CN112452095B - 一种改进的尾气精馏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了石油化工技术领域中的一种改进的尾气精馏方法，其特征在于包括以下步骤：1)进入尾气精馏塔的进料气分为多股，其中一股气体作为汽提流股直接进入尾气精馏塔底部；剩余其他股进料气分别送至尾气精馏塔冷凝器的不同流道，冷凝至不同温度后分别进入尾气精馏塔中；2)尾气精馏塔塔顶气经冷凝后进入尾气精馏塔回流罐，回流罐底液相至尾气精馏塔塔顶作为塔顶液相回流，回流罐顶不凝气进入下游系统。采用本发明在一台尾气精馏塔和板翅式换热器内实现多级冷凝、气液分离。所需冷剂更少，更节能，尾气中乙烯损失更少。

Description

一种改进的尾气精馏方法

技术领域

本发明属于石油化工领域，具体涉及一种改进的尾气精馏方法，通过消耗较小的能量获得较高的乙烯收率的新工艺。

背景技术

乙烯是石油化学工业中最重要的基础原料之一，其产量是衡量一个国家石油化工总体发展水平的标志。乙烯的生产技术包括烃类蒸汽裂解、甲醇制烯烃、烯烃转化等，其中烃类蒸汽裂解占主导地位。目前，世界上烃类蒸汽裂解技术专利商主要有：美国KBR公司、德国Linde公司、美国Lummus公司和法国Technip公司。这些技术均采用深冷分离工艺得到乙烯产品。针对不同的裂解原料，分离工艺可分为顺序分离工艺、前脱乙烷工艺和前脱丙烷工艺。

不同分离工艺乙烯装置的深冷分离系统均主要包括了脱甲烷塔、冷箱、脱乙烷塔、乙烯精馏塔等。其目的主要是将裂解气中的甲烷和氢气与乙烯等重组分分离，从而获得氢气产品和甲烷氢产品并将重组分送至乙烯精馏塔、丙烯精馏塔等进一步分离。

深冷分离系统中脱甲烷系统是乙烯分离流程的核心，其能耗约占乙烯分离过程乙烯、丙烯制冷压缩机总功耗的50％，且低温温位最低、设备材质要求高、设备台数多。乙烯的损失主要发生在脱甲烷系统和脱碳二系统，其中脱甲烷系统的乙烯损失通常占乙烯总损失的60％以上。

脱甲烷系统通常包括两部分：逐级冷却系统和脱甲烷塔系统。逐级冷却系统通常由多台板翅式换热器和气液分离罐组成，自上游来的轻烃经过逐级冷却、气液分离将氢气及一部分甲烷和大部分的C2+馏分分开。最后一级冷却后所得不凝气即为尾气，被送去下游进行氢气和甲烷的分离。尾气中所含的乙烯即为脱甲烷系统损失乙烯的一部分。逐级冷却系统各级分离设备所得液相出料被送至脱甲烷塔系统从而实现真正的脱甲烷。

逐级冷却系统相当于一座水平放置的精馏塔，每一级冷却、气液分离过程相当于一块理论板，级数越多则理论板数越多，分离所得尾气中乙烯含量越低，即乙烯损失越少。但在工程实践中，由于丙烯、乙烯复叠制冷能够提供的冷剂温位有限，且每一级均需设置板翅式换热器和气液分离设施，因此逐级冷却过程的级数不能太多。级数过多将导致投资过大，系统过于复杂，在工程实践中难以实现。

为降低脱甲烷系统尾气中乙烯损失，出现了一系列关于降低尾气中乙烯损失的专利。中国专利CN103449950B公开的技术方案中，在脱甲烷系统中增设碳二吸收塔，该塔中进料气与脱甲烷塔回流泵的吸收剂逆向接触，利用贫液效应将进料气中溶解度较高的C1⁺溶于液体吸收剂，从而降低塔顶尾气中的乙烯含量。

中国专利CN1260541C公开的技术方案中，在脱甲烷系统中增设尾气精馏塔，将裂解气进料分为两股，一股直接从塔底部进塔，剩余冷却后进入塔中部，通过精馏降低尾气中乙烯含量。

采用目前的现有技术，虽然一定程度上改善了为降低脱甲烷系统尾气中乙烯损失而造成投资过大、系统过于复杂的问题，但仍需进一步改善。

本发明通过一台改进的尾气精馏塔实现将“水平放置”的逐级冷却过程“竖起来”，通过增加较少设备投资实现脱甲烷系统低能耗和低乙烯损失。

本发明中的氢气和甲烷混合物简写为C1^-，碳一及碳一以上馏分简写为C1⁺，碳二馏分简写为C2，碳二及碳二以上馏分简写为C2⁺。

发明内容

本发明提供了一种改进的尾气精馏方法，只增加少量设备投资，即可实现低冷剂消耗和低乙烯损失。以解决现有技术中乙烯深冷分离系统脱甲烷系统尾气中能耗较大、乙烯损失的技术问题，本发明适用于轻烃分离过程所有类型的C1^-和C2⁺分离过程。

