CN110407658A - 一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法，针对现有乙烷裂解工艺的裂解气，采用多级精馏及混合冷剂制冷的工艺方法，将乙烷裂解产生的裂解气净化处理得到聚合级乙烯等产品。该深冷分离工艺方法采用乙炔前加氢工艺减少了后续分离净化设备，简化了分离工艺流程，降低了操作难度及整套装置的操作能耗。
Description
技术领域
本发明属于石油化工行业的乙烷裂解制烯烃领域，涉及一种低能耗裂解气深冷分离工艺方法，将乙烷裂解产生的裂解气净化处理得到聚合级乙烯等产品。
背景技术
乙烯(Ethylene,CH2＝CH2)可以通过多种化工原料制得，常见的有乙烷、丙烷和石脑油，其生产工艺较为丰富，但彼此之间的差异并不是特别大，这也是乙烯工业区别于其他化工产品的一个最大特点。在美国、中东和北非地区，乙烷和丙烷是最普遍的乙烯生产原料，生产工艺采用蒸汽裂解法。
在亚洲地区，石脑油是最为常见的乙烯原料，运输通常采用油罐车，输油管道并未普及，主要的生产工艺为石脑油裂解法。通过不同的原料和生产工艺，乙烯的产出率并不相同，其中乙烷和丙烷的乙烯产出率最高，还附带丙烯，石脑油、汽油等其他原料的乙烯产出率较低,但附加产品较为丰富。乙烷是乙烯收率最高的压力，可以达到80.5％；蒸汽裂解最主要的原料是石脑油，而石脑油的乙烯收率只有35％左右，因此，乙烷是最好的蒸汽裂解制乙烯的原料。
目前世界乙烷95％左右来源于天然气凝析液分离，乙烷生产和消费主要集中在美国和中东。页岩革命后美国乙烷产量激增，但乙烯装置扩能和出口能力有限而无法消耗巨大的乙烷增量，导致美国乙烷供应过剩日益凸显，价格大幅走低。按目前价格水平测算，进口美国乙烷在国内建设裂解装置有着较强的成本竞争力，因此国内多家企业正在建设或规划建设进口乙烷裂解项目，且都是考虑进口美国乙烷为原料。
在中国国内，乙烷裂解制乙烯是一种新工艺，而与之配套的下游乙烯净化、分离、精制更是一种新工艺，有着很大的优化创新空间。
发明内容
本发明是针对现有乙烷裂解工艺的裂解气，采用多级精馏及混合冷剂制冷的工艺方法，将乙烷裂解产生的裂解气净化处理得到聚合级乙烯等产品。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法，包含下列步骤：
(1)来自急冷塔塔顶的裂解气(温度40℃左右，压力40-100KPa)进入裂解气压缩机一段吸入罐，经压缩机升压到1-3MPa；
(2)裂解气采用多级压缩，机间冷却，压缩机段间凝液返回急冷塔顶部，压缩机末端裂解气(压力1-3MPa)降温到40℃左右，气相物料升温3-5℃后进入碱洗塔；
(3)脱除酸性气体的裂解气经碱洗塔上部水洗段水洗后离开碱洗塔，进入冷剂换热器，温度降至10-15℃；
(4)降温后的裂解气进入气液分离罐，凝液返回急冷塔顶部或压缩机段间罐，气相进入干燥器；
(5)脱除水分的裂解气进入TSA装置脱除重组分后进入乙炔前加氢反应器；
(6)乙炔前加氢反应器出口物料经降温进入裂解气第二干燥器；
(7)脱除水分的裂解气经降温进入碳二切割塔，部分C2以上组分冷凝成液体流向塔釜，另一部分C2及一些轻组分气体从切割塔塔顶排出；
(8)碳二切割塔塔釜物料进入脱乙烷塔，脱乙烷塔塔顶冷凝器是部分冷凝器，回流罐物料分成3股，第一股作为脱乙烷塔的回流，第二股送入碳二切割塔顶部作为回流，回流罐罐顶气相物料作为乙烯精馏塔进料；
(9)脱乙烷塔塔釜物料进入脱丙烷塔，C4以上组液体流向塔釜并由塔釜采出，C3组分从塔顶排出，经过塔顶冷凝器冷却后进入回流罐分离，回流罐C3液体打回流，多余液体作为C3产品采出；
(10)脱丙烷塔塔釜物料送入脱丁烷塔，塔顶回流罐采出混合碳四产品，塔釜采出碳五及重组分；
(11)碳二切割塔塔顶气相经深冷冷箱系统进一步降温；并将不同温度不同组分的液相物料分别进入脱甲烷塔的不同位置；
(12)深冷换热器末端分离出纯度95％以上的低温粗氢，低温粗氢流经冷箱内多个换热器复温至常温；
(13)常温粗氢可以进入甲烷化及氢气干燥器产出纯度95％以上的氢气产品；
