CN108947755A - 一种回收利用烯烃分离尾气压力能的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种回收利用烯烃分离装置尾气压力能的系统和方法，包含一台预冷器、一台气液分离器和一台膨胀机，系统简单且成熟，投资少，利用尾气本身压力能回收尾气中的乙烯和丙烯。因本工艺保证脱甲烷塔塔顶的乙烯、丙烯损失很小，所以可选用低压脱丙烷塔塔顶液和脱乙烷塔塔釜液代替原工艺的丙烷或碳四洗液，这避免了原技术中因循环流程长而导致的设备庞大及操作费用高等问题；新建装置可以降低设备投资和安装成本。

Description

一种回收利用烯烃分离尾气压力能的系统
技术领域
本发明属于煤化工行业的烯烃高效分离领域，涉及一种回收利用烯烃分离装置尾气压力能的系统和方法。
技术背景
目前，甲醇制烯烃技术已经实现工业化，开辟了由煤炭或天然气生产基础有机化工原料的新工艺路线，烯烃分离单元是该工艺路线中的重要一环，目的在于获得聚合级的乙烯和丙烯。在前脱丙烷工艺中，脱甲烷塔是烯烃分离单元中众多分离设备之一，其作用在于实现甲烷、氢气等轻组分与C2以上组分的分离，塔底得到C2+产品送至脱乙烷塔进一步处理，塔顶得到以甲烷、氢气为主的产品，经减压、回收冷量后用作燃料气。
在现有的技术中，为了降低脱甲烷塔顶物流中乙烯的损失量，脱甲烷塔塔顶操作温度为-10℃，操作压力约为2.65MPa(g)，采用-40℃丙烯作为塔顶冷凝剂，然而在该操作条件下，仍然有3.2mol％的乙烯自塔顶损失。同时，为了防止丙烯自脱甲烷塔塔顶损失，脱甲烷塔洗涤液采用丙烯精馏塔釜液(主要组分为丙烷)，整个系统中丙烷循环量(mass)达到进料中丙烷流量的5～6倍，由此带来的缺点是丙烯精馏塔处理负荷偏高、塔径巨大，从而导致投资成本和能耗较高，并且运输及安装难度较大，同时，由于丙烷中有大量二甲醚存在，导致脱甲烷塔、脱乙烷塔及丙烯精馏塔二甲醚浓度提高5～6倍，一方面造成丙烯产品二甲醚升高而缩短丙烯产品保护床运行周期，另一方面造成脱甲烷塔塔顶甲烷尾气中二甲醚超标而使尾气无法用于干燥器再生。另外，脱甲烷塔塔顶尾气由高压态直接由阀门减压，存在较大的压力能浪费。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提出一种回收利用烯烃分离装置尾气压力能的系统和方法，其特点是利用尾气膨胀获得系统所需冷量，最大化回收尾气的压力能；所回收的凝液温度低于原工艺，有助于脱甲烷塔的稳定操作；脱甲烷塔洗涤液由丙烷为主的物流改为丙烯为主物流，大幅降低丙烯精馏塔的处理负荷，既可以减小该塔的塔径(减少设备投资和运输、安装成本)，又可以减小操作回流比(减少操作费用)；采用新工艺脱乙烷塔与脱甲烷塔只有0.3MPa的压差，可用普通离心泵代替原工艺的高速离心泵将脱乙烷塔塔釜物料送入脱甲烷塔进行洗涤与吸收降低设备投资成本；脱乙烷塔塔釜物料中二甲醚的含量是丙烯精馏塔塔釜丙烷四分之一，这样丙烯精馏塔进料和脱甲烷塔塔顶尾气中二甲醚浓度就大大降低，由于丙烯精馏塔进料二甲醚含量大幅度降低，丙烯产品保护床运行周期会显著延长甚至不用再生，脱甲烷塔塔顶尾气二甲醚浓度的降低再加上膨胀机深度制冷，其中的乙烯、丙烯及二甲醚含量都会降低，这股尾气就完全满足该装置干燥器再生的质量条件，因而可以先作为干燥装置的再生气使用，然后再用作燃料气；另外，利用甲烷尾气作为干燥器的再生气，在再生结束后，不必用实物料置换再生氮气，不仅减少物料浪费，而且简化了操作步骤，具有一举多得的效果。
