用于回收催化裂化干氣或乙烯裂解氣中的乙烯、乙烷的水合吸收氣提的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于回收催化裂化干氣或乙烯裂解氣中的乙烯、乙烷的水合吸收氣提的裝置及方法。催化干氣或者乙烯裂解氣首先進(jìn)入水合吸收塔與漿液在漿液中進(jìn)行提濃，大部分的C2組分通過吸收作用進(jìn)入塔底，貧氣從塔頂排出進(jìn)入水合反應(yīng)器。在水合反應(yīng)器中所有的C2組分通過形成水合物的形式進(jìn)入漿液，而廢棄則直接排出。水合吸收塔塔底的吸收漿液在水合物化解器中進(jìn)行化解，漿液經(jīng)過冷卻、增壓后循環(huán)使用。將吸收作用與水合物法分離過程相結(jié)合，利用了吸收過程的提濃作用，水合法分離過程對(duì)于低濃度氣體分離效率高的優(yōu)點(diǎn)，得到的C2產(chǎn)品濃度99.6%，可以直接進(jìn)入乙烯塔。本發(fā)明的方法有望代替普通深冷分離工藝。
【專利說明】用于回收催化裂化干氣或乙烯裂解氣中的乙烯、乙烷的水合吸收氣提的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及催化裂化干氣及乙烯裂解氣的分離工藝，尤其涉及通過水合、吸收、氣提的工藝來回收乙烯、乙烷的設(shè)備和方法，屬于化工技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為石化行業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，乙烯工業(yè)歷來在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)乙烯的產(chǎn)量要求越來越高，現(xiàn)有乙烯裝置已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)需求。
[0003]目前聚合級(jí)乙烯主要是通過深冷分離裂解氣獲得，裂解氣中主要包括氫氣、甲烷、乙烯、乙烷等其他更重的組分。深冷分離是利用不同物質(zhì)沸點(diǎn)不同的原理進(jìn)行分離的。同時(shí)，由于常壓下各組分沸點(diǎn)都很低，所以通過提高壓力的方法來提高物質(zhì)沸點(diǎn)。整個(gè)流程有兩個(gè)關(guān)鍵的部分，其一是脫甲烷塔，其二是冷箱。脫甲烷塔一般在-130攝氏度條件下操作，是消耗冷量最大的地方，工藝操作復(fù)雜。有資料指出，脫甲烷塔系統(tǒng)的冷量占分離過程總冷量消耗的42%。冷箱是提供整個(gè)流程的換熱場(chǎng)所，一般工作壓力為3.5兆帕，最低換熱溫度超過-160攝氏度。極端的條件對(duì)冷箱材質(zhì)的要求很苛刻，造成冷箱制造成本很高，同時(shí)也有很高的安全隱患。以上兩方面原因造成現(xiàn)有乙烯廠擴(kuò)能增效存在明顯瓶頸，同時(shí)也造成新建乙烯廠投資過高。
[0004]乙烯的另一個(gè)來源是煉油廠中催化裂化干氣，其主要成分包括氫氣、氮?dú)?、甲烷、乙烯、乙烷等。由于目前缺乏成熟的回收技術(shù)，目前大部分干氣主要作為燃料氣直接燃燒，也有一些技術(shù)利用干氣來制取乙苯。有資料指出，目前我國(guó)干氣產(chǎn)量約為520萬噸，其中含有乙烯約一百萬噸。同時(shí)，隨著多產(chǎn)烯烴的催化裂解工藝不斷開發(fā)，干氣的量以及其中乙烯的含量都大幅增加。因此，回收干氣，尤其是回收其中的乙烯就顯得非常重要，這也是煉油企業(yè)降低乙烯生產(chǎn)成本和實(shí)現(xiàn)資源有效配置的重要手段。
