CN109627136A - 一种干气或裂解气中乙烯乙烷的分离装置及分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干气或裂解气中乙烯乙烷的分离装置及方法。装置包括：储气单元、一级膜单元、二级膜单元、压缩冷凝单元及油吸收塔；储气单元连接一级膜单元进口，一级膜单元的跨膜气出口连接二级膜单元；二级膜单元的跨膜气出口连接压缩冷凝单元，压缩冷凝单元的重烃出口连接油吸收塔。方法包括：1)待回收的干气或裂解气首先进入一级膜单元进行膜分离2)一级膜单元的跨膜侧气体进入二级膜分离单元，再次对乙烯和乙烷进行提纯3)二级膜单元的跨膜侧浓气进行压缩冷凝，分离出重烃组分，进入到浅冷油吸收单元中对乙烯、乙烷进行吸收。本发明提高了乙烯、乙烷的浓度，使得油吸收过程中回收率高，操作条件温和，吸收剂选择范围更广泛。

Description

一种干气或裂解气中乙烯乙烷的分离装置及分离方法

技术领域

本发明涉及催化干气或乙烯裂解气领域，进一步地说，是涉及一种干气或裂解气中乙烯乙烷的分离装置及分离方法。

背景技术

催化裂化作为炼油技术核心，在原油深度加工方面发挥了重要作用，也是炼油企业最大的效益装置之一。催化裂化装置生产的液化气，经气分装置回收丙烯，也给许多炼油企业带来了很好的效益。但作为催化装置副产品的干气，目前对其利用重视不足，通常作为燃料使用。然而，催化干气中含有较高附加值的乙烯，如果能合适地加以回收，将是催化裂化装置的另一个效益增长亮点。

催化干气中乙烯含量较低，从目前可行的应用方式看，主要有2种：一是直接用于干气作为原料，利用其中的乙烯，直接与苯反应生产乙苯，但因催化干气中乙烯浓度较低，相对高纯度乙烯来说，其设备投资相对较大；二是通过对干气中的乙烯进行浓缩，而后通过分离得到聚合级的乙烯。深冷分离技术能耗高，设备投资大；变压吸附的主要缺点是难以通过一次分离得到聚合级乙烯，一般条件下得到的乙烯纯度为80％(体积分数)，如采用配套组合工艺生产高纯度乙烯，投资相应增大；中冷油吸收技术，只能生产84％(体积分数)粗乙烯；先进的回收系统技术(ARS)，能耗低，比常规的深冷分离技术节能15％-25％，烃类回收率达到96％，对原料适应性强、产品纯度高，但该工艺为国外技术，涉及的专利费用较高。

单纯的膜分离工艺处理多组分混合气体时具有运行成本低、组件可模块化、操作过程温和、安全性好等优点。膜技术回收处理高浓度乙烯、乙烷具有一定的优势，但要实现对高纯度乙烯乙烷的收集，以及提高回收效率，现行单级膜技术以及膜技术与油吸收的简单串联工艺难以满足要求。另一方面，利用单纯膜分离法对低沸点气体进行分离和回收，要提高分离效果，需要尽可能提高膜的用量，并且需要极高分离系数的膜材料。对设备的能耗和建设成本都提出更高的要求。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种干气或裂解气中乙烯乙烷的分离装置及分离方法。可以回收尾气中价值较高的乙烯和乙烷，装置操作参数温和，能耗低，安全性好，与现有技术比较，由于采用膜技术提高乙烯、乙烷的浓度，使得油吸收过程中回收率高，操作条件温和，吸收剂选择范围更广泛。

