CN1114582C - 一种分离烃类混合物的溶剂吸收法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种分离烃类混合物的溶剂吸收法，选择了一种溶剂，利用甲烷和轻于甲烷组分在该溶剂中的溶解度小于碳二和重于碳二组分在该溶剂中的溶解度的原理，通过吸收、解吸两个互相连接的过程将二者分开，从而达到对烃类混合物进行分离的目的，投资小、安全性高、应用范围广。

Description

一种分离烃类混合物的溶剂吸收法

本发明属于混合物的分离方法，尤其涉及烃类混合物的分离方法。

烃类混合物通常含有氢、甲烷、乙烯、丙烯和其它烷烃、烯烃、二烯烃等，要从该混合物中回收乙烯或回收乙烯和丙烯，首先要解决的问题是如何把甲烷和轻于甲烷的组分与碳二和重于碳二的组分分离开来。目前在工业上广泛采用的方法是深冷分离。深冷分离虽然能够达到目的，但是(1)它需要在低于-40℃直至-170℃的低温下操作，需要大量的低温合金钢，因而投资较高；(2)烃类混合物中如含有的氮氧化物(NOx)等杂质，便容易在低温冷箱中累积，构成爆炸危险，因此，用深冷分离处理来自炼油装置(如FCC)的混合烃(它们往往含有上述杂质)时，会受到许多限制。

本发明针对深冷分离的以上缺点，提供了一种分离烃类混合物的方法，它可有效地对甲烷和轻于甲烷的组分与碳二和重于碳二组分进行分离，且投资小、安全性高、应用范围广。

本发明的关键是选择了一种溶剂，利用甲烷和轻于甲烷组分在该溶剂中的溶解度小于碳二和重于碳二组分在该溶剂中的溶解度的原理(选择性吸收原理)，通过吸收、解吸这两个互相连接的过程将它们分开，从而以较小的代价解决了烃类混合物分离过程中最难解决或须付出较大代价才能解决的问题。

本发明的分离烃类混合物的溶剂吸收法，包括进料处理过程、吸收过程、解吸过程，其特征在于选择了一种溶剂，甲烷和轻于甲烷组分在该溶剂中的溶解度小于碳二和重于碳二组分在该溶剂中的溶解度，并通过吸收、解吸两个互相连接的过程将二者分开，从而对烃类混合物进行分离。

以下是对本发明的详细描述：

进料处理过程：包括压缩、干燥、系列冷却等步骤：(1)经过在杂质脱除单元脱除了杂质的进料气首先经过压缩机第一、二段的压缩，然后去干燥器除去气体中的微量水，成为压力达约2.5MPa(A)的干燥气体。(2)干燥后的气体经一系列冷却器逐级冷却到-37℃后进入吸收塔。

吸收过程：在吸收塔内，溶剂从第一板处注入。进料气中碳二和重于碳二的组分被溶解并带到塔底。甲烷和轻于甲烷组分不易溶解而从塔顶馏出，其中的乙烯含量不超过0.1mol％。塔顶的馏出物被送到适当系统(通常是乙烯装置的尾气回热系统)里回热(回收冷量)，最终被用作燃料。在塔底的碳二和重于碳二组分以及溶剂中，甲烷不超过0.01mol％。

吸收塔所需热量由两台再沸器提供，其中一台用循环的热溶剂作热源。

吸收塔塔底富含碳二和重于碳二组分的溶液经过一系列冷却器逐级冷却，再经液力透平机作功，温度降到-29.6℃，压力降到0.51MPa(A)后进入解吸塔。液力透平机回收的功直接用来驱动溶剂循环泵。

