降低脫甲烷塔乙烯損失和能耗的分離方法技術

本發明專利技術涉及甲醇法制烯烴裂解氣分離流程的優化。本發明專利技術以裂解氣分離過程的關鍵環節，甲烷氫的分離為對象，提供了一種有利于降低分離過程能耗的工藝流程，包括裂解氣洗滌和預分離、洗滌劑制冷及采用分凝分餾供冷的多種方式。本發明專利技術有益效果在于將未被冷凝下來的乙烯采用了吸收的方法進行回收，同時充分利用了高壓循環乙烷和丙烷節流膨脹所獲得的冷量，實現了部分甲烷氫與乙烯的預分離，有效降低了脫甲烷的進料負荷和分離能耗。且此方法適用于各種組成不同的裂解氣分離流程的優化。

Separation method for reducing ethylene loss and energy consumption of methane removal tower

The invention relates to the optimization of the separation process of olefin cracking gas by methanol process. The key to cracking gas separation process, separation of methane and hydrogen as an object, provides a process to reduce the energy consumption of the separation process, including pyrolysis gas washing and pre separation, detergent and refrigeration using a variety of ways dephlegmation cooling. The invention has the beneficial effects that will not be condensed ethylene recovered by adopting an absorption method, the cooling capacity and make full use of high-pressure circulating ethane and propane is obtained by throttling expansion, the pre separation of partial methane hydrogen and ethylene, effectively reduce the feeding load and energy consumption and methane separation. The method is applicable to the optimization of various pyrolysis gas separation processes.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術的分離方法，涉及乙烯裝置中甲烷與碳二及其以上重組分的分離。
技術介紹
以石油烴為原料，在管式裂解爐內發生高溫熱裂解是目前生產乙烯的主要方法。除此之外，生產乙烯的其它方法還包括工業上獲得乙烯最早采用的乙醇催化脫水制乙烯、以甲烷或合成氣為原料制取乙烯、以及由合成氣制取甲醇，由甲醇再制取乙烯的方法等，這也是實現乙烯原料路線由石油向煤和天然氣轉變的途徑之一。據預測到2020年中國石油對外依存度將達到60%—62%，為應對石油供應的嚴峻局面，國家正在研究多方案多元化解決石油短缺的問題，其中包括煤液化制油、煤制甲醇、MTO (Methanol to Olefins,甲醇制烯烴)、MTP(Methanol to Propylene,甲醇制丙烯)技術正是適應了這一要求。