CN1063051A - 轻烃分离节能流程 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种轻烃分离节能的工艺，其特征是
采用双塔前脱乙烷和低压脱甲烷工艺流程，充分利用
低压脱甲烷流程的特点降低能量消耗，适用于新建乙
烯装置以及现有乙烯装置的增产节约改造措施，本发
明比顺序流程每小时节电1350KW。
Description
本发明涉及化学工程中的分离工程，尤其涉及到乙烯装置中轻烃分离工艺流程的改进，其IPC分类号为B0103/14。
众所周知烃类裂解后产生一种多组分混合气体，经过冷却和分离裂解汽油、裂解柴油和裂解燃料油等组分后的混合气体称作轻烃。轻烃需进一步加工，分离成乙烯、丙烯和碳四馏分等产品，作为下游装置的原料。分离流程按照第一个精馏塔轻重关键组分的不同而分为顺序流程，前脱乙烷流程和前脱丙烷流程。这三种流程有不同的优缺点，都已被采用并建成工业装置。采用顺序流程的有30万吨/年乙烯装置;采用前脱丙烷流程的有11.5万吨/年乙烯装置;采用前脱乙烷流程的有2万吨/年气体分离装置，这三种流程的示意图见图1，图2和图3。
无论是顺序流程，前脱乙烷流程或前脱丙烷流程，都是采用精馏方法来分离各组分。根据分离过程的净功耗概念，分离的能耗约正比于塔顶出料量和塔顶底温度倒数的差值
Wn = QTo( ( 1 1 )/(TLTH) )
式中 Wn-分离过程的净功耗
Q-冷凝器或再沸器的热负荷，正比于塔顶出口气体量
To-环境温度
TLTH-冷凝器，再沸器的温度
用上述基本概念，结合进料冷却或加热的需要，可以得出这三种流程的优缺点。
采用顺序流程的目的是使流程中各精馏塔的塔顶馏出物量最少，因而使总热负荷最小。但是由于第一个塔是脱甲烷，塔的操作温度最低，全部物料都要冷却到低温，因而顺序流程的脱甲烷塔能耗较其他流程大。
前脱丙烷流程的构思是在第一个精馏塔就把碳四以上分离掉以消除产生聚合物而引起堵塞的根源，并有利于采用前加氢脱炔工艺和减少进入低温区的物料量。
前脱乙烷流程的总塔顶馏出物量和第一个精馏塔的温度介于顺序流程和前脱丙烷流程之间，兼顾了各塔塔顶馏出物总量小和进低温区的物料流程小两种要求。
由此可见这三种流程有不同的优缺点，总能耗略有差别，一般情况下认为顺序流程的能耗较低，因而引进的大型乙烯装置都采用顺序流程，但前脱乙烷和前脱丙烷的流程也能存在。这三种流程的脱甲烷塔、脱乙烷塔和脱丙烷塔的能量消耗的相对比较如下：
由上述比较可以得出结论：对于相同切割任务的精馏塔，无论是脱甲烷、脱乙烷和脱丙烷塔，它在不同流程中的相对能耗不相同，处于第一个精馏塔位置者相对能耗最大，这样因为第一个精馏塔的进料包含了全部烃类组分，因而负荷大，塔顶底温差大。若能用采用适当的流程和工艺参数，降低第一个精馏塔的能耗又不对流程的其他部分产生不利影响，则就能使该流程的总能耗低于其他流程。例如若能使前脱乙烷流程中的脱乙烷塔的能耗下降又不对其他部分产生不利影响，就能成为能量最节省的流程，这就是本发明的目的。
附图及其说明：
图1-顺序流程
图2-前脱乙烷流程
图3-前脱丙烷流程
图4-本发明提供的轻烃分离节能流程
A-裂解气
E201，E202，E203，E301，E302，E303，E304，
E305，E306-换热器（冷却器，冷凝器）
在图4中E201，E202-脱乙烷进料冷却器