(14)常温粗氢可以进入PSA装置变压吸附后得到高纯度氢气产品；
(15)在脱甲烷塔内物料分为气液两相，气相从脱甲烷塔塔顶进入塔顶冷凝器，经冷凝物料进入脱甲烷塔回流罐，塔顶回流罐液相物料泵入脱甲烷塔塔顶作为回流，回流罐顶部采出气相低温甲烷，脱甲烷塔塔釜液相物料作为乙烯精馏塔的进料；
(16)从脱甲烷塔塔釜送入乙烯精馏塔的物料被精馏分离为两种产品，塔顶为聚合级乙烯产品，塔釜为循环乙烷；
(17)循环乙烷在较低温度下汽化回收冷量，低温气相乙烷在冷箱中回收冷量后复温至常温送到裂解单元，然后作为原料被预热进入裂解炉。
作为一种优选的技术方案：所述为深冷分离提供冷量的是四种或四种以上冷剂混合使用的混合冷剂，混合冷剂为C1、C2～C5的烃类、N2的混合物。
作为一种优选的技术方案：所述作为原料的液相乙烷，在进裂解炉前的汽化工序都在深冷分离单元进行，回收汽化潜能，降低冷剂压缩机的能耗。
作为一种优选的技术方案：所述步骤(1)(4)冷凝的液相直接或间接返回急冷单元的急冷水塔。
作为一种优选的技术方案：所述碳二切割塔的进料冷却到泡点温度，碳二切割塔回流主要或全部来自脱乙烷塔的回流罐的低温液相物料，也有一部分来自下游深冷冷箱的低温液体；碳二切割塔操作压力高于脱乙烷塔时，碳二切割塔塔釜液相物料可以直接送入脱乙烷塔，碳二切割塔操作压力低于脱乙烷塔时，可以用泵送入脱乙烷塔，保证塔釜液相物料顺利进入脱乙烷塔；碳二切割塔可以设置塔顶冷凝器、回流罐及回流泵。
作为一种优选的技术方案：所述根据气体组分情况，碳二切割塔也可以不设置塔顶冷凝器、回流罐及回流泵。
作为一种优选的技术方案：所述脱乙烷塔塔顶冷凝器为部分冷凝，液相物料分别为碳二切割塔和脱乙烷塔提供回流，气相直接或调整温度进入乙烯精馏塔。当脱乙烷塔塔顶回流罐轻组分较高时，气相可以进入脱甲烷塔。
作为一种优选的技术方案：所述脱丙烷塔塔底采出的混合C3部分能回到脱乙烷塔塔釜。
作为一种优选的技术方案：所述脱甲烷塔塔顶回流罐低温气相甲烷进入透平膨胀机膨胀降温后为深冷冷箱提供冷量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该深冷分离工艺方法采用乙炔前加氢工艺减少了后续分离净化设备，简化了分离工艺流程，降低了操作难度及整套装置的操作能耗。
附图说明
图1为本发明一实施方式的一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法，包含下列步骤：
(1)来自急冷塔塔顶的裂解气(温度40℃左右，压力40-100KPa)进入裂解气压缩机一段吸入罐，经压缩机升压到1-3MPa；
(2)裂解气采用多级压缩，机间冷却，压缩机段间凝液返回急冷塔顶部，压缩机末端裂解气(压力1-3MPa)降温到40℃左右，气相物料升温3-5℃后进入碱洗塔；
(3)脱除酸性气体的裂解气经碱洗塔上部水洗段水洗后离开碱洗塔，进入冷剂换热器，温度降至10-15℃；
(4)降温后的裂解气进入气液分离罐，凝液返回急冷塔顶部或压缩机段间罐，气相进入干燥器；
(5)脱除水分的裂解气进入TSA装置脱除重组分后进入乙炔前加氢反应器；
(6)乙炔前加氢反应器出口物料经降温进入裂解气第二干燥器；
(7)脱除水分的裂解气经降温进入碳二切割塔，部分C2以上组分冷凝成液体流向塔釜，另一部分C2及一些轻组分气体从切割塔塔顶排出；
(8)碳二切割塔塔釜物料进入脱乙烷塔，脱乙烷塔塔顶冷凝器是部分冷凝器，回流罐物料分成3股，第一股作为脱乙烷塔的回流，第二股送入碳二切割塔顶部作为回流，回流罐罐顶气相物料作为乙烯精馏塔进料；
(9)脱乙烷塔塔釜物料进入脱丙烷塔，C4以上组液体流向塔釜并由塔釜采出，C3组分从塔顶排出，经过塔顶冷凝器冷却后进入回流罐分离，回流罐C3液体打回流，多余液体作为C3产品采出；
(10)脱丙烷塔塔釜物料送入脱丁烷塔，塔顶回流罐采出混合碳四产品，塔釜采出碳五及重组分；
(11)碳二切割塔塔顶气相经深冷冷箱系统进一步降温；并将不同温度不同组分的液相物料分别进入脱甲烷塔的不同位置；
(12)深冷换热器末端分离出纯度95％以上的低温粗氢，低温粗氢流经冷箱内多个换热器复温至常温；
