CN114432843A - 气态烃类物料的分离方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体有机物分离领域，公开了一种气态烃类物料的分离方法和装置。该方法包括以下步骤：(1)将烃类物料与液态吸收剂接触，以吸收所述气态烃类物料中碳三以上的组分，得到轻组分和富溶剂物料；(2)将所述富溶剂物料进行汽提，得到气相物料和富溶剂液相物料。该装置包括该装置包括吸收塔和汽提塔，所述吸收塔用于将烃类物料与液态吸收剂接触，以吸收所述气态烃类物料中碳三以上的组分，得到轻组分和富溶剂物料；所述汽提塔用于将所述富溶剂物料进行汽提，得到气相物料和富溶剂液相物料。本发明提供的方法和装置可有效分离气态烃类物料中的碳二以下组分和碳三以上组分，且能耗低、流程简单、易于操作和控制。

Description

气态烃类物料的分离方法和装置
技术领域
本发明涉及气体有机物分离领域，具体涉及一种气态烃类物料的分离方法和装置。
背景技术
炼油和化工生产过程中会产生大量尾气，其中有些尾气，比如催化裂化、热裂化、延迟焦化、加氢裂化等生产过程产生的干气，含有不少碳二、碳三组分，回收价值较高，但目前大量干气作为燃料烧掉，造成资源的浪费。
目前炼厂干气的利用方式主要有两种，一种是将催化干气用作乙苯/苯乙烯装置原料，但该方法仅仅利用了干气中的乙烯，而乙烷等其他组分仍作为燃料气烧掉。另一种干气利用方式是将其中的碳二及以上组分回收，送往乙烯装置作为原料，目前已实现工业化的从干气中回收乙烷、乙烯组分的方法主要有：深冷分离法、变压吸附法、浅冷油吸收法，此种干气利用方式仅适用于配套乙烯装置的炼化一体化企业，对于无配套乙烯装置的燃料型炼油企业并不适用。
综上所述，燃料型炼油企业干气中的乙烷资源未得到充分利用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种气态烃类物料的分离方法和装置，该方法可有效分离气态烃类物料中的碳二以下组分和碳三以上组分，且能耗低、流程简单、易于操作和控制。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种气态烃类物料的分离方法，该方法包括以下步骤：
(1)将气态烃类物料与液态吸收剂接触，以吸收所述气态烃类物料中碳三以上的组分，得到轻组分和富溶剂物料；
(2)将所述富溶剂物料进行汽提，得到气相物料和富溶剂液相物料。
另一方面，本发明还提供一种气态烃类物料的分离装置，该装置包括该装置包括吸收塔和汽提塔，所述吸收塔用于将气态烃类物料与液态吸收剂接触，以吸收所述气态烃类物料中碳三以上的组分，得到轻组分和富溶剂物料；所述汽提塔用于将所述富溶剂物料进行汽提，得到气相物料和富溶剂液相物料。
通过上述技术方案，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的气态烃类物料的分离方法，利用碳三以上的烃类更易被吸收的性质，通过液态吸收剂对碳三以上的组分进行吸收，效益显著，同时能够减少液态吸收剂的用量，降低吸收-解吸的能耗；进一步地，本发明采用芳烃化合物作为液态吸收剂，简单易得，此外，吸收后含有碳二以下的轻组分可不用回收其中夹带的吸收剂，而能够直接作为乙苯/苯乙烯装置反应器的进料，既减少了设备投资，又降低了能量消耗；
(2)进一步地，本发明采用吸收-解吸的方法将气态烃类物料中的碳二以下和碳三以上的组分分开，无需配套的压缩制冷系统，可大大提高低碳烃类分离的操作温度，节省能耗，投资也明显降低；
(3)进一步地，本发明提供的气态烃类物料的分离装置中，吸收塔的塔釜无需设置再沸器(以及优选的实施方式中与液态吸收剂接触的步骤无需在再沸的条件下进行，或所述吸收塔塔釜未设置再沸器)，并且在吸收塔之后采用了压力相对较低的汽提塔，一方面可提高该装置的碳二以下组分的回收率，另一方面大幅度降低了汽提塔的塔釜温度，无需使用导热油和高压蒸汽，降低了能量消耗。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明中气态烃类物料的分离装置的一种具体实施方式的结构示意图。
附图标记说明
1压缩机 2冷却器
3吸收塔 4汽提塔
5第二加氢反应器 6解吸塔
7第一加氢反应器 11气态烃类物料
12碳二产品 13富含碳三以上烃类的物料
14重组分
