将来自第三分离区144的液体用低容量泵间歇式地泵送到第二分离区134中。在可选实施方案中，可在分馏塔114的顶部例如使用网毯(未显示)，以容许分馏塔114顶部的蒸气中的液滴聚集而不是进入热泵压缩机122中。在这种情况下，不需要抽吸鼓146，因为第三分离区144结合到分馏器顶部。第三分离区144和网毯用于保护热泵压缩机122以防接收最少的液体，因为液体可能损害热泵压缩机122。也可使用保护热泵压缩机122的其它设计。
另外，如图2所示，在本发明这一实施方案中，第二阶段输出料流126在通过调温冷却器140并进入第二分离区134中以前进入热回收工艺交换器148中。热回收工艺交换器148中回收的任何热可用于精炼装置的其它工艺中。
最后，在图2中，一部分第一阶段输出124可直接返回热泵压缩机122中以用作第二阶段入口(或抽吸)以经由管线150压缩到第二阶段输出(或排放)料流126中。在这种情况下，不需要从第一阶段输出124至第二分离区134的管线130b。
图2中该实施方案的其余元件类似于图1所示第一实施方案，因此，将上文关于它的描述合并到此处。
估计根据本发明一个或多个实施方案的方法可提供至少$2,000,000美元的资本支出节约以及超过$1,000,000美元的年效用支出节约。因此，该方法不仅提供更有效的热回收，方法以执行该方法所需的资本节约而做到这一点。
本领域技术人员应当认识到和理解各个其它组件，例如阀、泵、过滤器、冷却器等未显示于图中，因为认为其详情是本领域技术人员熟知的，且关于它们的描述对实践或描述本发明的实施方案而言不是必要的。
具体实施方案
尽管连同具体实施方案描述了下文，应当理解该描述意欲阐述且不限制前述说明和所附权利要求书的范围。
本发明第一实施方案为从料流中分离烃并回收热的方法，所述方法包括：将包含烃的进料流在第一分离区中分离成顶部料流和底部料流，顶部料流为蒸气料流且底部料流为液流；使至少一部分顶部料流进入压缩区中，压缩区配置用于产生第一输出料流和第二输出料流；将来自压缩区的至少一部分第一输出料流的热转移至第一分离区；从压缩区的第二输出料流中除去热；和使压缩区的第二输出料流进入第二分离区中，其中第二分离区具有比顶部料流的压力更高的压力。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中第一分离区为分馏塔。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括从第二分离区中回收液流。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括在来自第一输出料流的第一部分的热转移以后使压缩区的第一输出料流的至少第一部分进入第一分离区中。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括使压缩区的第一输出料流的第二部分进入第二分离区中。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中压缩区的第一输出料流的第一部分包含压缩区的第一输出料流的75％至90体积％。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中第二分离区提供顶部料流和底部料流，且方法进一步包括使顶部料流进入压缩区中。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括在使顶部料流进入压缩区中以前从第一分离区的顶部料流中回收液体。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括在第三分离区中从第一分离区的顶部料流中回收液体，第三分离区置于第一分离区与压缩区之间。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括在从第二输出料流中除去热以后和在使第二输出料流进入第二分离区中以前，将压缩区的第二输出料流在冷却区中冷却。
本发明的第二实施方案为分离烃并回收热的方法，所述方法包括：将包含烃的进料流在第一分离区中分离成顶部料流和底部料流；将来自第一分离区的顶部料流分离成蒸气料流和液流；使蒸气料流进入压缩区中，压缩区配置用于产生第一输出料流和第二输出料流；从压缩区的第一输出料流中回收热；将压缩区的第一输出料流冷凝并再循环至第一分离区；从压缩区的第二输出料流中除去热；和使压缩区的第二输出料流进入第二分离区中，其中配置第二分离区使得第二分离区中的任何蒸气来自压缩区。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括在从第一输出料流中回收热以前，使压缩区的一部分第一输出料流进入第二分离区中。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中进入第二分离区的第一输出料流部分包含第一输出料流的10-25体积％。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括在从第二输出料流中除去热以后和在使第二输出料流进入第二分离区中以前，将压缩区的第二输出料流在冷却区中冷却。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中第二分离区提供顶部料流和底部料流，且进一步包括使顶部料流进入压缩区中。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括从第二分离区中回收液流。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中将来自第一分离区的顶部料流在第三分离区中分离成蒸气料流和液流。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中第三分离区置于第一分离区与压缩区之间。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中第一分离区包含蒸馏塔。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中第三分离区中的压力低于第二分离区中的压力。
尽管在先前发明详述中提出了至少一个示例实施方案，但应当理解存在大量变化方案。还应当理解示例实施方案仅为实例，且不意欲以任何方式限制本发明的范围、应用或构型。而是，先前的详细说明提供给本领域技术人员执行本发明示例实施方案的方便路线图，应当理解可不偏离所附权利要求书及其合法等价物中所述本发明范围而做出对示例实施方案中所述元件的功能和配置的各种改变。

Claims (8)

1.从料流中分离烃并回收热的方法，所述方法包括:
将包含烃的进料流(10)在第一分离区(12、112)中分离成顶部料流(16、116)和底部料流(18)，顶部料流(16、116)为蒸气料流且底部料流(18)为液流；
使至少一部分顶部料流(16、116)进入压缩区(20、120)中，所述压缩区(20、120)配置用于产生第一输出料流(24、124)和第二输出料流(26、126)；
将来自压缩区(20、120)的第一输出料流(24、124)的第一部分(30a)的热转移至第一分离区(12、112)，且在来自第一输出料流(24、124)的第一部分(30a)的热转移以后，使压缩区(20、120)的第一输出料流(24、124)的第一部分(30a)进入第一分离区(20、120)中；
使压缩区(20、120)的第一输出料流(24、124)的第二部分(30b、130b)进入第二分离区(34、134)中；
从压缩区(20、120)的第二输出料流(26、126)中除去热；和
使压缩区(20、120)的第二输出料流(26、126)进入第二分离区(34、134)中，
其中第一输出料流(24、124)的第二部分(30b、130b)与第二输出料流(26、126)接触，且第二分离区(34、134)具有比顶部料流(16、116)的压力更高的压力。
2.根据权利要求1的方法，其中第一分离区(20、120)为分馏塔(14、114)。
3.根据权利要求1的方法，其进一步包括：
从第二分离区(34、134)中回收液流(39、42)。
4.根据权利要求1的方法，其中压缩区(20、120)的第一输出料流(24、124)的第一部分(30a)包含压缩区(20、120)的第一输出料流(24、124)的75％至90体积％。
5.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中第二分离区(34、134)提供顶部料流和底部料流，且方法进一步包括：
使顶部料流进入压缩区(20、120)中。
6.根据权利要求1-3中任一项的方法，其进一步包括：
在使顶部料流(16、116)进入压缩区(20、120)中以前从第一分离区(12、112)的顶部料流(16、116)中回收液体。
7.根据权利要求6的方法，其进一步包括：
在第三分离区(146)中从第一分离区(12、112)的顶部料流(16、116)中回收液体，所述第三分离区(146)位于第一分离区(12、112)与压缩区(20、120)之间。
8.根据权利要求1-3中任一项的方法，其进一步包括：
在从第二输出料流(26、126)中除去热以后和在第二输出料流(26、126)进入第二分离区(34)中以前，将压缩区的第二输出料流(26、126)在冷却区(40)中冷却。
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