E203-脱乙烷塔冷凝器
E301至E305-脱甲烷塔进料冷却器
E306-脱甲烷塔再沸器
T301-脱甲烷塔（压力0.5-1.5MPA）
T302-脱乙烷塔
T302A-高压脱乙烷塔（压力为2.8-4.0MPA）
T302B-低压脱乙烷塔（压力为1.6-2.3MPA）
T303-脱丙烷塔
本发明采用双塔前脱乙烷和低压脱甲烷流程，充分利用低压脱甲烷流程特点降低能量消耗。流程见图4。
裂解气压缩机出口的裂解气冷却至一定温度后，例如273-256K，成为气液两相混合物，将气液相分离，液相进入双塔脱乙烷系统的高压塔T302A，气相进一步冷却至236K左右再进入T302A。T302A的任务是脱除塔釜产物中的甲烷含量至某指定值例如0.02-0.09%，同时按一定比例例如塔顶比塔釜产品量为0.3-0.8，将碳二馏分分配在塔顶和塔釜产品中，塔顶产品进入脱甲烷预冷系统，塔釜产品进入低压脱乙烷塔T302B。在T302B进行碳二和碳三馏分的清晰切割，塔顶产品去乙炔加氢系统，塔釜产品去脱丙烷塔。
为了降低能耗，在T302A和脱甲烷塔T301之间进行热集成，即将脱甲烷再沸器E301所需热量作为T302A塔顶气体冷凝所需的冷量，不足的冷量由冷媒提供。进入脱甲烷预冷系统的物料，经过逐步冷却和闪蒸，得到3-4股脱甲烷进料和氢气及低压甲烷。
由于脱甲烷塔进料脱除了部分碳二馏分和全部碳三以上的重组分，脱甲烷塔的负荷减低，但是由于进料组分变轻，进料冷却冷凝的负荷向低温方向移动，使乙烯冷冻机的负荷大幅度增加。本发明采用将Ⅰ级分离罐和/或Ⅱ级分离罐出口的液体经减压闪蒸降低温度后和分离罐出口的气体进行热交换的方法降低乙烯冷冻机的负荷。例如，Ⅱ级分离罐的温度为-99℃，出口液体经减压闪蒸后温度降为-115℃，将此液体与-99℃的气体换热，使气体温度降至-101～106℃，而闪蒸后的液体温度提高到-106℃至-110℃，通过这样的换热措施，提高了回收冷量的等级，节省了乙烯冷冻压缩机和甲烷冷冻压缩机的功率。
本发明流程同时适用于新建乙烯装置或已建装置的增产节能改造。对于新建装置，由于下列原因使本流程的能量消耗低于已有的顺序流程或前脱乙烷流程。
（1）高压脱乙烷塔采用多股进料，使进料在冷却过程中不另加能量就得到几股组成不相同的物流，降低了高压脱乙烷塔的能量消耗。
（2）合理选择高压脱乙烷塔的操作参数，使能实现高压脱乙烷塔和脱甲烷塔之间的热集成。和高压脱乙烷塔冷凝器用冷媒的流程相比，不仅节省了设备投资，而且最有效地利用了传热温差，减少了有效能的损失。
（3）将脱甲烷进料分离罐出口的液体经减压闪蒸降低温度和同一分离出口的气体进行热交换，大幅度降低了高能位冷冻量的消耗。
对于年产30万吨乙烯装置而言，本流程和顺序流程相比每小时节能1000KW。
若原有低压脱甲烷装置要扩建，采用本流程后可以以最少的投资和停工周期，使能力提高20%。理由是：
（1）由于在裂解气冷却过程中及时分离了液相，使相继一系列热交换器的生产能力提高了20%左右。
（2）双塔前脱乙烷流程使进甲烷塔系统的进料量减少了30-70%，并且进料组成变轻，因而脱甲烷塔所需回流量大幅度下降，使脱甲烷系统仅作少量修改就能增产20%左右。
（3）由前脱乙烷流程引起的高能位冷量消耗增加的弊端由于采用同一分离罐出口的气液相热交换的方法而得到克服，因而冷冻压缩机系统只需作少量修改就能满足增产20%的要求。
