CN114307543A - 一种乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置及工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于天然气制乙炔技术领域，提供了一种乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，其特征在于，包括解吸塔；解吸塔在高度方向上被隔离成两部分：上部分为上段解吸塔(101)，下部分为下段解吸塔(102)，上段解吸塔(101)的底部与下段解吸塔(102)的顶部连通；上段解吸塔(101)有进液口、粗乙炔集气口、下部出口和顶部入口，下部出口经第二循环泵(5)和第二加热器(4)连接至顶部入口；下段解吸塔(102)设置有高级炔集气口、底部出口和顶部入口，底部出口经第一循环泵(2)和第一加热器(6)连接至顶部入口，同时第一循环泵(2)还连接吸收剂回收池。

Description

一种乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置及工艺方法

技术领域

本发明总体地涉及天然气制乙炔技术领域，具体地涉及一种乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置及工艺。

背景技术

天然气裂解产物中除了包含体积分数8％的乙炔外，还含有大量的合成气以及少量的炭黑、甲烷、乙烯、甲基炔(M-C₃H₄)、丙二烯(P-C₃H₄)、乙烯基乙炔(C₄H₄)以及丁二炔(C₄H₂)等物质，其中炭黑含量在裂解装置通过电除尘器降低到3mg/m³以内，裂化气中的其余组分的分离均在提浓工段中进行。基于乙炔的物理化学特性，在提浓单元中以NMP(N-甲基吡咯烷酮)为溶剂，在加压系统中将乙烯、甲烷与合成气的混合物从裂化气中分离出来，在常压系统中将乙炔解吸出来，在真空系统中实现高级炔的抽出以及溶剂的再生。

在实际生产中，加压后的裂化气首先进入预洗塔，在预洗塔中除去了大部分的高级炔烃，然后在主洗塔中将乙炔与合成气分离开来，溶解有乙炔的饱和NMP溶剂经过减压后在逆流解吸塔中解吸出乙炔后送至溶剂再生单元，从预洗塔离开的溶剂经过减压后，在乙炔回收塔中脱出部分溶剂后，送到溶剂处理单元以脱除高级炔并回收溶剂。实际生产中粗乙炔与高级炔的分离涉及到多个塔器，这些塔器呈串联与并联的状态，塔器之间连接复杂、占地面积大，同时涉及到各塔器之间泵的使用，耗能较大。

明达实业(重庆)有限公司从乌克兰国力化工研究院引进的天然气部分氧化制乙炔的工艺流程图，并在生产过程中逐步进行了改进。其在乙炔提浓单元运用了四台解吸塔，各个解吸塔名称及产物分别为1)一段解吸塔：混合气和粗乙炔；2)乙炔解吸塔：合成气和乙炔；3)丁二炔解吸塔：高级炔；4)二段解吸塔：高级炔蒸气、溶剂蒸气和水蒸气。为使高级炔及粗乙炔能最大程度的解吸出来，整个工艺流程中需要将吸收剂在四个塔中往复循环，不仅增大了能耗，同时蒸气流通过程中需要的加压与加热，增大了生产的危险系数。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中乙炔提浓设备庞杂、能耗大的缺陷，提供一种乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置及工艺，它通过简单的上下结构塔体，使吸收天然气裂解产物的吸收剂在塔体的上下段中依次进行解吸，通过设置不同塔体段的温度和压力等工艺参数，分离出粗乙炔和高级炔，显著简化了设备和能耗成本，解吸效果好。

本发明的技术方案是，一种乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，包括解吸塔；所述解吸塔在高度方向上被隔离成两部分：上部分为上段解吸塔，下部分为下段解吸塔，上段解吸塔的底部与下段解吸塔的顶部连通；所述上段解吸塔有进液口和粗乙炔集气口；所述下段解吸塔设置有高级炔集气口；所述粗乙炔是指乙炔的体积含量大于99％，余量为氢气氧化碳的气体；所述高级炔是指C3和C3以上的炔，主要成分包括丁二炔和丙炔。

本发明将解吸塔设置为上下串联的两段结构，第一段解吸塔在上，第二段解吸塔在下，吸收有乙炔和高级炔的吸收液经设置在塔体上部的第一段解吸塔处理后流入位于第一段解吸塔下部的第二段解吸塔中继续进行解吸处理，这种设置在一定条件下减少了塔器之间的液体的流动所需泵器的耗能；同时使吸收了粗乙炔和高级炔的吸收液分别在两段塔体中进行解吸，可以研究吸收液中包含的各种气体成分的特性共同点和差异，将乙炔和含量极少的氢气、二氧化碳等小分子气体归为待分离的一类，将主要包括丙炔和丁二炔的高级炔作为另一类，分别作为两个解吸塔段的解吸处理对象，以在每个塔段中分别设置不同的工艺参数实现气体的针对性分离和收集，简化了设备成本、优化了工艺。