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明中，在未作相关说明的情况下，使用的术语“碳二”指的是碳原子数为两个的烃类化合物(主要包括乙烷、乙烯)的统称；术语“碳三”指的是碳原子数为三个的烃类化合物(主要包括丙烷、丙烯)的统称；术语“碳五”指的是碳原子数为五个的烃类化合物的统称；“碳三以上”指的是碳原子数为三个及三个以上的烃类化合物的统称；“碳二以下”指的是碳原子数为一个和两个的烃类化合物的统称。
本发明提供了一种气态烃类物料的分离方法，该方法包括以下步骤：
(1)将气态烃类物料与液态吸收剂接触，以吸收所述气态烃类物料中碳三以上的组分，得到轻组分和富溶剂物料；
(2)将所述富溶剂物料进行汽提，得到气相物料和富溶剂液相物料。
本发明提供的气态烃类物料的分离方法，通过液体吸收剂对气态烃类物料中碳三以上的组分进行吸收，将气态烃类物料中碳二以下组分与碳三以上的组分进行分离，再经气提处理进一步回收富溶剂物料中的碳二以下组分，产生含碳一、碳二烃的气相物料，以提高对碳二的回收率，同时对富溶剂物料中碳三以上的组分进行纯化。本发明提供的分离方法利用碳三以上的烃类更易被吸收的性质，能够减少液态吸收剂的用量，降低对碳三以上烃类的吸收-解吸能耗，采用吸收的方法将气态烃类物料进行分离，无需配套的压缩制冷系统，可大大提高低碳烃类分离的操作温度，节省能耗。
根据本发明，为了使得含有碳二以下的轻组分能够直接作为乙苯/苯乙烯装置反应器的进料，减少设备的投资，降低能量消耗，优选地，步骤(1)中所述液态吸收剂为芳烃类化合物中的至少一种。更优选地，所述液态吸收剂选自碳原子数为6-10的苯系物，进一步优选为苯、甲苯、乙苯和二甲苯中的至少一种。
根据本发明，气态烃类物料的分离方法主要针对炼油和化工生产过程中产生的气态的烃类物料，主要含有碳二和碳三等成分，优选地，步骤(1)中所述气态烃类物料为乙烷裂解炉裂解气、炼厂干气、煤化工干气、催化裂解产物、费托尾气、丙烷脱氢产物、天然气分离和页岩气分离中的至少一种。
根据本发明，可以对步骤(1)中待与液态吸收剂接触的气态烃类物料进行预处理。优选地，该方法还包括对所述气态烃类物料进行压缩和/或冷却，以将所述气态烃类物料进行压缩或者冷却，在气态烃类物料与液体吸收剂接触时提高吸收的效率。更优选地，该方法还包括将所述气态烃类物料压缩至压强为2-5MPa，和/或冷却至温度为0-40℃。本发明中，如未特殊说明，所有压力均为表压。其中，为了避免在压缩过程中出现过高的温度，压缩可以采用分段压缩，优选为二到五段压缩或者二到六段压缩。
根据本发明，为了进一步提高对碳二以下组分的回收利用率。优选地，对所述气态烃类物料进行压缩和冷却；该方法还包括步骤(3)：将步骤(2)得到的所述气相物料返回压缩机段间。
根据本发明，对于气态烃类物料和液态吸收剂接触的条件没有特别的限制，只要能够利用液态吸收剂吸收气态烃类物料中的碳三以上的组分即可。优选地，步骤(1)中所述气态烃类物料与液态吸收剂接触的条件使得所述轻组分中碳五以上的非芳烃化合物的质量含量小于0.1％、丁烯摩尔含量小于5ppm、丙烯摩尔含量小于300ppm；优选为丙烯摩尔含量小于10ppm。更优选地，步骤(1)中所述气态烃类物料与液态吸收剂接触的条件包括：理论塔板数为10-60、压力为0.5-4MPa。
根据本发明，对于汽提的条件没有特别的限制，只要能够将富溶剂物料中碳二以下的组分分离出，以形成含碳一、碳二烃的气相物料和富含碳三以上烃类的富溶剂液相物料即可。优选地，步骤(2)中所述汽提的条件包括：理论塔板数为10-60、压力为0.1-3MPa。此外，汽提过程中通过控制塔釜碳二或乙烯的摩尔含量，以控制乙烯的损失。
根据本发明，为了得到高纯度的碳三以上的组分，优选地，该方法还包括步骤(4)：将步骤(2)得到的所述富溶剂液相物料进行解吸，以分离出碳三以上的组分。即富溶剂液相物料经解吸后，产生富含碳三以上烃类的物料和贫溶剂物料。
根据本发明，对于解吸的条件没有特别的限制，只要能够将碳三以上的组分从富溶剂液相物料中分离出即可。优选地，步骤(4)中所述解吸的条件至少满足：理论塔板数是10-60，压力为0.1-4MPa。
根据本发明，为了提高液态吸收剂的利用率，节约成本，优选地，该方法还包括：将步骤(4)中所述解吸得到的贫溶剂部分或全部回用于步骤(1)中作为液态吸收剂。
