CN113429252A - 一种乙烯的低温提纯装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乙烯的低温提纯装置，主要处理来自以乙烯为原料的合成工艺或生产乙烯工艺过程中产生的尾气，如醋酸乙烯‑乙烯共聚物制备过程中产生的脱泡气、乙烯生产过程中的尾气等，其工艺尾气中通常含有乙烯、醋酸乙烯或重组分、氮气、甲烷、乙烷、氧气、二氧化碳、水或甲醇等，通过该装置可以得到纯度达到99.5%（mole）以上的乙烯产品气，本发明装置采用了分子筛的吸附净化单元，集成板翅式换热器（6/40/41）、重组分分离罐、乙烯分离罐或乙烯提纯塔、乙烯储罐或液态冷剂虹吸罐的低温分离冷箱单元，冷剂压缩机单元及连接管道为一体的深冷分离冷箱单元，本发明具有能耗低、投资小、易于调节等特点，提高企业的整体经济效益。

Description

一种乙烯的低温提纯装置

技术领域

本发明涉及一种乙烯的低温提纯装置，属于低温气体分离领域。

背景技术

在现有工厂中，以乙烯为原料的合成工艺或生产乙烯工艺过程中产生的尾气，如醋酸乙烯-乙烯共聚物制备过程中产生的脱泡气、乙烯生产过程中的尾气等的处理方法均为去火炬焚烧排放，一些组分的不完全燃烧将产生一氧化碳、碳黑等直接污染环境的物质，燃烧完全也会产生二氧化碳气体，加剧地球的温室效应；另外，国家对环境资源的重视，提倡实现工厂的清洁化生产，减少温室气体的排放，实现碳中和目标。同时，这些尾气中含有有效组分乙烯，其排放直接导致大量的经济损失。所以，采用高效绿色的乙烯提纯装置，回收乙烯组分，实现乙烯的提纯和回收，具有重要的意义，大大提高了工厂的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而设计一款乙烯的低温提纯装置，为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：一种乙烯的低温提纯装置，它由分子筛吸附净化单元，低温分离冷箱单元、冷剂压缩机单元三部分组成，之间通过管道连接，所述分子筛吸附净化单元内分别设有原料气预冷换热器、水分离罐、分子筛吸附器，其中原料气预冷换热器的一端通过管道连接外部原料气体，另一端通过管道连接至水分离罐，水分离罐的顶部设有气体管道，该管道分别连接至第一分子筛吸附器、第二分子筛吸附器，其底部设有污水管道，该管道连接至出污水系统，所述第一分子筛吸附器、第二分子筛吸附器的底部通过管道连接至电加热器或蒸汽加热器，可使高温再生气送至第一分子筛吸附器或第二分子筛吸附器，进行分子筛的再生，所述第一分子筛吸附器或第二分子筛吸附器通过管道与低温分离冷箱单元连接，将净化后的气体进入低温分离冷箱内。

作为优选：所述低温分离冷箱由内置多根流道的主板翅式换热器、重组分分离罐、乙烯分离罐或乙烯提纯塔、冷剂补充系统、以及多根连接管道和多个节流阀门组成。

作为优选：所述管道与主板翅式换热器的流道A相连通，并在流道E中冷却后通过管道与重组分分离罐中部进料口相连通，在重组分分离罐中将工艺气中的重组分冷凝，再通过管道排出冷箱，避免高凝固点的重组分在低温部分冻结设备和管道；重组分分离罐的顶部分离出来的气体通过管道，并在流道B中冷却后通过管道、节流阀、管道与乙烯分离罐或乙烯提纯塔相连通，在乙烯分离罐或乙烯提纯塔中将其中的轻组分气体分离出来，所述乙烯分离罐或乙烯提纯塔顶部通过管道与主板翅式换热器的流道C的下端相连接，上端通过管道与不凝气收集装置相连接；乙烯分离罐或乙烯提纯塔底部液体通过管道、液位控制阀与主板翅式换热器的流道D的下端相连通，液体经换热器流道D复热后通过管道与乙烯产品气收集装置相连接，得到高纯度的乙烯产品气，所述乙烯分离罐或乙烯提纯塔的中部一侧还连接有冷剂补充系统。