解吸过程：在解吸塔内，溶解在溶剂中的碳二和重于碳二组分被解吸出来从塔顶馏出，首先在冷凝器中被-24℃冷剂部分冷凝。冷凝液作为回流由回流泵送回解吸塔顶，以减少溶剂在塔顶馏分中的损失。未冷凝的气相物料从回流罐顶引出。其中的甲烷含量不超过0.01mol％，碳五烃含量不超过1.2mol％。塔底馏出的是脱除了碳二和重于碳二组分的溶剂，其中的碳二和重于碳二组分含量不超过0.1mol％。这些溶剂被循环使用。解吸塔底由再沸器提供热量。解吸塔回流罐顶馏出的碳二和重于碳二组分在换热器中与压缩机四段排出气体换热，随后依次进入压缩机第三段、第四段和相应的冷却器，压力达到2.4-2.5MPa(A)。在以上四段压缩过程中，各段出口的气体温度都不超过100℃，以防止结焦。达到上述压力的气体，在换热器中与解吸塔回流罐顶馏出的碳二和重于碳二组分换热后，被送往脱乙烷塔。

溶剂循环回路：从解吸塔底馏出的溶剂经泵升压后，首先在吸收塔再沸器中回收其热量，然后送到其它低级位热用户回收热量并降温，再在冷却器中冷却后与补充的少量新鲜溶剂汇合。溶剂的补充量与解吸塔塔顶和吸收塔塔顶损失的溶剂量相平衡。补充了溶剂的循环溶剂经一系列冷却器逐级冷却到-37℃，然后注入吸收塔的第一板，由此构成了一个闭合的溶剂循环回路。

脱乙烷塔和脱乙烷塔下游的流程、方法与常规分离系统的对应部分相同。

本发明所选择的溶剂为富饱和碳五馏分。它是一种以正戊烷、异戊烷和环戊烷为主要成分的烃类混合物，不需要严格控制其组成，只要求其不含不饱和烃。它来源于工业装置生产的大宗物料，廉价易得，既可以通过切割油田轻烃等方法获得，也可以通过对裂解汽油的碳五馏分加氢等方法获得。

图1为溶剂吸收法脱甲烷以分离烃类混合物工艺流程简图。

本发明具有以下有益效果：

1.投资低：由于无需低于-40℃的低温系统，不用低温合金钢设备和材料，因而投资较低。

2.安全性高，应用范围广：由于没有低温冷箱，也就没有氮氧化物(NOx)等杂质在其中累积、爆炸的危险，安全性较高，因此特别适合于加工来自炼油装置(如FCC、HCC装置)的烃类混合物，因而扩大了生产乙烯、丙烯等烯烃的原料来源，应用范围广泛。

3.装置的主要设计参数可以针对不同的或变化的原料和溶剂组成，在较宽的范围内选择，便于对装置的投资和生产费用等进行优化。

本方法采用的溶剂是一种以正戊烷、异戊烷和环戊烷为主要成分的饱和烃类混合物，来源于工业生产的大宗物料，不需要严格控制其组成。事实上，每个具体装置所采用的、或同一个装置在不同时期实际使用的溶剂在组成上都会有所不同。只要设计者事先充分考虑或预测到了溶剂可能发生变化的范围(就象事先充分考虑或预测原料组成可能发生的变化范围一样)，就可以针对这个变化范围来选择设计参数，使装置运行的适应性更“宽”。反过来也一样，如果条件允许对溶剂组成进行比较严格的选择和控制，设计者就可以在更“窄”的范围内选择设计参数，使装置的生产费用更低。