[0005]回收煉廠干氣中的乙烯目前`有如下幾個(gè)方案:深冷分離、吸收等。深冷法由分離乙烯裂解氣流程演變而來，但是由于深冷法存在操作壓力高、能耗高的缺點(diǎn)，以及催化裂化屬于高溫過程，一般沒有深冷所需冷源，目前尚未見有工業(yè)裝置報(bào)道。油吸收法一般利用丁烷、戊烷或芳烴作為吸收劑，吸收干氣中的乙烯以上組分，再用精餾法把吸收的各個(gè)組分逐一分離。通過對(duì)吸收液的解吸和初步分離可得到乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為84%以上的C2組分，乙烯的回收率可達(dá)95%以上。但是油吸收存在著回收率不高、純度不夠聚合級(jí)以及能耗高的問題，應(yīng)用也不是很廣泛。
[0006]綜上，為了有效回收乙烯，開發(fā)操作條件溫和、能耗低、回收率高、純度達(dá)標(biāo)的方法有很重要的意義。
[0007]水合物是一種氣體小分子如甲烷、乙烷、乙烯、二氧化碳等與水在一定壓力、溫度下形成的籠狀晶體物質(zhì)。由于不同客體分子形成水合物的條件不同，因此可以先使混合氣體生成水合物，再控制不同的條件使得氣體以此從水合物籠狀結(jié)構(gòu)中分解出來，從而達(dá)到氣體分離的目的。相比于其他方法，水合物分離法最突出的優(yōu)點(diǎn)就是能夠在O攝氏度左右實(shí)現(xiàn)低沸點(diǎn)氣體的分離，而常規(guī)深冷方法需要在最低-160攝氏度的條件下操作。從這個(gè)角度，水合物法大大提高了分離溫度，使得工業(yè)裝置的運(yùn)行、操作更加方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種用于分離催化裂化干氣或乙烯裂解氣中乙烯、乙烷的水合吸收氣提的裝置及方法，具體技術(shù)方案如下:
[0009]本發(fā)明涉及的一種用于分離催化裂化干氣或乙烯裂解氣中乙烯、乙烷的水合吸收氣提的裝置，壓縮機(jī)2的出口與水合吸收塔4中部的入口相連接，水合吸收塔4頂部氣相出口與水合反應(yīng)器6貧氣入口相連接，底部出口與水合物化解器16入口相連接。水合物化解器16頂部氣相出口與氣提分流器13進(jìn)口相連接。氣提分流器13 —個(gè)出口為產(chǎn)品出口，另一個(gè)出口為氣提出口，氣提出口與氣提增壓機(jī)9進(jìn)口連接。氣提增壓機(jī)9的出口連接水合吸收塔底部氣提入口。水合物化解器16的底部液相出口與漿液分流器18入口連接，漿液分流器18的殘液出口排出部分殘液，漿液出口連接換熱器21入口。換熱器21出口與泵23入口連接，泵23的出口連接漿液混合器26的漿液入口。漿液補(bǔ)充管與漿液混合器26的漿液補(bǔ)充口相連。漿液混合器26的出口與水合反應(yīng)器6的漿液入口相連。水合反應(yīng)器6頂部的氣相出口排出廢氣，底部液相出口與水合吸收塔8的頂部液相入口相連。
[0010]水合吸收塔4以及水合反應(yīng)器6的形式不限，一切有利于氣液相接觸且傳熱良好的設(shè)備都可使用。
[0011]本發(fā)明提出的一種用于分離催化裂化干氣或乙烯裂解氣中乙烯、乙烷的水合吸收氣提的方法，其分離流程為:原料氣I在壓縮機(jī)2中增壓后進(jìn)入水合吸收塔6中部。壓縮原料氣3、氣提氣10與水合漿液8在水合吸收塔內(nèi)發(fā)生氣液相接觸，大量的氮?dú)?、甲烷等氣體在水合吸收塔4上部富集，形成貧氣7。而其他組分溶解在水合漿液8中，形成吸收漿液15。吸收漿液15在水合物化解器16中進(jìn)行減壓、閃蒸過程，所釋放的富氣14從水合物化解器16頂部氣相出口排出。富氣14經(jīng)過氣提分流器13的分流作用形成產(chǎn)品氣12以及回流氣11，回流氣11經(jīng)過氣提壓縮機(jī)9提高壓力后形成氣提氣10?；鉂{液17從水合物化解器16底部的液相出口排出，經(jīng)過漿液分流器18的分流作用，形成排出漿液19以及內(nèi)循環(huán)漿液20。內(nèi)循環(huán)漿液20經(jīng)過換熱器21降溫作用以及泵23的增壓作用形成水合漿液24。補(bǔ)充漿液25與水合漿液24在漿液混合器26混合作用下形成總循環(huán)漿液27。總循環(huán)漿液27與貧氣7在水合反應(yīng)器中發(fā)生水合物生成反應(yīng)，乙烯、乙烷等重組分全部生成水合物，而甲烷、氮?dú)獾容p組分部分形成水合物，大部分形成廢氣5排出。水合漿液8從水合物反應(yīng)器底部的液相出口排出，從水合吸收塔4頂部的液相入口進(jìn)入。
