CN108349849B - 具有改善的能量效率的乙烯制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有改善的能量效率的乙烯制备方法，并且特征在于，在脱乙烷塔与第一C2分离器之间安装热交换器，从而可以在工艺之间进行直接热交换，脱乙烷塔的压力与第一C2分离器的压力之间的压力差至少为4.5kgf/cm2G，并且第一C2分离器的底部物流中含有的乙烯的浓度为70摩尔％至80摩尔％。

Description

具有改善的能量效率的乙烯制备方法
技术领域
本申请要求于2016年5月10日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2016-0056943的权益，该申请的公开内容作为本公开的一部分全部并入本公开中。
本发明涉及一种具有改善的能量效率的乙烯制备方法，更优选地，涉及一种具有改善的能量效率的乙烯制备方法，该乙烯制备方法由于工艺之间的直接热交换可以减少能量。
背景技术
通常，在乙烯的制备中，已经使用诸如乙烷裂化、石油降解、燃烧、乙炔氢化和醇脱水的各种方法。图1是示出乙烯的常规制备过程的图，简单描述图1中所示的乙烯的制备过程，首先，当将从De C2塔2中分离出的具有两个碳原子的烃化合物输送至乙炔转化器4时，具有两个碳原子的烃化合物的乙炔(C2H2)被转化为乙烯(C2H4)或乙烷(C2H6)。随后，将乙烯和乙烷输送至第一C2S塔6之后，一部分乙烯首先被分离，将剩余的乙烯和乙烷输送至第二C2S塔8中，接着分离并排出乙烯，并将乙烷循环返回前面的过程，从而得到纯乙烯。
发明内容
技术问题
在上述乙烯的制备过程中，制冷剂回路与各个塔连接，需要诸如高压蒸汽的能源来运行制冷剂回路。然而，在这种情况下，由于施加至制冷剂回路的负荷增加，存在诸如发生故障的问题，因此，必须研究一种通过减少供应至制冷剂回路的能源来减少施加至制冷剂回路的负荷的方法。
因此，本发明旨在提供一种具有改善的能量效率的乙烯制备方法，该乙烯制备方法可以通过在乙烯的制备中所使用的塔之间安装热交换器以使塔之间能够直接热交换，来减少制冷剂的用量，并由此减少能量。
技术方案
为实现上述目的，本发明提供一种具有改善的能量效率的乙烯制备方法，该乙烯制备方法包括：将从脱乙烷塔中分离出的C2化合物供应至乙炔转化器，以将C2化合物的乙炔转化为乙烯和乙烷；将含有由乙炔转化来的乙烯和乙烷的C2化合物输送至第一C2分离器，以分离并排出一部分乙烯；以及将含有未从第一C2分离器排出的剩余的乙烯和乙烷的底部物流(lower stream)输送至第二C2分离器，以分离并排出乙烯，并将含有乙烷的剩余的C2化合物转化为乙烯以再循环。此处，在脱乙烷塔与第一C2分离器之间安装热交换器以在工艺之间进行直接热交换，脱乙烷塔与第一C2分离器之间实现热交换的压力差为4.5kgf/cm2G以上，并且第一C2分离器的底部物流中含有的乙烯的浓度为70摩尔％至80摩尔％。
有益效果
在根据本发明的具有改善的能量效率的乙烯制备方法中，可以通过在乙烯的制备中所使用的塔之间安装热交换器以实现塔之间的直接热交换来减少制冷剂的用量，从而由于能量减少而节能。
附图说明
图1是示出乙烯的常规制备过程的图；
图2是用于示出根据本发明的一个示例性实施方案的具有改善的能量效率的乙烯制备方法的乙烯的制备过程的图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明。
