CN110527546B - 一种降低蒸汽裂解装置乙烯机火炬排放量的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工领域，提供一种降低蒸汽裂解装置乙烯机火炬排放量的方法和装置。该方法包括：将液相乙烷原料减压，然后在低于裂解炉入口压力条件下加热气化，回收液相乙烷原料的冷量，加热气化后的液相乙烷原料经升压升温后进入下游气体裂解炉。本发明可以显著降低乙烯机和丙烯机功率，降低制冷系统总能耗，并且降低乙烯机火炬排放量。

Description

一种降低蒸汽裂解装置乙烯机火炬排放量的方法和装置
技术领域
本发明属于化工领域，具体地，涉及一种降低蒸汽裂解装置乙烯机火炬排放量的方法和装置。
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。
原有以石脑油为原料的蒸汽裂解制乙烯装置，当部分石脑油原料被轻质乙烷替代时，冷剂用量激增，制冷压缩机经常是装置改造的重要瓶颈。更换现有装置的制冷机组费用高昂、工期较长。
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。
乙烷原料通常以低温(如-80℃)、液态的形式输入。在蒸汽裂解制乙烯装置中，为匹配裂解炉入口压力要求，乙烷通常在压力为700kPaG左右时气化，饱和温度为-38℃，回收乙烷冷量，用于替代部分相当于-40℃级位的丙烯冷剂。气化后的乙烷在冷箱序列中继续回收冷量至30℃，进一步被加热后送往裂解炉。满足裂解炉入口要求(1)压力为700kPaG左右、温度为60℃左右，(2)相态为气相。
乙烯机为蒸汽裂解装置提供-101至-40℃的冷量，是乙烯装置中最重要的制冷机组。而低温乙烷本身即是很好的低温冷剂，如何在现有设备条件下，充分挖掘装置原料的潜能，提供更多的冷量，特别是低温位冷量，是今后乙烯装置设计中需要解决的重要问题。
火炬排放装置是乙烯裂解装置必不可少的安全排放燃烧设施，其能否正常运转对装置出现火灾或断电等紧急状况时防止装置由于中断而转为灾难至关重要。但是，火炬排放装置本身也存在极大的危险性，并且对环境产生一定的影响。因此，减少火炬排放一直是石油化工行业追求的目标。
发明内容
本发明的发明人在研究中发现，通过对原料碳二进行处理，能够回收原料碳二的冷量，降低乙烯制冷机的负荷，与此同时，减少了安全阀泄放排放量并继而降低了乙烯装置火炬排放量。基于上述发现，本发明提供一种降低蒸汽裂解装置乙烯机火炬排放量的方法和装置。该方法和装置能够在满足下游裂解炉进口要求的同时减少乙烯装置火炬排放量，并显著减少整体工艺的循环水消耗。
本发明的第一方面提供一种降低蒸汽裂解装置乙烯机火炬排放量的方法，将液相乙烷原料减压，然后在低于裂解炉入口压力条件下加热气化，回收液相乙烷原料的冷量，加热气化后的液相乙烷原料经升压升温后进入下游气体裂解炉。
本发明的第二方面提供一种降低蒸汽裂解装置乙烯机火炬排放量的装置，该装置包括：
减压单元，用于将液相乙烷原料减压；
气化与冷剂用户单元，用于将减压后的液相乙烷原料进行加热气化，同时回收液相乙烷原料的冷量；
升压升温单元，用于将加热气化后的液相乙烷原料进行升压升温。
本发明的效果是：以轻质原料为主的蒸汽裂解制乙烯装置，回收液相乙烷原料本身的冷量，以减少制冷机消耗，降低装置能耗。与此同时，显著降低乙烯机火炬排放量。
以某乙烯装置液相乙烷原料为例，其流量为37.5吨/小时，温度-80℃，若作为-40℃使用，可以节约丙烯机冷量2788kw，若作为-60℃冷剂使用，并回收冷量至30℃，可以节约乙烯机功率824kw，丙烯机3215kw，合计3144kw，乙烷增压机功率895kw，则净节约功率356kw。
本发明可以显著降低乙烯机和丙烯机功率，降低制冷系统总能耗。
特别地，本发明不改变现有装置乙烯制冷压缩机，就可以提供等同于乙烯级位的冷量，同时降低乙烯制冷压缩机和丙烯制冷压缩机的负荷，在现有装置扩能改造脱瓶颈中有着良好的应用前景。
此外，利用本发明的方法，蒸汽裂解装置的乙烯机冷火炬排放量降低相当于进料的105％，该方法使整套装置运行更加安全，并且减少了对环境的污染。
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为本发明实施例1的流程图；
图2为本发明实施例2的流程图；
图3为本发明实施例3的流程图；
图4为本发明实施例4的流程图；
图5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乙烷过热器；
D1气液分离罐；
P10冷剂泵；
D10乙烷冷剂收集罐、D11压缩机一段吸入罐、D12压缩机二段吸入罐、D13压缩机三段吸入罐；
E11-101℃冷剂用户换热器、E12-80℃冷剂用户换热器、E13-60℃冷剂用户换热器、E15至E17乙烷压缩机碳三冷却冷凝器、E18轻组分气化器、E19气相乙烷过热器；
C1压缩机、C1-I压缩机一段、C1-II压缩机二段、C1-III压缩机三段。
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。
本发明提供一种降低蒸汽裂解装置乙烯机火炬排放量的方法，该方法包括：将液相乙烷原料减压，然后在低于裂解炉入口压力条件下加热气化，回收液相乙烷原料的冷量，加热气化后的液相乙烷原料经升压升温后进入下游气体裂解炉。
液相乙烷原料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，将液相乙烷原料的压力降低至48kPaA-700kPaG。