作为优选：所述冷剂补充系统为通过管道与外侧液态冷剂相连接的乙烯储罐，其中乙烯储罐底部液体通过管道、阀门与乙烯分离罐的中部进料口相连通，与工艺气相混合，为系统补充冷量；且在乙烯储罐顶部通过管道与火炬收集装置相连接，维持装置较高压力，同时避免乙烯储罐压力过高。

作为优选：所述冷剂补充系统为通过管道以及阀门与外部液态冷剂连接的液态虹吸罐，所述液态虹吸罐通过管道与主板翅式换热器的流道E的下端和中端相连通，流道E的上端通过管道与低压气体收集装置相连通，所述主板翅式换热器中液体蒸发造成上下密度差实现液体蒸发，从而为乙烯分离系统提供持续稳定的冷量。

作为优选：所述主板翅式换热器内还设有流道F，该流道F的下端通过管道、节流阀、管道与重组分分离罐连接，在流道F的上端通过管道与外侧的重组分收集装置相连接，该置对于重组分含量高的原料气，可以通过回收重组分废液的蒸发冷量，从而节省了系统的冷量补充。

作为优选：所述主板翅式换热器的上方还设有冷剂压缩机单元，其底部位于乙烯提纯塔的一侧设有塔底再沸器，该塔底再沸器通过管道与主板翅式换热器的流道A相连通，可将热量通过管道流入至主板翅式换热器的流道A，并在另一侧设有管道，可将冷量重新返回到流道A，所述乙烯提纯塔顶部设置塔顶冷凝器，其冷量通过管道和管道与冷剂循环系统相连通。

作为优选：所述冷剂压缩机单元的高压气体通过管道与主板翅式换热器的流道H的上端相连通，经过换热器冷却冷凝后通过管道分成两股，一股通过节流阀门、管道与冷剂虹吸罐相连通，其中流道E的上端通过管道与冷剂压缩机单元的低压端相连接；另一股通过管道、节流阀门、与塔顶冷凝器相连通，复热后与主板翅式换热器的流道G的下端相连通，经复热流道G的上端通过管道与冷剂压缩机单元的中压端相连接，至此冷剂循环系统形成闭式循环。

本发明主要处理来自以乙烯为原料的合成工艺或生产乙烯工艺过程中产生的尾气，如醋酸乙烯-乙烯共聚物制备过程中产生的脱泡气、乙烯生产过程中的尾气等，其工艺尾气中通常含有乙烯、醋酸乙烯或重组分、氮气、甲烷、乙烷、氧气、二氧化碳、水或甲醇等，通过该装置的分离可以得到纯度达到99.5%（mole）以上的乙烯产品气，回收率较高，同时解决了分离过程中重组分在低温下易冻结问题，具有能耗低、投资小、易于调节等特点。

附图说明

图1是本发明的连接结构示意图。

图2是图1中低温分离冷箱的第二种结构示意图。

图3是图1中低温分离冷箱的第三种结构示意图。

图4是图1中低温分离冷箱的第四种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的介绍：如图1所示，一种乙烯的低温提纯装置，它由分子筛吸附净化单元Ⅰ，低温分离冷箱单元Ⅱ、冷剂补充系统三部分组成，之间通过管道连接，所述分子筛吸附净化单元Ⅰ内分别设有原料气预冷换热器1、水分离罐2、第一分子筛吸附器3、第二分子筛吸附器4，其中原料气预冷换热器1的一端通过管道连接外部原料气体，另一端通过管道连接至水分离罐2，水分离罐2的顶部设有气体管道，该管道分别连接至第一分子筛吸附器3、第二分子筛吸附器4，其底部设有污水管道13，该管道连接至出污水系统，所述第一分子筛吸附器3、第二分子筛吸附器4的底部通过管道16连接至电加热器或蒸汽加热器5，可使高温再生气送至第一分子筛吸附器3或第二分子筛吸附器4，进行分子筛的再生，所述第一分子筛吸附器3、第二分子筛吸附器4通过管道与低温分离冷箱单元Ⅱ连接，将净化后的气体进入低温分离冷箱Ⅱ内。

