CN1264955C - 一种分离液态烃类混合物的分馏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种分离液态烃类混合物的分馏方法，采用脱轻过程、脱重及精馏过程两步工艺流程，利用脱轻塔和脱重塔两塔(系)工艺，按照从轻到重的分离顺序，实现对液态烃类混合物的分离。该分馏方法具有产品质量高、建设投资少、安全性高、应用范围广、操作费用及能耗相对较低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及分离混合物的分馏方法，尤其涉及分离液态烃类混合物的分馏方法。
背景技术
液态烃类混合物(如：石油液化气LPG)通常含有乙烷、乙烯、丙烷、丙烯和其它烷烃、烯烃等，要从该液态烃类混合物中回收丙烯、丙烷、丁烷或其它单组分，要解决的问题是如何把目标组分(如：丙烯)与轻组分(如：乙烷、乙烯)和重组分(如：丙烷、其它烷烃和烯烃等)分开。
液态烃类混合物分馏方法的原理是利用各种烃类组分在一定压力下，沸点温度不同的特性，通过控制分离压力来达到分离液态烃类混合物的目的。低沸点温度烃类蒸发为气体，而高沸点温度烃类留在液相，气液两相在多层塔板或填料间进行传质、传热过程，最终达到分离目的。
目前，在工业上广泛采用的是三塔分馏方法。以分离石油液化气为例，三塔工艺中第一个塔先将碳四以上馏分与丙烷等轻组分分开，第二个塔将碳二馏分从丙烯和丙烷中脱除，第三个塔将丙烯和丙烷分开，得到丙烯产品。
三塔流程虽然能够达到目的，但是因为其流程长，具有以下缺点(1)设备台数多，塔尺寸大；(2)操作费用高，投资大；(3)能耗高。
因此，采用三塔流程分离液态烃类混合物(如：石油液化气LPG)受到投资、能耗等许多因素的限制。
发明内容
本发明的目的就是克服三塔流程的上述缺点，提供了一种新的分离液态烃类混合物的分馏方法—两塔工艺，它可有效地把目标组分(如：丙烯)与轻组分(如：乙烷、乙烯)和重组分(如：丙烷、其它烷烃和烯烃等)分开。
本发明即分离液态烃类混合物的分馏方法—两塔工艺包括脱轻过程、脱重及精馏过程两步工艺流程，采用脱轻塔和脱重塔两塔(系)工艺，先将比目标组分(如：丙烯)轻的组分(如：乙烷、乙烯)脱除，再将目标组分和重组分(如：丙烷、其它烷烃和烯烃)分开，按照上述从轻到重的分离顺序，实现对液态烃类混合物的分离。结果是产品质量更高、投资最少，从而以较小的代价解决了液态烃类混合物分离过程中需付出较大的代价才能解决的问题。
本发明的详细工艺流程如下：
脱轻过程：
在该过程中，完成比目标组分(如：丙烯)轻的轻组分(如：乙烷、乙烯)从液态烃类混合物中脱除。
来自界区外液态烃类混合物经原料输送泵P-107加压、在环境温度条件下，进入脱轻塔C-101，根据原料的组成，调整进料位置。轻组分从塔顶馏出，经塔顶冷凝器E-102被冷却水冷却并凝结后，进入塔顶回流罐D-101。经塔顶回流泵P-101将冷凝液打回脱轻塔C-101塔顶。
未冷凝的气体，在出口冷凝器E-103中再被冷却水冷却并凝结后，液体回流到塔顶回流罐，不凝气与重组分混合。增加D-101罐出口冷凝器可以提高目标组分(如：丙烯)的回收率，气相浓度降低7％。
脱轻塔所需的热量由脱轻塔塔底再沸器E-101提供，热源来自低压蒸汽或其他热媒，靠热虹吸完成塔釜液进入塔底再沸器，并返回脱轻塔。
脱重及精馏过程：
在该过程中，完成比目标组分(如：丙烯)重的重组分(如：丙烷、其它烷烃和烯烃等)从液态烃类混合物中脱除以及丙烯精馏，获得合格产品。
流程1：脱重塔为一个塔
来自脱轻塔塔底的釜液，经液位控制阀，降低压力后进入脱重塔C-102。
脱重塔塔底重组分(如：贫丙烯液化气)在副产品冷却器E-108被冷却水冷却，与轻组分混合作为一个副产品，或单独作为一个副产品靠自压送出界区。