为了将“水平放置”的逐级冷却过程竖起来，本发明通过增加尾气塔顶冷凝器流道，将上游来的不凝气切割后分级冷却至不同温度送至尾气精馏塔，在尾气精馏塔中实现逐级冷却过程的气液分离，同时尾气精馏塔逐级气液接触分离。从而实现在一个塔和一台板翅式换热器内实现之前的多次逐级冷凝和气液分离过程。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种改进的尾气精馏方法，其特征在于包括以下步骤：

1)进入尾气精馏塔的进料气分为多股，其中一股气体作为汽提流股直接进入尾气精馏塔底部，即为尾气精馏塔热源；剩余其他股进料气分别送至尾气精馏塔冷凝器的不同流道，冷凝至不同温度后分别进入尾气精馏塔中；

2)尾气精馏塔塔顶气经冷凝后进入尾气精馏塔回流罐，回流罐底液相至尾气精馏塔塔顶作为塔顶液相回流，回流罐顶不凝气进入下游系统。

本发明一种改进的尾气精馏方法，其进一步特征在于：步骤1)所述进入尾气精馏塔的进料气为来自上游的不凝气，如乙烯装置裂解气多级冷凝后所得不凝气；所述不凝气含有1～20mol％C2⁺的氢气和甲烷混合物的不凝气。

本发明一种改进的尾气精馏方法，其进一步特征在于：步骤1)所述进入尾气精馏塔的进料气分为3～5股，其中一股气体作为汽提流股直接进入尾气精馏塔底部，剩余2～4股气体送至尾气精馏塔冷凝器的不同流道分别冷凝至不同温度，进入尾气精馏塔不同位置，进料气冷却至温度越低，进入尾气精馏塔位置越靠近塔顶。也就是说进料气送至尾气精馏塔冷凝器冷却后按照冷却温度由低到高分别进入尾气精馏塔由上到下的位置。

本发明一种改进的尾气精馏方法，其进一步特征在于：所述进料气的冷凝和尾气精馏塔的冷凝集成于一台板翅式换热器内。

本发明一种改进的尾气精馏方法，其进一步特征在于：对于生产规模为100～180万吨/年的乙烯装置，所述进料气优选为3～4股；其中一股进料气直接进入尾气精馏塔底部，另外2～3股冷却至不同温度后进入尾气精馏塔中部。

本发明一种改进的尾气精馏方法，其进一步特征在于：所述尾气精馏塔顶气体冷凝后温度优选为-80℃～-140℃，尾气精馏塔塔顶压力优选为2.0～4.0MPa.G。

本发明适用于轻烃分离过程所有类型的C1^-和C2⁺的分离过程。

本发明方法与现有技术不同之处在于，本发明将“水平放置”的逐级冷却过程“竖起来”，在一台尾气精馏塔和板翅式换热器内实现多级冷凝、气液分离。由于本发明将原料气切割多股冷凝至不同温度送至尾气精馏塔，降低了尾气精馏塔顶气相冷凝负荷，从而实现利用尾气精馏塔冷凝器内较高温位的低温冷量来取代更低温位的低温冷量，使得该分离过程的

损失更低，该过程也更符合“渐近分离”的理念，因此本发明所需低温位冷剂量更少、更节能且尾气中乙烯损失更少。

附图说明

图1是现有技术中常规尾气精馏塔方法示意图；

图2是本发明一种改进的尾气精馏方法的工艺流程示意图；

图3是本发明的优选方案工艺流程示意图。

图中所示附图标记为：a-尾气精馏塔，b-板翅式换热器，c-尾气精馏塔回流罐，01-进料气，02、03、04-进料气切割流股，05、06-进料气冷凝后流股，07-尾气精馏塔塔顶气，08-尾气精馏塔塔顶气冷凝后流股，09-尾气精馏塔回流罐回流液，10-尾气精馏塔处理后尾气，11-尾气精馏塔釜液，12～21-工艺气(作为板式换热器的冷源)，22、23-外补乙烯冷剂。

具体实施方式

下面结合附图1～3对本发明作进一步详细的说明，具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图1所示为现有技术中常规尾气精馏塔方法示意图，进料气01直接全部进入尾气精馏塔a底部，在尾气精馏塔a中气液接触，从而实现C1^-和C2⁺的分离。尾气精馏塔塔顶气07进入板式换热器冷却后获得流股08进入尾气精馏塔回流罐c内，在尾气精馏塔回流罐c内气液分离，液相09作为尾气精馏塔a塔顶回流，气相10为不含C2+(一般低于100ppm)的氢气和甲烷混合进入下游氢气和甲烷分离部分。尾气精馏塔塔釜液11为富C2⁺流股，送至下游系统(如脱甲烷塔)。该系统中热源即为进料气01，冷源即为板翅式换热器内流股。