所述低温分离冷箱Ⅱ由内置多根流道的主板翅式换热器6、重组分分离罐7、乙烯分离罐8或乙烯提纯塔39、冷剂补充系统、以及多根连接管道和多个节流阀门组成。

所述管道与主板翅式换热器6的流道A6a相连通，并在流道E6e中冷却后通过管道与重组分分离罐7中部进料口相连通，在重组分分离罐7中将工艺气中的重组分冷凝，再通过管道排出冷箱，避免高凝固点的重组分在低温部分冻结设备和管道；重组分分离罐7的顶部分离出来的气体通过管道，并在流道B6b中冷却后通过管道、节流阀V12、管道与乙烯分离罐8或乙烯提纯塔39相连通，在乙烯分离罐8或乙烯提纯塔39中将其中的轻组分气体分离出来，所述乙烯分离罐8或乙烯提纯塔39顶部通过管道与主板翅式换热器6的流道C6c的下端相连接，上端通过管道与不凝气收集装置相连接；乙烯分离罐8或乙烯提纯塔39底部液体通过管道、液位控制阀V13、管道与主板翅式换热器6的流道D6d的下端相连通，液体经换热器流道D6d复热后通过管道与乙烯产品气收集装置相连接，得到高纯度的乙烯产品气，所述乙烯分离罐8或乙烯提纯塔39的中部一侧还连接有冷剂补充系统。

所述冷剂补充系统为通过管道与外侧液态冷剂相连接的乙烯储罐9，其中乙烯储罐底部液体通过管道、阀门V14、管道与乙烯分离罐8的中部进料口相连通，与工艺气相混合，为系统补充冷量；且在乙烯储罐9顶部通过管道与火炬收集装置相连接，维持装置较高压力，同时避免乙烯储罐9压力过高。

所述冷剂补充系统为通过管道以及阀门V15与外部液态冷剂连接的液态虹吸罐31，所述液态虹吸罐31通过管道与主板翅式换热器6的流道E6e的下端和中端相连通，流道E6e的上端通过管道与低压气体收集装置相连通，所述主板翅式换热器6中液体蒸发造成上下密度差实现液体蒸发，从而为乙烯分离系统提供持续稳定的冷量。

所述主板翅式换热器6内还设有流道F6f，该流道F6f的下端通过管道、节流阀V16与重组分分离罐7连接，在流道F6f的上端通过管道与外侧的重组分收集装置相连接，该置对于重组分含量高的原料气，可以通过回收重组分废液的蒸发冷量，从而节省了系统的冷量补充。

所述主板翅式换热器6的上方还设有冷剂压缩机单元Ⅲ，其底部位于乙烯提纯塔39的一侧设有塔底再沸器40，该塔底再沸器40通过管道与主板翅式换热器6的流道A6a相连通，可将热量通过管道流入至主板翅式换热器6的流道A6a，并在另一侧设有管道，可将冷量重新返回到流道A6a，所述乙烯提纯塔39顶部设置塔顶冷凝器41，其冷量通过管道与冷剂循环系统相连通。

所述冷剂压缩机单元Ⅲ的高压气体通过管道与主板翅式换热器6的流道H6h的上端相连通，经过换热器冷却冷凝后通过管道分成两股，一股通过节流阀门V15、管道与冷剂虹吸罐31相连通，其中流道E6e的上端通过管道与冷剂压缩机单元Ⅲ的低压端相连接；另一股通过管道、节流阀门V17与塔顶冷凝器41相连通，复热后与主板翅式换热器6的流道G6g的下端相连通，经复热流道G6g的上端通过管道与冷剂压缩机单元Ⅲ的中压端相连接，至此冷剂循环系统形成闭式循环。