针对原前脱乙烷的烯烃分离技术，由于本发明在乙烯回收塔塔顶使用了膨胀机，将塔顶尾气温度降低值-100℃左右，尾气中乙烯和丙烯的含量都低于原工艺的设计值，这样用脱乙烷塔塔釜物料代替低压脱丙烷塔塔釜物料作为乙烯回收塔的洗涤液，乙烯及碳四的损失会远低于原工艺，而且高压脱丙烷塔进料降低32％，低压脱丙烷塔的进料降低57％，大大降低两个脱丙烷塔操作费用。另外脱乙烷塔的操作压力比乙烯回收塔高0.3MPa，洗涤液不用泵即可进入乙烯回收塔，节省2台高速离心泵及其运行费用。而乙烯回收塔尾气中的乙烯、丙烯及二甲醚含量符合该装置干燥器的再生条件，因此就能利用这股尾气进行干燥器再生，而后再进入燃料气管网，这就大大降低了干燥器的再生费用。
本发明提出的一种回收利用烯烃分离装置尾气压力能的系统和方法，其具体步骤包括：
1、来自脱甲烷塔101塔顶的尾气流股2，首先送至预冷器201降温至-80～-150℃，输出气液混合流股3；
2、由预冷器来的气液混合流股3送至分离器202，分别输出液相流股5和气相流股4，其中液相流股返回预冷器201，回收冷量后作为回流液送至脱甲烷塔101塔顶，气相流股输送至膨胀机203；
3、由分离器202来的气相流股4，经膨胀机203膨胀后，其温度、压力均降低，然后返回至预冷器201，为系统提供冷量。
4、自脱乙烷塔102塔釜抽取部分釜液流股11，输送至脱甲烷塔101塔顶，做为洗涤液使用。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图
具体实施方式
某公司烯烃分离装置脱甲烷塔塔顶气相流股的工况参数如表1所示。其压力约2.65MPa(G)，温度为-10℃，体积流量约为5800Nm3/h(4350kg/h)。
表1现有工艺的塔顶气相流股组成(mol％)
组成 氢气 一氧化碳 甲烷 乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 丁烯 丁烷 C6-C8 二甲醚 氮气 合计
典型值 33.13 2.98 42.91 2.79 0.01 1.02 14.13 0.01 0.18 0.02 0.18 2.64 100
现有工艺的脱甲烷塔101塔顶气相流股由丙烯(-40℃)冷却至-37℃，然后送至气液分离器进行分离，所得气相物流直接减压后用作燃料气，所得液相物流回流至脱甲烷塔塔顶。最终排放气组成如表2所示，乙烯、丙烯、丙烷等组分含量虽有所下降，但仍有一定损失，尤其是乙烯含量高达2.61(mol)％。另外，二甲醚含量偏高(达0.07(mol)％)，不能作为再生气使用。
脱甲烷塔101洗涤液抽取自丙烯精馏塔103塔釜，分别经脱甲烷塔101塔釜、脱乙烷塔102塔釜返回丙烯精馏塔，不断循环使用。作为洗涤液的主要组分-丙烷在原料中仅有2700kg/h，经多次循环后，洗涤液中丙烷流量达到15000kg/h，其循环比高达5.6。该技术的缺点是丙烯精馏塔处理量增多，分离难度增加，塔径达7.6米，操作回流比接近17，由此带来的后果是设备投资和操作费用极高，并且运输、安装难度大，成本高。
表2现有工艺排放气组成(mol％)
组成 氢气 一氧化碳 甲烷 乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 丁烯 丁烷 C6-C8 二甲醚 氮气 合计
典型值 37.61 3.36 47.27 2.61 0.00 0.48 5.59 0.02 0.00 0.00 0.07 2.99 100
本发明提出的方法，来自脱甲烷塔101塔顶的气相流股(流股2)首先进入预冷器201处理，温度逐级下降至-90℃，然后送至分离器202(在本实施例中采用气液分离器)。所得液相流股5返回预冷器复温至-37℃，然后再回流至脱甲烷塔塔顶，所得气相流股4送至膨胀机203。经膨胀机203膨胀后，流股6压力降至0.37MPa(G)，温度降至-108℃，返回预冷器201提供冷量，其温度回升至-37℃，最后送至干燥装置。