本发明装置还包括第一循环泵和第二循环泵；所述上段解吸塔还设置有下部出口和顶部入口，所述下段解吸塔还设置有底部出口和顶部入口；所述第一循环泵的进口连接下段解吸塔的底部出口，第一循环泵的出口与下段解吸塔的顶部入口连接，以将下段解吸塔下部的吸收液泵入下段解吸塔的顶部进行气体的循环解吸；所述第二循环泵的进口连接上段解吸塔的下部出口，第二循环泵的出口与上段解吸塔的顶部入口连接，以将上段解吸塔下部吸收液泵入上段解吸塔顶部进行气体的循环解吸。

循环泵的目的在于：相比于吸收液在每段塔体中处于不循环流动状态的静态解吸，使吸收液处于不断循环状态，液体中的气体解吸和逸出速率明显得到提升，因此通过吸收液的循环流动，提升每段塔体中的气体的解吸效率；同时，将解吸处理后的吸收液从所在塔段的底部再次返回塔段顶部，减少了初始吸收液的用量，还实现了吸收液的循环利用。

更进一步的，上述第一循环泵的出口还连接吸收剂回收池，以回收解吸气体后的吸收剂。

当吸收液经两段塔体的解吸处理，其中的气体被完全解吸出来之后，剩下的是接近纯的吸收剂，其可以被送入吸收剂回收池进行回收利用。

还进一步的，本发明装置还包括第一加热器和第二加热器；所述第一加热器设置在第一循环泵的出口处；所述第二加热器设置在第二循环泵的出口处，以将循环泵出口的液体加热然后泵入与循环泵相连接的解吸塔段中。

加热器的目的用于使每段解吸塔中的液体保持预定的解吸温度，吸收液在每段塔体中的解吸过程中以及被泵出、泵入的过程中，都被造成热量的损耗，使吸收液温度降低，在循环泵出口管路上设置加热器，使吸收液在进入塔体前被加热至希望的温度，然后再与塔体中的吸收液混合，属于解吸温控的优选设置。

进一步的，上述解吸塔为泡罩塔、板式塔或填料塔的一种；所述上段解吸塔和下段解吸塔各自独立地分别连接温度控制装置和压力控制装置。

为了更提高解吸效果和效率，使粗乙炔在解吸塔中被最大程度地解吸出来，且使高级炔在第二段解吸塔中被最大程度解吸，需要对每段解吸塔中的温度和压力控制进行精准测量和控制，因此采用各自独立的温度控制装置和压力控制装置可以更好地控制每段塔体中的参数，使待解吸气体被完全解吸。

还进一步的，上述上段解吸塔和下段解吸塔的连通管路上设置有第一阀门；所述第一循环泵的出口与第一加热器之间的管路上设置有第二阀门，所述第一循环泵的出口与吸收剂回收池之间的管路上设置有第三阀门。

上段解吸塔与下段解吸塔之间的第一阀门是用于控制上段解吸塔中的液体是否向下段解吸塔中流动以及流量大小，它可以根据常规的解吸进程来人工操作控制，也可以根据上段解吸塔中设置的检测装置的获得结果对在本塔段中持续循环回流的流量和流向下段解吸塔中的流量进行统一的自动化控制和流量调整；第二阀门和第三阀门是用于根据下段解吸塔中的解吸进程对下段解吸塔底部液的流向进行控制分流和流量调整：在下段解吸塔中的解吸进程刚开始时，加大流经第二阀门的液体流量，减小流经第三阀门的液体流量，使其主要用于循环解吸过程；随着解吸进程的进行，吸收液中的高级炔含量趋于平稳或降低，加大流经第三阀门的液体流量，使其流向吸收液回收池。即使不具备组分检测装置与阀门之间的自动控制条件，在上段解吸塔吸收液的进液成分相对固定并且系统运行稳定的情况下，上述第一阀门、第二阀门、第三阀门也不需要频繁地被调节，即可实现持续工艺中的三个阀门的稳态流量控制。

还进一步的，上述上段解吸塔中设置有乙炔气体检测器，下段解吸塔中设置有丁二炔气体检测器，分别用于检测上段解吸塔底部吸收液中的乙炔含量以及下段解吸塔底部吸收液中的丁二炔的含量。

