CN108017501B - 一种集成吸收制冷的丙烯精馏塔工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成吸收制冷技术的丙烯精馏塔工艺优化设计方法，利用来自石油和化学工业企业装置自身的循环热水、烟气、工艺介质等具有的低品位废热、余热，通过吸收制冷技术产生冷源，并提供给丙烯精馏塔塔顶冷凝器冷却塔顶蒸汽，完成冷却任务后的冷却介质再送至丙烯精馏塔进料冷却器，从而稳定并降低丙烯精馏塔的操作温度、压力等，提高分离效率。本发明本着“变废为宝”和“能源利用效率最大化”的原则，根据丙烯精馏塔和吸收制冷的技术特点，通过合理设计，有效提高了丙烯精馏塔的分离效率和降低了装置的热负荷，同时提高了装置整体的能源利用效率。该工艺过程冷凝效果好、稳定性高、投资少、操作费用低、能源利用效率高。

Description

一种集成吸收制冷的丙烯精馏塔工艺方法

技术领域

本发明涉及一种丙烯精馏塔工艺优化和低温余热资源化方法，特别是涉及一种丙烯精馏塔工艺设计和优化方法，还特别涉及低温余热资源化再利用方法，应用于石油和化学工业技术领域。

背景技术

丙烯是重要的化工原材料之一，可用于制取聚丙烯、丙酮、晴纶等等多种重要有机化工原材料、精细化学品、树脂、橡胶等。目前，丙烯的主要来源包括石油烃裂解工艺、重油催化裂化工艺、丙烷催化脱氢工艺、煤制烯烃等，而前两者是丙烯的最主要来源。在以上工艺过程中，丙烯是包含在反应后生成的碳烃混合物中，如石油烃裂解工艺的裂解气中包括了甲烷、乙烯、丙烯、碳四等上百种组分，因此必须采用必要的方法将其从复杂的混合物中分离出来，从而获得高纯度的丙烯产品。

为了获得高纯度丙烯产品，目前普遍采用双塔精馏工艺流程。该分离过程的进料主要为丙烯和丙烷混合物，同时还含有少量的碳四以上重组分。根据精馏分离的过程机理，其分离效率直接取决于在工艺条件下轻关键组分和重关键组分的相对挥发度，待分离组分间的相对挥发度越大越易分离。在该待分离的体系中，轻重关键组分分别为丙烯和丙烷，由于两者结构相似，导致它们之间相对挥发度较低，且相对挥发度随着温度的升高和混合物中丙烯浓度的增加而降低。因此，要完成分离丙烯和丙烷混合物就需要很多平衡级(即塔板数)来完成，所以目前丙烯精馏工艺过程多由双塔构成，一为提馏塔，另一为精馏塔。

对石油和化学工业中现有的丙烯精馏工艺过程，普遍采用工艺循环水作为塔顶冷却介质，工艺循环水的温度通常维持在28℃至35℃，且该温度受环境、季节、天气的影响较大，如北方的冬天循环水温度通常低于28℃，而南方的夏天循环水温度有可能高于35℃；另外，对同一地区同一装置而言，夏天和冬天又有不同，晴天和雨天也有不同。外部环境的变化常引起塔操作的波动，影响产品质量和能耗水平。由于冷却介质的温度较高，导致分离塔的操作温度较高。目前，丙烯精馏塔塔顶操作温度通常控制在45℃至52℃之间，塔底操作温度通常控制在55℃至68℃之间，塔压则根据流体相平衡性质通常维持在1.82Mpa至1.96Mpa。在较高的温度和压力下，丙烯和丙烷的相对挥发度较小，在丙烯的全浓度范围内其相对挥发度约在1.10至1.15之间，且随着混合物中丙烯浓度的增加相对挥发度减小，因此在实际的操作过程中，为了获得高纯度的丙烯产品，必须采用较高的回流比，该值范围约为12至15之间。为维持高回流比操作模式的稳定运行，塔顶和塔底的热负荷必然较高。如果能够降低该丙烯精馏塔的操作温度和压力，同时在较低的回流比下操作，则在保证产品质量前提下对过程的稳定操作和节能将大有裨益，同时还可大大提高丙烯和丙烷的分离效率，减少设备的投资和运行费用。