以下是本发明的实施例：

本发明的方法用于某厂每年从HCC干气中回收30万吨(37.5吨/时)聚合级乙烯的装置。原料(HCC干气)规格(mol％)如下：

氢气        6.58        氮气        2.00        氧气          0.07

二氧化碳    0.39        硫化氢      0.06        甲烷          26.32

乙炔        0.22        乙烯        50.33       乙烷          8.95

丙烯        2.69        丙烷        0.12        丁二烯-1，3   0.19

异丁烯      0.13        丁烯-1      0.14        反-丁烯-2     0.03

顺-丁烯-2   0.02        异丁烷      0.035       正丁烷        0.035

水          1.69        合计        100.00

从HCC装置送来的HCC干气(以下称进料气)在本装置界区处的温度为44℃，压力为0.75MPa(A)。

进料气首先在进料气加热器中被加热到50℃，然后进入碱洗塔，经过两段碱洗、一段水洗，从碱洗塔顶出来的进料气A经进料气冷却器冷却后进入进料气压缩机一段吸入罐V-01，在罐中分离出游离水，随后被吸入进料气压缩机C-01的第一段。经第一段压缩、进料气压缩机一段后冷器冷却、进料气压缩机二段吸入罐V-02分水、第二段压缩，进料气被压缩到2.59MPa(A)。压缩后的进料气在进料气压缩机二段后冷器中再冷却，再经进料气压缩机二段排出罐分水，然后去进料气干燥器R-01除去气体中的微量水。

干燥后的气体经吸收塔进料冷却器E-01、E-02、E-03、E-04，分别用15℃、-7℃、-24℃和-40℃的丙烯冷剂逐级冷却到-37℃，进入吸收塔T-01。在吸收塔内，从第一板注入的碳五馏份为溶剂，进料气中碳二和重于碳二的组分(实际上是碳二、碳三和碳四组分。下同)被溶解并带到塔底。塔顶出料B为甲烷和轻于甲烷的组分，其中的乙烯含量不超过0.1mol％。它被送出界区，在界区外常规乙烯装置的适当系统里回热(回收冷量)后去燃料气系统，最终被用作燃料。塔底为碳二和重于碳二的组分以及溶剂，其中甲烷不超过0.04mol％。塔底的再沸器有两台。吸收塔第一再沸器E-05用循环的热溶剂作热源；吸收塔第二再沸器E-06用低压蒸汽加热。吸收塔塔底含碳二和重于碳二的组分的溶液经过解吸塔进料冷却器E-07、E-08、E-09，分别用15℃、-7℃和-24℃丙烯冷剂逐级冷却到-21℃，再经液力透平机C-02作功，温度降到-29.6℃，压力降为0.51MPa(A)后进入解吸塔T-02。液力透平回收的功直接用来驱动溶剂循环泵P-02。

在解吸塔内，溶解在溶剂中的碳二和重于碳二的组分被解吸出来，从塔顶馏出，首先在塔顶冷凝器E-10中被-24℃冷剂部分冷凝。冷凝液作为回流由回流泵P-01送回解吸塔顶，以减少溶剂在塔顶馏分中的损失。未冷凝的气相物料从回流罐V-05顶引出，其中的甲烷含量不超过0.01mol％，碳五烃含量不超过1.2mol％。塔底采出的是脱除了碳二和重于碳二的组分的溶剂，其中的碳二和重于碳二的组分含量不超过0.1mol％。这些溶剂被循环使用。解吸塔底的再沸器E-11以低压蒸汽为热源。解吸塔底采出的溶剂温度为100.6℃，它经溶剂循环泵P-02升压至2.58MPa(A)进入循环回路，首先在吸收塔第一再沸器提供其热量，然后送出界区进一步回收热量并降温，送回界区内的溶剂温度视界区外的热用户F情况而定。在溶剂冷却器E-12中经冷却水冷却后，循环溶剂与补充的少量新鲜溶剂D汇合。溶剂的补充量应与解吸塔塔顶和吸收塔塔顶损失的溶剂量相平衡。补充了溶剂的循环溶剂经溶剂冷却器E-13、E-14、E-15、E-16)先后用15℃、-7℃、-24℃和-40℃的丙烯冷剂逐级冷却到-37℃，然后注入吸收塔的第一板，作为溶剂再循环。

解吸塔塔顶馏出的碳二和重于碳二的组分在压缩机三四段进出气体换热器E-17中与压缩机四段排出气体换热后进入进料气压缩机三段吸入罐V-03，随后依次进入进料气压缩机C-01第三段、进料气压缩机三段后冷器、进料气压缩机四段吸入罐V-04、进料气压缩机第四段、被压缩到2.42MPa(A)。压缩后的气体在进料气压缩机四段后冷器中再冷却。在以上四段压缩过程中，各段出口的气体温度都不超过100℃，以防止结焦。经进料气压缩机四段后冷器冷却后的气体，在压缩机三四段进出气体换热器E-17中与解吸塔塔顶馏出的碳二和重于碳二的组分换热后，碳二和重于碳二组分G被送往脱乙烷塔。