(13)常温粗氢可以进入甲烷化及氢气干燥器产出纯度95％以上的氢气产品；
(14)常温粗氢可以进入PSA装置变压吸附后得到高纯度氢气产品；
(15)在脱甲烷塔内物料分为气液两相，气相从脱甲烷塔塔顶进入塔顶冷凝器，经冷凝物料进入脱甲烷塔回流罐，塔顶回流罐液相物料泵入脱甲烷塔塔顶作为回流，回流罐顶部采出气相低温甲烷，脱甲烷塔塔釜液相物料作为乙烯精馏塔的进料；
(16)从脱甲烷塔塔釜送入乙烯精馏塔的物料被精馏分离为两种产品，塔顶为聚合级乙烯产品，塔釜为循环乙烷；
(17)循环乙烷在较低温度下汽化回收冷量，低温气相乙烷在冷箱中回收冷量后复温至常温送到裂解单元，然后作为原料被预热进入裂解炉。
在本实施例中，所述为深冷分离提供冷量的是四种或四种以上冷剂混合使用的混合冷剂，混合冷剂为C1、C2～C5的烃类、N2的混合物。
在本实施例中，所述作为原料的液相乙烷，在进裂解炉前的汽化工序都在深冷分离单元进行，回收汽化潜能，降低冷剂压缩机的能耗。
在本实施例中，所述步骤(1)(4)冷凝的液相直接或间接返回急冷单元的急冷水塔。
在本实施例中，所述碳二切割塔的进料冷却到泡点温度，碳二切割塔回流主要或全部来自脱乙烷塔的回流罐的低温液相物料，也有一部分来自下游深冷冷箱的低温液体；碳二切割塔操作压力高于脱乙烷塔时，碳二切割塔塔釜液相物料可以直接送入脱乙烷塔，碳二切割塔操作压力低于脱乙烷塔时，可以用泵送入脱乙烷塔，保证塔釜液相物料顺利进入脱乙烷塔；碳二切割塔可以设置塔顶冷凝器、回流罐及回流泵。
在本实施例中，所述根据气体组分情况，碳二切割塔也可以不设置塔顶冷凝器、回流罐及回流泵。
在本实施例中，所述脱乙烷塔塔顶冷凝器为部分冷凝，液相物料分别为碳二切割塔和脱乙烷塔提供回流，气相直接或调整温度进入乙烯精馏塔。当脱乙烷塔塔顶回流罐轻组分较高时，气相可以进入脱甲烷塔。
在本实施例中，所述脱丙烷塔塔底采出的混合C3部分能回到脱乙烷塔塔釜。
在本实施例中，所述脱甲烷塔塔顶回流罐低温气相甲烷进入透平膨胀机膨胀降温后为深冷冷箱提供冷量。
所述来自急冷塔塔顶的裂解气(温度40℃左右，压力40-100KPa)进入裂解气压缩机一段吸入罐，经压缩机升压到1-3MPa，冷却至40℃左右后送至碱洗塔脱除酸性物质。脱除酸性气体的裂解气经碱洗塔上部水洗段水洗后离开碱洗塔，进入冷剂换热器，温度降至10-15℃进入气液分离器把冷下来的液体分离干净，气体进入干燥单元脱除水分，进入脱重烃系统，然后进入乙炔前加氢反应器；乙炔前加氢反应器出口物料经降温进入裂解气第二干燥器，脱除水分的裂解气经降温进入碳二切割塔；塔顶冷凝温度在-60～-20℃时，C2以上组分冷凝成液体流向塔釜，C2及轻组分气体从切割塔塔顶排出；碳二切割塔塔釜物料进入脱乙烷塔继续精馏，塔顶冷凝温度在-60～-20℃，脱乙烷塔塔顶气体部分冷凝后进入塔顶回流罐，回流罐物料分成3股，第一股作为脱乙烷塔的回流，第二股送入碳二切割塔顶部作为回流，回流罐罐顶气相物料作为乙烯精馏塔进料；
所述碳二切割塔塔釜液相物料进入脱乙烷塔分为两种方式，其一，碳二切割塔塔釜液相物料可以直接送入脱乙烷塔，碳二切割塔操作压力高于脱乙烷塔，保证塔釜液相物料顺利进入脱乙烷塔；其二，碳二切割塔塔釜液相物料可以用泵送入脱乙烷塔，碳二切割塔操作压力低于脱乙烷塔。
所述压力为1～3MPa，温度为30～80℃左右的脱乙烷塔塔釜物料进入脱丙烷塔精馏，C4以上组分冷凝成液体流向塔釜，C3组分从塔顶排出，经过塔顶冷凝器冷却至0～50℃后进入回流罐，回流罐液体物料打回流，多余液体物料作为碳三产品采出；
所述脱乙烷塔塔顶冷凝器为部分冷凝；于脱乙烷塔物料经冷凝后分三部分，液相物料分别为碳二切割塔和脱乙烷塔提供回流，气相直接或调整温度进入乙烯精馏塔。脱乙烷塔塔顶回流罐轻组分较高时，气相可以进入脱甲烷塔。脱丙烷塔塔底采出的混合C3部分可以回到脱乙烷塔塔釜。
所述压力为0.6～1.5MPa，温度为50～110℃脱丙烷塔塔釜物料送入脱丁烷塔，塔顶回流罐采出混合碳四产品，塔釜采出碳五及重组分；
所述碳二切割塔塔顶气相进入深冷冷箱经降温至-90～-40℃进入深冷换热器，冷凝下来的不同温度液相物料分别进入脱甲烷塔的不同进料位置；深冷换热器末端分离出纯度95％以上的低温粗氢，低温粗氢流经冷箱换热器复温至常温。