本发明所述的一种乙烯的低温提纯装置及方法，包括分子筛吸附净化单元Ⅰ，低温分离冷箱单元Ⅱ、冷剂补充系统三部分，其中：来自以乙烯为原料的合成工艺或生产乙烯工艺过程中产生的尾气，如醋酸乙烯-乙烯共聚物制备过程中产生的脱泡气、乙烯生产过程中的尾气等，其工艺尾气中通常含有乙烯、醋酸乙烯或重组分、氮气、甲烷、乙烷、氧气、二氧化碳、水或甲醇等，作为原料气首先通过管道10送至原料气预冷换热器1，其换热器型式为管壳式换热器或板翅式换热器。冷却后的气体通道12送至水分离罐2，其液体通过底部管道13送出污水系统，水分离罐2顶部气体通过管道14与第一分子筛吸附器3、第二分子筛吸附器4相连接。

所述的第一分子筛吸附器3、第二分子筛吸附器4装填分子筛，此分子筛在不吸附乙烯的前提下，吸附混合气中的二氧化碳、甲醇或水等低温下易凝固组分，防止这些物质冻结管道及设备，净化后的气体与低温分离冷箱单元Ⅱ的入口管道15相连接，引入低温分离冷箱Ⅱ。 所述的分子筛实现自动再生切换，通过电加热器或蒸汽加热器5将低压氮气加热后，然后通过管道16将高温再生气送至第一分子筛吸附器3或第二分子筛吸附器4，进行分子筛的再生。 所述的分子筛吸附单元Ⅰ配备程控切换阀门1~11，实现吸附和再生通过程序自动切换，做到无人值守，智能运行。 所述低温分离冷箱含有4种变形，其总集成包括：主板翅式换热器6最多设置了流道6a~6h共8个通道、再沸板翅式换热器40、冷凝板翅式换热器41、重组分分离罐7、乙烯分离罐8或乙烯提纯塔39、乙烯储罐9或液态冷剂虹吸罐31还包括设备连接所需要的管道15~48、节流阀门V12~V17。

所述的图1中的低温分离冷箱的入口管道15与主板翅式换热器6的流道6a相连通，并在流道6e中冷却后通过管道18与重组分分离罐7中部进料口相连通，在重组分分离罐7中将工艺气中的重组分（如VAC、重烃组分等重组分）冷凝，通过管道19排出冷箱，避免高凝固点的重组分在低温部分冻结设备和管道；重组分分离罐7顶部分离出来的气体通过管道20，并在流道6b中冷却后通过管道21、节流阀V12、管道22与乙烯分离罐8相连通，在乙烯分离罐8中将其中的轻组分气体分离出来。

所述乙烯分离罐8顶部通过管道23与主板翅式换热器6的流道C6c的下端相连接，上端通过管道24与不凝气收集装置相连接；乙烯分离罐8底部液体通过管道25、液位控制阀V13、管道26与主板翅式换热器6的流道D6d的下端相连通，液体经换热器流道D6d复热后通过管道27与乙烯产品气收集装置相连接，得到高纯度的乙烯产品气。

所述低温分离冷箱的冷剂补充依靠高纯度的乙烯液体，来自乙烯储存设备的乙烯液体通过管道27与乙烯储罐9中部液体入口相连通。乙烯储罐9的特征在于：为保持装置的连续运行，乙烯储罐底部液体通过管道29、阀门V14、管道30与乙烯分离罐8的中部进料口相连通，与工艺气相混合，为系统补充冷量；同时乙烯储罐9顶部通过管道28与火炬收集装置相连接，维持装置较高压力，同时避免乙烯储罐9压力过高。

图2为本发明所述的图1中低温分离冷箱的变形，冷剂补充系统由乙烯储罐9供给冷量变形为液态冷剂通过管道32、节流阀V15、管道33与液态虹吸罐31的中部进料口相连通，同时液态虹吸罐31通过管道35、管道34与主板翅式换热器6的流道E6e的下端和中端相连通，流道E6e的上端通过管道36与低压气体收集装置相连通。其机理是通过主板翅式换热器6中液体蒸发造成上下密度差实现液体蒸发，从而为乙烯分离系统提供持续稳定的冷量。