裂解產物的主要成分是氫氣、甲垸、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯、丁二烯等碳五以下烴的混合物。其混合物的分離是乙烯工業生產過程中必不可少的過程之一。衡量一種分離方法優劣的主要指標是設備投資、生產能耗和產品回收率，尤其是主要產品乙烯的回收率最受關注。 一般而言，上述指標是相互矛盾和制約的。因而一個好的分離方法應該是兼顧各方，實現靈活和低成本的生產。因此，對裂解原料實施基于分離塔嚴格機理模型的流程優化設計對減少設備投資和降低分離過程能耗有著重要意義。無論是以石油烴為原料的乙烯生產工藝還是以甲醇為原料的乙烯生產工藝，烯烴分離提純過程都包含了脫甲烷塔系統，脫碳二系統和脫碳三系統等三個主要部分。其中，脫甲烷系統是整個分離和產品提純的關鍵。無論在設計上考慮，還是工藝上的安排，也都是圍繞脫甲垸塔系統這一中心來進行的。脫甲垸塔系統包括兩個部分第一部分是原料的預冷，即高溫的反應產物與不同溫度等級的冷劑先后換熱，逐級冷卻到對混合物分離所要求的溫度，其冷劑消耗約占整個分離過程冷負荷的40%，第二部分是脫甲烷塔，塔頂氣相餾出物需要依靠冷劑提供冷量從而獲得塔頂冷回流，其冷劑消耗約占整個分離過程冷負荷的12%。由此可見脫甲烷塔系統的冷劑消耗占到了整個分離過程冷劑消耗的50%以上。乙烯損失主要發生在脫甲垸過程和乙烯精餾過程。其中脫甲烷塔系統的乙烯損失占到乙烯損失總量的60%甚至更多。由于原料預冷和脫甲烷塔兩部分的冷劑消耗占整個分離過程冷負荷消耗的50%以上，因此改進脫甲烷塔系統的分離方法，對降低裂解氣分離過程總能耗具有重要意義；同樣地，脫甲烷塔系統的乙烯損失占到了乙烯損失總量的60%以上，因而，優化脫甲烷塔的操作對于降低乙烯損失也具有明顯作用。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術的目的是提供一種可以降低脫甲烷系統的乙烯損失和能耗的分離方法。本專利技術的技術方案如下，其特征在于所述方法包括以下步驟步驟1對壓縮裂解氣原料冷凝，冷凝后的汽液混合物進入汽液閃蒸罐進行汽液分離；步驟2汽液分離后液相部分作為進料直接進入脫甲烷塔；對氣相部分，則采用循環乙烷和循環丙垸混合物進行洗滌，實現甲烷、氫氣和乙烯的分離；步驟3洗滌后主要成分為甲烷、氫氣的氣相作為燃料，直接進入燃料氣系統；洗滌后的吸收了乙烯的液相循環乙烷和循環丙烷作為脫甲垸塔的另外一股液相進料。所述步驟1中的冷凝過程是采用了冷卻水和三級丙烯冷劑進行逐級冷凝。所述步驟2中的循環乙烷和循環丙垸混合物為經節流膨脹降溫后獲取的低溫洗滌液。所述步驟2中經循環乙烷和丙烷混合物洗滌后的氣相得到了乙烯含量低于1.4%的甲烷、氫氣、乙烷和丙垸的混合物，使得部分甲烷和氫氣得到了預分離，得到一股不需進入脫甲垸塔而直接用作燃料氣的甲烷和氫氣混合物，降低了脫甲烷塔進料中氫氣的含量和脫甲烷塔的處理負荷。步驟2所述的循環乙垸和循環丙烷洗滌吸收氣相中的乙烯過程的操作壓力是1.0 3.5MPa。步驟2所述的脫甲烷塔的操作壓力是1.0 3.5MPa。本專利技術所達到的效果1. 降低了對脫甲烷塔低溫冷劑的消耗由于本專利技術中甲烷、氫和乙烯的預分離過程，實現了大約60%左右的氫氣不必進入脫甲烷塔，而是隨氣相直接進入燃料氣系統，而吸收了乙烯的循環乙烷和循環丙烷為脫甲烷塔又提供了部分冷回流，在塔的操作壓力以及塔頂甲烷中乙烯損失含量和其它流程相同的情況下，所需的塔頂冷負荷減少，能量利用更合理。2. 乙烯損失降低由于部分甲垸、氫氣不進入脫甲烷塔，塔頂氣相采出量降低，在滿足塔頂氣相甲烷中乙烯含量和其它流程相同時，損失的乙烯總量也相應降低。3. 