本发明的之一是提供一种干气或裂解气中乙烯乙烷的分离装置。

包括：

储气单元、一级膜单元、二级膜单元、压缩冷凝单元及油吸收塔；

所述储气单元连接一级膜单元进口，一级膜单元的跨膜气出口连接二级膜单元；二级膜单元的跨膜气出口连接压缩冷凝单元，压缩冷凝单元的重烃出口连接油吸收塔。

其中，优选：

二级膜渗余气出口管路与储气单元出口管路合并后连接一级膜单元进口。

压缩冷凝单元的回流气出口管路与储气单元出口管路合并后连接一级膜单元进口。

一级膜单元渗余气出口连接变压吸附单元；

所述变压吸附单元由两组并联的吸附罐组成。

所述一级膜单元和二级膜单元的膜组件为卷式、碟片式或中空纤维；膜组件通过串并联形式连接。

本发明的目的之二是提供一种干气或裂解气中乙烯乙烷的分离方法。

包括：

1)待回收的干气或裂解气首先进入一级膜单元进行膜分离，在膜分离的作用下，一级膜单元的跨膜侧气体中乙烯、乙烷的浓度提高；

2)一级膜单元的跨膜侧气体进入二级膜分离单元，再次对乙烯和乙烷进行提纯；

3)二级膜单元的跨膜侧浓气进行压缩冷凝，分离出重烃组分，进入到浅冷油吸收单元中对乙烯、乙烷进行吸收。

其中，优选：

二级膜单元的渗余侧气体与原料干气或裂解气混合后进入一级膜单元。

一级膜单元的渗余气经变压吸附后排出。

一级膜单元和二级膜单元的渗余侧处理压力范围在0.1-2Mpa，跨膜侧压力为绝压10Kpa以下。

压缩冷凝过程的压力范围0.2Mpa至5.0Mpa，冷凝器温度范围-10℃至10℃。

所述变压吸附过程有两组并联的吸附罐组成，其中一个吸附时，另一套则进行真空解吸、再生过程。

本发明具体可采用以下技术方案：

其工艺示意图如图1所示，待回收的干气首先经过压缩机增加压力进入一级膜单元进行膜分离，在膜分离的作用下，乙烯乙烷较之氮气和氢气透过膜的速度更快，一级膜过程的跨膜侧气体中乙烯、乙烷的浓度提高，这股气体通过真空泵出口进入二级膜分离单元，再次对乙烯和乙烷进行提纯，通过调节膜分离参数，实现设定的乙烯、乙烷浓度。随后二级膜跨膜侧浓气可以进行初步压缩冷凝，分离一部分重烃组分，在进入到浅冷油吸收过程中采用液化气、柴油等作为吸收剂，对乙烯、乙烷进行吸收，由于二级膜过程的富集作用，增加了跨膜侧气体中乙烯、乙烷的浓度和分压，有利于提高油吸收过程对乙烯、乙烷的吸收效率。完成吸收的浅冷油，通过常减压或者解吸工艺，实现乙烯、乙烷的进一步纯化。而一级膜过程和二级膜过程的渗余侧气体进入到变压吸附工艺，发挥变压吸附工艺适合处理低浓度气体的优势，进一步回收中所含的少量乙烯、乙烷进一步提升装置的回收效率。该工艺的装置示意图如图1所示。