根据用户需要常温粗氢可以进入甲烷化及氢气干燥器产出纯度95％以上的氢气产品；也可以进入PSA装置变压吸附后得到高纯度氢气产品；
所述脱甲烷塔内物料分为气液两相，气相从脱甲烷塔塔顶进入塔顶冷凝器，经冷凝物料进入脱甲烷塔回流罐，塔顶回流罐液相物料泵入脱甲烷塔塔顶作为回流，回流罐顶部采出气相低温甲烷，脱甲烷塔塔釜液相物料作为乙烯精馏塔的进料。低温气相甲烷进入透平膨胀机膨胀降温后为深冷冷箱提供冷量，复温后可以作为再生气使用。
所述压力为0.5～3.0MPa，温度为-70～45℃脱甲烷塔塔釜物料送入乙烯精馏塔，送入乙烯精馏塔的物料被精馏分离为两种产品，塔顶产出聚合级乙烯产品，塔釜采出循环乙烷；
所述循环乙烷在较低温度下汽化回收冷量，低温气相乙烷在冷箱中回收冷量后复温至常温送到裂解单元，然后作为原料被预热进入裂解炉。
在裂解气组分气体精馏及分离过程中所需的冷量由混合冷剂制冷系统提供。
本发明通过以混合冷剂代替乙烯、丙烯复叠制冷的深冷分离工艺，采用乙炔前加氢工艺减少了后续分离净化设备，简化了分离工艺流程，降低了操作难度及整套装置的操作能耗。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.本发明公开了一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法，其特征在于，包含下列步骤：
(1)来自急冷塔塔顶的裂解气(温度40℃左右，压力40-100KPa)进入裂解气压缩机一段吸入罐，经压缩机升压到1-3MPa；
(2)裂解气采用多级压缩，机间冷却，压缩机段间凝液返回急冷塔顶部，压缩机末端裂解气(压力1-3MPa)降温到40℃左右，气相物料升温3-5℃后进入碱洗塔；
(3)脱除酸性气体的裂解气经碱洗塔上部水洗段水洗后离开碱洗塔，进入冷剂换热器，温度降至10-15℃；
(4)降温后的裂解气进入气液分离罐，凝液返回急冷塔顶部或压缩机段间罐，气相进入干燥器；
(5)脱除水分的裂解气进入TSA装置脱除重组分后进入乙炔前加氢反应器；
(6)乙炔前加氢反应器出口物料经降温进入裂解气第二干燥器；
(7)脱除水分的裂解气经降温进入碳二切割塔，部分C2以上组分冷凝成液体流向塔釜，另一部分C2及一些轻组分气体从切割塔塔顶排出；
(8)碳二切割塔塔釜物料进入脱乙烷塔，脱乙烷塔塔顶冷凝器是部分冷凝器，回流罐物料分成3股，第一股作为脱乙烷塔的回流，第二股送入碳二切割塔顶部作为回流，回流罐罐顶气相物料作为乙烯精馏塔进料；
(9)脱乙烷塔塔釜物料进入脱丙烷塔，C4以上组液体流向塔釜并由塔釜采出，C3组分从塔顶排出，经过塔顶冷凝器冷却后进入回流罐分离，回流罐C3液体打回流，多余液体作为C3产品采出；
(10)脱丙烷塔塔釜物料送入脱丁烷塔，塔顶回流罐采出混合碳四产品，塔釜采出碳五及重组分；
(11)碳二切割塔塔顶气相经深冷冷箱系统进一步降温；并将不同温度不同组分的液相物料分别进入脱甲烷塔的不同位置；
(12)深冷换热器末端分离出纯度95％以上的低温粗氢，低温粗氢流经冷箱内多个换热器复温至常温；
(13)常温粗氢可以进入甲烷化及氢气干燥器产出纯度95％以上的氢气产品；
(14)常温粗氢可以进入PSA装置变压吸附后得到高纯度氢气产品；
(15)在脱甲烷塔内物料分为气液两相，气相从脱甲烷塔塔顶进入塔顶冷凝器，经冷凝物料进入脱甲烷塔回流罐，塔顶回流罐液相物料泵入脱甲烷塔塔顶作为回流，回流罐顶部采出气相低温甲烷，脱甲烷塔塔釜液相物料作为乙烯精馏塔的进料；
(16)从脱甲烷塔塔釜送入乙烯精馏塔的物料被精馏分离为两种产品，塔顶为聚合级乙烯产品，塔釜为循环乙烷；
(17)循环乙烷在较低温度下汽化回收冷量，低温气相乙烷在冷箱中回收冷量后复温至常温送到裂解单元，然后作为原料被预热进入裂解炉。
2.如权利要求1所述的一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法，其特征在于，所述为深冷分离提供冷量的是四种或四种以上冷剂混合使用的混合冷剂，混合冷剂为C1、C2～C5的烃类、N2的混合物。
