CN109912379A - 一种炼厂干气分离方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工气体分离领域，具体提供一种炼厂干气分离方法和装置，该方法包括以下步骤：(1)压缩：将炼厂干气升压；(2)冷却：将压缩后的气体冷却，送往吸收塔；(3)吸收：吸收塔塔顶物流进入再吸收单元或冷却处理，塔釜物流送往解吸塔；(4)解吸：解吸塔塔顶得到碳二浓缩气，塔釜得到贫溶剂，所述贫溶剂经过冷却降温后，返回吸收塔顶部；(5)净化：解吸塔塔顶得到的碳二浓缩气进行净化处理；(6)脱甲烷：净化后的碳二浓缩气进入脱甲烷塔；脱甲烷塔塔顶物料返回压缩机或送往界区外，塔釜物料送往乙烯精馏塔；(7)乙烯精馏：乙烯精馏塔塔顶采出聚合级乙烯产品，塔釜为富乙烷产品。本发明具有工艺简单，回收率高，能耗低等优点。
Description
技术领域
本发明属于化工气体分离领域，更具体地，涉及一种炼厂干气分离方法和炼厂干气分离装置。
背景技术
炼油及化工生产过程中会产生大量尾气，其中有些尾气，比如催化裂化、热裂化、延迟焦化、加氢裂化等生产过程产生的尾气，含有不少碳二、碳三组分，特别是一些尾气中，乙烷含量比较高。目前，我国大部分炼厂仍将炼厂干气作为燃料气烧掉，利用价值较低，并造成极大的资源浪费和环境污染。
如果将炼厂干气中乙烯、乙烷回收，乙烯作聚合原料，乙烷送往乙烯工厂作为生产乙烯的原料，则可节省大量的裂解原料油，使乙烯生产成本大幅度下降，从而使企业获得较好的经济效益。
目前从炼厂干气中回收乙烯的方法主要有深冷分离法、油吸收法、络合分离法、变压吸附法等，各种方法各具特点。深冷分离法工艺成熟，乙烯回收率高，但投资大，用于稀乙烯回收能耗较高；络合分离法，乙烯回收率较高，但对原料中的杂质要求严格，预处理费用较高，需要特殊的络合吸收剂；变压吸附法操作简单，能耗较低，但产品纯度低，乙烯回收率低，占地面积大。
油吸收法主要是利用吸收剂对气体中各组分的溶解度不同来分离气体混合物，一般先利用吸收剂吸收C2及C2以上的重组分，分离出甲烷、氢气等不凝性气体，再用精馏法分离吸收剂中的各组分。该方法具有规模小、适应性强、投资费用低等特点。
US6308532提出了一种从炼厂干气中回收乙烯和丙烯的工艺，该工艺包括从吸收塔釜抽出C3、C4、C5、C6液体并将部分塔釜液相物料循环至塔顶，从而保持塔顶冷凝器的冷冻温度不低于-95℃，同时在吸收塔中富含丙烯或乙烯-丙烯区域抽出气相侧线。尽管该工艺将部分塔釜物料循环至塔顶以保持塔顶温度不致于过低，但塔顶温度仍低达-95℃，仍属于深冷分离工艺的一种，投资较大，能耗较高。
CN101063048A公开了一种采用中冷油吸收法分离炼厂催化干气的方法，该工艺由压缩、脱除酸性气体、干燥及净化、吸收、解吸、冷量回收和粗分等步骤组成，具有吸收剂成本低廉，损失低等优点。然而，该方法吸收剂循环量大，能耗较大。
综上所述，现有的对于含有甲烷、氢气以及轻烃的炼厂干气分离工艺存在投资大、能耗高等问题。
发明内容
为解决现有技术的上述问题，本发明提出了一种炼厂干气分离方法和装置，该方法具有工艺简单，回收率高，能耗低等优点。
本发明的第一方面提供一种炼厂干气分离方法，该方法包括以下步骤：
(1)压缩：将炼厂干气利用压缩机升压；
(2)冷却：将步骤(1)得到的压缩后的气体冷却，然后送往吸收塔；