进料气经碱洗塔(非本发明范围)处理后，在进入本发明的溶剂吸收工艺单元之前的组成已经由界区处的组成变为下列组成(mol％)：

氢气         6.622       氮气       2.013       氧气        0.071

二氧化碳     0.000       硫化氢     0.000       甲烷        26.490

乙炔         0.221       乙烯       50.654      乙烷        9.008

丙烯         2.707       丙烷       0.121       丁二烯-1，3 0.191

异丁烯       0.131       丁烯-1     0.141       反-丁烯-2   0.030

顺-丁烯-2    0.020       异丁烷     0.035       正丁烷      0.035

水           1.510       合计       100.000

经本发明的溶剂吸收工艺单元处理后，气体在送往非本发明的脱乙烷单元之前的组成(mol％)如下：

氢气         0.000       氮气        0.000       氧气        0.000

二氧化碳     0.000       硫化氢      0.000       甲烷        0.010

乙炔         0.346       乙烯        78.983      乙烷        14.056

丙烯         4.225       丙烷        0.189      丁二烯-1，3  0.298

异丁烯       0.204       丁烯-1      0.220      反-丁烯-2    0.046

顺-丁烯-2    0.030       异丁烷      0.055      正丁烷       0.055

异戊烷       0.473       正戊烷      0.520      环戊烷       0.291

水           0.000

从以上组成数据可以看出：甲烷和轻于甲烷的组分被脱除，残余的甲烷含量仅0.01mol％；乙烯的浓度达78.98％；由于接触碳五溶剂而带入的碳五馏分浓度不超过1.3mol％(这部分碳五馏分在后续的常规精馏过程中很容易脱除)；乙烯的回收率(本发明溶剂吸收工艺单元出料中的乙烯数量对进料中乙烯数量之比，不计机械泄漏和操作波动造成的损失)不低于99.9mol％。

Claims (6)

1.一种分离烃类混合物的溶剂吸收法，包括进料处理过程、吸收过程、解吸过程，其特征在于选择了一种溶剂，甲烷和轻于甲烷组分在该溶剂中的溶解度小于碳二和重于碳二组分在该溶剂中的溶解度，并通过吸收、解吸两个互相连接的过程将二者分开，从而对烃类混合物进行分离，其中：

溶剂为富饱和碳五馏分；

进料处理过程是指进料气经过压缩、干燥、系列冷却步骤后进入吸收塔；

吸收过程是指进料气进入吸收塔后，进料气中碳二和重于碳二的组分被溶剂溶解并带到塔底，甲烷和轻于甲烷组分从塔顶馏出；

解吸过程是指吸收塔塔底富含碳二和重于碳二组分的溶液进入解吸塔，在解吸塔内，溶解在溶剂中的碳二和重于碳二组分被解吸出来从塔顶馏出。

2.如权利要求1所述的溶剂吸收法，其特征在于吸收过程吸收塔塔底溶液经过降温、降压后进入解吸过程。

3.如权利要求1所述的溶剂吸收法，其特征在于在吸收塔塔底溶液在降温、降压的过程中，溶液经液力透平机作功，回收的功用来驱动溶剂循环泵。

4.如权利要求1所述的溶剂吸收法，其特征在于在所述的解吸过程中，解吸塔回流罐顶馏出的碳二和重于碳二组分与压缩机四段排出气体换热，随后依次进入压缩机第三段、第四段。

5.如权利要求1所述的溶剂吸收法，其特征在于吸收过程中吸收塔底再沸器以解吸塔底馏出的循环的热溶剂作热源。

6.如权利要求1所述的溶剂吸收法，其特征在于溶剂在整个分离过程中构成了一个闭合的溶剂循环回路。

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