所述两级膜过程所采用的膜可以为有机硅膜、嵌段共聚物膜或无机膜。

所述膜过程的渗余侧处理压力范围在0.1-2Mpa，跨膜侧压力(真空度)为绝压10Kpa以下。

所述二级膜过程的渗余侧气体通向装置入口进行一级膜过程后的跨膜侧气体进入二级膜入口，再次进行浓缩，获得更高浓度的乙烯、乙烷气体。

所述凝液罐的气相组成首先进入压缩冷凝过程，气体通过压缩机增加后，进入到制冷机组。压力范围在0.2至2Mpa，制冷温度范围-10至10℃。

压缩冷凝过程的压力范围0.2Mpa至5.0Mpa，冷凝器温度范围-10℃至10℃。

所述变压吸附过程有两组并联的吸附罐组成，其中一个吸附时，另一套则进行真空解吸、再生过程。而真空解吸时的浓气通过管路进入油吸收入口管路。

所述吸附过程的压力范围0.1-2Mpa，真空解吸压力范围绝压2Kpa至15Kpa。

所述一级膜和二级膜过程的膜组件形式可以是卷式、碟片式、中空纤维等形式。膜过程中，组件可以通过串并联形式来增加膜面积和接触时间。

所述有吸收过程可以通过吸收塔、吸收器、气浮装置等各类常规吸附装置实现。

所述有吸收过程所使用的吸收剂可以是成品油如汽、柴油石脑油等，吸收过程的压力范围0.1至20Mpa，吸收温度-10至20摄氏度。

本发明相比现有技术有如下优点：

本发明系统使用时，既可以回收尾气中价值较高的乙烯和乙烷，装置操作参数温和，能耗低，安全性好，与现有技术比较，由于采用膜技术增提高乙烯、乙烷的浓度，使得油吸收过程中回收率高，操作条件温和，吸收剂选择范围更广泛。因此一种用于分离催化裂化干气或乙烯裂解气中的乙烯、乙烷的膜分离成套装置及方法能够实现分离催化裂化干气或乙烯裂解气中乙烯、乙烷的高效回收，具有工业应用前景。

附图说明

图1本发明的干气或裂解气中的乙烯、乙烷的分离装置示意图；

附图标记说明：

1-气源，2-缓冲罐，3-混气罐，4-压缩机，5-一级膜单元，6-吸附单元，7-尾气排放或入网口，口8-四通阀，9-真空泵，10-油吸收塔，11-压缩机12-企业分离罐，13-冷凝液排放管路，14-换热器，15-制冷压缩机，16-空冷，17-二级膜组件，18-二级真空泵，19-流量计，20-吸收剂进出口管路，21-压力控制器，22-开度阀。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

如图1所示，一种干气或裂解气中乙烯乙烷的分离装置。

包括：储气单元、一级膜单元、二级膜单元、压缩冷凝单元及油吸收塔；

所述储气单元连接一级膜单元进口，一级膜单元的跨膜气出口连接二级膜单元；二级膜单元的跨膜气出口连接压缩冷凝单元，压缩冷凝单元的重烃出口连接油吸收塔。二级膜渗余气出口管路与储气单元出口管路合并后连接一级膜单元进口。压缩冷凝单元的回流气出口管路与储气单元出口管路合并后连接一级膜单元进口。一级膜单元渗余气出口连接变压吸附单元；

所述变压吸附单元由两组并联的吸附罐组成。

所述一级膜单元和二级膜单元的膜组件为卷式、碟片式或中空纤维；膜组件通过串并联形式连接。

具体实施方式如下，有机废气首先经过稳压阀调节压力后进入装置，压力范围视压缩机而定，通常不超过50Kpa。随后通过压缩机增压至0.1-1.0Mpa下进入第一级膜单元，同时膜渗透侧通过真空泵提供-0.08Mpa以上的真空度，促使有机物透过膜进行分离。膜过程渗余侧为低浓度尾气，随后带压进入活性炭吸附罐后达标排放。膜过程跨膜侧为浓缩后的浓气，此部分气体在真空泵出口压力通常不超过50Kpa，通过压缩机增压(0.2Mpa至1.0Mpa)后进入冷凝机组，在一定温度(-10℃至10℃)下进行冷凝循环进行冷凝，冷凝液定期回收。未冷凝的气体凝则带压进入到二级膜过程，二级膜过程渗余侧气体浓度降低后通过减压阀与装置进气口汇合，再次进行膜过程和活性炭吸附的处理循环。二级膜过程跨膜侧浓气则与一级膜过程和活性炭真空解吸气一起经真空泵再次进入压缩冷凝循环。装置中低浓度气体膜分离活性炭吸附循环和高浓度气体压缩冷凝循环通过二级膜过程高效分离，降低了两个循环的负荷，大大提升了装置的处理效果和并降低了能耗。

