CN105737519B - 分离化工尾气制乙烯的系统与工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明的分离化工尾气制乙烯的系统与工艺，分离化工尾气制乙烯的系统包括：液化分离设备；膨胀机，膨胀机的膨胀端与液化分离设备的一气体出口通过管路连接，膨胀机的膨胀端用于使液化分离设备排出的甲烷膨胀后返回液化分离设备，以此为液化分离设备提供冷量。本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，包括：利用液化分离设备对化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出C3+、乙烯、甲烷；利用膨胀机的膨胀端使液化分离设备排出的甲烷膨胀后返回液化分离设备，以此为液化分离设备提供冷量。本发明的技术方案的优点是：可以将尾气中成分比较复杂的组分分为C3+的副产品、甲烷气体以及乙烯产品，提高尾气的经济价值。本发明的技术方案结构简单、效率较高。

Description

分离化工尾气制乙烯的系统与工艺
技术领域
本发明涉及气体的液化与回收利用，特别是涉及一种分离化工尾气制乙烯的系统与工艺。
背景技术
在石油化工企业存在大量的化工尾气，如催化裂化后的干气、炼厂干气以及液态烃中闪蒸气，这些气体中含有大量可以回收利用的气体，如果直接排放或者去火炬燃烧，势必会造成较大的浪费和环境污染。
另外，有些化工尾气中乙烯的含量较高，由于乙烯是十分重要的化工原料，其下游产品包括聚乙烯、环氧乙烷、乙二醇、聚氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯等，因此在回收含有乙烯的化工尾气时，能把乙烯提取出来显得非常必要。
化工尾气的回收利用一般采用膜分离、PSA提取等方法，上述方法设备复杂，效率较低，不太适合小型化工厂的尾气回收利用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、效率较高的分离化工尾气制乙烯的系统与工艺。
本发明的分离化工尾气制乙烯的系统，包括：
用于对化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出C3+、乙烯、甲烷的液化分离设备；
膨胀机，所述膨胀机的膨胀端与液化分离设备的一气体出口通过管路连接，所述膨胀机的膨胀端用于使液化分离设备排出的甲烷膨胀后返回液化分离设备，以此为所述液化分离设备提供冷量。
本发明的分离化工尾气制乙烯的系统，其中，还包括：
用于对化工尾气进行压缩的压缩机；
用于对压缩后的化工尾气进行干燥脱水处理的干燥设备，与压缩机通过管路连接，所述干燥设备通过管路与所述液化分离设备连接，以使经过压缩脱水的化工尾气进入液化分离设备并液化分离出C3+、乙烯、甲烷。
本发明的分离化工尾气制乙烯的系统，其中，所述液化分离设备包括：
用于对化工尾气进行冷却的一级换热器；
用于对冷却后的化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出气相物料与C3+的乙烯精馏塔，与所述一级换热器通过管路连接；
用于对气相物料进行冷却的二级换热器，与所述乙烯精馏塔通过管路连接；
用于对冷却后的气相物料进行液化分离，使气相物料分离出乙烯与甲烷的甲烷精馏塔，与所述二级换热器通过管路连接；
甲烷精馏塔塔顶分离器的甲烷气体出口与所述膨胀机的膨胀端通过第一管路连接；所述膨胀机的膨胀端通过排气管路将膨胀至低温低压的甲烷排出，所述排气管路经过一级换热器，以向一级换热器提供冷量。
本发明的分离化工尾气制乙烯的系统，其中，所述第一管路依次经过二级换热器、一级换热器，以使第一管路内的甲烷降温。
本发明的分离化工尾气制乙烯的系统，其中，所述液化分离设备还包括混合冷剂循环制冷系统，所述混合冷剂循环制冷系统沿混合冷剂流动方向依次包括用于对混合冷剂压缩的第一混合冷剂压缩机、第一冷却器、第二混合冷剂压缩机、第二冷却器、气液分离器，所述气液分离器的液相混合冷剂出口通过第二管路连通第一节流阀，所述第一节流阀通过第一回流管路连接第一混合冷剂压缩机的入口，所述气液分离器的气相混合冷剂出口通过第三管路以及第四管路连通第二节流阀，第二节流阀通过第二回流管路与第一回流管路连通，以使被所述第一节流阀、第二节流阀分别节流降温后的液相混合冷剂、气相混合冷剂汇合后回流至第一混合冷剂压缩机，所述混合冷剂在第一混合冷剂压缩机与气液分离器之间循环，第二管路经过一级换热器，第二管路中的混合冷剂在一级换热器中冷却降温，第三管路依次经过一级换热器、乙烯精馏塔塔底再沸器后与第四管路连接，第四管路依次经过一级换热器、甲烷精馏塔塔底再沸器、二级换热器，第三管路中的混合冷剂在一级换热器、乙烯精馏塔塔底再沸器中冷却降温，第四管路中的混合冷剂在一级换热器中提供冷量，在乙烯精馏塔塔底再沸器、二级换热器中冷却降温，第一回流管路依次经过乙烯精馏塔塔顶冷凝器、一级换热器，第一回流管路中的混合冷剂在乙烯精馏塔塔顶冷凝器以及一级换热器中提供冷量，第二回流管路经过甲烷精馏塔塔顶冷凝器、二级换热器，第二回流管路中的混合冷剂在甲烷精馏塔塔顶冷凝器以及二级换热器中提供冷量。