脱甲烷塔101洗涤液抽取自脱乙烷塔102塔釜，其主要组分为丙烯，而丙烷不再循环。
与现有工艺比较，采用本发明提出的方法，最终排放气如表3所示，乙烯含量由2.61mol％降至0.06％，丙烯含量由0.48mol％降至0.46％。在本实施例条件下，当期价格计算，其经济价值一千余万。
与现有工艺比较，采用本发明提出的方法，所得到的排放气中二甲醚含量由0.07mol％降低至20ppm以内，可以作为干燥装置的再生气使用，减少氮气的消耗。
与现有工艺比较，采用本发明提出的方法，脱甲烷塔洗涤液主要由丙烯组成，丙烷不再参与循环，塔顶气相流股中的丙烯流量会有所增加，但是最终排放气的丙烯损失量仍然可以控制在0.5％以内。因此，丙烯精馏塔的处理量大幅下降，从而塔径可减少至6米左右，回流比可调低至10～13，设备投资和操作费用均可降低。
表3本发明提出的工艺排放气组成(mol％)
组成 氢气 一氧化碳 甲烷 乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 丁烯 丁烷 C6-C8 二甲醚 氮气 合计
典型值 42.07 3.75 49.83 0.06 0.00 0.46 0.02 0.01 0.00 0.00 0.00 3.28 100
由实施例可知，本发明提出的方法具有非常显著的效果，一方面降低了乙烯、丙烯等组分的损失，所排放的废气具有更高的利用价值；另一方面可以显著降低丙烯精馏塔的投资和操作费用，意义重大。

Claims (6)

1.一种回收利用烯烃分离尾气压力能的系统，包括：
预冷器201，其用于接收来自脱甲烷塔101塔顶的尾气流股2，将其预冷至一定温度，输出气液混合流股3；预冷器所需冷量由低温流股6提供，复温后流股7送往其他工序作为再生气使用。
分离器202，其用于分离气液混合流股3中的乙烯、丙烯、丙烷等有用组分，分别输出气液两相流股，富含乙烯、丙烯、丙烷等有用组分的液相流股5返回预冷器201，回收冷量后作为回流液送至脱甲烷塔101塔顶，也可节流后进入预冷器201及其它换热器回收冷量，返回产品气压缩机一段吸入罐，气相流股4输送至膨胀机203。
膨胀机203，其用于流股4膨胀降温，并输出低温流股6为预冷器201提供冷量。自脱乙烷塔102塔釜抽出部分釜液流股11，送至脱甲烷塔101塔顶，进行洗涤。
2.根据权利要求1所述的一种回收利用烯烃分离尾气压力能的系统，其特征在于，所述的预冷器输出的气液混合流股3的温度范围为-80～-150℃。
3.根据权利要求1所述的一种回收利用烯烃分离尾气压力能的系统，其特征在于，所述的分离器可以是简单的气液分离器，也可以是精馏塔。
4.根据权利要求1所述的一种回收利用烯烃分离尾气压力能的系统，其特征在于，所述的膨胀机前后压力依据脱甲烷塔的操作压力而定，膨胀前压力一般为～2.6MPa(G)，膨胀后压力一般为0.05～0.8MPa(G)。
5.根据权利要求1所述的一种回收利用烯烃分离尾气压力能的系统，其特征在于，所述脱甲烷塔塔顶洗涤液由脱乙烷塔塔釜抽取，也可以由低压脱丙烷塔塔顶回流罐抽取。
6.根据权利要求5所述的一种回收利用烯烃分离尾气压力能的系统，其特征在于，所述的前脱丙烷工艺脱乙烷塔塔釜液主要成分为丙烯，其浓度一般为90～97mol％；所述的前脱乙烷工艺脱乙烷塔塔釜液主要成分为碳三、碳四及少量碳五，碳三浓度为80-87％，碳四和碳五浓度为13-20％；所述的低压脱丙烷塔塔顶回流液主要成分为丙烯和丙烷，其浓度和一般为99mol％。
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