(3)吸收：吸收剂从吸收塔顶部进入，吸收气体中C2馏分及更重组份；吸收塔塔顶物流进入再吸收单元或冷却处理，塔釜物流送至解吸塔；
(4)解吸：来自吸收塔的塔釜物流进入解吸塔，解吸塔塔顶得到碳二浓缩气，塔釜得到贫溶剂，所述贫溶剂经过冷却降温后，返回吸收塔顶部，作为吸收剂循环使用；
(5)净化：解吸塔塔顶得到的碳二浓缩气进入净化单元进行净化处理；
(6)脱甲烷：净化后的碳二浓缩气进入脱甲烷塔，将被吸收剂洗下来的甲烷从碳二浓缩气中脱除；脱甲烷塔塔顶物料返回压缩机段间或送往界区外，塔釜物料送往乙烯精馏塔；
(7)乙烯精制：来自脱甲烷塔的塔釜物料进入乙烯精馏塔，乙烯精馏塔塔顶采出聚合级乙烯产品，塔釜为富乙烷产品；
该方法还包括干燥，所述干燥在步骤(2)和步骤(3)之间进行，或者在步骤(5)和步骤(6)之间进行。
根据本发明，优选地，步骤(1)中，将炼厂干气升压至3～5MPag。压缩步骤中采用多段压缩，本发明对压缩的段数没有特别的限定。
根据本发明，优选地，步骤(2)中，将压缩后的气体冷却至5～15℃。所需冷量可以由丙烯制冷压缩机提供，也可以由溴化锂制冷机组提供。
在吸收步骤中，本发明对所述吸收塔的吸收剂用量没有特别的要求。步骤(3)中，所述吸收剂可以为含有丙烷的碳三馏分，含有正丁烷、异丁烷、丁烯的碳四馏分，或者含有正戊烷、异戊烷的碳五馏分；优选为含有正丁烷、异丁烷、丁烯的碳四馏分。
根据本发明，优选地，所述吸收塔的理论板数为40～50，操作压力为3.0～5.0MPa，塔顶温度为5℃～20℃。
本发明中，吸收塔塔顶物流主要为甲烷、氢气等组分，并夹带有少量吸收剂，当吸收塔塔顶物流采用冷却处理的后续程序时，吸收塔塔顶物流经所述冷却处理后得到的液相返回吸收塔，气相送往燃料气系统或者氢气回收系统。
当吸收塔塔顶物流进入再吸收单元时，吸收塔塔顶物流进入再吸收单元的步骤优选包括：
(3-1)再吸收：吸收塔塔顶物流进入再吸收塔，再吸收剂从再吸收塔顶进入，吸收被带出的吸收剂和未被吸收下来的碳二组分，再吸收塔塔顶物流送往燃料气系统，塔釜物流作为产品采出或进入汽油稳定塔回收再吸收剂。
本发明中，所述再吸收塔的塔釜液相物流可直接作为产品采出，送往界区外，也可以设置汽油稳定塔，回收再吸收剂。当塔釜物流进入汽油稳定塔时，该方法还包括：
(3-2)回收再吸收剂：汽油稳定塔塔釜采出贫再吸收剂，经冷却降温后返回再吸收塔顶部，循环利用，汽油稳定塔塔顶物流返回吸收塔顶部。
本发明对汽油稳定塔的设置方式没有特别的要求，本领域技术人员可以根据现有技术的常识确定。根据本发明一种实施方式，所述汽油稳定塔的理论板数为20～40，操作压力为0.1～1.0MPag。
在再吸收步骤中，优选地，所述再吸收塔的理论板数为10～40，操作压力为2.0～4.0MPa，塔顶温度为20℃～50℃。优选地，所述再吸收剂为汽油、重石脑油或芳烃抽余油，进一步优选为炼厂的稳定汽油组分。
根据本发明，在解吸步骤中，解吸塔塔釜得到的解吸后的吸收剂经逐级冷却后返回吸收塔循环利用。
在本发明中，部分吸收剂会随吸收塔顶气相损失，例如进入再吸收塔，因此，优选在解吸塔塔釜引入一股吸收剂作为补充，以保证装置中吸收塔吸收剂用量。
根据本发明，优选地，所述解吸塔的理论板数为20～60，操作压力为1.0～3.0MPa，塔顶温度为10℃～40℃。