本发明的分离化工尾气制乙烯的系统，其中，所述甲烷精馏塔的底部的乙烯出口与乙烯排出管连通，乙烯排出管经过二级换热器后与第三节流阀的入口连通，以使乙烯排出管中的乙烯通过二级换热器冷却降温后通过第三节流阀节流冷却降温。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，包括：
利用液化分离设备对化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出C3+、乙烯、甲烷；
利用膨胀机的膨胀端使液化分离设备排出的甲烷膨胀后返回液化分离设备，以此为所述液化分离设备提供冷量。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，其中，还包括：
对化工尾气进行压缩；
用于对压缩后的化工尾气进行干燥脱水处理，以使经过压缩脱水的化工尾气进入液化分离设备并液化分离出C3+、乙烯、甲烷。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，其中，所述利用液化分离设备对化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出C3+、乙烯、甲烷包括：
对化工尾气进行一次冷却；
对一次冷却后的化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出气相物料与C3+；
对气相物料进行二次冷却；
对冷却后的气相物料进行液化分离，使气相物料分离出乙烯与甲烷。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，其中，还包括：对气相物料分离出的甲烷冷却降温，对气相物料分离出的乙烯节流冷却降温。
本发明的技术方案的优点是：可以将尾气中成分比较复杂的组分分为C3+的副产品、甲烷气体以及乙烯产品，提高尾气的经济价值。本发明的技术方案结构简单、效率较高。
附图说明
图1为本发明的分离化工尾气制乙烯的系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的分离化工尾气制乙烯的系统，包括：
用于对化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出C3+、乙烯、甲烷的液化分离设备；
膨胀机ET1，膨胀机ET1的膨胀端与液化分离设备的一气体出口通过管路连接，膨胀机的膨胀端用于使液化分离设备排出的甲烷膨胀后返回液化分离设备，以此为液化分离设备提供冷量。
本发明的分离化工尾气制乙烯的系统，其中，还包括：
用于对化工尾气进行压缩的压缩机A1；
用于对压缩后的化工尾气进行干燥脱水处理的干燥设备A2，与压缩机A1通过管路连接，干燥设备A2通过管路与液化分离设备连接，以使经过压缩脱水的化工尾气进入液化分离设备并液化分离出C3+、乙烯、甲烷。
本发明的分离化工尾气制乙烯的系统，其中，液化分离设备包括：
用于对化工尾气进行冷却的一级换热器E2；
用于对冷却后的化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出气相物料与C3+的乙烯精馏塔T1，与一级换热器E2通过管路连接；
用于对气相物料进行冷却的二级换热器E5，与乙烯精馏塔T1通过管路连接；
用于对冷却后的气相物料进行液化分离，使气相物料分离出乙烯与甲烷的甲烷精馏塔T2，与二级换热器E5通过管路连接；
甲烷精馏塔塔顶分离器V30的甲烷气体出口与膨胀机ET1的膨胀端通过第一管路11连接；膨胀机ET1的膨胀端通过排气管路10将膨胀至低温低压的甲烷排出，排气管路10经过一级换热器，以向一级换热器提供冷量。
本发明的分离化工尾气制乙烯的系统，其中，第一管路11依次经过二级换热器E5、一级换热器E2，以使第一管路11内的甲烷降温。
本发明的分离化工尾气制乙烯的系统，其中，液化分离设备还包括混合冷剂循环制冷系统，混合冷剂循环制冷系统沿混合冷剂流动方向依次包括用于对混合冷剂压缩的第一混合冷剂压缩机C1、第一冷却器E1、第二混合冷剂压缩机C2、第二冷却器E10、气液分离器V10，气液分离器V10的液相混合冷剂出口通过第二管路12连通第一节流阀V1，第一节流阀V1通过第一回流管路21连接第一混合冷剂压缩机C1的入口，气液分离器V10的气相混合冷剂出口通过第三管路13以及第四管路14连通第二节流阀V2，第二节流阀V2通过第二回流管路22与第一回流管路21连通，以使被第一节流阀V1、第二节流阀V2分别节流降温后的液相混合冷剂、气相混合冷剂汇合后回流至第一混合冷剂压缩机，混合冷剂在第一混合冷剂压缩机与气液分离器之间循环，第二管路经过一级换热器，第二管路中的混合冷剂在一级换热器中冷却降温，第三管路依次经过一级换热器、乙烯精馏塔塔底再沸器E3后与第四管路连接，第四管路依次经过一级换热器、甲烷精馏塔塔底再沸器E6、二级换热器，第三管路中的混合冷剂在一级换热器、乙烯精馏塔塔底再沸器中冷却降温，第四管路中的混合冷剂在一级换热器中提供冷量，在乙烯精馏塔塔底再沸器、二级换热器中冷却降温，第一回流管路依次经过乙烯精馏塔塔顶冷凝器E4、一级换热器，第一回流管路中的混合冷剂在乙烯精馏塔塔顶冷凝器E4以及一级换热器中提供冷量，第二回流管路经过甲烷精馏塔塔顶冷凝器E7、二级换热器，第二回流管路中的混合冷剂在甲烷精馏塔塔顶冷凝器以及二级换热器中提供冷量。