[0012]具體技術(shù)條件為:壓縮機(jī)2出口壓力為2~4Mpa ;水合吸收塔4操作壓力2~4Mpa，水合反應(yīng)器6中操作壓力2~lOMpa，溫度_10°C~10°C。在水合反應(yīng)器6中貧氣與總循環(huán)漿液27進(jìn)行水合反應(yīng)，所有的乙烯、乙烷等重組分全部形成水合物，而氮?dú)?、甲烷等輕組分部分形成水合物，大部分形成廢氣5排出。水合物化解器16操作壓力0.1Mpa~2Mpa，氣提增壓機(jī)9出口壓力為2~4Mpa，與水合吸收塔4匹配。換熱器21出口溫度為_5°C~5°C，泵23出口壓力為2~4Mpa。
[0013]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)提出了一種用于分離催化裂化干氣或乙烯裂解氣中乙烯、乙烷的水合吸收氣提的組合工藝。用常規(guī)深冷法分離時(shí)，脫甲烷塔需要在-130攝氏度操作，涉及到乙烯制冷劑或者甲烷制冷劑。同時(shí)需要工藝要求極高的冷箱提供換熱場(chǎng)所，投資、操作費(fèi)用都很高。而本工藝只需要在O攝氏度附近就能完成乙烯、乙烷等重組分與氮?dú)?、甲烷等輕組分的分離，只需要液氨等低品位制冷劑，操作費(fèi)用、投資費(fèi)用大大降低。普通吸收法只能得到體積分?jǐn)?shù)84%的粗乙烯，而本流程能得到99.6%以上的C2產(chǎn)品，C2產(chǎn)品回收率能達(dá)到95%以上。
[0015](2)本方法很好的將水合與吸收相耦合，一方面利用了水合法對(duì)烴類分子的良好選擇性，另一方面充分利用了油對(duì)烴類分子的吸收作用來進(jìn)行粗處理。相比普通深冷法，改工藝能耗降低17%，操作費(fèi)用降低30%。
[0016]本發(fā)明的組合工藝使用與以下幾方面:
[0017](I)回收煉廠催化裂化干氣中乙烯、乙烷等有顯著經(jīng)濟(jì)價(jià)值的組分
[0018](2)用于乙烯裂解氣的分離中，用來取代冷箱、脫甲烷塔這兩個(gè)能耗最大的部分，讓改工藝的產(chǎn)品直接進(jìn)入乙烯塔進(jìn)行乙烯與乙烷的分離。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明工藝流程示意圖。
具體實(shí)施方案
[0020]以下結(jié)合附圖和 具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的介紹，但不對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范圍構(gòu)成任何限定。
[0021]裝置如圖1所示:壓縮機(jī)2的出口與水合吸收塔4中部的入口相連接，水合吸收塔4頂部氣相出口與水合反應(yīng)器6貧氣入口相連接，底部出口與水合物化解器16入口相連接。水合物化解器16頂部氣相出口與氣提分流器13進(jìn)口相連接。氣提分流器13 —個(gè)出口為產(chǎn)品出口，另一個(gè)出口為氣提出口，氣提出口與氣提增壓機(jī)9進(jìn)口連接。氣提增壓機(jī)9的出口連接水合吸收塔底部氣提入口。水合物化解器16的底部液相出口與漿液分流器18入口連接，漿液分流器18的殘液出口排出部分殘液，漿液出口連接換熱器21入口。換熱器21出口與泵23入口連接，泵23的出口連接漿液混合器26的漿液入口。漿液補(bǔ)充管與漿液混合器26的漿液補(bǔ)充口相連。漿液混合器26的出口與水合反應(yīng)器6的漿液入口相連。水合反應(yīng)器6頂部的氣相出口排出廢氣，底部液相出口與水合吸收塔8的頂部液相入口相連。
[0022]水合吸收塔4以及水合反應(yīng)器6的形式不限，一切有利于氣液相接觸且傳熱良好的設(shè)備都可使用。