要降低丙烯精馏塔的操作温度、压力和回流比，必须能够提供额外的冷源作为该塔塔顶的冷却介质。然而，在石油和化学工业的具体装置中，温度低于循环冷却水的廉价、稳定冷源介质则几乎没有，如通过压缩制冷获得的丙烯、乙烯冷剂，但投入和操作费用很大。然而，在每个装置中都存在大量的低品位废热、余热，如热水、低温烟气、低温工艺介质等等，如果能够将这些低品位的余热转化为可利用的稳定冷源，在很好的解决上述丙烯精馏塔工艺优化设计问题的同时，也可以有效将余热资源化，此一直是社会关注的热点和焦点问题。实际上，在低品位余热利用方面，以溴化锂水溶液为吸收介质的吸收制冷技术已较为成熟，并已经实现了工业化的建设，但至目前，如何将吸收制冷技术和丙烯精馏塔工艺进行有效耦合却还没有很好的技术方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于克服丙烯精馏塔现有技术存在的缺陷，提供一种集成吸收制冷技术的丙烯精馏塔工艺优化设计方法，利用来自装置自身的部分低品位废热、余热，通过吸收制冷技术获取低温冷却介质作为丙烯精馏塔塔顶蒸汽冷源，实现降低丙烯精馏塔的操作温度和压力，同时实现装置低品位废热、余热的回收再利用。在具有稳定低品位废热、余热(携热介质包括水、气、工艺物流等)来源条件下，本发明技术方案可应用到石油和化学工业企业所有丙烯精馏塔工艺的优化设计和改造，利用装置自身产生的废热、余热，通过吸收制冷技术获得低温冷源，再以此作为丙烯精馏塔塔顶蒸汽冷却介质，在废热、余热资源化的同时提高丙烯精馏塔的分离效率、降低装置操作和设备投资成本。

为达到上述技术发明的目的，本发明采用下述技术方案：

一种集成吸收制冷技术的丙烯精馏塔工艺优化设计方法，设置余热集合预处理系统、溴化锂吸收制冷系统和丙烯精馏塔系统。本发明主要工艺包括如下部分：

(1)余热集合预处理系统：该系统包括混合器、输送泵、换热设备和工艺管线。可使用的装置低品位废热和余热包括热水、烟气、工艺物流，其中热水直接用于吸收制冷机的热源，烟气和工艺介质可以直接利用，也可以通过如高效翅片换热器等换热设备生产热水供吸收制冷机使用。同种余热介质经混合器均匀混合后至集合管，若余热介质为烟气或工艺物流且需预先制取热水作为吸收制冷机热源时，先通过换热设备生产热水。所有送至吸收制冷机的热源温度范围稳定控制在一定范围内，并经输送泵送至吸收制冷系统，作为制冷机的热源。

(2)溴化锂吸收制冷系统：该系统包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、节流阀、中间换热器和循环泵，工作介质为溴化锂水溶液，其中水为制冷剂、溴化锂为吸收剂。来自余热集合预处理系统的稳定热源进入该系统发生器，使溴化锂水溶液中的水部分蒸发，蒸发后的水蒸汽进入冷凝器；在冷凝器中，饱和水蒸汽由循环水冷却为饱和液态水；液态水经节流阀减压后进入蒸发器，液态水在此汽化吸热，使冷却介质降温从而获得低温冷源；汽化后的饱和水蒸汽再进入吸收器，由发生器中经节流阀减压后的溴化锂浓溶液吸收，吸收后形成的稀溴化锂水溶液再泵送入发生器，周而复始。考虑到吸收器中稀溶液温度较低，而发生器中浓溶液温度较高，在此设置中间换热器，使溴化锂的稀溶液和浓溶液充分换热。