图2是用于示出根据本发明的一个示例性实施方案的具有改善的能量效率的乙烯制备方法的乙烯的制备过程的图。参照图2，根据本发明的具有改善的能量效率的乙烯制备方法包括：将从脱乙烷塔10中分离出的C2化合物供应至乙炔转化器20，以将C2化合物的乙炔(C2H2)转化为乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)；将含有由乙炔转化来的乙烯和乙烷的C2化合物输送至第一C2分离器30，以分离并排出一部分乙烯；以及将含有未从第一C2分离器30排出的剩余的乙烯和乙烷的底部物流输送至第二C2分离器40，以分离并排出乙烯，并将含有乙烷的剩余的C2化合物转化为乙烯以再循环。
在脱乙烷塔10与第一C2分离器30之间安装热交换器50以在工艺之间进行直接热交换，并且脱乙烷塔10与第一C2分离器30之间实现热交换的压力差为4.5kgf/cm2G以上，并且第一C2分离器30的底部物流中含有的乙烯的浓度为70摩尔％至80摩尔％。
更详细地描述所述具有改善的能量效率的乙烯制备方法，首先，当将来自脱甲烷塔(未示出)的具有两个以上碳原子的烃化合物供应至脱乙烷塔10中时，具有两个碳原子的烃化合物被分离并通过脱乙烷塔10的顶部输送至后续阶段，并且具有三个以上碳原子的烃化合物通过脱乙烷塔10的底部输送至脱丙烷塔(未示出)。随后，将从脱乙烷塔10的顶部分离出的具有两个碳原子的烃化合物输送并供应至乙炔转化器20中，并将具有两个碳原子的烃化合物的乙炔转化为乙烯和乙烷。随后，将含有由乙炔转化来的乙烯和乙烷的具有两个碳原子的烃化合物输送至第一C2分离器30中，然后将一部分乙烯分离并排出。将含有剩余的乙烯和乙烷的第一C2分离器30的底部物流输送至第二C2分离器40或供应至热交换器50，并且在被输送至第二C2分离器40之后，乙烯被分离并排出，并将含有乙烷的具有两个碳原子的剩余的烃化合物循环返回至前面的过程(特别地，具有两个碳原子的烃化合物的乙烷通常返回至乙烷裂化器(未示出)并转化为乙烯，其中，乙烷裂化器是将在第二C2分离器40中产生的副产物，即，乙烷转化为乙烯的反应器，并且通常包括在NCC工艺中)，因此，随着上述过程的进行，可以得到纯乙烯。此外，在第一C2分离器30和第二C2分离器40的顶部排出轻质杂质，并且可以在排出之前进行由制冷剂引起的冷凝。
同时，在各个脱乙烷塔10、第一C2分离器30和第二C2分离器40的顶部排出的烃化合物以蒸汽形式排出，并且被丙烯制冷剂(或丙烯冷冻机；PR)冷凝。通过上述冷凝得到的各个冷凝物被输送至后续阶段或被排出至外部，并且一些冷凝物被用作各个脱乙烷塔10、第一C2分离器30和第二C2分离器40的热源。此外，丙烯制冷剂(PR)在PR回路中冷凝并冷却，用于压缩制冷剂的PR压缩机通过极高压蒸汽(XS)运行，并且在运行PR压缩机之后，一部分PR产生高压蒸汽(HS)，其余部分转化为冷凝物。
同时，在脱乙烷塔10的顶部排出后被输送至乙炔转化器20的C2化合物主要是具有两个碳原子的烃化合物，更特别地，是指具有两个碳原子并且沸点(bp)与乙烯相似的烃化合物。
如图2中所示，由于脱乙烷塔10和第一C2分离器30之间的热交换器50，因此，本发明可以实现工艺(或塔)之间，即，脱乙烷塔10与第一C2分离器30之间的直接热交换。此处，脱乙烷塔10与第一C2分离器30之间的直接热交换在第一C2分离器30的底部物流与脱乙烷塔10的顶部蒸汽(或顶部流)之间进行，特别地，将第一C2分离器30的底部物流供应至热交换器50之后，脱乙烷塔10的一部分顶部蒸汽被冷凝(其余蒸汽被制冷剂冷凝)。换言之，这与第一C2分离器30的底部物流被汽化器提供的热量蒸发，并且脱乙烷塔10的顶部蒸汽仅通过制冷剂的热回收而冷凝的常规情况不同。
换言之，如上所述，当进行脱乙烷塔10与第一C2分离器30之间的直接热交换时，在脱乙烷塔10的顶部中使用的丙烯制冷剂的量减少，导致压缩制冷剂的PR压缩机的轴功减小，并且通过减少冷凝物的量，可以减少运行PR压缩机所需的极高压蒸汽(XS)，或者可以增加高压蒸汽(HS)的输出。