7、实施例
引进30万吨乙烯装置，采用顺序低压脱甲烷流程，进分离系统的裂解气组如下：（未计炔烃）
| 组分 | H2 | CH4 | C2H4 | C2H6 | C3H6 | C3H8 | C4 | C+ 5 |
| mol％ | 17.76 | 24.97 | 37.83 | 5.52 | 10.24 | 0.58 | 2.80 | 0.32 |
由于裂解气组成和原设计值有差异，在产量为30万吨/年时脱甲烷塔、乙烯冷冻压缩机和甲烷冷冻压缩机均已满负荷，丙烯冷冻压缩机约有5-10%富裕。现欲增产20%，并希望冷冻压缩机少作修改。
为了说明本发明流程的优越性，以公认的最节能的原顺序流程为基准进行比较，进行裂解气压缩机出口的全流程模拟计算和分析，得到结果如下：
| 原设备设计功率KWh | 原流程所需功率(KWh) | 本发明流程所需功率(KWh) | ||
| 设计值 | 设备设计值 | |||
| 甲烷机乙烯机丙烯机总功率 | 80614269822 | 848163911916 | 96817641151114243 | 80620211006812893 |
从上表得知本流程的优越性为：
1、节能。本流程顺序流程每小时节电1350KW。
2、设备更动少。由于乙烯装置的裂解原料性质和裂解工艺条件不可能保持恒定，为了使装置操作有必要的弹性，设计规定各冷冻压缩机应有一定的余量，通常在5-10%。因而若采用原流程，在增产20%的条件下，甲烷机、乙烯机和丙烯机全部需作修改。而采用本发明流程，由于合理组织了热交换网络，仅乙烯机作局部修改。
Claims (1)
1、一种轻烃分离节能的工艺流程，其特征是用双塔前脱乙烷和低压脱甲烷联合工艺流程，充分利用低压脱甲烷流程的特点降低能量消耗，本工艺流程包括三部分：
a、裂解气压缩机出口的裂解气冷却至一定温度后，例如273-256K，成为气液两相混合物，将气液相分离，液相进入双塔脱乙烷系统的高压塔T302A(压力为2.8-4.0MPA)，气相进一步冷却至236K左右再进入T302A，T302A的任务是脱除塔釜产物中的甲烷含量至某指定值例如0.02-0.09%，同时按一定比例例如塔顶比塔釜产品量为0.3～0.8将碳二馏分分配在塔顶和塔釜产品中，塔顶产品进入脱甲烷预冷系统，塔釜产品进入低压脱乙烷塔T302B(压力为1.6-2.3MPA)，在T302B进行碳二和碳三馏分的清晰切割，塔顶产品去乙炔加氢系统，塔釜产品去脱丙烷塔。
b、在高压脱乙烷塔(T302A操作压力为2.8-4.0MPA)和脱甲烷塔(T301压力0.5-1.5MPA)之间进行热集成来降低能耗，即将脱甲烷再沸器E301所需热量作为T302A塔顶气体冷凝所需的冷量，经过逐步冷却和闪蒸，得到3-4股甲烷进料和氢气及低压甲烷。
c、Ⅰ级分离罐和/或Ⅱ级分离罐出口的液体经减压闪蒸降低温度后和分离罐出口的气体进行热交换的方法降低乙烯冷冻机的负荷，以Ⅱ级分离罐的温度为例，其温度为-99℃，出口液体经减压闪蒸后温度降为-115℃，将此液体与-99℃的气体换热，使气体温度降至-101至-106℃，而闪蒸后的液体温度提高到-106℃至-110℃，通过这样的换热措施，提高回收冷量的等级，节省乙烯冷冻压缩机和甲烷冷冻压缩机的功率。
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