本发明的分离化工尾气制乙烯的系统，其中，甲烷精馏塔T2的底部的乙烯出口与乙烯排出管30连通，乙烯排出管30经过二级换热器E5后与第三节流阀V3的入口连通，以使乙烯排出管中的乙烯通过二级换热器冷却降温后通过第三节流阀V3节流冷却降温。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，包括：
利用液化分离设备对化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出C3+、乙烯、甲烷；
利用膨胀机的膨胀端使液化分离设备排出的甲烷膨胀后返回液化分离设备，以此为液化分离设备提供冷量。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，其中，还包括：
对化工尾气进行压缩；
用于对压缩后的化工尾气进行干燥脱水处理，以使经过压缩脱水的化工尾气进入液化分离设备并液化分离出C3+、乙烯、甲烷。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，其中，利用液化分离设备对化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出C3+、乙烯、甲烷包括：
对化工尾气进行一次冷却；
对一次冷却后的化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出气相物料与C3+；
对气相物料进行二次冷却；
对冷却后的气相物料进行液化分离，使气相物料分离出乙烯与甲烷。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，其中，还包括：对气相物料分离出的甲烷冷却降温，对气相物料分离出的乙烯节流冷却降温。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺的路线是：含有乙烯的化工尾气经过压缩机压缩，然后经干燥脱水装置脱除化工尾气中的水份，然后进入液化分离，分离出C3+副产品、液态C2H4产品以及甲烷气体，甲烷气体出液化分离工序后进入膨胀机膨胀降温，然后再次进入液化分离工序为本工序提供冷量。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺的主要优点是：可以将尾气中成分比较复杂的组分分成主要成分为C3+的副产品、甲烷气体以及乙烯产品，提高尾气的经济价值。
化工尾气的主要成分有：甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙炔、异丁烷、正丁烷、反式丁烯、异丁烯、正戊烷、正己烷、正庚烷。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，其中，化工尾气压缩至10-40bar。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，其中，干燥脱水工序可以采用分子筛吸附工艺，将化工尾气中的水含量控制在1ppm以下。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，其中，分离出的C3+副产品的压力为5-18bar，温度为-26至-40℃。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，其中，分离出的乙烯产品的压力为1.1-18bar，温度为-110至-60℃。
本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺，其中，分离出的甲烷产品，压力为1.1-38bar，温度为-120至40℃。
利用本发明的分离化工尾气制乙烯的系统进行本发明的分离化工尾气制乙烯的工艺的流程如下：
化工尾气流量为1715Nm3/h，压力13bar，成分如表1所示，进入一级换热器E2降温至-40℃，进入乙烯精馏塔T1，在乙烯精馏塔T1塔底的液相物料经过乙烯精馏塔塔底再沸器E3加热，轻组分不断的蒸发，重组分不断的浓缩，最终从塔底分离出温度20℃、压力12bar、流量109Nm3/h的C3+产品，组分如表2所示；在乙烯精馏塔T1塔顶的气相物料经过乙烯精馏塔塔顶冷凝器E4冷凝，并经过乙烯精馏塔塔顶分离器V20分离，重组分回流至乙烯精馏塔T1，轻组分进入二级换热器E5降温至-105℃进入甲烷精馏塔T2；在甲烷精馏塔T2塔底的液相物料经过甲烷精馏塔塔底再沸器E6加热，轻组分不断的蒸发，重组分不断的浓缩，最终从塔底分离出温度-54℃、压力9.2bar、流量1154Nm3/h的乙烯，进入二级换热器E5降温至-105℃，经节流阀节流至1.1bar，输出乙烯产品，产品组分如表3所示；在甲烷精馏塔T2塔顶的气相物料经过甲烷精馏塔塔顶冷凝器E7冷凝，并经过甲烷精馏塔塔顶分离器V30分离，重组分回流至精馏塔，轻组分进入二级换热器E5、一级换热器E2后，-20℃、8.6bar的甲烷进入膨胀机ET1膨胀为-80℃、2bar，再次进入一级换热器E2复温至35℃，最后输出452Nm3/h的甲烷产品，成分如表4所示。