在干燥步骤中，本发明对所述干燥的具体方法没有限定，本领域技术人员可以根据现有技术的常识确定。干燥步骤可以设置在解吸之后，也可以在吸收塔之前进行。
在净化步骤中，根据来料的不同，所述净化包括但不局限于脱酸性气体、脱氧气、脱砷、脱汞，本发明对净化的具体方法没有限定，本领域技术人员可以根据现有技术的常识确定。
本发明中，优选地，吸收塔和解吸塔均设置有塔釜再沸器，吸收塔设置塔釜再沸器以保证吸收塔釜甲烷、氢气等轻组分降到设定要求以下。其中，吸收塔塔釜再沸器和解吸塔塔釜再沸器的加热介质可以采用低压蒸汽，也可以采用热油，优选热油加热，既能充分利用炼厂富裕热量，也能降低工艺能耗。
在脱甲烷步骤中，脱甲烷塔塔釜甲烷含量可以控制在0.02％以下，优选地，所述脱甲烷塔的理论板数为15～30，操作压力为1.0～3.0MPa，塔顶温度为-20℃～-40℃。塔顶冷凝器可用-40℃丙烯作冷介质。
在乙烯精制步骤中，优选地，所述乙烯精馏塔的理论板数为80～120，操作压力为1.0～3.0MPa，塔顶温度为-20℃～-40℃。塔顶冷凝器可用-40℃丙烯作冷介质。
本发明的方法还可以包括将压缩机段间冷却下来的烃类进行汽提。在压缩段间有烃类被冷却下来时，可以通过汽提塔将碳一碳二等轻组分汽提出来，返回压缩机入口，其他组分作为产品采出。本发明对汽提塔的设置方式没有限定，本领域技术人员可以根据本领域的常识确定。
本发明的第二方面提供一种炼厂干气分离装置，该炼厂干气分离装置包括依次连接的压缩机、冷却器、吸收塔、解吸塔、净化单元、脱甲烷塔和乙烯精馏塔，其中，
所述炼厂干气分离装置包括干燥单元，所述干燥单元设置于冷却器和吸收塔之间，或设置于净化单元和脱甲烷塔之间；
所述吸收塔塔釜连接解吸塔，塔顶任选的连接再吸收单元，所述再吸收单元优选包括再吸收塔和汽油稳定塔。
优选地，所述炼厂干气分离装置还包括汽提塔，所述汽提塔设置于压缩机段间，用于汽提压缩机段间冷却下来的烃类。
本发明一种具体实施方式的炼厂干气分离装置如图1所示，该炼厂干气分离装置包括依次连接的压缩机1、冷却器2、吸收塔3、解吸塔4、净化单元5、干燥单元6、脱甲烷塔7和乙烯精馏塔8；所述吸收塔3塔顶连接再吸收塔9和汽油稳定塔10，塔釜连接解吸塔4；所述解吸塔4塔顶依次连接净化单元5和干燥单元6，然后连接至脱甲烷塔7；脱甲烷塔7塔顶连接至压缩机1段间，塔釜连接乙烯精馏塔8；乙烯精馏塔8塔顶连接聚合级乙烯产品采出线，塔釜连接富乙烷产品采出线；汽油稳定塔10塔釜连接再吸收塔9顶部，塔顶与解吸塔4塔釜一并连接至吸收塔3顶部。
本发明提出的炼厂干气分离方法及装置具有以下特点：
(1)本发明在解吸之后设置了脱甲烷塔，由于该塔很好的控制了甲烷含量，使得进乙烯精馏塔的物料中不含或仅含微量甲烷，乙烯精馏塔塔顶回流比大大降低，致使乙烯精馏塔的冷凝器和再沸器负荷大大降低，节省能耗。
(2)本发明采用吸收解吸的方法脱除了大部分甲烷、氢气等轻组分，使得脱甲烷塔容易操作，塔顶仅需丙烯冷剂即可，无需冷箱、乙烯制冷压缩机整套设备，不仅节省了能耗，投资明显降低。
(3)解吸之后设置脱甲烷塔，所以可以放宽吸收塔釜甲烷含量，降低了吸收剂用量，同时可以明显降低工艺能耗。
(4)产品为聚合级乙烯，产品品质高，经济效益明显。
(5)吸收剂选择性较好，并且各个吸收剂吸收效果均较理想，可以根据不同厂家情况，选择最适宜的吸收剂。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述。