液相乙烷原料减压降温后，进入气化器，在该气化器中，液相乙烷原料被加热气化，而加热介质温度降低，从而回收原料乙烷中的冷量。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，加热气化后的液相乙烷原料可以直接进入压缩机，或升温至30℃后进入压缩机。
气化后的液相乙烷原料进入压缩机，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25-85℃。
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。
随着闪蒸压力的不同，所述回收液相乙烷原料的冷量能够提供的冷剂级位为-101℃至-40℃，优选为-101℃至-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。
为匹配不同级位的冷剂用户的不同需要量，液相乙烷原料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。气化后的液相乙烷原料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48kPaA至450kPaG之间，第二级压力在100kPaG至800kPaG之间。
当冷剂用户不足以气化所有液相乙烷原料时，可以设置加热旁路，采用廉价热源如循环水、急冷水等介质，气化剩余液相乙烷原料，气化后的液相乙烷原料去压缩机相应级位增压。
根据本发明一种具体实施方式，包括以下步骤，如图1所示：
(1)液相乙烷原料减压，如压力降至48kPaA-700kPaG；
(2)减压后的液相乙烷温度降低至-101℃至-40℃；
(3)减压后的液相乙烷进入气化器，加热介质为工艺介质或其他公共工程介质；
(4)液相乙烷气化可为用户提供-101℃至-40℃级位的冷量。
(5)气化的液相乙烷进入压缩机，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。
本发明的方法可以用于更复杂的需求状况，例如，所述方法可包括以下三种方式之一：
方式一：
如图3所示，将液相乙烷原料分为两股物流，
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和所述液相II合并过后经增压送往液体裂解炉；
方式二：
如图2所示，将液相乙烷原料分为两股物流；
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；
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和所述液相D合并后经增压送往液体裂解炉；
方式三：
如图4所示，液相乙烷原料进入一开式制冷循环逐级回收冷量；
每一级冷量回收包括，一股物流减压后加热气化至本级位，回收本级位冷量，进入本段压缩机吸入罐，另一股物流直接进入本段压缩机吸入罐，在本段压缩机吸入罐中分离得到气相和液相，所述气相去往本段压缩机后去往下一级压缩机，最终去往最后一级压缩机，所述液相进入下一级冷量回收；
最后一段压缩机出口气体经由压缩机水冷器进入所述冷剂收集罐；所述冷剂收集罐设置有加热器，用于脱除累积在装置中的轻组分；所述冷剂收集罐的液相进入所述开式制冷循环逐级回收冷量；
第一段压缩机对应的吸入罐设置有冷剂泵，对未气化的重冷剂进行增压，回收冷量后送入气体裂解炉；
气相乙烷从600-800kPaG的压缩机段间抽出，回收冷量后送入气体裂解炉。
方式三中，液相乙烷原料可直接送入开式制冷循环中的第一级压缩机吸入罐和最后一级压缩机吸入罐。
优选地，所述开式制冷循环包括三段冷量回收。
本发明的第二方面提供一种降低蒸汽裂解装置火炬排放量的装置，该装置包括：
减压单元，用于将液相乙烷原料减压；
气化与冷剂用户单元，用于将减压后的液相乙烷原料进行加热气化，同时回收液相乙烷原料的冷量；
升压升温单元，用于将加热气化后的液相乙烷原料进行升压升温。
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1所示，原料碳二液相乙烷经调节阀减压，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，再后续加热至72℃进入气体炉裂解。具体参数如下：(1)若乙烷原料被减压至278kPaG时，乙烷原料的饱和温度为-60℃，可为用户提供-60℃级位的冷量。(2)若乙烷原料被减压至55kPaG时，乙烷原料的饱和温度为-80℃，可为用户提供-80℃级位的冷量。(3)若乙烷原料被减压至48kPaA时，乙烷原料的饱和温度为-101℃，可为用户提供-101℃级位的冷量。
实施例2
当下游用户需要的冷剂级位不同时，乙烷原料可以向两个不同压力级位闪蒸，为用户提供不同级位的冷量，如图2所示。
具体实施方案如下，原料碳二分为两股，第一股物流减压至278kPaG后去往用户气化器1E1，为用户提供-60℃级位的冷量，用户气化器1E1气相去往气液分离罐D1；第二股物流去往气液分离罐D1。气液分离罐D1的压力控制在278kPaG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55kPaG，在用户气化器2E3中为用户提供-80℃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278kPaG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后送往气体裂解炉。用户气化器1E1、用户气化器2E3的液相汇合后经增压送往液体裂解炉。
实施例3