图3为图1低温分离冷箱或图2低温分离冷箱的变形，将重组分分离罐7液体通过管道19、节流阀V16、管道37与主板翅式换热器6的流道F6f的下端相连通，流道F6f的上端通过管道38与重组分收集装置相连接。此设置对于重组分含量高的原料气，可以通过回收重组分废液的蒸发冷量，从而节省了系统的冷量补充。

图4为图3低温分离冷箱的升级变形，将乙烯分离罐8由乙烯提纯塔39代替，同时需配备循环冷剂压缩系统，增加了冷剂压缩机单元Ⅲ。

所述的乙烯提纯塔39，其特征在于：乙烯提纯塔39采用填料塔型式，类似乙烯分离罐8的连接型式，顶部通过管道23与主板翅式换热器6的流道C6c相连通，底部液体通过管道25、节流阀V13、管道26与主板翅式换热器6的流道D6d相连通；同时乙烯提纯塔39设置底部设置塔底再沸器40，其热量通过管道42与主板翅式换热器6的流道A6a相连通，冷却后通过管道43重新返回到流道A6a；乙烯提纯塔39顶部设置塔顶冷凝器41，其冷量通过管道45和管道46与冷剂循环系统相连通。

所述的冷剂循环系统，冷剂压缩机单元Ⅲ出来的高压气体通过管道48与主板翅式换热器6的流道H6h的上端相连通，经过换热器冷却冷凝后通过管道32分成两股，一股通过节流阀门V15、管道33与冷剂虹吸罐31相连通，其蒸发类似低温分离冷箱Ⅱ-2的液态虹吸罐31的蒸发方式，不同的是流道E6e的上端通过管道36与冷剂压缩机单元Ⅲ的低压端相连接；另一股通过管道44、节流阀门V17、管道45与塔顶冷凝器41相连通，经复热后与主板翅式换热器6的流道G6g的下端相连通，经复热流道G6g的上端通过管道47与冷剂压缩机单元Ⅲ的中压端相连接，至此冷剂循环系统形成闭式循环。

Claims (8)

1.一种乙烯的低温提纯装置，它由分子筛吸附净化单元（Ⅰ），低温分离冷箱单元（Ⅱ）、冷剂补充系统三部分组成，之间通过管道连接，其特征在于：所述分子筛吸附净化单元（Ⅰ）内分别设有原料气预冷换热器（1）、水分离罐（2）、第一分子筛吸附器（3）、第二分子筛吸附器（4），其中原料气预冷换热器（1）的一端通过管道连接外部原料气体，另一端通过管道连接至水分离罐（2），水分离罐（2）的顶部设有气体管道，该管道分别连接至第一分子筛吸附器（3）、第二分子筛吸附器（4），其底部设有污水管道（13），该管道连接至出污水系统，所述第一分子筛吸附器（3）、第二分子筛吸附器（4）的底部通过管道（16）连接至电加热器或蒸汽加热器（5），可使高温再生气送至第一分子筛吸附器（3）或第二分子筛吸附器（4），进行分子筛的再生，所述第一分子筛吸附器（3）、第二分子筛吸附器（4）通过管道与低温分离冷箱单元（Ⅱ）连接，将净化后的气体进入低温分离冷箱（Ⅱ）内。

2.根据权利要求1所述的乙烯的低温提纯装置，其特征在于：所述低温分离冷箱（Ⅱ）由内置多根流道的主板翅式换热器（6）、重组分分离罐（7）、乙烯分离罐（8）或乙烯提纯塔（39）、冷剂补充系统、以及多根连接管道和多个节流阀门组成。

