CN110526797A - 一种蒸汽裂解装置减压气化原料碳四并回收冷量的方法和装置 - Google Patents
一种蒸汽裂解装置减压气化原料碳四并回收冷量的方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于化工领域，具体地，涉及一种蒸汽裂解装置减压气化原料碳四并回收冷量的方法和装置。该方法包括：将原料碳四减压后加热气化，回收原料碳四的冷量，加热气化后的原料碳四经压缩机升压、升温后进入下游气体裂解炉。本发明的方法能够在满足下游裂解炉进口要求的同时显著减少整体工艺的蒸汽消耗。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，具体地，涉及一种蒸汽裂解装置减压气化原料碳四并回收冷量的方法和装置。
背景技术
随着蒸汽裂解制乙烯的原料日趋多样化，由于轻组分原料具有乙烯收率高、价格低廉、单位产品能耗低等特点，所以乙烷、丙烷、丁烷等轻组分烃类已经日益的成为裂解装置的重要原料。
如何根据轻原料的物理化学特性更充分、更合理地利用轻烃原料，是今后提高乙烯装置效益的关键。
碳四原料通常以常温(20℃)、液态的形式输送到蒸汽裂解装置，作为裂解原料时，裂解炉入口要求(1)压力为700kPaG左右，(2)相态为气相。在此压力下碳四需要被加热至68℃以上才能够全部气化，为保证操作的稳定性，需要至少过热5℃，即需要将碳四加热至73℃。
在蒸汽裂解制乙烯装置中，低温位的首选加热介质通常为83℃的急冷水，气化100吨/小时碳四原料，需要急冷水977吨/小时，换热器急冷水出口温度为70.7℃。图1为采用急冷水碳四气化换热器的的负荷-温度曲线，从图1中可以看到，为保证气化换热器中中碳四原料与急冷水的最小传热温差(夹点)不小于5℃，必须使用大量的第一级急冷水。
当整个装置原料整体较轻时，全装置的急冷水平衡紧张，需要使用低压蒸汽气化碳四。相同条件下，气化100吨/小时的碳四原料，需要消耗150℃的低压蒸汽20.88吨/小时。图2为低压蒸汽碳四气化换热器的负荷-温度曲线，从图2中可以看出低压蒸汽与碳四之间的传热温差非常大，最小传热温差为77℃，存在巨大的热量浪费。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷，提供一种蒸汽裂解装置减压气化原料碳四并回收冷量的方法和装置。该方法和装置能够在满足下游裂解炉进口要求的同时显著减少整体工艺的蒸汽消耗。
为实现上述目的，本发明的第一方面是提供一种蒸汽裂解装置减压气化原料碳四并回收冷量的方法，该方法包括：将原料碳四减压后加热气化，回收原料碳四的冷量，加热气化后的原料碳四经升压升温后排出。
本发明的第二方面是提供一种蒸汽裂解装置减压气化原料碳四并回收冷量的装置，该装置包括：
减压单元，用于将原料碳四减压；
气化与冷剂用户单元，用于将减压后的原料碳四进行加热气化，同时回收原料碳四的冷量；
升压升温单元，用于将加热气化后的原料碳四进行升压升温。
本发明的效果是：以轻质原料为主的蒸汽裂解制乙烯装置，急冷区盘油与急冷水不足时，必须消耗大量的蒸汽加热气化原料碳四，以气化100吨碳四原料为例，需要消耗低压蒸汽20.88吨/小时。按200元/吨，年操作时间8000小时计算，年耗蒸汽3340万元。采用本发明的提出的方法，气化等量的碳四原料可以提供12℃的冷量10.0MW或者28℃的冷量10.69MW，再压缩到裂解炉入口700kPaG的压力分别需要消耗压缩功2466kw或1726kw。按每度电0.4元，年操作时间8000小时计算，耗电量分别为789万元或552万元。
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，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为现有技术急冷水碳四气化器负荷-温度曲线；
图2为现有技术蒸汽碳四气化器负荷-温度曲线；
图3为本发明实施例1的流程图；
图4为本发明实施例2的流程图；
图5为本发明实施例3的流程图；
图6为对比例1的流程图；
E1用户气化器1、E2旁路气化器、E3用户气化器2、E4碳四过热器；
D1气液分离罐；
C1压缩机、C1-I压缩机一段、C1-II压缩机二段。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种蒸汽裂解装置减压气化原料碳四并回收冷量的方法，该方法包括：将原料碳四减压后加热气化，回收原料碳四的冷量，加热气化后的原料碳四经升压升温后排出。排出后可进入下游气体裂解炉。
原料碳四首先通过调节阀减压，压力降低、温度降低，由于该状态下其对应的饱和温度降低，从而可以在更低的温度被气化，降低气化难度。优选地，将原料碳四的压力降低至10-400kPaG。
原料碳四减压降温后，进入气化器，在该气化器中，原料碳四被加热气化，而加热介质温度降低，从而回收原料碳四中的冷量。所述加热气化的加热介质可以为30-85℃的介质，优选为装置工艺介质或公用工程介质。