实施例2可以进一步简化为实施例3，如图3所示，具体实施方案如下，原料碳二分为两股，第一股物流减压至278kPaG后去往用户气化器1E1，为用户提供-60℃级位的冷量，用户气化器1E1液相去用户气化器2E3，用户气化器1E1气相去往压缩机二段C1-II；用户气化器1E1液相物流减压至55kPaG后，在用户气化器2E3中为用户提供-82℃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278kPaG后与来自用户气化器1E1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。用户气化器2E3的液相经增压送往液体裂解炉。
实施例4
如图4所示，乙烷原料构成一开式制冷循环。为乙烯装置不同冷剂用户提供-60℃、-80℃和-101℃温度级位的冷量。
液相乙烷原料送入第一级压缩机吸入罐和最后一级压缩机吸入罐。
压缩机最后一段出口物流依次经过三级乙烷压缩机出口碳三冷却冷凝器E15-E17后进入乙烷冷剂收集罐D10。
压缩机最后一段出口水冷器后的乙烷冷剂收集罐D10设置有加热器即轻组分汽化器E18，用于脱除累积在系统中的轻组分，将轻组分送入气体炉。
压缩机一段C1-I入口对应的压缩机一段吸入罐D11设置有冷剂泵P10，冷剂增压、回收冷量后送入气体炉。
气相乙烷从压缩机段间抽出，经回收冷量后送入气体炉。
对比例1：
如图5所示，蒸汽加热直接气化原料乙烷。在压力为700kPaG的条件下，乙烷原料在用户气化器1E1中气化，气化温度为-38℃，加热介质为相当于-40℃级位的丙烯冷剂用户。残余液相送往液体炉裂解；气相被乙烷过热器E4加热后，送往气体炉裂解。
对比例1提供的温度级位受限，只能等于或高于-40℃级位的冷量，冷量不可调节，在实际中的应用受到一定限制。
以某乙烯装置液相乙烷原料为例，其流量为37.5吨/小时，温度-80℃，若作为-40℃使用，可以节约丙烯机冷量2788kw，若作为-60℃冷剂使用，并回收冷量至30℃，可以节约乙烯机功率824kw，丙烯机3215kw，合计3144kw，乙烷增压机功率895kw，则净节约功率356kw。如下表1所示。
表1
Figure BDA0001671221120000101
本发明可以显著降低乙烯机和丙烯机功率，降低制冷系统总能耗。
特别地，本发明不改变现有装置乙烯制冷压缩机，就可以提供等同于乙烯级位的冷量，在现有装置扩能改造脱瓶颈中有着良好的应用前景。
此外，本发明实施例1-4中蒸汽裂解装置的乙烯机冷火炬排放量降低为39.3t/h，大致相当于碳二原料进料量的105％。对于百万吨级乙烯常规乙烯冷火炬排放在200t/h左右，本发明可以减少火炬排放量约20％，相比现有技术有明显的降低。
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 (5)

1.一种降低蒸汽裂解装置乙烯机火炬排放量的方法，其特征在于，该方法包括：将液相乙烷原料减压，然后在低于裂解炉入口压力条件下加热气化，回收液相乙烷原料的冷量，加热气化后的液相乙烷原料经升压升温后进入下游气体裂解炉；
所述回收液相乙烷原料的冷量提供的冷剂级位为-101℃至-40℃，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；
将液相乙烷原料的压力降低至48kPaA-700kPaG；
所述升压升温的条件为压力升至450-1200kPa，温度升至25-85℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，升压通过压缩机实现，加热气化后的液相乙烷原料直接进入压缩机，或升温至30℃后进入压缩机。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，液相乙烷原料进行多次减压，以满足不同冷剂级位需求，加热气化后的液相乙烷原料分别进入压缩机的对应压力级位进行压缩。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括以下三种方式之一：
方式一：
将液相乙烷原料分为两股物流，
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和所述液相II合并过后经增压送往液体裂解炉；
方式二：
将液相乙烷原料分为两股物流；
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；
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和所述液相D合并后经增压送往液体裂解炉；
方式三：
液相乙烷原料进入一开式制冷循环逐级回收冷量；
每一级冷量回收包括，一股物流减压后加热气化至本级位，回收本级位冷量，进入本段压缩机吸入罐，另一股物流直接进入本段压缩机吸入罐，在本段压缩机吸入罐中分离得到气相和液相，所述气相去往本段压缩机后去往下一级压缩机，最终去往最后一级压缩机，所述液相进入下一级冷量回收；
最后一段压缩机出口气体经由压缩机水冷器进入冷剂收集罐；所述冷剂收集罐设置有加热器，用于脱除累积在装置中的轻组分；所述冷剂收集罐的液相进入所述开式制冷循环逐级回收冷量；
第一段压缩机对应的吸入罐设置有冷剂泵，对未气化的重冷剂进行增压，回收冷量后送入气体裂解炉；
气相乙烷从600-800kPaG的压缩机段间抽出，回收冷量后送入气体裂解炉。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，方式三中，液相乙烷原料直接送入开式制冷循环中的第一级压缩机吸入罐和最后一级压缩机吸入罐。
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