表1
组分 CH<sub>4</sub> C<sub>2</sub>H<sub>6</sub> C<sub>2</sub>H<sub>4</sub> C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> i-C<sub>4</sub>H<sub>10</sub>
组成，V％ 16.15 3.41 70.55 0.01 0.3
组分 n-C<sub>4</sub>H<sub>10</sub> Tr<sub>2</sub>-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> 1-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> i-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> Cis<sub>2</sub>-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub>
组成，V％ 0.91 0.17 0.03 0.08 0.18
组分 n-C<sub>5</sub>H<sub>12</sub> M-C<sub>3</sub>H<sub>4</sub> 13-C<sub>4</sub>H<sub>6</sub> n-C<sub>6</sub>H<sub>14</sub> n-C<sub>7</sub>H<sub>16</sub>
组成，V％ 0.13 4.88 0.41 1.6 1.19
表2
组分 CH<sub>4</sub> C<sub>2</sub>H<sub>6</sub> C<sub>2</sub>H<sub>4</sub> C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> i-C<sub>4</sub>H<sub>10</sub>
组成，V％ 0.00 5.72 11.88 0.1 2.23
组分 n-C<sub>4</sub>H<sub>10</sub> Tr<sub>2</sub>-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> 1-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> i-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> Cis<sub>2</sub>-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub>
组成，V％ 6.76 1.31 0.23 0.62 1.38
组分 n-C<sub>5</sub>H<sub>12</sub> M-C<sub>3</sub>H<sub>4</sub> 13-C<sub>4</sub>H<sub>6</sub> n-C<sub>6</sub>H<sub>14</sub> n-C<sub>7</sub>H<sub>16</sub>
组成，V％ 0.78 52.58 3.27 8.02 5.13
表3
组分 CH<sub>4</sub> C<sub>2</sub>H<sub>6</sub> C<sub>2</sub>H<sub>4</sub> C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> i-C<sub>4</sub>H<sub>10</sub>
组成，V％ 0.00 3.88 96.12 0.00 0.00
组分 n-C<sub>4</sub>H<sub>10</sub> Tr<sub>2</sub>-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> 1-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> i-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> Cis<sub>2</sub>-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub>
组成，V％ 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
组分 n-C<sub>5</sub>H<sub>12</sub> M-C<sub>3</sub>H<sub>4</sub> 13-C<sub>4</sub>H<sub>6</sub> n-C<sub>6</sub>H<sub>14</sub> n-C<sub>7</sub>H<sub>16</sub>