(3)丙烯精馏塔系统：该系统包括精馏塔、塔顶冷凝器、回流罐、塔底再沸器、回流泵和进料冷却器。来自其他工段的丙烯、丙烷液体混合物经进料冷却器冷却至进料温度后送入精馏塔，逐渐分离后，在塔顶获得高纯度的丙烯产品，塔底的丙烷和更重组成混合物返回至其他工段。塔顶丙烯饱和蒸汽经来自吸收制冷系统的冷源冷却后进入回流罐，回流罐中的液态丙烯经回流泵分为两路，一路作为丙烯产品送入罐区，一路作为回流返回精馏塔塔顶；冷却介质则送至进料冷却器对进料进行冷却。精馏塔塔底再沸器由来自装置的其他热源加热，经塔底回流泵分为两路，一路作为塔底回流泵送入塔内，一路作为装置循环物料送至其他工段。

上述低品位废热、余热包括热水、烟气、低温工艺介质等，温度范围在60℃至120℃。

上述烟气、工艺介质的低品位余热作为吸收制冷机热源来源。

上述吸收制冷机的热源温度范围为60℃至120℃。

上述吸收制冷机的工质为离子溶液，纯制冷剂常压下沸点范围在60℃至100℃，离子溶液包括但不限于水/溴化锂、甲醇/溴化锂等混合溶液。

上述吸收制冷机制取的冷源温度范围为5℃至25℃。

上述丙烯精馏塔优选板式塔，优选高效浮动阀塔盘。

上述丙烯精馏塔进料冷却器优选多折流列管换热器，工艺介质走管程，冷却介质走壳程。

上述丙烯精馏塔塔顶温度操作范围为20℃至40℃。

上述丙烯精馏塔塔顶压力操作范围为1.02Mpa至1.66Mpa。

上述丙烯精馏塔塔底温度操作范围为32℃至56℃。

上述丙烯精馏塔塔底压力操作范围为1.06Mpa至1.78Mpa。

上述丙烯精馏塔塔顶回流比操作范围为8至13。

上述丙烯精馏塔进料温度范围为26℃至48℃。

上述丙烯精馏塔塔顶冷凝器由四组相同大小的列管换热器组成，丙烯蒸汽走壳程，冷却介质走管程。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点。

1本发明集成吸收制冷技术的丙烯精馏塔工艺优化设计方法利用装置自身产生的低品位废热、余热获取低温冷源，有利于能源资源利用效率的有效提升。

2本发明集成吸收制冷技术的丙烯精馏塔工艺优化设计方法利用由吸收制冷技术制得的冷源作为精馏塔塔顶蒸汽冷却介质，有效的降低精馏塔的操作温度和压力，增加精馏塔的分离效率，同时降低精馏塔的热负荷和节约精馏塔的投资成本。

3本发明集成吸收制冷技术的丙烯精馏塔工艺优化设计方法利用温度、压力稳定的冷源作为丙烯精馏塔的塔顶冷却介质，保证了丙烯精馏塔的操作不受地理位置、季节、天气的影响。

4本发明集成吸收制冷技术的丙烯精馏塔工艺优化设计方法本着“变废为宝”和“能源利用效率最大化”原则，更具有技术和经济优势，在提高装置生产效率同时，极大的实现了资源最大化利用的目的。

附图说明

图1是本发明的丙烯精馏塔工艺流程图。

图中：

T1-丙烯精馏塔提馏段；T2-丙烯精馏塔精馏段；T3-乙烯装置急冷水塔；E1-进料换热器；E2-丙烯精馏塔再沸器；E3-丙烯精馏塔塔顶冷凝器；R1-回流罐；A1-发生器；A2-冷凝器；A3-蒸发器；A4-吸收器；A5-中间换热器；P1-塔底回流泵；P2-中间回流泵；P3-塔顶回流泵；P4-吸收溶液换热器；P5-急冷水泵。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