根据本发明，升压优选通过压缩机实现，加热气化后的原料碳四可以直接进入压缩机，或经由过热器以1℃以上的过热度进入压缩机。
气化后的气相碳四进入压缩机，经压缩后压力升高、温度升高送至下游气体裂解炉。其中，所述升压升温的条件为压力升至450-1200kPa，温度升至65-105℃。
根据本发明，加热气化后残余的液相可增压后送入液体裂解炉。
随着碳四闪蒸压力的不同，所述回收原料碳四的冷量能够提供的冷剂级位为2-60℃，优选为12-28℃，用于供给至少一个冷剂用户，所述冷剂用户具有相同或不同的冷剂级位需求。
为匹配不同级位的冷剂用户的不同需要量，原料碳四可以经历一次或一次以上的减压闪蒸，使其温度降低至满足冷剂用户对温度的要求。气化后的碳四分别进入压缩机的对应压力级位进行压缩。优选地，第一级压力在10kPaG至250kPaG之间，第二级压力在100kPaG至1200kPaG之间。
当冷剂用户不足以气化所有碳四原料时，可以设置加热旁路，采用廉价热源如循环水、急冷水等介质，气化剩余碳四，气化后的碳四去压缩机相应级位增压。
根据本发明一种优选实施方式，本发明的方法具体包含以下步骤，如图3所示：
(1)原料碳四减压，如压力降至50至150kPaG；
(2)减压后的碳四温度降低至12至28℃；
(3)减压后的碳四进入气化器，加热介质为工艺介质或其他公共工程介质；
(4)碳四气化可为用户提供12至28℃级位的冷量。
(5)气化的碳四组分进入压缩机，增压至气体裂解炉要求的压力；
(6)残余的液态重组分通过泵增压后进入液体裂解炉入口。
本发明一种优选实施方式如图5所示，所述方法包括：将原料碳四分为两股物流，
第一股物流减压后加热气化至第一级位，回收第一级位冷量，得到气相I-1和液相I-1，所述气相I-1去往压缩机二段，所述液相I-1再次减压后加热气化，回收第二级位冷量，得到气相I-2和液相I-2，所述气相I-2去往压缩机一段压缩后进入压缩机二段；
第二股物流减压后去往旁路气化器，得到气相II和液相II，所述气相II去往压缩机二段；
压缩机二段出口气体送往气体裂解炉；
所述液相I-2和液相II合并过后经增压送往液体裂解炉。
本发明另一种优选实施方式如图4所示，所述方法包括：将原料碳四分为三股物流，
第一股物流减压后加热气化至第一级位，回收第一级位冷量，得到气相A和液相A，所述气相A去往气液分离罐；
第二股物流减压后去往气液分离罐；
第三股物流减压后去往旁路气化器，得到气相B和液相B，所述气相B去往气液分离罐；
所述气液分离罐分离得到气相C和液相C，所述气相C去往压缩机二段，所述液相C经减压和加热气化，回收第二级位冷量，得到气相D和液相D，所述气相D去往压缩机一段压缩后进入压缩机二段，压缩机二段出口气体送往气体裂解炉；
所述液相A、液相B和液相D合并后经增压送往液体裂解炉。
其中，所述旁路气化器的加热介质为循环水或急冷水。
本发明的第二方面是提供一种蒸汽裂解装置减压气化原料碳四并回收冷量的装置，该装置包括：
减压单元，用于将原料碳四减压；
气化与冷剂用户单元，用于将减压后的原料碳四进行加热气化，同时回收原料碳四的冷量；
升压升温单元，用于将加热气化后的原料碳四进行升压升温。
优选地，当气化与冷剂用户单元不足以气化全部原料碳四时，该装置还包括加热旁路系统。
通过以下实施例对本发明进行更详细的说明。
实施例1
如图3所示，原料碳四经调节阀减压，然后在用户气化器1E1中气化，残余液相送往液体炉裂解；气相被压缩机C1压缩至700kPaG左右后，温度升高至72℃进入气体炉裂解。
具体参数如下：(1)若碳四原料被减压至50kPaG时，碳四原料的饱和温度为12℃，可为用户提供12℃级位的冷量。(2)若碳四原料被减压至150kPaG时，碳四原料的饱和温度为28℃，可为用户提供28℃级位的冷量。
实施例2
如图4所示，原料碳四分为三股，第一股物流减压至150kPaG后去往用户气化器1E1，为用户提供28℃级位的冷量，用户气化器E1气相去往气液分离罐D1；第二股物流减压后去往气液分离罐D1；第三股物流减压后去往旁路气化器E2，旁路气化器E2气相去往气液分离罐D1。气液分离罐D1的压力控制在150kPaG左右，气液分离罐D1气相去往压缩机二段C1-II，气液分离罐D1液相再次减压至50kPaG，在用户气化器2E3中为用户提供12℃级位的冷量。用户气化器2E3气相去往压缩机一段C1-I，压缩至150kPaG后与来自气液分离罐D1的气相汇合后，进入压缩机二段C1-II，压缩至700kPaG后送往气体炉裂解，此时温度为72℃。用户气化器1E1、旁路气化器E2、用户气化器2E3的液相汇合后经增压送往液体炉。
实施例3
如图5所示，原料碳四分为两股，第一股物流减压至150kPaG后去往用户气化器1E1，为用户提供28℃级位的冷量，用户气化器1E1液相物流去用户气化器2E3，用户气化器1E1气相去往压缩机二段C1-II；第二股物流减压后去往旁路气化器E2，旁路气化器E2气相去往压缩机二段C1-II。用户气化器1E1液相物流减压至50kPaG后，在用户气化器2E3中为用户提供12℃级位的冷量。用户气化器2E3气相去往压缩机一段C1-I，压缩至150kPaG后与来自用户气化器1E1、旁路气化器E2的气相汇合后，进入压缩机二段C1-II，压缩至700kPaG后送往气体炉裂解，此时温度为72℃。旁路气化器E2、用户气化器2E3的液相汇合后经增压送往液体炉。