采用冷卻水和不同等級的冷劑對混合物進行逐級降溫冷卻，降低了物料冷卻過程的有用功損失。附圖說明圖1是現有設計脫甲垸塔流程圖2是本專利技術脫甲烷塔流程附圖l符號說明流程簡圖中的物流l-ll分別為① 為來自四段壓縮機出口的裂解氣；② 為與冷卻水換熱后的裂解氣；③ 為7"C丙烯冷劑換熱后的裂解氣；④ 為與-24'C丙烯冷劑換熱后的裂解氣；⑤ 為與-40'C丙烯冷劑換熱后的裂解氣；⑥ 為經干燥器干燥之后的裂解氣；⑦ 為經閃蒸罐汽液閃蒸后的氣相裂解氣;⑧ 為經閃蒸罐汽液閃蒸后的液相裂解氣;⑨ 為循環丙烷回流液；⑩ 為去燃料氣系統的甲烷氫； 為脫甲垸塔塔釜液。流程簡圖中的設備分別為1、 EA101為冷卻水換熱器；2、 EA102為7-C丙烯冷劑換熱器；3、 EA103為-24'C丙烯冷劑換熱器4、 EA104為-4(TC丙烯冷劑換熱器；5、 FA101為干燥器；6、 FA102為汽液閃蒸罐；7、 DA101為脫甲垸塔。附圖2符號說明流程簡圖中的物流1-13分別為① 為來自四段壓縮機出口的裂解氣；② 為與冷卻水換熱后的裂解氣；③ 為7"C丙烯冷劑換熱后的裂解氣；④ 為與-24"C丙烯冷劑換熱后的裂解氣；⑤ 為與-4(TC丙烯冷劑換熱后的裂解氣；⑥ 為經干燥器干燥之后的裂解氣；⑦ 為經閃蒸罐汽液閃蒸后的氣相裂解氣;⑧ 為經閃蒸罐汽液閃蒸后的液相裂解氣;⑨ 為富含乙烯的循環洗滌液；⑩ 為去燃料氣系統尾氣； 為循環乙垸、丙垸洗滌液； 為甲烷、氫混合氣； 為脫甲垸塔塔釜液。流程簡圖中的設備分別為1、 EA101為冷卻水換熱器；2、 EA102為7'C丙烯冷劑換熱器；3、 EA103為-24'C丙烯冷劑換熱器；4、 EA104為-4(TC丙烯冷劑換熱器；5、 FA101為干燥器；6、 FA102為汽液閃蒸罐；7、 DA101為乙烯吸收塔；8、 DA102為脫甲垸塔。具體實施例方式經甲醇催化反應后生成的主要產物是乙烯和丙烯，此外還會生成少量的甲垸、氫氣、乙垸、丙垸、二甲醚以及C4和C5餾分等。該混合物的分離流程為反應產物進入脫甲垸塔之前，先經壓縮機分段壓縮，在第三段出口的裂解氣首先進入高低壓脫丙垸塔，脫除其中的Q及其以上重組分。Q及其以下輕組分經過四段壓縮、冷卻器、干燥器、汽液閃蒸罐后，汽液兩相分別從不同的進料位置進入脫甲烷塔。本專利技術主要是針對脫甲垸系統進行了工藝優化。本專利技術對脫甲烷過程采用的工藝流程如圖2所示冷卻水冷卻器EA101和不同等級(冷卻劑溫度分別為7°C、 -24°C、 -40°C)的丙烯冷劑冷卻器EA102-EA104，將壓縮氣體逐級冷卻后，通過汽液閃蒸罐FA102閃蒸得到一股以上的液體⑧作為脫甲烷塔的進料，氣相@則進入到乙烯吸收塔DAIOI，采用經節流膨脹降溫后的循環乙垸和循環丙垸混合物 作為吸收劑吸收氣相⑦中未被冷凝下來的乙烯，吸收乙烯后的液相循環乙烷本文檔來自技高網...

【技術保護點】
降低脫甲烷塔乙烯損失和能耗的分離方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：步驟１對壓縮裂解氣原料冷凝，冷凝后的汽液混合物進入汽液閃蒸罐進行汽液分離；步驟２汽液分離后：液相部分作為進料直接進入脫甲烷塔；對氣相部分，則采用循環乙烷和循環丙烷混合物進行洗滌，實現甲烷、氫氣和乙烯的分離；步驟３洗滌后主要成分為甲烷、氫氣的氣相作為燃料，直接進入燃料氣系統；洗滌后的吸收了乙烯的液相循環乙烷和循環丙烷作為脫甲烷塔的另外一股液相進料。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：錢鋒，王松漢，葉貞成，張文理，杜文莉，趙玲，劉濤，
申請(專利權)人：華東理工大學，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]