图1为本发明一种实施方式的炼厂干气分离装置及工艺示意图。
图2为本发明另一种实施方式的炼厂干气分离装置及工艺示意图。
附图标记说明：
1、压缩机；2、冷却器；3、吸收塔；4、解吸塔；5、净化单元；6、干燥单元；7、脱甲烷塔；8、乙烯精馏塔；9、再吸收塔；10、汽油稳定塔；11、炼厂干气；12、聚合级乙烯产品；13、富乙烷产品；14、燃料气；15、粗气体；16、甲烷氢尾气；17、塔釜汽油。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。
实施例1：
采用如图1所示的炼厂干气分离装置。包括：压缩机1、冷却器2、吸收塔3、解吸塔4、净化单元5、干燥单元6、脱甲烷塔7和乙烯精馏塔8；所述吸收塔3塔顶连接再吸收塔9和汽油稳定塔10，塔釜连接解吸塔4；所述解吸塔4塔顶依次连接净化单元5和干燥单元6，然后连接至脱甲烷塔7；脱甲烷塔7塔顶连接至压缩机1段间，塔釜连接乙烯精馏塔8；乙烯精馏塔8塔顶连接聚合级乙烯产品采出线，塔釜连接富乙烷产品采出线；汽油稳定塔10塔釜连接再吸收塔9顶部，塔顶与解吸塔4塔釜一并连接至吸收塔3顶部。
选择正丁烷为吸收剂，稳定汽油为再吸收剂。
炼厂干气分离方法包括以下步骤：
(1)压缩：炼厂干气11进入压缩机1经过三段压缩后，将压力提高至4MPag。
(2)冷却：增压后的气体经冷却器2冷却至15℃，再进入吸收塔3。
(3)吸收：吸收塔3的理论板数为40，操作压力为3.8MPag，塔顶温度为20℃。吸收剂从吸收塔3塔顶进入塔内，冷却后的气体从第20块塔板进入。炼厂干气11中的C2馏分及更重组分被吸收剂吸收下来，从塔釜采出，进入解吸塔4，塔顶为甲烷、氢气等轻组分，并夹带有少量吸收剂。
(4)解吸：解吸塔4的理论板数为35，操作压力为2.5MPag，塔顶温度为15℃。吸收了干气中C2等组分的富溶剂从第20块塔板进入解吸塔4，解吸后的C2浓缩气从塔顶采出，塔釜得到的贫溶剂经逐级换热后冷却至15℃，作为吸收剂返回吸收塔3循环使用。
(5)净化干燥：解吸塔4塔顶气体依次经过净化单元5和干燥单元6进行净化干燥，然后进入脱甲烷塔7。
(6)脱甲烷：脱甲烷塔7的理论板数为30，操作压力为2MPag，塔釜控制甲烷含量0.01％，塔顶温度为-30℃，塔釜物料送往乙烯精馏塔8。
(7)乙烯精制：乙烯精馏塔8的理论板数为80，操作压力为2.2MPag，塔顶温度为-30℃。塔顶采出聚合级乙烯产品12，塔釜为富乙烷产品13。
(8)再吸收：吸收塔3塔顶未被吸收的气体进入再吸收塔9，再吸收塔9的理论板数为20，操作压力为3.5MPag，塔顶温度为20℃。再吸收剂采用稳定汽油，从塔顶进入再吸收塔9，吸收碳二组分及碳四吸收剂。再吸收塔9塔釜为富汽油，送往汽油稳定塔10解吸后，塔釜得到的贫再吸收剂返回再吸收塔9循环使用。再吸收塔9塔顶采出甲烷氢气等组分，作为燃料气14直接排入燃料气管网，汽油稳定塔10塔顶物料经冷却降温后返回吸收塔3塔顶循环使用。汽油稳定塔10的理论板数为25，操作压力为0.5MPag。
炼厂干气11的组成见表1。
表1炼厂干气组成
所得到的聚合级乙烯产品12的组成见表2。
表2聚合级乙烯产品组成
| 组成 | mol％ |
| 甲烷 | 0.02 |
| 乙烯 | 99.96 |