如附图2所示本发明一种改进的尾气精馏方法的工艺流程示意图，进料气01分为02、03、04···N+1共N股，02股进料气直接进入尾气精馏塔a底部，03、04···N+1股进料气进入板式换热器b分别冷却至不同温度后进入尾气精馏塔a不同位置。其中N+1流股冷却至更低温度，因此进料位置更靠近塔顶。在尾气精馏塔a中气液接触，从而实现C1^-和C2⁺的分离。尾气精馏塔塔顶气进入板式换热器b冷却后进入尾气精馏塔回流罐c内，在尾气精馏塔回流罐c内气液分离，液相作为尾气精馏塔a塔顶回流，气相为不含C2+(一般低于100ppm)的氢气和甲烷混合进入下游氢气和甲烷分离部分。尾气精馏塔塔釜液为富C2⁺流股，送至下游系统(如脱甲烷塔)。

附图3所示是本发明的优选方案，进料气01分为02、03、04三股，02股进料气直接进入尾气精馏塔a底部，03、04股进料气进入板式换热器b分别冷却至不同温度得到05、06流股进入尾气精馏塔a。其中06流股温度更低，因此进料位置更靠近塔顶。在尾气精馏塔a中气液接触实现C1^-和C2⁺的分离。尾气精馏塔塔顶气07进入板式换热器冷却后获得流股08进入尾气精馏塔回流罐c内，在尾气精馏塔回流罐c内气液分离，液相09作为尾气精馏塔a塔顶回流，气相10为不含C2+(一般低于100ppm)的氢气和甲烷混合进入下游氢气和甲烷分离部分。尾气精馏塔塔釜液11为富C2⁺流股，送至下游系统(如脱甲烷塔)。

本发明应用于150万吨/年乙烯装置时，其主要相关工艺参数如表1所示。

表1案例相关工艺参数

流股号	01	12	14	16	18	20	22
								流股名称	进料气	工艺气	工艺气	工艺气	工艺气	工艺气	乙烯冷剂
温度，℃	-81	-142.5	-140	-131.7	-131	-132	-101.1
								压力，MPa.G	3.5	0.48	0.48	0.63	0.64	3.38	0.016
质量流量，kg/h	70000	5500	48000	16000	400	6500	按需
								组分，mol分数
H2	52.00	0	33.5	4.4	1.5	95.5	0
								甲烷	38.00	98.00	66.5	95.6	98	4.5	0
乙烯	9.00	2.00	0	0	0.5	0	99.95
								乙烷	1.00	0	0	0	0	0	0.05
小计	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0

以本案例为研究对象，以下分别计算了实施例一(采用常规精馏塔方案)的计算结果、实施例二(采用专利CN1260541C所述方法)的计算结果和实施例三(采用本专利技术)的计算结果，主要计算结果对比如表2所示。

表2计算结果对比

通过比较计算结果发现，当工艺冷源(流股12、14、16、18、20)的流量和温度(即热负荷)确定情况下，由于塔顶冷凝器最小传热温差的限制，实施例一即使大量外补-101℃冷剂量也只能把尾气精馏塔塔顶气冷却至-115.3℃，而实施例二和实施例三方案少量外补乙烯冷剂均能将尾气精馏塔塔顶气冷却至-123.4℃。由于尾气精馏塔塔顶气冷却温度越低乙烯损失越小，因此与实施例一相比，实施例二和实施例三有明显的优势。

采用本专利技术的实施例三与采用采用专利CN1260541C方法的实施例二计算结果相比，外补-101℃乙烯量减少了24.2％，尾气10中乙烯损失量减少了16.6％。综上所述，采用本发明专利技术可降低尾气精馏系统-101℃冷剂的消耗而实现节能，同时该方法可降低尾气精馏塔塔顶尾气中乙烯含量从而降低乙烯损耗。

Claims (6)

1.一种改进的尾气精馏方法，其特征在于包括以下步骤：

1)进入尾气精馏塔的进料气分为多股，其中一股气体作为汽提流股直接进入尾气精馏塔底部，即为尾气精馏塔热源；剩余其他股进料气分别送至尾气精馏塔冷凝器的不同流道，冷凝至不同温度后分别进入尾气精馏塔中不同位置；

2)尾气精馏塔塔顶气经冷凝后进入尾气精馏塔回流罐，回流罐底液相作为塔顶液相回流送至尾气精馏塔塔顶，回流罐顶不凝气进入下游系统。

2.根据权利要求1所述的尾气精馏方法，其特征在于：步骤1)所述进入尾气精馏塔的进料气为来自上游的不凝气。

3.根据权利要求2所述的尾气精馏方法，其特征在于：所述不凝气为含有1～20mol％C2⁺的氢气和甲烷混合物的不凝气。

4.根据权利要求1所述的尾气精馏方法，其特征在于：步骤1)所述进入尾气精馏塔的进料气分为3～5股，其中一股气体作为汽提流股直接进入尾气精馏塔底部，剩余2～4股气体送至尾气精馏塔冷凝器的不同流道分别冷凝至不同温度后，进入尾气精馏塔不同位置。

5.根据权利要求1所述的尾气精馏方法，其特征在于：所述进料气的冷凝和尾气精馏塔塔顶气的冷凝集成于一台板翅式换热器内。

6.根据权利要求1所述的尾气精馏方法，其特征在于：所述尾气精馏塔塔顶气冷凝后温度为-80℃～-140℃，尾气精馏塔塔顶压力为2.0～4.0MPa.G。

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