目标组分和少量轻组分从脱重塔塔顶馏出，经塔顶冷凝器E-105被冷却水冷却并凝结后，进入塔顶回流罐D-102。经塔顶回流泵P-103将冷凝液打回塔顶。未冷凝的气体与重组分混合作为一个副产品，或单独作为一个副产品送出界区。
由此可见，本工艺流程没有浪费原料，除目标产品外，其它的组分全部作为副产品，可以加以进一步利用。
为了更容易得到合格或优级产品，本工艺流程采用了侧线抽出产品方式从脱重塔采出产品。
脱重塔所需的热量由脱重塔塔底再沸器E-104提供，热源来自低压蒸汽或其他热媒，靠热虹吸完成塔釜液进入塔底再沸器，并返回脱重塔。
图1为一个脱重塔的两塔分离液态烃类混合物工艺流程简图
流程2：脱重塔为两个塔
由于脱重塔较高，为了降低投资，本流程将脱重塔分为两个塔，即1#脱重塔C-103和2#脱重塔C-104。并且，为此增加2#脱重塔塔底泵P-105。
来自脱轻塔塔底的釜液，经液位控制阀，降低压力后进入1#脱重塔。该塔塔顶气体直接进入2#脱重塔塔底。来自2#脱重塔塔底的釜液经该塔塔底泵加压返到1#脱重塔的塔顶。
1#脱重塔塔底重组分(如：贫丙烯液化气)在副产品冷却器E-108被冷却水冷却，与轻组分混合作为一个副产品，或单独作为一个副产品靠自压送出界区。
目标组分和少量轻组分从2#脱重塔塔顶馏出，经塔顶冷凝器E-110被冷却水冷却并凝结后，进入塔顶回流罐D-103。经塔顶回流泵P-104将冷凝液打回塔顶。未冷凝的气体与重组分混合作为一个副产品，或单独作为一个副产品送出界区。
由此可见，本工艺流程没有浪费原料，除目标产品外，其它的组分全部作为副产品，可以加以进一步利用。
为了更容易得到合格或优级产品，本工艺流程采用了侧线抽出产品方式从2#脱重塔采出产品。
1#脱重塔和2#脱重塔所需的热量由1#脱重塔塔底再沸器E-109提供，热源来自低压蒸汽或其他热媒，靠热虹吸完成塔釜液进入塔底再沸器，并返回1#脱重塔。
图2为两个脱重塔的两塔分离液态烃类混合物工艺流程简图
本发明具有以下有益效果：
1.产品质量高：由于采取侧线抽出的方案，结果是目标组分(如：丙烯)质量要求很容易达到并超过要求值。丙烯产品生产分析数据，好于塔顶回流罐中回流液的组成。
2.建设投资少：由于采用两塔流程，因而流程短，设备台数少，又采取了其它工程措施，因此建设投资比现有的三塔分馏方法低。
3.操作费用及能耗较低：采用低压蒸汽作为热源，而在产出液态烃类混合物的企业，一般均有富余的低压蒸汽可供使用。经流程优化，低压蒸汽消耗少，操作费用及能耗比现有的三塔分馏方法低。
4.安全性高：由于采取了多项安全措施，如：每个塔系都有安全阀、A/B两套压力调节阀，很容易控制每个塔系统的压力。在实际开车期间，没有一台安全阀起跳。
5.应用范围广：适合于来自炼油厂的液态烃类混合物，特别是富含目标组分的石油液化气。因而扩大了丙烯及其它组分或馏分的原料来源，应用范围广泛。
6.本工艺流程的主要设计参数可以针对不同的原料组成和原料组成的变化范围，在较宽的范围内选择，便于对生产装置的建设投资和生产费用等进行优化。
具体实施方式：
本发明的分馏方法用于某公司20万吨/年(23.8吨/时)液化气分离装置，生产聚合级丙烯(即工业用丙烯)产品。
原料为富丙烯液化气，其规格(干基)见下表：
| 组分 | 分子式 | mol％ |
| 乙烯乙烷丙烯丙烷正丁烯异丁烯反丁烯顺丁烯异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷合计 | C2H4C2H6C3H6C3H8C4H8-1i-C4H8t-2-C4H8c-2-C4H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12 | 0.611.1238.7012.215.838.005.226.9217.004.020.350.02100.00 |