| 乙烷 | 0.02 |
在本实施例中，乙烯回收率为99.6％。
实施例2：
采用如图2所示的分离装置，来自某厂的粗气体15(干气，组成见表3)进入该分离装置。
该分离装置包括：压缩机1、冷却器2、吸收塔3、解吸塔4、净化单元5、干燥单元6、脱甲烷塔7和乙烯精馏塔8；所述吸收塔3塔顶连接再吸收塔9，塔釜连接解吸塔4；所述解吸塔4塔顶依次连接净化单元5和干燥单元6，然后连接至脱甲烷塔7中部，塔釜连接至吸收塔3顶部；脱甲烷塔7塔顶连接至压缩机1段间，塔釜连接乙烯精馏塔8中部。
分离方法包括以下步骤：
(1)压缩：来自某厂的粗气体15，进入压缩机1，经过压缩，将压力提高至3.3MPa。
(2)冷却：增压后的气体经冷却器2冷却到10℃，再送入吸收塔3。
(3)吸收：在吸收塔3中，采用炼厂生产的C4(具体组成见表3)作为吸收剂，吸收剂从塔顶喷入，吸收粗气体15中的C2馏分及更重组份。吸收塔3的理论板数为45，操作压力为3.0MPa，塔顶温度为15℃。塔釜物料送至解吸塔4处理，未被吸收的H2、N2、CH4及少量C4馏分吸收剂等从吸收塔3塔顶排出，进入再吸收塔9。再吸收塔9以粗汽油为再吸收剂，以回收气体中的C4。再吸收塔9的理论板数为20，操作压力为3.2MPa，塔顶温度为40℃。再吸收塔9塔顶不含C2馏分的气体作为甲烷氢尾气16排放至炼油厂的燃料气系统，含有少量C4的塔釜汽油17返回炼厂FCC的吸收-稳定系统。
(4)解吸：来自吸收塔3塔釜的富含C2的碳四馏分吸收剂靠压差进入解吸塔4上部。解吸塔4的理论板数为35，操作压力为1.8MPa，塔顶温度为16℃，解吸塔4塔釜采用低压蒸汽加热，从塔顶得到混合的C2浓缩气。解吸塔4塔釜的贫吸收剂经冷却至15℃，返回吸收塔3塔顶循环利用。
(5)净化干燥：从解吸塔4塔顶得到的C2浓缩气进入净化单元5进行净化，然后经干燥单元6脱除水分，送入脱甲烷塔7。
(6)脱甲烷：脱甲烷塔7的理论板数为20，操作压力为2.5MPa，塔顶温度为-32℃，塔釜温度为-9℃，在脱甲烷塔7将甲烷从塔顶分离出去，不含甲烷的C2及其以上组分的塔釜物料送乙烯精馏塔8。
(7)乙烯精馏：乙烯精馏塔8的理论板数为92，操作压力为1.7MPa，塔顶温度为-30℃，塔釜温度为6℃。塔顶得到纯度99.96％的聚合级乙烯产品12，从塔釜得到富乙烷产品13。
分离装置得到的甲烷氢尾气16、聚合级乙烯产品12、富乙烷产品13的组成见表4。
表3来自某厂粗气体组成和吸收剂组成
表4甲烷氢尾气16、聚合级乙烯产品12、富乙烷产品13的组成
在本实施例中，乙烯回收率为99.5％。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (13)
1.一种炼厂干气分离方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)压缩：将炼厂干气利用压缩机升压；
(2)冷却：将步骤(1)得到的压缩后的气体冷却，然后送往吸收塔；
(3)吸收：吸收剂从吸收塔顶部进入，吸收气体中C2馏分及更重组份；吸收塔塔顶物流进入再吸收单元或冷却处理，塔釜物流送往解吸塔；
(4)解吸：来自吸收塔的塔釜物流进入解吸塔，解吸塔塔顶得到碳二浓缩气，塔釜得到贫溶剂，所述贫溶剂经过冷却降温后，返回吸收塔顶部；
(5)净化：解吸塔塔顶得到的碳二浓缩气进入净化单元进行净化处理；