根据本发明，为了脱除步骤(1)得到的所述轻组分中全部的炔烃后，送往界区外进行使用，优选地，该方法还包括：将步骤(1)得到的所述轻组分进行干燥和第一加氢处理以降低轻组分中的炔烃的含量(或脱除轻组分中的炔烃)。
根据本发明，为了脱除步骤(2)得到的所述富溶剂液相物料中的炔烃和/或二烯烃，优选地，该方法还包括将步骤(2)得到的所述富溶剂液相物料进行第二加氢处理以降低富溶剂液相物料中的炔烃和/或二烯烃的含量(或脱除富溶剂液相物料中的炔烃和/或二烯烃)。
本发明中，所述第一加氢处理与所述第二加氢处理所使用的催化剂可以为本领域常见的任意选择，比如为CN107970927A、CN102408916A或CN101451077A公开的加氢催化剂中的任意一种或多种。本领域技术人员能够根据需要对所述第一加氢处理与所述第二加氢处理的具体条件进行选择，在此不再赘述。
根据本发明的一种特别优选的实施方式，所述方法包括以下步骤：
(1)将气态烃类物料进行压缩使压力提高至3-4MPa，然后再冷却至10-20℃，得到压缩冷却后的气态烃类物料；
(2)将液态吸收剂(如苯)从吸收塔的塔顶进入塔内，经步骤(1)得到的压缩冷却后的气态烃类物料从吸收塔的塔底进入，气态烃类物料与苯接触(吸收塔的理论板数为15-25、操作压力为2-3.5MPa、塔顶温度30-40℃)，以使气态烃类物料中碳三以上的组分被苯吸收，得到含碳三以上的富溶剂物料，塔顶为含碳二以下组分的轻组分(轻组分中碳五以上的非芳烃化合物的质量含量小于0.1％、丁烯摩尔含量小于5ppm、丙烯摩尔含量小于10ppm)，轻组分经干燥后进行第一加氢反应，脱除其中的炔烃后作为碳二产品采出；
(3)将步骤(2)得到的含碳三以上的富溶剂物料从吸收塔的塔釜采出进入汽提塔(理论板数为20-30、操作压力为0.2-0.4MPa)，经汽提塔顶得到含碳一、碳二烃的气相物料，返回压缩段，汽提塔4的塔釜得到富含碳三以上烃类的富溶剂液相物料，进行第二加氢反应，脱除其中的炔烃、二烯烃等物质后送往解吸塔；
(4)解吸塔的理论板数为30-35、操作压力为0.3-0.8MPa，步骤(3)得到的加氢后的富溶剂液相物料从解吸塔的中部进入解吸塔，塔顶采出富含碳三烃类的物料。
本发明还提供了一种气态烃类物料的分离装置，如图1所示，该装置包括吸收塔3和汽提塔4，吸收塔3用于将气态烃类物料11与液态吸收剂接触，以吸收气态烃类物料11中碳三以上的组分，得到轻组分和富溶剂物料；汽提塔4用于将富溶剂物料进行汽提，得到气相物料和富溶剂液相物料。
根据本发明，为了能够提高气态烃类物料11与液态吸收剂接触时的吸收效率，优选地，该装置还包括预处理单元，预处理单元用于在气态烃类物料进入吸收塔之前压缩和/或冷却所述气态烃类物料11。
根据本发明，为了提高对气相物料中碳二以下组分的回收利用率，优选地，预处理单元包括压缩机1和与压缩机1连接的冷却器2，冷却器2与吸收塔3连接，汽提塔4与压缩机1相连，以能够将汽提塔4得到的气相物料在压缩过程中与气态烃类物料进行混合。
根据本发明，为了提高碳三以上烃类物质的纯度，优选地，该装置还包括解吸塔6，解吸塔6与汽提塔4连接，以能够将富溶剂液相物料进行解吸，分离出碳三以上的组分，得到富含碳三以上烃类的物料13；
更优选地，解吸塔6与吸收塔3连接，以能够将解吸塔6得到的贫溶剂部分或全部引入吸收塔3中作为液态吸收剂，可提高该装置对液态吸收剂的利用率，节约原料成本。
优选地，该装置还包括以下装置中的至少一者：与吸收塔3的塔顶依次连接的干燥器和第一加氢反应器7，以用于脱除吸收塔得到的轻组分中的炔烃；与汽提塔4的塔釜连接的第二加氢反应器5，以用于脱除汽提塔4得到的富溶剂液相物料中的炔烃和/或二烯烃。
此外，本发明提供的气态烃类物料的分离装置还包括一些其他设备，比如包括但不局限于：连接管、换热器、泵、罐、塔、压缩机、阀门、控制系统、干燥器、再沸器等等，本领域技术人员可根据实际需要进行设置。