对比例
如图6所示，蒸汽加热直接气化原料碳四。原料碳四在用户气化器1E1中气化，加热介质为急冷水或低压蒸汽或物料等热源。残余液相送往液体炉裂解；气相被碳四过热器E4加热后，送往气体炉裂解。
采用对比例4的工艺方法，以气化100吨碳四原料为例，需要消耗低压蒸汽20.88吨/小时。按200元/吨，年操作时间8000小时计算，年耗蒸汽3340万元。
若采用本发明实施例1-3所述的方法，气化等量的碳四原料可以提供12℃的冷量10.0MW或者28℃的冷量10.69MW，再压缩到裂解炉入口700kPaG的压力分别需要消耗压缩功2466kw或1726kw。按每度电0.4元，年操作时间8000小时计算，耗电量分别为789万元或552万元。
其消耗如下表1所示：
表1
| 闪蒸压力 | 50kPaG | 150kPaG |
| 提供冷量级位 | 12℃ | 28℃ |
| 提供冷量MW | 10.01 | 10.69 |
| 再压缩压力 | 700kPaG | 700kPaG |
| 再压缩功率 | 2466kw | 1726kw |
| 年操作费用 | 789万元 | 552万元 |
蒸汽直接加热操作费用为3340万元/年，由上表可见，与蒸汽直接加热相比，本发明的方法显著减少整体工艺的蒸汽消耗，同时本发明提供低于常规冷却水温度级位(32℃)的冷却介质，具有非常显著的经济效益。
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 (10)
1.一种蒸汽裂解装置减压气化原料碳四并回收冷量的方法，其特征在于，该方法包括：将原料碳四减压后加热气化，回收原料碳四的冷量，加热气化后的原料碳四经升压升温后排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将原料碳四的压力降低至10-400kPaG。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热气化的加热介质为30-85℃的介质。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述升压升温的条件为压力升至450-1200kPa，温度升至65-105℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，升压通过压缩机实现，加热气化后的原料碳四直接进入压缩机，或经由过热器以1℃以上的过热度进入压缩机。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述回收原料碳四的冷量提供的冷剂级位为2-60℃，用于供给至少一个冷剂用户，所述冷剂用户具有相同或不同的冷剂级位需求，优选地，原料碳四进行多次减压，以满足不同冷剂级位需求，加热气化后的原料碳四分别进入压缩机的对应压力级位进行压缩。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括：将原料碳四分为两股物流，
第一股物流减压后加热气化至第一级位，回收第一级位冷量，得到气相I-1和液相I-1，所述气相I-1去往压缩机二段，所述液相I-1再次减压后加热气化，回收第二级位冷量，得到气相I-2和液相I-2，所述气相I-2去往压缩机一段压缩后进入压缩机二段；
第二股物流减压后去往旁路气化器，得到气相II和液相II，所述气相II去往压缩机二段；
压缩机二段出口气体送往气体裂解炉；
所述液相I-2和液相II合并过后经增压送往液体裂解炉。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括：将原料碳四分为三股物流，
第一股物流减压后加热气化至第一级位，回收第一级位冷量，得到气相A和液相A，所述气相A去往气液分离罐；
第二股物流减压后去往气液分离罐；
第三股物流减压后去往旁路气化器，得到气相B和液相B，所述气相B去往气液分离罐；
所述气液分离罐分离得到气相C和液相C，所述气相C去往压缩机二段，所述液相C经减压和加热气化，回收第二级位冷量，得到气相D和液相D，所述气相D去往压缩机一段压缩后进入压缩机二段，压缩机二段出口气体送往气体裂解炉；
所述液相A、液相B和液相D合并后经增压送往液体裂解炉。
9.一种蒸汽裂解装置减压气化原料碳四并回收冷量的装置，其特征在于，该装置包括：
减压单元，用于将原料碳四减压；
气化与冷剂用户单元，用于将减压后的原料碳四进行加热气化，同时回收原料碳四的冷量；
升压升温单元，用于将加热气化后的原料碳四进行升压升温。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，当气化与冷剂用户单元不足以气化全部原料碳四时，该装置还包括加热旁路单元。
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