(6)脱甲烷：净化后的碳二浓缩气进入脱甲烷塔；脱甲烷塔塔顶物料返回压缩机段间或送往界区外，塔釜物料送往乙烯精馏塔；
(7)乙烯精制：来自脱甲烷塔的塔釜物料进入乙烯精馏塔，乙烯精馏塔塔顶采出聚合级乙烯产品，塔釜为富乙烷产品；
该方法还包括干燥，所述干燥在步骤(2)和步骤(3)之间进行，或者在步骤(5)和步骤(6)之间进行。
2.根据权利要求1所述的炼厂干气分离方法，其中，步骤(1)中，将炼厂干气升压至3～5MPag。
3.根据权利要求1所述的炼厂干气分离方法，其中，步骤(2)中，将压缩后的气体冷却至5～15℃。
4.根据权利要求1所述的炼厂干气分离方法，其中，步骤(3)中，所述吸收剂为含有丙烷的碳三馏分，含有正丁烷、异丁烷、丁烯的碳四馏分，或者含有正戊烷、异戊烷的碳五馏分。
5.根据权利要求1所述的炼厂干气分离方法，其中，吸收塔塔顶物流经所述冷却处理后得到的液相返回吸收塔，气相送往燃料气系统或氢气回收系统。
6.根据权利要求1所述的炼厂干气分离方法，其中，吸收塔塔顶物流进入再吸收单元的步骤包括：
(3-1)再吸收：吸收塔塔顶物流进入再吸收塔，再吸收剂从再吸收塔顶进入，再吸收塔塔顶物流送往燃料气系统，塔釜物流作为产品采出或进入汽油稳定塔回收再吸收剂；
当再吸收塔的塔釜物流进入汽油稳定塔时，该方法还包括：
(3-2)回收再吸收剂：汽油稳定塔塔釜采出贫再吸收剂，经冷却降温后返回再吸收塔顶部，汽油稳定塔塔顶物流返回吸收塔顶部。
7.根据权利要求6所述的炼厂干气分离方法，其中，所述再吸收剂为汽油、重石脑油或芳烃抽余油。
8.根据权利要求1所述的炼厂干气分离方法，其中，步骤(4)中，解吸塔塔釜引入一股吸收剂作为补充。
9.根据权利要求1所述的炼厂干气分离方法，其中，吸收塔和解吸塔均设置有塔釜再沸器，所述塔釜再沸器的加热介质为低压蒸汽或热油。
10.根据权利要求1所述的炼厂干气分离方法，其中，该方法还包括将压缩机段间冷却下来的烃类进行汽提，并将汽提得到的轻组分返回至压缩机入口。
11.根据权利要求1-10中任意一项所述的炼厂干气分离方法，其中，
所述吸收塔的理论板数为40～50，操作压力为3.0～5.0MPa，塔顶温度为5℃～20℃；
所述解吸塔的理论板数为20～60，操作压力为1.0～3.0MPa，塔顶温度为10℃～40℃；
所述脱甲烷塔的理论板数为15～30，操作压力为1.0～3.0MPa，塔顶温度为-20℃～-40℃；
所述乙烯精馏塔的理论板数为80～120，操作压力为1.0～3.0MPa，塔顶温度为-20℃～-40℃；
所述再吸收塔的理论板数为10～40，操作压力为2.0～4.0MPa，塔顶温度为20℃～50℃。
12.一种炼厂干气分离装置，其特征在于，该炼厂干气分离装置包括依次连接的压缩机、冷却器、吸收塔、解吸塔、净化单元、脱甲烷塔和乙烯精馏塔，其中，
所述炼厂干气分离装置包括干燥单元，所述干燥单元设置于冷却器和吸收塔之间，或设置于净化单元和脱甲烷塔之间；
所述吸收塔塔釜连接解吸塔，塔顶任选的连接再吸收单元，所述再吸收单元优选包括再吸收塔和汽油稳定塔。
13.根据权利要求12所述的炼厂干气分离装置，其中，所述炼厂干气分离装置还包括汽提塔，所述汽提塔设置于压缩机段间。
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