同时，热交换器50的热交换量随着两个操作条件，即，脱乙烷塔10的压力(P1)与第一C2分离器30的压力(P2)之间的差(P1-P2)，以及第一C2分离器30的底部物流中含有的乙烯的浓度(摩尔％)而变化，并且当这种操作条件最优化时，工艺之间的直接热交换成为可能。
脱乙烷塔10的压力(P1)与第一C2分离器30的压力(P2)之间的差(P1-P2)为4.5kgf/cm2G以上，优选地为4.5kgf/cm2至15kgf/cm2G，当脱乙烷塔10与第一C2分离器30之间的压力差小于4.5kgf/cm2G时，不能确保热交换所需的最小对数平均温差(LMTD)，因此，热交换本身会变得不可能。
另外，第一C2分离器的底部物流中含有的乙烯的浓度为70摩尔％至80摩尔％，当第一C2分离器30的底部物流中含有的乙烯的浓度小于70摩尔％时，由于输入至热交换器50的乙烯的温度降低，因此，热交换变得困难，当第一C2分离器30的底部物流中含有的乙烯的浓度大于80摩尔％时，第一C2分离器30的乙烯的输出减少，由此，乙烯的制备过程变得低效。
下文中，将提供示例性实施例以帮助理解本发明。然而，对本领域普通技术人员显而易见的是，本发明的上面的描述是示例性的，并且在不改变本发明的技术精神或基本特征的情况下，本文中公开的示例性实施方案可以容易地修改为其它特定形式，并且这种变化和修改应当在所附权利要求书的范围之内。
实施例
[实施例1]具有改善的能量效率的乙烯制备
除了用于制备乙烯的常规脱乙烷塔、乙炔转化器、第一C2分离器和第二C2分离器之外，还在脱乙烷塔与第一C2分离器之间安装用于工艺之间的直接热交换的热交换器，并且为了使热交换最优化，以脱乙烷塔的压力(P1)与第一C2分离器的压力(P2)之间的差(P1-P2)为4.5kgf/cm2G，并且第一C2分离器的底部物流中乙烯的浓度为70摩尔％来制备乙烯。在乙烯的制备中，最终热交换量、用于冷凝和冷却制冷剂的PR回路的轴功及其减少量、用于运行用于压缩制冷剂的PR压缩机的极高压蒸汽(XS)的量、运行PR压缩机之后产生的高压蒸汽(HS)的量、以及通过运行PR压缩机得到的冷凝物的量减少的同时转化的高压蒸汽(HS)的量示于表1中。
[表1]
Figure BDA0001642219280000051
[实施例2]具有改善的能量效率的乙烯的制备
除了脱乙烷塔的压力(P1)与第一C2分离器的压力(P2)之间的差(P1-P2)为4.6kgf/cm2G，并且第一C2分离器的底部物流中乙烯的浓度为78.80摩尔％之外，以与实施例1中描述的相同的方式制备乙烯。在乙烯的制备中，最终热交换量、用于冷凝和冷却制冷剂的PR回路的轴功及其减少量、用于运行用于压缩制冷剂的PR压缩机的极高压蒸汽(XS)的量、运行PR压缩机之后产生的高压蒸汽(HS)的量、以及通过运行PR压缩机得到的冷凝物的量减少的同时转化的高压蒸汽(HS)的量示于表1中。
[比较例1]乙烯的制备
除了脱乙烷塔的压力(P1)与第一C2分离器的压力(P2)之间的差(P1-P2)为5.0kgf/cm2G，并且第一C2分离器的底部物流中乙烯的浓度为60.00摩尔％之外，以与实施例1中描述的相同的方式制备乙烯。在乙烯的制备中，最终热交换量、用于冷凝和冷却制冷剂的PR回路的轴功及其减少量、用于运行用于压缩制冷剂的PR压缩机的极高压蒸汽(XS)的量、运行PR压缩机之后产生的高压蒸汽(HS)的量、以及通过运行PR压缩机得到的冷凝物的量减少的同时转化的高压蒸汽(HS)的量示于表1中。
[比较例2]乙烯的制备