组成，V％ 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
表4
组分 CH<sub>4</sub> C<sub>2</sub>H<sub>6</sub> C<sub>2</sub>H<sub>4</sub> C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> i-C<sub>4</sub>H<sub>10</sub>
组成，V％ 99.5 0.00 0.5 0.00 0.00
组分 n-C<sub>4</sub>H<sub>10</sub> Tr<sub>2</sub>-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> 1-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> i-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> Cis<sub>2</sub>-C<sub>4</sub>H<sub>8</sub>
组成，V％ 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
组分 n-C<sub>5</sub>H<sub>12</sub> M-C<sub>3</sub>H<sub>4</sub> 13-C<sub>4</sub>H<sub>6</sub> n-C<sub>6</sub>H<sub>14</sub> n-C<sub>7</sub>H<sub>16</sub>
组成，V％ 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种分离化工尾气制乙烯的系统，其特征在于，包括：
用于对化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出C3+、乙烯、甲烷的液化分离设备；
膨胀机，所述膨胀机的膨胀端与液化分离设备的一气体出口通过管路连接，所述膨胀机的膨胀端用于使液化分离设备排出的甲烷膨胀后返回液化分离设备，以此为所述液化分离设备提供冷量，还包括：
用于对化工尾气进行压缩的压缩机；
用于对压缩后的化工尾气进行干燥脱水处理的干燥设备，与压缩机通过管路连接，所述干燥设备通过管路与所述液化分离设备连接，以使经过压缩脱水的化工尾气进入液化分离设备并液化分离出C3+、乙烯、甲烷，所述液化分离设备包括：
用于对化工尾气进行冷却的一级换热器；
用于对冷却后的化工尾气进行液化分离，使化工尾气分离出气相物料与C3+的乙烯精馏塔，与所述一级换热器通过管路连接；
用于对气相物料进行冷却的二级换热器，与所述乙烯精馏塔通过管路连接；
用于对冷却后的气相物料进行液化分离，使气相物料分离出乙烯与甲烷的甲烷精馏塔，与所述二级换热器通过管路连接；
甲烷精馏塔塔顶分离器的甲烷气体出口与所述膨胀机的膨胀端通过第一管路连接；所述膨胀机的膨胀端通过排气管路将膨胀至低温低压的甲烷排出，所述排气管路经过一级换热器，以向一级换热器提供冷量，所述甲烷精馏塔的底部的乙烯出口与乙烯排出管连通，乙烯排出管经过二级换热器后与第三节流阀的入口连通，以使乙烯排出管中的乙烯通过二级换热器冷却降温后通过第三节流阀节流冷却降温，所述第一管路依次经过二级换热器、一级换热器，以使第一管路内的甲烷降温，所述液化分离设备还包括混合冷剂循环制冷系统，所述混合冷剂循环制冷系统沿混合冷剂流动方向依次包括用于对混合冷剂压缩的第一混合冷剂压缩机、第一冷却器、第二混合冷剂压缩机、第二冷却器、气液分离器，所述气液分离器的液相混合冷剂出口通过第二管路连通第一节流阀，所述第一节流阀通过第一回流管路连接第一混合冷剂压缩机的入口，所述气液分离器的气相混合冷剂出口通过第三管路以及第四管路连通第二节流阀，第二节流阀通过第二回流管路与第一回流管路连通，以使被所述第一节流阀、第二节流阀分别节流降温后的液相混合冷剂、气相混合冷剂汇合后回流至第一混合冷剂压缩机，所述混合冷剂在第一混合冷剂压缩机与气液分离器之间循环，第二管路经过一级换热器，第二管路中的混合冷剂在一级换热器中冷却降温，第三管路依次经过一级换热器、乙烯精馏塔塔底再沸器后与第四管路连接，第四管路依次经过一级换热器、甲烷精馏塔塔底再沸器、二级换热器，第三管路中的混合冷剂在一级换热器、乙烯精馏塔塔底再沸器中冷却降温，第四管路中的混合冷剂在一级换热器中提供冷量，在乙烯精馏塔塔底再沸器、二级换热器中冷却降温，第一回流管路依次经过乙烯精馏塔塔顶冷凝器、一级换热器，第一回流管路中的混合冷剂在乙烯精馏塔塔顶冷凝器以及一级换热器中提供冷量，第二回流管路经过甲烷精馏塔塔顶冷凝器、二级换热器，第二回流管路中的混合冷剂在甲烷精馏塔塔顶冷凝器以及二级换热器中提供冷量。
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