本发明的气态烃类物料的分离装置的一种优选实施方式中，该装置包括依次连接的压缩机1、冷却器2、吸收塔3和汽提塔4，汽提塔4的塔顶与压缩机1段间相连、塔釜连接有第二加氢反应器5，第二加氢反应器5与解吸塔6连接，解吸塔6的塔釜与吸收塔3连接，吸收塔3的塔顶还依次连接有干燥器和第一加氢反应器7。该装置用于分离气态烃类物料时，将气态烃类物料经压缩机1压缩后，再输入冷却器2中进行冷却，得到压缩冷却后的气态烃类物料并输入吸收塔3中与液态吸收剂接触，得到含碳二以下组分的轻组分和含碳三以上的富溶剂物料；将轻组分输入干燥器中进行干燥后，再经第一加氢反应器7进行加氢处理后得到碳二产品12，送往界区外用于下游加工，将含碳三以上的富溶剂物料输入汽提塔4中进行汽提，得到含碳一、碳二烃的气相物料和富含碳三以上烃类的富溶剂液相物料；将气相物料输送到压缩机1段间，与气态烃类物料混合后继续用于分离，将富溶剂液相物料输入第二加氢反应器5进行加氢反应后输入解吸塔6中进行解吸，得到富含碳三以上烃类的物料13和贫溶剂，贫溶剂部分输送至吸收塔3内用作液态吸收剂、部分用于排出重组分14。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
采用如图1所示的气态烃类物料的分离装置。该气态烃类物料的分离装置包括依次连接的压缩机1、冷却器2、吸收塔3和汽提塔4，汽提塔4的塔顶与压缩机1段间相连、塔釜连接有第二加氢反应器5，第二加氢反应器5的出口与解吸塔6连接，解吸塔6的塔釜与吸收塔3连接，吸收塔3的塔顶还依次连接有干燥器和第一加氢反应器7，其中，吸收塔3的塔釜无再沸器，汽提塔4和解吸塔6的塔釜分别设置有再沸器。
以下实施例中，气态烃类物料的来料量为7131kg/h，选择苯为液态吸收剂，气态烃类物料的组成见表1。
表1气态烃类物料的组成
Figure BDA0002760660170000091
Figure BDA0002760660170000101
实施例1
(1)将气态烃类物料11经压缩机1进行五段压缩，使得气态烃类物料11的压力提高至3.5MPa，然后再经冷却器2冷却至15℃，得到压缩冷却后的气态烃类物料；
(2)吸收塔3的理论板数为20、操作压力为3.1MPa、塔顶温度35℃；以苯作为液态吸收剂，将液态吸收剂从吸收塔3的塔顶进入塔内，经步骤(1)得到的压缩冷却后的气态烃类物料从吸收塔3的塔底进入，气态烃类物料与苯接触，以使气态烃类物料中碳三以上的组分被苯吸收，得到含碳三以上的富溶剂物料，塔顶为含碳二以下组分的轻组分并夹带有少量吸收剂(轻组分中碳五以上的非芳烃化合物的质量含量小于0.1％、丁烯摩尔含量小于5ppm、丙烯摩尔含量小于10ppm)，轻组分经干燥后送往第一加氢反应器7，脱除其中的炔烃后作为碳二产品12采出，碳二产品12的组成见表2；
(3)汽提塔的理论板数为25、操作压力为0.3MPa，将步骤(2)得到的含碳三以上的富溶剂物料从吸收塔3的塔釜采出进入汽提塔4，经汽提塔顶得到含碳一、碳二烃的气相物料，返回压缩机1段间，汽提塔4的塔釜得到富含碳三以上烃类的富溶剂液相物料，输入第二加氢反应器5，脱除其中的炔烃、二烯烃等物质后送往解吸塔6；
(4)解吸塔6的理论板数为32、操作压力为0.5MPa，步骤(3)得到的加氢后的富溶剂液相物料从解吸塔6的中部进入解吸塔6，塔顶采出富含碳三以上烃类的物料13(其组成见表3)，塔釜为贫溶剂，部分用于重组分14排出(其组成见表4)，部分经换热后返回吸收塔3循环使用。
在本实施例中，气态烃类物料中乙烯的回收率为99.9％。
表2碳二产品的组成
组分 实施例1
氢气，mol％ 32.46
氮气，mol％ 1.79
一氧化碳，mol％ 0.16
甲烷，mol％ 11.53
乙烯，mol％ 31.13
乙烷，mol％ 22.6
C3+，mol％ 0.33
表3富含碳三以上烃类的物料的组成
组成 实施例1
氢气，mol％ 12.29
甲烷，mol％ 0.43
乙烯，mol％ 0.32
乙烷，mol％ 8.1
丙烯，mol％ 33.9
丙烷，mol％ 5.3
正丁烷，mol％ 18.03
1-丁烯，mol％ 13.78
碳五，mol％ 3.2
C6+，mol％ 4.65
表4重组分的组成
组成 实施例1
碳五，mol％ 0.01
苯，mol％ 99.61
重组分，mol％ 0.38
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种分离气态烃类物料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将气态烃类物料与液态吸收剂接触，以吸收所述气态烃类物料中碳三以上的组分，得到轻组分和富溶剂物料；
