一种改进的轻烃深冷分离方法技术

本发明专利技术提供一种对轻烃混合物进行深冷分离方法的改进。压缩和冷却的轻烃原料气经气液分离罐分离后，气相进入组分分配装置，使全部碳三、大部分碳二和少量甲烷转入组分分配装置底部液相。组分分配装置顶部气相经逐级冷却闪蒸后进入氢气系统，闪蒸后的液相进入脱甲烷塔。分离罐的液相和组分分配装置的釜液进入预脱甲烷塔，分离为不含碳三的塔顶气和不含甲烷的塔釜液。塔顶气也进入脱甲烷塔。脱甲烷塔将各股进料分离为塔顶甲烷和塔釜碳二。本发明专利技术方法降低了冷箱和脱甲烷塔的负荷，减少了冷剂消耗，使能耗降低。如与碳二洗涤塔配合使用，还可使氢气及尾气中的乙烯损失降低，提高乙烯的收率。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轻烃混合物的深冷分离方法。更具体地说，涉及对轻组分冷却分离的改进，以提供进一步降低能耗和提高乙烯收率的新的操作方法。主要含有氢气、甲烷、碳二、碳三和碳四的轻烃混合物一般通过深冷方法进行分离。在乙烯装置的顺序分离流程中，通常的做法是首先将原料气压缩至3.4MPa～3.9MPa，然后气相逐级冷却和闪蒸，最后冷却至-163～-169℃，在氢气罐分离出氢气和甲烷氢液相，各闪蒸罐的液相进入脱甲烷塔，该塔的操作压力随技术的不同有高有低，一般在0.59MPa～3.1MPa范围内，塔顶温度-135～-98℃。在前脱丙烷前加氢流程中，是首先将碳三及更轻组分与碳四及更重组分进行分离，然后采用与顺序分离流程类似的方法对轻烃进行深冷分离。这种常规的深冷分离方法能耗较高且乙烯回收率较低，原因是为了将物料冷却到所需要的温度，常常自脱甲烷塔回流罐引出一股液相甲烷进行节流，为系统提供冷量，增加了低温乙烯冷剂的负荷，也损失一些乙烯；由于闪蒸罐的液相都进入脱甲烷塔，脱甲烷塔负荷大；氢气罐和脱甲烷塔损失一定量的乙烯。中国专利CN1023685C叙述了用于乙烯顺序流程的轻烃分离方法，它采用预脱乙烷塔对来自压缩区的原料气进行非清晰分割。预脱乙烷塔的塔顶不含碳三、塔釜不含甲烷，这样降低了脱甲烷塔下部的负荷。但是由于预脱乙烷塔使进入冷箱的碳二量增多，使冷量后移，即导致更低温的冷剂消耗量增加，所以达不到节能的目的。另外尾气中仍损失一定量的乙烯。中国专利CN1048713C在CN1023685C的基础上增加了甲烷吸收塔，虽然使尾气中的乙烯损失有所降低，但没有改变冷量后移的问题。本专利技术的目的在于改进现有的轻烃分离方法，提供一种用于对含有氢气、甲烷、碳二和碳三等轻烃进行有效分离，既节能而乙烯回收率又高的轻烃分离方法。为达到上述目的，本专利技术轻烃分离方法的主要特点在于，升压后的轻烃经预冷首先进入组分分配装置，将气相中的全部碳三组分转入组分分配装置底部的液相中，同时将大部分碳二和少量甲烷也转到塔釜液中。组分分配装置顶部的气相经过逐级冷却分离后进入氢气分离系统。逐级分离得到的液相进入脱甲烷塔。组分分配装置底部的液相进入预脱甲烷塔，预脱甲烷塔将进料分离为不含碳三的塔顶物流和不含碳一的釜液。本专利技术提供一种轻烃混合物的深冷分离方法，该方法包括在轻烃原料气进入气液分离罐进行气液分离后，在气相出口的下游设置组分分配装置，和在气液分离罐的液相出口及组分分配装置的液相出口的下游设置预脱甲烷塔；经过压缩、干燥和预冷的轻烃原料气进入气液分离罐；分离罐分离的气相进一步冷却后送入组分分离装置的下部，在该装置内经洗涤和冷却将全部碳三和大部分碳二以及少量甲烷转入组分分配装置底部，底部液相进入预脱甲烷塔的上部；组分分配装置顶部气不含碳三，经一系列冷却器冷却和闪蒸罐分离得到多股液相，分别依次进入脱甲烷塔的中上部不同位置；经气液分离罐分离的液相，含碳二、碳三和更重组分以及少量甲烷，送入预脱甲烷塔；预脱甲烷塔将气液分离罐分离的液相和组分分配装置的底部液相分离为不含碳三的塔顶气和不含甲烷的塔釜液，塔顶气送入脱甲烷塔下部；脱甲烷塔将多股进料分离为塔顶气甲烷和塔釜液碳二。本专利技术方法的一个优选实施方式还包括在最后一级闪蒸罐下游设置碳二洗涤塔；闪蒸罐分离的气相经冷却器冷却后进入碳二洗涤塔的下部，从塔的上部引入一股只含甲烷和少量氢气的液体对塔内气体进行洗涤，使碳二洗入塔釜液中，塔釜液送入脱甲烷塔的最上部；塔顶气进入下游氢气/甲烷分离系统。其中，优选地采用碳二洗涤塔塔顶气的部分冷凝液作为洗涤液。所述的组分分离装置可以是使轻烃混合物中的碳二和甲烷组分按一定比例转入装置底部的任何分离装置，例如，包括洗涤塔、分馏塔、分凝分离器或分凝分馏塔。如选用洗涤塔，可以是任何形式的塔，包括板式塔和填料塔。塔板数一般少于20块，所以塔不会很高，投资也不多。优选的方法是采用塔顶气的冷凝液作为洗涤液。当采用塔顶气相冷凝液做为洗涤液时，冷凝器和冷凝液闪蒸罐可置于塔顶或较高的平台上，液体依靠重力返回塔顶，这样可减少管线用量和取消一台低温泵。