3.如权利要求1所述的一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法，其特征在于，所述作为原料的液相乙烷，在进裂解炉前的汽化工序都在深冷分离单元进行，回收汽化潜能，降低冷剂压缩机的能耗。
4.如权利要求1所述的一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)(4)冷凝的液相直接或间接返回急冷单元的急冷水塔。
5.如权利要求1所述的一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法，其特征在于，所述碳二切割塔的进料冷却到泡点温度，碳二切割塔回流主要或全部来自脱乙烷塔的回流罐的低温液相物料，也有一部分来自下游深冷冷箱的低温液体；碳二切割塔操作压力高于脱乙烷塔时，碳二切割塔塔釜液相物料可以直接送入脱乙烷塔，碳二切割塔操作压力低于脱乙烷塔时，可以用泵送入脱乙烷塔，保证塔釜液相物料顺利进入脱乙烷塔；碳二切割塔可以设置塔顶冷凝器、回流罐及回流泵。
6.如权利要求1所述的一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法，其特征在于，所述根据气体组分情况，碳二切割塔也可以不设置塔顶冷凝器、回流罐及回流泵。
7.如权利要求1所述的一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法，其特征在于，所述脱乙烷塔塔顶冷凝器为部分冷凝，液相物料分别为碳二切割塔和脱乙烷塔提供回流，气相直接或调整温度进入乙烯精馏塔。当脱乙烷塔塔顶回流罐轻组分较高时，气相可以进入脱甲烷塔。
8.如权利要求1所述的一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法，其特征在于，所述脱丙烷塔塔底采出的混合C3部分能回到脱乙烷塔塔釜。
9.如权利要求1所述的一种低能耗乙烷裂解气深冷分离工艺方法，其特征在于，所述脱甲烷塔塔顶回流罐低温气相甲烷进入透平膨胀机膨胀降温后为深冷冷箱提供冷量。
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Denomination of invention: A low-energy-consumption ethane cracking gas cryogenic separation process method Effective date of registration: 20220823 Granted publication date: 20211130 Pledgee: Beijing technology intellectual property financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING HENGTAI JIENENG TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022110000184 |
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Date of cancellation: 20230920 Granted publication date: 20211130 Pledgee: Beijing technology intellectual property financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING HENGTAI JIENENG TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022110000184 |
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