[0023]本發(fā)明提出的一種用于分離催化裂化干氣或乙烯裂解氣中乙烯、乙烷的水合吸收氣提的方法，其分離流程為:原料氣I在壓縮機(jī)2中增壓后進(jìn)入水合吸收塔6中部。壓縮原料氣3、氣提氣10與水合漿液8在水合吸收塔內(nèi)發(fā)生氣液相接觸，大量的氮?dú)?、甲烷等氣體在水合吸收塔4上部富集，形成貧氣7。而其他組分溶解在水合漿液8中，形成吸收漿液15。吸收漿液15在水合物化解器16中進(jìn)行減壓、閃蒸過程，所釋放的富氣14從水合物化解器16頂部氣相出口排出。富氣14經(jīng)過氣提分流器13的分流作用形成產(chǎn)品氣12以及回流氣11，回流氣11經(jīng)過氣提壓縮機(jī)9提高壓力后形成氣提氣10?；鉂{液17從水合物化解器16底部的液相出口排出，經(jīng)過漿液分流器18的分流作用，形成排出漿液19以及內(nèi)循環(huán)漿液20。內(nèi)循環(huán)漿液20經(jīng)過換熱器21降溫作用以及泵23的增壓作用形成水合漿液24。補(bǔ)充漿液25與水合漿液24在漿液混合器26混合作用下形成總循環(huán)漿液27?？傃h(huán)漿液27與貧氣7在水合反應(yīng)器中發(fā)生水合物生成反應(yīng)，乙烯、乙烷等重組分全部生成水合物，而甲烷、氮?dú)獾容p組分部分形成水合物，大部分形成廢氣5排出。水合漿液8從水合物反應(yīng)器底部的液相出口排出，從水合吸收塔4頂部的液相入口進(jìn)入。
[0024]具體技術(shù)條件為:壓縮機(jī)2出口壓力為2~4Mpa ;水合吸收塔4操作壓力2~4Mpa，水合反應(yīng)器6中操作壓力2~lOMpa，溫度_10°C~10°C。在水合反應(yīng)器6中貧氣與總循環(huán)漿液27進(jìn)行水合反應(yīng)，所有的乙烯、乙烷等重組分全部形成水合物，而氮?dú)?、甲烷等輕組分部分形成水合物，大部分形成廢氣5排出。水合物化解器16操作壓力0.1Mpa~2Mpa，氣提增壓機(jī)9出口壓力為2~4Mpa，與水合吸收塔4匹配。換熱器21出口溫度為_5°C~5°C，泵23出口壓力為2~4Mpa。
[0025]實(shí)施例1.[0026]原料氣I 的摩爾組成為 31.7%N2+32.l%CH4+27.1%C2H4+10.0%C2H6,質(zhì)量流量為1400kg/hr，溫度20°C。工藝中采用柴油和水作為漿液，總循環(huán)漿液27的質(zhì)量流量為37875.911kg/hr。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水合反應(yīng)器6中氣液比為100:1。
[0027]壓縮機(jī)2將原料氣I壓縮到3Mpa，水合吸收塔4在3Mpa下操作，總平衡級(jí)數(shù)15，壓縮原料氣在第8級(jí)進(jìn)料。水合物化解器16在0.1Mpa下絕熱閃蒸，進(jìn)行化解。換熱器21將內(nèi)循環(huán)漿液20冷卻到O V，水合物反應(yīng)器6在O °C，3Mpa條件下操作。氣提壓縮機(jī)將回流器壓縮到3Mpa從水合吸收塔4的塔底進(jìn)入。分離的結(jié)果如表格I。表格I顯示，產(chǎn)品氣12中C2+摩爾分?jǐn)?shù)99.9%以上，回收率99.3%以上，實(shí)現(xiàn)了 C2+組分與N2、CH4在0°C附近的分離。
[0028]表格I典型催化干氣水合吸收氣提分離結(jié)果:
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種用于分離催化裂化干氣或乙烯裂解氣中乙烯、乙烷的水合吸收氣提的裝置，其特征是壓縮機(jī)(2)的出口與水合吸收塔(4)中部的入口相連接，水合吸收塔(4)頂部氣相出口與水合反應(yīng)器(6)貧氣入口相連接，底部出口與水合物化解器(16)入口相連接；水合物化解器(16 )頂部氣相出口與氣提分流器(13 )進(jìn)口相連接；氣提分流器(13 ) —個(gè)出口為產(chǎn)品出口，另一個(gè)出口為氣提出口，氣提出口與氣提增壓機(jī)(9)進(jìn)口連接；氣提增壓機(jī)(9)的出口連接水合吸收塔底部氣提入口 ；水合物化解器(16)的底部液相出口與漿液分流器(18)入口連接，漿液分流器(18)的殘液出口排出部分殘液，漿液出口連接換熱器(21)入口 ；換熱器(21)出口與泵(23)入口連接，泵(23)的出口連接漿液混合器(26)的漿液入口 ；漿液補(bǔ)充管與漿液混合器(26)的漿液補(bǔ)充口相連；漿液混合器(26)的出口與水合反應(yīng)器(6)的漿液入口相連；水合反應(yīng)器(6)頂部的氣相出口排出廢氣，底部液相出口與水合吸收塔(8)的頂部液相入口相連。
2.利用權(quán)利要求1的裝置分離催化裂化干氣或乙烯裂解氣中乙烯、乙烷的水合吸收氣提的方法，其特征是原料氣(I)在壓縮機(jī)(2)中增壓后進(jìn)入水合吸收塔(6)中部；壓縮原料氣(3 )、氣提氣(10 )與水合漿液(8 )在水合吸收塔內(nèi)發(fā)生氣液相接觸，大量的氮?dú)狻⒓淄闅怏w在水合吸收塔(4)上部富集，形成貧氣(7);而其他組分溶解在水合漿液(8)中，形成吸收漿液(15);吸收漿液(15)在水合物化解器(16)中進(jìn)行減壓、閃蒸過程，所釋放的富氣(14)從水合物化解器(16)頂部氣相出口排出；富氣(14)經(jīng)過氣提分流器(13)的分流作用形成產(chǎn)品氣(12)以及回流氣(11)，回流氣(11)經(jīng)過氣提壓縮機(jī)(9)提高壓力后形成氣提氣(10 );化解漿液(17 )從水合物化解器(16 )底部的液相出口排出，經(jīng)過漿液分流器(18 )的分流作用，形成排出漿液(19)以及內(nèi)循環(huán)漿液(20);內(nèi)循環(huán)漿液(20)經(jīng)過換熱器(21)降溫作用以及泵(23)的增壓作用形成水合漿 液(24);補(bǔ)充漿液(25)與水合漿液(24)在漿液混合器(26)混合作用下形成總循環(huán)漿液(27);總循環(huán)漿液(27)與貧氣(7)在水合反應(yīng)器中發(fā)生水合物生成反應(yīng)，乙烯、乙烷等重組分全部生成水合物，而甲烷、氮?dú)獾容p組分部分形成水合物，大部分形成廢氣(5)排出；水合漿液(8)從水合物反應(yīng)器底部的液相出口排出，從水合吸收塔(4 )頂部的液相入口進(jìn)入。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述壓縮機(jī)(2)出口壓力為2~4Mpa。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述水合吸收塔(4)操作壓力2~4Mpa。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述水合反應(yīng)器(6)中操作壓力2~IOMpaJ^度-1OO ~IOO。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述水合物化解器(16)操作壓力0.1Mpa~2Mpa,
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述氣提增壓機(jī)(9)出口壓力為2~4Mpa。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述換熱器(21)出口溫度為_5°C~5°C。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述泵(23)出口壓力為2~4Mpa。
【文檔編號(hào)】C07C7/00GK103772106SQ201310749479
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】李鑫鋼, 王玨, 辛峰, 李永紅, 陳超, 李優(yōu), 史榮會(huì), 陳英楠 申請(qǐng)人:天津大學(xué)