进入组分分配装置的气相经过洗涤和冷却可除掉全部的碳三，同时超过50％的碳二和超过10％的部分甲烷也洗涤到装置底部，本专利技术不要求装置底部的液相中不含甲烷。当脱甲烷塔在高压(约3.0MPa)下操作时，在脱甲烷塔的塔顶气出口下游设置膨胀机，对塔顶气甲烷进行膨胀制冷，为冷却系统提供冷量。附图及其说明附图说明图1是本专利技术的工艺流程示意2是本专利技术的优选方案工艺流程示意3是本专利技术应用于乙烯装置的前脱丙烷前加氢流程的工艺流程示意4是本专利技术应用于乙烯装置的顺序流程的工艺流程示意图下面结合附图详细描述本专利技术方法的特点。如图1所示，原料气经过压缩干燥后被冷却到-15～-21℃，并进入气液分离罐1，分离出的液相主要含碳二/三及更重组分和少量的甲烷，这股液相进入预脱甲烷塔4进行分离；分离罐1分离出的气相经冷却器2进一步冷却后自底部进入组分分配装置3(此处选用洗涤塔)。在装置3中从顶部引入一股只含碳二及轻组分的烃液对进料气相进行洗涤和，从而将所有碳三及大量的碳二和部分碳一洗涤到塔釜，优选的方法是将离开装置3的气相进行冷却，利用其冷凝液(罐6底部)作为洗涤液体。装置3的釜液送入预脱甲烷塔4的上层塔板，洗涤液温度一般在-41～-80℃，可根据原料和冷剂等级优化。组分分配装置3的塔顶气相经过进一步冷却(如冷却器7、板翅式换热器20和冷却器10)并在罐9和11内闪蒸得到两股液相，这两股液相依次进入脱甲烷塔13的不同位置。在罐6的温度合理的情况下，也可以取消换热器7和闪蒸罐9。自罐11出来的气相在冷箱板翅式换热器21内冷却后进入闪蒸罐8，罐8的液相进入脱甲烷塔13的上部，气相进入下游的氢气系统(由板翅式换热器23和罐16组成)。预脱甲烷塔4的作用是将罐1和塔3来的物料分离为不含碳三的塔顶气相和不含甲烷的釜液，它们分别送入脱甲烷塔13和下游的脱乙烷塔24(如图3，4所示)，预脱甲烷塔可由塔顶冷凝器提供回流，也可从脱甲烷塔13引出一股液相作为回流。脱甲烷塔顶气相经膨胀机15后温度降低，经系统(换热器21、20、19)回收冷量后出装置。由于脱甲烷塔13的所有进料均不含碳三，所以其塔釜产品只有碳二。对于乙烯装置的前脱丙烷前加氢流程，这股物料可直接进入乙烯塔27(如图3所示)。对于乙烯装置的顺序流程，这股物料经反应器26碳二加氢后可进入乙烯塔的上层塔板(如图4所示)。为了进一步降低脱甲烷塔13的负荷和减少进入氢气系统的乙烯损失，本专利技术还增设了碳二洗涤塔12，参见图2。来自冷箱换热器21的物料由底部进入碳二洗涤塔12，通过一股只含碳一和少量氢气的液体(优选的方法是通过对塔12顶部的物料进行部分冷凝提供洗涤液)对塔内气相洗涤，洗涤后的气相进入下游的氢气系统。洗涤塔可达到以下效果①进入塔12的温度(-110℃左右)较进入罐8的温度(一般低于-128℃)高，所以冷凝的轻组分减少，降低了进入塔13的液量；②尽管进入氢气系统的流量增加，但乙烯的含量大幅度降低，乙烯损失减少；③碳二洗涤塔12的结构简单，可以采用板式塔和填料塔，由于该塔不高，所以罐14可以置于塔12的顶部，这样可以省一台。当然，也可以设置洗涤液泵。本专利技术的方法具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有氢气、甲烷、碳二、碳三、和碳四等的轻烃混合物的深冷分离方法，该方法包括：在轻烃原料气进入气液分离罐进行气液分离后，在气相出口的下游设置组分分配装置，和在气液分离罐的液相出口及组分分配装置的液相出口的下游设置预脱甲烷塔；经过压 缩、干燥和预冷的轻烃原料气进入气液分离罐；分离罐分离的气相进一步冷却后送入组分分离装置的下部，在该装置内经洗涤和冷却将全部碳三和大部分碳二以及少量甲烷转入组分分离装置底部，底部液相进入预脱甲烷塔的上部，组分分离装置顶部气相不含碳三，经一 系列冷却器冷却和闪蒸罐分离得到多股液相，分别依次进入脱甲烷塔的中上部不同位置；经气液分离罐分离的液相，含碳二、碳三和更重组分以及少量甲烷，送入预脱甲烷塔；预脱甲烷塔将气液分离罐分离的液相和组分分配装置的底部液相分离为不含碳三的塔顶气 和不含甲烷的塔釜液，塔釜液送入脱甲烷塔下部；脱甲烷塔将多股进料分离为塔顶气甲烷和塔釜液碳二。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王振维，杨春生，王若超，李生斌，吴兴松，雷正香，盛在行，王洲晖，赖胜，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石化工程建设公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]