本实施例中，参见图1，一种集成吸收制冷技术的丙烯精馏塔工艺优化设计方法，设置余热集合预处理系统、溴化锂吸收制冷系统和丙烯精馏塔系统。来自乙烯装置急冷水塔(T3)塔底的热水被泵送至吸收制冷系统，从吸收制冷系统获得的低温冷源送至丙烯精馏塔精馏段(T2)塔顶冷凝器，出水再送至进料冷却器(E1)使进料温度达到工艺要求。本发明的主要工艺过程包括如下部分：

余热集合预处理系统：在乙烯装置中，含有裂解气(碳1至碳5的碳烃混合物)和水蒸汽的混合物进入急冷水塔塔底，由下而上与从塔顶进入的急冷水回水逆流接触，使碳烃混合物与水蒸气得以分离，塔顶气送至下一工段，塔底组成为水和少量重烃混合物，经油水倾泻器分离后，急冷水又被泵送至其他工段用户，并被分为两路，一路直接送至吸收制冷系统，一路送至其他用户。急冷水温度范围为82℃至86℃，PH值为7.0值7.3。

溴化锂吸收制冷系统：来自急冷水泵P5的一股热源送至吸收制冷系统的发生器A1，为吸收制冷工质对提供热量。在发生器A1中，制冷剂——水被部分蒸发，从而使溴化锂水溶液浓度增加。被蒸发的水蒸气被引入冷凝器A2，由装置的循环冷却水冷为液态水，后经过节流阀减压至蒸发器A3的压力，在此液态水吸收被冷却介质的热量而蒸发，冷却介质经冷却后形成冷源被送至丙烯精馏塔T2塔顶冷凝器E3-A～D。蒸发后的蒸汽被引入吸收器A4，由来自发生器A1底部经减压阀减压的溴化锂浓溶液，通过喷淋由上而下与水蒸汽接触，从而形成溴化锂稀溶液，此再由溶液中间输送泵P4泵送至发生器A1，从而周而复始的循环。由于吸收过程是放热过程，为充分使用热量和减少额外能源资源的补充，设置溴化锂稀溶液和浓溶液的热交换器A5。

丙烯精馏塔系统：丙烯、丙烷和其他少量碳四以上液相混合物经进料冷却器E1冷却至适当温度后进入丙烯精馏塔提馏段T1，塔顶蒸汽则送至丙烯精馏塔精馏段T2底部继续分离。丙烯精馏塔提馏段T1塔底再沸器E2采用急冷水泵P5泵送来的热水加热。丙烯精馏塔精馏段T2底部液相由中间回流泵P2泵至提馏段T1顶部作为液相回流。丙烯精馏塔精馏段T2塔顶蒸汽进入四组平行的塔顶冷凝器E3-A～D，由吸收系统送来的冷源介质冷却，冷却后的液相进入回流罐R1，后再经回流泵，一路作为丙烯精馏塔的回流，一路作为丙烯产品送至罐区。由冷凝器E3-A～D出来的冷源介质再至进料冷却器E1冷却丙烯精馏塔的进料。

本实施例利用来自乙烯装置的急冷水余热作为吸收制冷的热源制取冷水，后再以此作为丙烯精馏塔塔顶冷凝器的冷源介质，从而降低了丙烯精馏塔的操作温度压力、温度和热负荷，大幅提高丙烯精馏塔的分离和运行效率，同时将余热资源化，解决了现有丙烯精馏塔运行的弊端，极大的实现了高效低能耗运行目的。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，是将以上发明应用于催化裂化装置，吸收制冷系统的热源来自该装置的热水循环系统，温度范围为85℃至98℃。