(2)将所述富溶剂物料进行汽提，得到气相物料和富溶剂液相物料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述液态吸收剂为芳烃类化合物中的至少一种；
优选地，所述液态吸收剂选自碳原子数为6-10的苯系物，更优选为苯、甲苯、乙苯和二甲苯中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述气态烃类物料为乙烷裂解炉裂解气、炼厂干气、煤化工干气、催化裂解产物、费托尾气、丙烷脱氢产物、天然气分离和页岩气分离中的至少一种；
和/或，所述方法还包括与液态吸收剂接触前，对所述气态烃类物料进行压缩和/或冷却；优选地，压缩至压力为2-5MPa，和/或冷却至温度为0-40℃。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述气态烃类物料进行压缩和冷却；该方法还包括步骤(3)：将步骤(2)得到的所述气相物料在压缩过程中与所述气态烃类物料进行混合。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述气态烃类物料与液态吸收剂接触的条件使得所述轻组分中碳五以上的非芳烃化合物的质量含量小于0.1％、丁烯摩尔含量小于5ppm、丙烯摩尔含量小于300ppm；
优选地，步骤(1)中所述气态烃类物料与液态吸收剂接触的条件包括：理论塔板数为10-60，压力为0.5-4MPa。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述汽提的条件包括：理论塔板数为10-60，压力为0.1-3MPa。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括步骤(4)：将步骤(2)得到的所述富溶剂液相物料进行解吸，以分离出碳三以上的组分。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述解吸的条件包括：理论塔板数是10-60，压力为0.1-4MPa。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，该方法还包括：将步骤(4)中所述解吸得到的贫溶剂部分或全部回用于步骤(1)中作为液态吸收剂。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：将步骤(1)得到的所述轻组分进行干燥和第一加氢处理以降低轻组分中的炔烃的含量，和/或将步骤(2)得到的所述富溶剂液相物料进行第二加氢处理以降低富溶剂液相物料中的炔烃和/或二烯烃的含量。
11.一种分离气态烃类物料的装置，其特征在于，该装置包括吸收塔(3)和汽提塔(4)，
所述吸收塔(3)用于将气态烃类物料与液态吸收剂接触，以吸收所述气态烃类物料中碳三以上的组分，得到轻组分和富溶剂物料；
所述汽提塔(4)用于将所述富溶剂物料进行汽提，得到气相物料和富溶剂液相物料。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，该装置还包括预处理单元，所述预处理单元用于在气态烃类物料进入吸收塔之前压缩和/或冷却所述气态烃类物料；
优选地，所述预处理单元包括压缩机(1)和与所述压缩机(1)连接的冷却器(2)，所述冷却器(2)与所述吸收塔(3)连接，所述汽提塔(4)与所述压缩机(1)相连，以能够将汽提塔(4)得到的所述气相物料在压缩过程中与所述气态烃类物料进行混合。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，该装置还包括解吸塔(6)，所述解吸塔(6)与所述汽提塔(4)连接，以能够将所述富溶剂液相物料进行解吸，分离出碳三以上的组分；
优选地，所述解吸塔(6)与所述吸收塔(3)连接，以能够将所述解吸塔(6)得到的贫溶剂部分或全部引入所述吸收塔(3)中作为液态吸收剂。
14.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，该装置还包括以下装置中的至少一者：
与所述吸收塔(3)的塔顶依次连接的干燥器和第一加氢反应器(7)；
与所述汽提塔(4)的塔釜连接的第二加氢反应器(5)。
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