除了脱乙烷塔的压力(P1)与第一C2分离器的压力(P2)之间的差(P1-P2)为4.0kgf/cm2G，并且第一C2分离器的底部物流中乙烯的浓度为60.00摩尔％之外，以与实施例1中描述的相同的方式制备乙烯。在乙烯的制备中，最终热交换量、用于冷凝和冷却制冷剂的PR回路的轴功及其减少量、用于运行用于压缩制冷剂的PR压缩机的极高压蒸汽(XS)的量、运行PR压缩机之后产生的高压蒸汽(HS)的量、以及通过运行PR压缩机得到的冷凝物的量减少的同时转化的高压蒸汽(HS)的量示于表1中。
[实施例1和2以及比较例1和2]用于乙烯的制备中的能量效率的评价
如表1中所示，在两个操作条件最优化，换言之，脱乙烷塔的压力(P1)与第一C2分离器的压力(P2)之间的差(P1-P2)被设定为4.5kgf/cm2G以上，并且第一C2分离器的底部物流中乙烯的浓度被设定为70摩尔％至80摩尔％的实施例1和2中，能够进行热交换(热交换量：实施例1为0.035Gcal/小时，实施例2为3.0Gcal/小时)，导致制冷剂的使用减少，这可以通过以下事实确认：用于冷凝和冷却制冷剂的PR压缩机所需要的轴功减少(PR压缩机的轴功减少量：实施例1为10.4kW，实施例2为889kW)，以及在通过运行用于压缩制冷剂的PR压缩机而转化的冷凝物的量减少的同时，通过将冷凝物转化为高压蒸汽(HS)而附加产生高压蒸汽(HS)(HS附加输出：实施例1为0.05吨/小时，实施例2为4.2吨/小时)。
同时，在仅满足两个操作条件中的一个(脱乙烷塔的压力与第一C2分离器的压力之间的差)的比较例1中，可以确认，与两个操作条件均不满足的比较例2一样，不能进行热交换，因此，可以看出，根据本发明的具有改善的能量效率的乙烯制备方法，脱乙烷塔的压力与第一C2分离器的压力之间的差以及第一C2分离器的底部物流中乙烯的浓度两者都应当最优化。
[附图标记]
10：脱乙烷塔
20：乙炔转化器
30：第一C2分离器
40：第二C2分离器
50：热交换器

Claims (6)

1.一种具有改善的能量效率的乙烯制备方法，包括：
将从脱乙烷塔中分离出的C2化合物供应至乙炔转化器，以将C2化合物的乙炔转化为乙烯和乙烷；
将含有由乙炔转化来的乙烯和乙烷的C2化合物输送至第一C2分离器，以分离并排出一部分乙烯；以及
将含有未从所述第一C2分离器排出的剩余的乙烯和乙烷的底部物流输送至第二C2分离器，以分离并排出乙烯，并将含有乙烷的剩余的C2化合物转化为乙烯以再循环，
其中，在所述脱乙烷塔与所述第一C2分离器之间安装热交换器以在工艺之间进行直接热交换，所述脱乙烷塔与所述第一C2分离器之间实现热交换的压力差为4.5kgf/cm2 G以上，并且所述第一C2分离器的底部物流中含有的乙烯的浓度为70摩尔％至80摩尔％，
其中，所述热交换在所述第一C2分离器的底部物流与所述脱乙烷塔的顶部蒸汽之间进行。
2.根据权利要求1所述的乙烯制备方法，其中，由所述热交换器得到的热交换量随着所述脱乙烷塔的压力P1与所述第一C2分离器的压力P2之间的差P1-P2以及所述第一C2分离器的底部物流中含有的乙烯的浓度摩尔％而变化。
3. 根据权利要求1所述的乙烯制备方法，其中，所述脱乙烷塔的压力与所述第一C2分离器的压力之间的差为4.5kgf/cm2 G至15kgf/cm2 G。
4.根据权利要求1所述的乙烯制备方法，其中，所述第一C2分离器的底部物流被输送至所述第二C2分离器或者被供应至所述热交换器。
5.根据权利要求1所述的乙烯制备方法，其中，在供应至所述热交换器中之后，所述第一C2分离器的底部物流使得所述脱乙烷塔的一部分顶部蒸汽冷凝。
6.根据权利要求1所述的乙烯制备方法，其中，当所述热交换在所述脱乙烷塔与所述第一C2分离器之间进行时，在所述脱乙烷塔的顶部中使用的制冷剂的量减少。
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