原理上，上述乙炔气体检测器和丁二炔气体检测器作为第一阀门、第二阀门和第三阀门控制的依据，比如上段解吸塔中的乙炔检测器检测到上段解吸塔中的吸收液中还有乙炔存在时，保持第一阀门处于关闭状态，直至其中的乙炔含量检测不出或者被解吸至含量可忽略的程度，打开第一阀门，使吸收液流动至下段解吸塔中，同时对第二循环泵的进液量进行调整，以保持上段解吸塔中的整体进出液稳定和平衡；下段解吸塔中的丁二炔检测器也是如此，对吸收液中的典型高级炔进行检测，直至其含量降低至期望的范围，再打开第三阀门，同步调整第二阀门的流量，使下段解吸塔中的进出液保持稳定。实际工艺中，可以根据进程调整三个阀门和循环泵的开启度，实现系统的平稳运行。

本发明同时提供了一种乙炔提浓过程中高级炔深度解吸工艺，它利用上述乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，包括以下步骤：

S1、吸收有乙炔和高级炔的吸收液，从上段解吸塔的进液口进入上段解吸塔，粗乙炔从液相分离出来，自上段解吸塔的粗乙炔集气口采出；解吸出粗乙炔的剩余液相自动流入下段解吸塔中；

S2、在下段解吸塔中，设置其中的压力大于所述上段解吸塔以使高级炔从液相中分离出来，分离出来的高级炔自下段解吸塔的高级炔集气口采出。

进一步的，上述步骤S1中上段解吸塔的温度为85-88℃，压力为0.015-0.020MPa，下段解吸塔的温度为92-97℃，压力为0.05-0.10MPa。

本发明通过粗乙炔和高级炔在吸收液中的溶解度跟温度、压力等参数的关系不同，在上段解吸塔和下段解吸塔中分别设置不同的温度和压力范围，以使粗乙炔在上段解吸塔中被解吸出来，使高级炔在下段解吸塔的更高温度和压力中被解吸出来。

进一步的，上述步骤S1中，当上段解吸塔(101)中开始送入吸收液时，同步开启第二循环泵(5)和第二加热器(4)；在上段解吸塔中的检测装置检测到液相中有乙炔时，使上段解吸塔和下段解吸塔之间连通管路上的第一阀门保持关闭状态；反之，打开第一阀门使吸收液由上段吸收塔底部流入下段解吸塔，同时降低进入第二循循环泵和第二加热器中的液体流量；所述步骤S2中，当第一阀门打开，开始从上段解吸塔向下段解吸塔送入吸收液时，同步打开第二阀门、第一循环泵、第一加热器，在下段解吸塔中的检测装置检测到液相中有丁二炔时，使第三阀门保持关闭状态；当下段解吸塔中的检测装置没有检测到液相中存在丁二炔时，打开第三阀门、同时降低进入第二阀门中的液体流量。

本发明利用NMP溶剂中粗乙炔和高级炔在不同压力下的溶解度的变化使得乙炔与高级炔解吸出来，其上段解吸塔塔顶采出的粗乙炔浓度与下段解吸塔侧向采出的高级炔浓度均可与目前市场上已存在的解吸塔达到同等的解吸效果。

本发明的有益效果为：

1)节能降耗：一是上段解吸塔和下段解吸塔之间的高低位连接设计，能使得上段解吸塔中吸收液通过重力作用直接流入下段解吸塔，节省了泵等动力设备的成本及能耗；二是通过上段解吸塔和下段解吸塔对吸收液逐步解吸，使气相组分在解吸塔中得到较为充分的释放，使得吸收剂可以直接在天然气制乙炔工艺中进行循环使用，减少了吸收剂的使用量；

2)设备投资小，且占地面积减少；

3)本发明工艺针对天然气制乙炔所得裂解气中主要成分的物质特性，分别设计了不同解吸段的温度和压力工艺，实现不同塔体的针对性解吸，实现较好的分离效果，得到高纯乙炔气体及合成气。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1为本发明实施例中乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置的结构示意和工艺的流程示意。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，其结构如图1所示，一种乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，包括解吸塔；所述解吸塔在高度方向上被隔离成两部分：上部分为上段解吸塔101，下部分为下段解吸塔102，上段解吸塔101的底部与下段解吸塔102的顶部连通，且优选在连通管路上设置有第一阀门1；各段的具体结构如下：