实施例1

回收催化剂裂化气。气体来源为炼化企业催化裂化气，废气中主要组成(以体积百分比记)为乙烷8.5％、乙烯6.8％、丙烯、1.3％、丙烷0.8％、碳四及以上烃类物质共计2.2％，气量100Nm³/h。工艺装置采用图1所示的催化剂裂化气气体处理工艺流程，其中膜面积95平方米，一级膜采用卷式膜组件形式，面积60平米，二级膜35平米采用碟片式组件。变压吸附吸附剂采用活性炭，吸附罐体积10.0立方米，采用负载碱性官能团的椰壳活性炭，粒径2mm。吸收单元采用吸收塔，直径0.3m，塔高2.2m，塔板数18，液态组分为浅冷油(压力10Mpa、组成C4为主)，进入吸收塔的平均流速为200Nm³/h，吸收液流速2.5m3/h。处理循环回流比3:1。工艺装置其他主要操作条件见下表1，而工艺处理结果见表2：

表1，装置操作条件

表2，工艺处理结果(工艺各处气体浓度)

实施例2

处理炼油厂催化裂化装置入瓦斯管网干气。废气组成氢气5％，乙烷3.5％、乙烯2.6％、C3组分1.0％、C4及以上组分1.2％。气体平均流量为100Nm³/h，装置膜面积130平方米，一级膜100平米，为五个卷式膜组件并联，二级膜为碟片式膜组件填充面积30平米。每个吸附罐体积4.5立方米，采用负载碱性官能团的椰壳活性炭，粒径2mm。工艺装置参数如温度、压力、流量等见下表3，气体总组成以及具有代表性的组成物质浓度，在流程不同阶段变化结果见表4：

表3，装置操作条件

表4，工艺处理结果(工艺各处气体浓度，单位mg/m³)

Claims (10)

1.一种干气或裂解气中乙烯乙烷的分离装置，其特征在于所述装置包括：

储气单元、一级膜单元、二级膜单元、压缩冷凝单元及油吸收塔；

所述储气单元连接一级膜单元进口，一级膜单元的跨膜气出口连接二级膜单元；二级膜单元的跨膜气出口连接压缩冷凝单元，压缩冷凝单元的重烃出口连接油吸收塔。

2.如权利要求1所述的干气或裂解气中乙烯乙烷的分离装置，其特征在于：

二级膜渗余气出口管路与储气单元出口管路合并后连接一级膜单元进口。

3.如权利要求2所述的干气或裂解气中乙烯乙烷的分离装置，其特征在于：

压缩冷凝单元的回流气出口管路与储气单元出口管路合并后连接一级膜单元进口。

4.如权利要求1所述的干气或裂解气中乙烯乙烷的分离装置，其特征在于：

一级膜单元渗余气出口连接变压吸附单元；

所述变压吸附单元由两组并联的吸附罐组成。

5.如权利要求1所述的干气或裂解气中乙烯乙烷的分离装置，其特征在于：

所述一级膜单元和二级膜单元的膜组件为卷式、碟片式或中空纤维；膜组件通过串并联形式连接。

6.一种采用如权利要求1～5之一所述的分离装置的乙烯乙烷的分离方法，其特征在于所述方法包括：

1)待回收的干气或裂解气首先进入一级膜单元进行膜分离，在膜分离的作用下，一级膜单元的跨膜侧气体中乙烯、乙烷的浓度提高；

2)一级膜单元的跨膜侧气体进入二级膜分离单元，再次对乙烯和乙烷进行提纯；

3)二级膜单元的跨膜侧浓气进行压缩冷凝，分离出重烃组分，进入到浅冷油吸收单元中对乙烯、乙烷进行吸收。

7.如权利要求6所述的分离方法，其特征在于：

二级膜单元的渗余侧气体与原料干气或裂解气混合后进入一级膜单元；

一级膜单元的渗余气经变压吸附后排出。

8.如权利要求6所述的分离方法，其特征在于：

一级膜单元和二级膜单元的渗余侧处理压力范围在0.1-2Mpa，跨膜侧压力为绝压10Kpa以下。

9.如权利要求6所述的分离方法，其特征在于：

压缩冷凝过程的压力范围0.2Mpa至5.0Mpa，温度范围-10℃至10℃。

10.如权利要求9所述的分离方法，其特征在于：

所述变压吸附过程有两组并联的吸附罐组成，其中一个吸附时，另一套则进行真空解吸、再生过程。