3.根据权利要求2所述的乙烯的低温提纯装置，其特征在于：所述管道与主板翅式换热器（6）的流道A(6a)相连通，并在流道E(6e)中冷却后通过管道与重组分分离罐（7）中部进料口相连通，在重组分分离罐（7）中将工艺气中的重组分冷凝，再通过管道排出冷箱，避免高凝固点的重组分在低温部分冻结设备和管道；重组分分离罐（7）的顶部分离出来的气体通过管道，并在流道B(6b)中冷却后通过管道、节流阀（V12）、管道与乙烯分离罐（8）或乙烯提纯塔（39）相连通，在乙烯分离罐（8）或乙烯提纯塔（39）中将其中的轻组分气体分离出来，所述乙烯分离罐（8）或乙烯提纯塔（39）顶部通过管道与主板翅式换热器（6）的流道C（6c）的下端相连接，上端通过管道与不凝气收集装置相连接；乙烯分离罐（8）或乙烯提纯塔（39）底部液体通过管道、液位控制阀（V13）、管道与主板翅式换热器（6）的流道D（6d）的下端相连通，液体经换热器流道D（6d）复热后通过管道与乙烯产品气收集装置相连接，得到高纯度的乙烯产品气，所述乙烯分离罐（8）或乙烯提纯塔（39）的中部一侧还连接有冷剂补充系统。

4.根据权利要求3所述的乙烯的低温提纯装置，其特征在于：所述冷剂补充系统为通过管道与外侧液态冷剂相连接的乙烯储罐（9），其中乙烯储罐底部液体通过管道、阀门（V14）、管道与乙烯分离罐（8）的中部进料口相连通，与工艺气相混合，为系统补充冷量；且在乙烯储罐（9）顶部通过管道与火炬收集装置相连接，维持装置较高压力，同时避免乙烯储罐（9）压力过高。

5.根据权利要求3所述的乙烯的低温提纯装置，其特征在于：所述冷剂补充系统为通过管道以及阀门（V15）与外部液态冷剂连接的液态虹吸罐（31），所述液态虹吸罐（31）通过管道与主板翅式换热器（6）的流道E（6e）的下端和中端相连通，流道E（6e）的上端通过管道与低压气体收集装置相连通，所述主板翅式换热器（6）中液体蒸发造成上下密度差实现液体蒸发，从而为乙烯分离系统提供持续稳定的冷量。

6.根据权利要求5所述的乙烯的低温提纯装置，其特征在于：所述主板翅式换热器（6）内还设有流道F（6f），该流道F（6f）的下端通过管道、节流阀（V16）与重组分分离罐（7）连接，在流道F（6f）的上端通过管道与外侧的重组分收集装置相连接，该置对于重组分含量高的原料气，可以通过回收重组分废液的蒸发冷量，从而节省了系统的冷量补充。

7.根据权利要求6所述的乙烯的低温提纯装置，其特征在于：所述主板翅式换热器（6）的上方还设有冷剂压缩机单元（Ⅲ），其底部位于乙烯提纯塔（39）的一侧设有塔底再沸器（40），该塔底再沸器（40）通过管道与主板翅式换热器（6）的流道A（6a）相连通，可将热量通过管道流入至主板翅式换热器（6）的流道A（6a），并在另一侧设有管道，可将冷量重新返回到流道A（6a），所述乙烯提纯塔（39）顶部设置塔顶冷凝器（41），其冷量通过管道与冷剂循环系统相连通。

8.根据权利要求7所述的乙烯的低温提纯装置，其特征在于：所述冷剂压缩机单元（Ⅲ）的高压气体通过管道与主板翅式换热器（6）的流道H（6h）的上端相连通，经过换热器冷却冷凝后通过管道分成两股，一股通过节流阀门（V15）、管道与冷剂虹吸罐（31）相连通，其中流道E（6e）的上端通过管道与冷剂压缩机单元（Ⅲ）的低压端相连接；另一股通过管道、节流阀门（V17）与塔顶冷凝器（41）相连通，复热后与主板翅式换热器（6）的流道G（6g）的下端相连通，经复热流道G（6g）的上端通过管道与冷剂压缩机单元（Ⅲ）的中压端相连接，至此冷剂循环系统形成闭式循环。

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