注：原料富丙烯液化气中的水分含量，根据液化石油气的生产工艺不同而有所变化，本项目为0.44mol％。
本装置采用两塔工艺对原料液化石油气进行分离。结合产品方案和公用工程现状，采用先脱乙烷，然后在丙烯精馏塔中实现丙烯与丙烷及以上馏分的分离。经脱乙烷、脱丙烷及以上馏分后得到丙烯产品。乙烷及乙烯和丙烷及以上馏分混合后，得到贫丙烯液化石油气副产品。
脱乙烷工序：
本工序的目的是将原料液化石油气中的乙烷及乙烯组分与C3以上重组分分离。通过LPG原料输送泵(P-107)从原有液化气罐区的原料液化气球罐中将原料液化石油气在3.7MPaG、环境温度条件下送入本工序。
首先，经流量调节以使流量稳定在23781kg/h左右，原料液化石油气进入脱乙烷塔(C-101)。脱乙烷塔(C-101)操作条件：操作压力为3.1MPaG，塔釜温度为101℃，塔顶温度为52℃。脱乙烷塔(C-101)采用浮阀塔，设有80块塔盘。
塔釜再沸量通过调节进C-101塔塔底再沸器(E-101)的低压蒸汽流量来控制，而低压蒸汽流量通过脱乙烷塔(C-101)的敏感温度控制。
塔顶气体离开脱乙烷塔(C-101)进入C-101塔塔顶冷凝器(E-102)，用冷却水冷却。
冷却到41℃的塔顶冷凝液，进入C-101塔塔顶回流罐(D-101)。液体通过C-101塔塔顶回流泵(P-101)加压，回流至脱乙烷塔(C-101)。未冷凝气体进入D-101罐出口冷凝器(E-103)，经循环冷却水冷却，冷凝液流回D-101，不凝的气体其中丙烯含量不超过32mol％，通过压力控制阀后与贫丙烯液化石油气混合。
脱乙烷塔(C-101)塔底物料去1#丙烯精馏塔(C-103)。
丙烯精馏工序：
本工序的目的是将脱乙烷塔塔底来的乙烷含量不超过0.02mol％的液化石油气进一步分离，以生产工业用丙烯产品。由于丙烯精馏塔超过100米高，为了降低设备投资，将丙烯精馏塔分为1#丙烯精馏塔(C-103)和2#丙烯精馏塔(C-104)。
来自脱乙烷塔(C-101)的液化石油气进入1#丙烯精馏塔(C-102)中部。本塔操作条件为：压力1.89MPaG，釜温89℃，顶温47℃。该塔采用浮阀塔，设有81块塔盘。
塔釜再沸量通过调节进C-103塔塔底再沸器(E-109)的低压蒸汽流量来控制，而低压蒸汽流量通过1#丙烯精馏塔(C-103)的敏感温度控制。
塔顶气体物料离开1#丙烯精馏塔(C-103)进入2#丙烯精馏塔(C-104)底部。
1#丙烯精馏塔(C-103)塔底物料通过液位调节阀控制进入副产品冷却器(E-108)，利用循环冷却水冷却到40℃与D-101罐出口冷凝器(E-103)不凝气混合后作为副产品送到罐区的副产品球罐中。
2#丙烯精馏塔(C-104)操作条件为：压力1.85MPaG，釜温47℃，顶温46℃。该塔采用浮阀塔，设有109块塔盘。
2#丙烯精馏塔(C-104)底部物料通过C-104塔塔底泵(P-105)加压后，作为回流进入1#丙烯精馏塔(C-103)上部。
塔顶气体离开2#丙烯精馏塔(C-104)进入C-104塔塔顶冷凝器(E-110)，用冷却水冷却。
冷却到44℃的塔顶冷凝液，进入C-104塔塔顶回流罐(D-103)。液体通过C-104塔塔顶回流泵(P-104)加压，全部返回至2#丙烯精馏塔(C-104)。未冷凝的气体其中丙烯含量不超过99.2mol％与重组分混合。
丙烯产品从2#丙烯精馏塔(C-104)上部侧线抽出，在丙烯产品冷却器(E-106)中，利用循环冷却水将丙烯产品冷却到40℃后，通过管道送到丙烯罐区的丙烯球罐(V-101)。采用侧线法抽出的丙烯产品达到99.61mol％，而塔顶回流罐中丙烯只有99.46mol％。
工业用丙烯产品规格：
本装置获得的丙烯产品组成如下：
| 组分 | 分子式 | mol％ |