上段解吸塔101有进液口、粗乙炔集气口、下部出口和顶部入口；下段解吸塔102设置有高级炔集气口、底部出口和顶部入口；其中提及的粗乙炔是指乙炔的体积含量高于99％、且其他组分为氢气和二氧化碳的气体；所述高级炔是指C3以上的炔烃，主要成分包括丁二炔和丙炔；与上段解吸塔101连接的有第二循环泵5、第二加热器4：第二循环泵5的进口连接上段解吸塔101的下部出口，第二循环泵5的出口经第二加热器4与上段解吸塔101的顶部入口连接，以将上段解吸塔101下部吸收液泵入上段解吸塔101顶部进行气体的循环解吸；与下段解吸塔102连接的有第一循环泵2和第一加热器6，第一循环泵2的进口连接下段解吸塔102的底部出口，第一循环泵2的出口经第一加热器6连接至下段解吸塔102的顶部入口以将下段解吸塔102下部的吸收液泵入下段解吸塔102的顶部进行气体的循环解吸，其中第一循环泵2的出口还连接吸收剂回收池，以回收解吸气体后的吸收剂，并且在第一循环泵2与第一加热器6的连通管路上、第一循环泵2与吸收剂回收池的连通管路上分别设置第二阀门7和第三阀门8，以根据吸收液情况进行液体流向控制；根据第一阀门1、第二阀门7和第三阀门8的控制需求，优选在上段解吸塔101中设置有乙炔气体检测器，下段解吸塔102中设置有丁二炔气体检测器，分别用于检测上段解吸塔101底部吸收液中的乙炔含量以及下段解吸塔102底部吸收液中的丁二炔含量。

实施例2

一种乙炔提浓过程中高级炔深度解吸工艺，利用实施例所述的装置，流程如图1所示，包括以下步骤：

含有粗乙炔(主要成分为乙炔和二氧化碳)和丙炔、丁二炔等高级炔的吸收液由上段解吸塔101的进液口(优选进液口设置在上段解吸塔101上部，以增加在塔体中的解吸时间)进入，设置上段解吸塔101的压力为0.018MPa，温度为88℃(温度和压力分别由压力和温度装置进行控制)，保持第二循环泵5和第二加热器4的开启状态，使吸收液在不断循环中被逐步解吸出其中的气体；在此压力和温度作用下，粗乙炔从吸收液中解吸出来，从粗乙炔集气口(优选设置在塔体上部)采出粗乙炔；

当上段解吸塔101中的乙炔检测装置检测不到上段解吸塔101底部的吸收液中还存在乙炔时，打开第一阀门1，同时调整进入第二循环泵5和第二加热器4中的液体流量，去除粗乙炔后的吸收液在重力作用下流入下段解吸塔102，设置下段解吸塔102压力为0.06MPa，温度为95℃，同时打开第二阀门7、第一循环泵2和第一加热器6，使吸收液在下段解吸塔102中解吸出高级炔，高级炔从下段解吸塔的高级炔集气口采出；同上段解吸塔中的气体检测装置工作原理和控制过程一样：解吸完成后，打开第三阀门8，使吸收剂在下段解吸塔102底部直接采出至吸收剂回收池，同时调整第二阀门7的进液量大小，降低吸收液再次进入下段解吸塔102的顶部的量。

本实施例的解吸装置与天然气制乙炔的吸收塔等工艺装置装配连接后，将原料天然气与氧气分别在各自的预热炉中预热至630～650℃的温度，再输入混合气装置在混合区进行充分混合，通过扩散道后在乙炔炉的反应道内进行反应，反应温度为1450～1500℃，经几毫秒的反应时间后，接着用冷水对反应产物(即裂解气)进行急冷降温，并终止反应，随后将气体通入乙炔吸收塔和丁二炔吸收塔，经过NMP溶液逆流接触后，完成分级吸收，最后通入本实施例解吸塔中进行解吸，得到产物合成气和高纯度乙炔。

使用本实施例的解吸装置，可以确保在乙炔提浓过的生产中，在工艺装置安全、稳定、可靠的前提下将其生产能力从1万吨/年提高到2万吨/年以上。

利用本实施例装置进行乙炔提浓过程中高级炔的解吸工艺流程时，运行较为平稳，各项参数均能达到设计要求，减少了设备的占地面积，同时减少了解吸塔、泵体的设备投入，同时因为两台解吸塔串联为一台解吸塔，使得塔与塔之间流体的输送更为便捷，且减少了耗能。

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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，其特征在于，包括解吸塔；