实施例三：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，是将以上发明应用于常减压装置，吸收制冷系统的热源来自常压塔塔顶冷凝液，温度范围为85℃至100℃。利用吸收制冷系统产生的冷量一部分作为丙烯精馏塔塔顶冷源，另一部分为常压塔塔顶二次冷凝器提供冷量。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明一种集成吸收制冷技术的丙烯精馏塔工艺优化设计方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种集成吸收制冷的丙烯精馏塔工艺方法，该方法通过设置余热集合预处理系统、溴化锂吸收制冷系统和丙烯精馏塔系统，将来自装置自身的余热热源通过余热集合预处理系统送至溴化锂吸收制冷系统，从溴化锂吸收制冷系统获得的低温冷源送至丙烯精馏塔系统的塔顶冷凝器，出水再送至丙烯精馏塔系统的进料冷却器使进料温度达到工艺要求；

所述余热集合预处理系统包括混合器、输送泵、换热设备和工艺管线；同种余热介质经混合器均匀混合后至集合管，若余热介质为烟气或工艺物流且需预先制取热水作为吸收机热源时，先通过换热设备生产热水；

所述溴化锂吸收制冷系统包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、节流阀和循环泵，工作介质为溴化锂水溶液，其中水为制冷剂、溴化锂为吸收剂；

来自余热集合预处理系统的稳定热源进入该溴化锂吸收制冷系统的发生器，使溴化锂水溶液中的制冷剂水部分蒸发，蒸发后的水蒸汽进入冷凝器；在冷凝器中，饱和水蒸汽由循环水冷却为饱和液态水；液态水经节流阀减压后进入蒸发器，液态水在此汽化吸热，使冷却介质降温从而获得低温冷源；汽化后的饱和水蒸汽再进入吸收器，由发生器中经节流阀减压后的溴化锂浓溶液吸收，吸收后形成的稀溴化锂水溶液再泵送入发生器，周而复始；

所述丙烯精馏塔系统包括精馏塔、塔顶冷凝器、回流罐、塔底再沸器、回流泵和进料冷却器；

来自其他工段的丙烯、丙烷液体混合物经进料冷却器冷却至进料温度后送入精馏塔，逐渐分离后，在塔顶获得高纯度的丙烯产品，塔底的丙烷和更重组成混合物返回至其他工段；

塔顶丙烯饱和蒸汽经来自吸收制冷系统的冷源冷却后进入回流罐，回流罐中的液态丙烯经回流泵分为两路，一路作为丙烯产品送入罐区，一路作为回流返回精馏塔塔顶；冷却介质则送至进料冷却器对进料进行冷却；

精馏塔塔底再沸器由来自装置的其他热源加热，经塔底回流泵分为两路，一路作为塔底回流泵送入塔内，一路作为装置循环物料送至其他工段。

2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，设置有使溴化锂的稀溶液和浓溶液充分换热的中间换热器。

3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：以装置自身的低品位废热、余热作为吸收制冷系统的热源；所述低品位废热、余热可来源于循环热水、烟气、工艺介质；废热、余热的温度范围为60℃至120℃。

4.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：以装置自身的低品位废热、余热作为吸收制冷系统的热源生产丙烯精馏塔塔顶所需的冷源；吸收制冷系统生产的冷源温度范围为5℃至25℃。

5.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：通过吸收制冷系统生产的冷源冷却丙烯精馏塔塔顶蒸汽，降低丙烯精馏塔的操作温度、压力和回流比；

所述丙烯精馏塔塔顶操作温度范围为20℃至40℃；

所述丙烯精馏塔塔顶的操作压力范围为1.02Mpa至1.66Mpa；

所述丙烯精馏塔的操作回流比范围为8至13。

6.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：丙烯精馏塔冷却介质经塔顶冷凝器后送至丙烯精馏塔进料换热器用于冷却进料。

7.根据权利要求6所述的工艺方法，其特征在于：丙烯精馏塔进料温度范围为26℃至48℃。

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