| 乙烯乙烷丙烯丙烷正丁烯异丁烯反丁烯顺丁烯异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷合计 | C2H4C2H6C3H6C3H8C4H8-1i-C4H8t-2-C4H8c-2-C4H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12 | 0.000.0599.610.340.000.000.000.000.000.000.000.00100.00 |
产品丙烯的规格符合国家标准GB/T 7716-2002的规定(本标准适用于聚合用丙烯)，具体规格见下表。
工业用丙烯规格表
| 项目 | 指标 | 试验方法 |
| 优级 | ||
| 1丙烯含量，％≥ | 99.6 | GB3392-82 |
| 2烷烃，％≤ | 0.4 | GB3392-82 |
| 3烯，ppm(体积)≤ | 50 | GB3392-82 |
| 4乙炔，ppm(体积)≤ | 5 | GB3395-82 |
| 5甲基乙炔+丙二烯，ppm(体积)≤ | 10 | GB3392-82 |
| 6氧，ppm(体积)≤ | 10 | GB3396-82 |
| 7一氧化碳，ppm(体积)≤ | 5 | GB3394-82 |
| 8二氧化碳，ppm(体积)≤ | 10 | GB3394-82 |
| 9丁烯+丁二烯，ppm(体积)≤ | 10 | GB3392-82 |
| 10硫，ppm(重量)≤ | 1 | GB3397-82 |
| 11水，ppm(体积)(1)在生产厂和用户的管道中≤(2)在用户的贮罐中 | 15规格不定，但必须测定 | 附录A |
| 12氢，ppm(体积) | 规格不定，但必须测定 | GB 3393-82 |
| 13甲醇，ppm(重量) | 必要时测定 | 附录B |
副产品贫丙烯液化石油气规格：
本装置副产品贫丙烯液化石油气组成如下：
| 组分 | 分子式 | mol％ |
| 乙烯乙烷丙烯丙烷正丁烯异丁烯反丁烯顺丁烯异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷合计 | C2H4C2H6C3H6C3H8C4H8-1i-C4H8t-2-C4H8c-2-C4H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12 | 0.000.004.5419.249.3812.878.4011.1427.366.470.560.04100.00 |
贫丙烯液化石油气37.8℃蒸汽压为525KPa(表压)。
贫丙烯液化石油气规格符合液化石油气国家标准GB9052.1-1998的规定，具体规格见下表。
液化石油气规格表
| 项目 | 质量指标 | 试验方法 | |
| 商品丁烷 | 商品丙、丁烷混合物 | ||
| 37.8℃蒸汽压(表压)KPa≤ | 485 | 1430 | GB/T66021) |
| 组分，％丁烷及以上组分≤ | - | - | SH/T0230 |
| 戊烷及以上组分≤ | 2.0 | 3.0 | |
| 残留物100ml蒸发残留物，ml≤油渍观察 | 0.05通过 | 0.05通过 | SY/T7509 |
| 密度(20℃或15℃)g/m3 | 实测 | 实测 | SH/T02212) |
| 铜片腐蚀，级≤ | 1 | 1 | SH/T0232 |
| 总硫含量W(×10-6)(质量分数)≤ | 140 | 140 | SY/T7508 |
| 游离水 | 无 | 无 | 目测 |
| 1)蒸汽压允许用GB/T12576方法计算，但在仲裁时必须用GB/T6602测定。2)密度允许用GB/T12576方法计算，但在仲裁时必须用SH/T0221测定 | |||
原料消耗量和产品、副产品产量：
(1)原料消耗量
本装置消耗液化石油气原料23,780.5kg/h，年消耗19.97562万吨。