所述解吸塔在高度方向上被隔离成两部分：上部分为上段解吸塔(101)，下部分为下段解吸塔(102)，上段解吸塔(101)的底部与下段解吸塔(102)的顶部连通；

所述上段解吸塔(101)有进液口和粗乙炔集气口；所述下段解吸塔(102)设置有高级炔集气口；

所述粗乙炔是指乙炔的体积含量大于99％，余量为氢气和二氧化碳的气体；所述高级炔是指C3和C3以上的炔，主要成分包括丁二炔和丙炔。

2.如权利要求1所述的乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，其特征在于，还包括第一循环泵(2)和第二循环泵(5)；所述上段解吸塔(101)还设置有下部出口和顶部入口，所述下段解吸塔(102)还设置有底部出口和顶部入口；

所述第一循环泵(2)的进口连接下段解吸塔(102)的底部出口，第一循环泵(2)的出口与下段解吸塔(102)的顶部入口连接，以将下段解吸塔(102)下部的吸收液泵入下段解吸塔(102)的顶部进行气体的循环解吸；

所述第二循环泵(5)的进口连接上段解吸塔(101)的下部出口，第二循环泵(5)的出口与上段解吸塔(101)的顶部入口连接，以将上段解吸塔(101)下部吸收液泵入上段解吸塔(101)顶部进行气体的循环解吸。

3.如权利要求2所述的乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，其特征在于，所述第一循环泵(2)的出口还连接吸收剂回收池，以回收解吸气体后的吸收剂。

4.如权利要求3所述的乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，其特征在于，还包括第一加热器(6)和第二加热器(4)；

所述第一加热器(6)设置在第一循环泵(2)的出口处；所述第二加热器(4)设置在第二循环泵(5)的出口处，以将循环泵出口的液体加热然后泵入与循环泵相连接的解吸塔段中。

5.如权利要求1所述的乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，其特征在于，

所述解吸塔为泡罩塔、板式塔或填料塔的一种；

所述上段解吸塔(101)和下段解吸塔(102)各自独立地分别连接温度控制装置和压力控制装置。

6.如权利要求4所述的乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，其特征在于，所述上段解吸塔(101)和下段解吸塔(102)的连通管路上设置有第一阀门(1)；

所述第一循环泵(2)的出口与第一加热器(6)的进口之间设置有第二阀门(7)；所述第一循环泵(2)的出口与和吸收剂回收池进口之间设置第三阀门(8)。

7.如权利要求6所述的乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，其特征在于，所述上段解吸塔(101)中设置有乙炔气体检测器，下段解吸塔(102)中设置有丁二炔气体检测器，分别用于检测上段解吸塔(101)底部吸收液中的乙炔含量以及下段解吸塔(102)底部吸收液中的丁二炔含量。

8.一种乙炔提浓过程中高级炔深度解吸工艺，其特征在于，利用如权利要求1-7中任一权利要求所述的乙炔提浓过程中高级炔深度解吸装置，包括以下步骤：

S1、吸收有乙炔和高级炔的吸收液，从上段解吸塔(101)的进液口进入上段解吸塔(101)，粗乙炔从液相分离出来，自上段解吸塔(101)的粗乙炔集气口采出；解吸出粗乙炔的剩余液相自动流入下段解吸塔(102)中；

S2、在下段解吸塔(102)中，设置其中的压力大于所述上段解吸塔(101)以使高级炔从液相中分离出来，分离出来的高级炔自下段解吸塔(102)的高级炔集气口采出。

9.如权利要求8所述的乙炔提浓过程中高级炔深度解吸工艺，其特征在于，其特征在于，所述步骤S1中上段解吸塔(101)的温度为85-88℃，压力为0.015-0.020MPa，下段解吸塔(102)的温度为92-97℃，压力为0.05-0.10MPa。

10.如权利要求8所述的乙炔提浓过程中高级炔深度解吸工艺，其特征在于，其特征在于，

所述步骤S1中，当上段解吸塔(101)中开始送入吸收液时，同步开启第二循环泵(5)和第二加热器(4)；在上段解吸塔(101)中的检测装置检测到液相中有乙炔时，使上段解吸塔(101)和下段解吸塔(102)之间连通管路上的第一阀门(1)保持关闭状态；反之，打开第一阀门(1)使吸收液由上段吸收塔(101)底部流入下段解吸塔(102)，同时降低第二循环泵(5)和第二加热器(4)的进液量；

所述步骤S2中，当第一阀门(1)打开，开始向下段解吸塔(102)中送入吸收液时，同步打开第二阀门(7)、开启第一循环泵(2)和第一加热器(6)，当下段解吸塔(102)下部的检测装置检测到液相中有丁二炔时，使第三阀门(8)保持关闭状态；当下段解吸塔(102)中的检测装置检测没有到液相中存在丁二炔时，打开第三阀门(8)、同时降低第二阀门(7)的液体流量。

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