(2)产品和副产品产量
产品和副产品产量表
| 产品名称 | 产量 | 备注 | |
| kg/h | 吨/年 | ||
| 工业用优级丙烯 | 6767.8 | 56849.52 | |
| 贫丙烯液化石油气 | 16968.3 | 142533.72 | 副产品 |
| 总计 | 23736.1 | 199383.24 | |
丙烯回收率：
丙烯回收率(丙烯产品质量/原料中丙烯质量)：≥85.7％。
采用两塔工艺的本装置建设投资费用比三塔分馏方法降低约30％，操作费用及能耗比三塔分馏方法降低约6％。
Claims (11)
1.一种分离液态烃类混合物的分馏方法，其特征在于该分馏方法包括脱轻过程、脱重及精馏过程两步工艺流程，采用脱轻塔和脱重塔两塔工艺，先将比目标组分轻的组分脱除，再将目标组分和重组分分开，按照上述从轻到重的分离顺序，实现对液态烃类混合物的分离。
2.根据权利要求1所述的分馏方法，其特征在于脱轻过程中，轻组分从脱轻塔塔顶馏出，经塔顶冷凝器被冷却水冷却并凝结后进入塔顶回流罐，未冷凝的气体，在出口冷凝器中再被冷却水冷却并凝结后，液体回流到塔顶回流罐。
3.根据权利要求1所述的分馏方法，其特征在于目标组分从脱重塔侧线抽出。
4.根据权利要求1所述的分馏方法，其特征在于脱轻过程中，轻组分从脱轻塔塔顶馏出，经塔顶冷凝器被冷却水冷却并凝结后进入塔顶回流罐，未冷凝的气体，在出口冷凝器中再被冷却水冷却并凝结后，液体回流到塔顶回流罐，目标组分从脱重塔侧线抽出。
5.根据权利要求1-4之一所述的分馏方法，其特征在于重组分从脱重塔塔底馏出，经过重组分冷却器被冷却水冷却后，与该塔不凝气及来自脱轻塔的不凝气混合，作为一个副产品，或者该塔不凝气及来自脱轻塔的不凝气单独作为一个轻组分副产品，而来自脱重塔塔底的重组分单独作为一个重组分副产品。
6.根据权利要求1所述的分馏方法，其特征在于脱重塔被分为两个塔，即1#脱重塔和2#脱重塔。
7.根据权利要求6所述的分馏方法，其特征在于脱轻过程中，轻组分从脱轻塔塔顶馏出，经塔顶冷凝器被冷却水冷却并凝结后进入塔顶回流罐，未冷凝的气体，在出口冷凝器中再被冷却水冷却并凝结后，液体回流到塔顶回流罐。
8.根据权利要求6所述的分馏方法，其特征在于目标组分从2#脱重塔侧线抽出。
9.根据权利要求6所述的分馏方法，其特征在于脱轻过程中，轻组分从脱轻塔塔顶馏出，经塔顶冷凝器被冷却水冷却并凝结后进入塔顶回流罐，未冷凝的气体，在出口冷凝器中再被冷却水冷却并凝结后，液体回流到塔顶回流罐，目标组分从2#脱重塔侧线抽出。
10.根据权利要求6-9之一所述的分馏方法，其特征在于来自1#脱重塔塔底重组分与来自脱轻塔及2#脱重塔的不凝气混合，作为一个副产品，或者来自脱轻塔及2#脱重塔的不凝气单独作为一个轻组分副产品，而来自1#脱重塔塔底重组分单独作为一个重组分副产品。
11.根据权利要求6所述的分馏方法，其特征在于液态烃类混合物为富丙烯液化石油气，目标组分为生产聚合级丙烯，分离过程为：
(1)脱轻过程为脱乙烷工序，采用脱乙烷塔，其中塔顶轻组分经塔顶冷凝器被冷却水冷却并凝结后进入塔顶回流罐，未冷凝的气体，在出口冷凝器中再被冷却水冷却并凝结后，液体回流到塔顶回流罐；
(2)脱重及精馏过程为丙烯精馏工序，采用1#丙烯精馏塔和2#丙烯精馏塔，丙烯产品从2#丙烯精馏塔侧线抽出，来自1#丙烯精馏塔塔底重组分与来自脱乙烷塔及2#丙烯精馏塔的不凝气混合，作为一个副产品。
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Granted publication date: 20060719 Termination date: 20150820 |
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