專利名稱：：降低脫甲烷塔乙烯損失和能耗的分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的分離方法，涉及乙烯裝置中甲烷與碳二及其以上重組分的分離。
背景技術(shù)：
：以石油烴為原料，在管式裂解爐內(nèi)發(fā)生高溫?zé)崃呀馐悄壳吧a(chǎn)乙烯的主要方法。除此之外，生產(chǎn)乙烯的其它方法還包括工業(yè)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(xiàn)乙烯原料路線由石油向煤和天然氣轉(zhuǎn)變的途徑之一。據(jù)預(yù)測到2020年中國石油對外依存度將達(dá)到60%—62%，為應(yīng)對石油供應(yīng)的嚴(yán)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(MethanoltoOlefins,甲醇制烯烴)、MTP(MethanoltoPropylene,甲醇制丙烯)技術(shù)正是適應(yīng)了這一要求。裂解產(chǎn)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(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的過程之一。衡量一種分離方法優(yōu)劣的主要指標(biāo)是設(shè)備投資、生產(chǎn)能耗和產(chǎn)品回收率，尤其是主要產(chǎn)品乙烯的回收率最受關(guān)注。一般而言，上述指標(biāo)是相互矛盾和制約的。因而一個好的分離方法應(yīng)該是兼顧各方，實現(xiàn)靈活和低成本的生產(chǎn)。因此，對裂解原料實施基于分離塔嚴(yán)格機理模型的流程優(yōu)化設(shè)計對減少設(shè)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(chǎn)工藝還是以甲醇為原料的乙烯生產(chǎn)工藝，烯烴分離提純過程都包含了脫甲烷塔系統(tǒng)，脫碳二系統(tǒng)和脫碳三系統(tǒng)等三個主要部分。其中，脫甲烷系統(tǒng)是整個分離和產(chǎn)品提純的關(guān)鍵。無論在設(shè)計上考慮，還是工藝上的安排，也都是圍繞脫甲垸塔系統(tǒng)這一中心來進(jìn)行的。脫甲垸塔系統(tǒng)包括兩個部分第一部分是原料的預(yù)冷，即高溫的反應(yīng)產(chǎn)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(fù)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(fù)荷的12%。由此可見脫甲烷塔系統(tǒng)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(fā)生在脫甲垸過程和乙烯精餾過程。其中脫甲烷塔系統(tǒng)的乙烯損失占到乙烯損失總量的60%甚至更多。由于原料預(yù)冷和脫甲烷塔兩部分的冷劑消耗占整個分離過程冷負(fù)荷消耗的50%以上，因此改進(jìn)脫甲烷塔系統(tǒng)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(tǒng)的乙烯損失占到了乙烯損失總量的60%以上，因而，優(yōu)化脫甲烷塔的操作對于降低乙烯損失也具有明顯作用。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種可以降低脫甲烷系統(tǒng)的乙烯損失和能耗的分離方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下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(jìn)入汽液閃蒸罐進(jìn)行汽液分離；步驟2汽液分離后液相部分作為進(jìn)料直接進(jìn)入脫甲烷塔；對氣相部分，則采用循環(huán)乙烷和循環(huán)丙垸混合物進(jìn)行洗滌，實現(xiàn)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(jìn)入燃料氣系統(tǒng)；洗滌后的吸收了乙烯的液相循環(huán)乙烷和循環(huán)丙烷作為脫甲垸塔的另外一股液相進(jìn)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(jìn)行逐級冷凝。所述步驟2中的循環(huán)乙烷和循環(huán)丙垸混合物為經(jīng)節(jié)流膨脹降溫后獲取的低溫洗滌液。所述步驟2中經(jīng)循環(huán)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(yù)分離，得到一股不需進(jìn)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(jìn)料中氫氣的含量和脫甲烷塔的處理負(fù)荷。步驟2所述的循環(huán)乙垸和循環(huán)丙烷洗滌吸收氣相中的乙烯過程的操作壓力是1.03.5MPa。步驟2所述的脫甲烷塔的操作壓力是1.03.5MPa。本發(fā)明所達(dá)到的效果1.降低了對脫甲烷塔低溫冷劑的消耗由于本發(fā)明中甲烷、氫和乙烯的預(yù)分離過程，實現(xiàn)了大約60%左右的氫氣不必進(jìn)入脫甲烷塔，而是隨氣相直接進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)，而吸收了乙烯的循環(huán)乙烷和循環(huán)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(fù)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(jìn)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(yīng)降低。3.采用冷卻水和不同等級的冷劑對混合物進(jìn)行逐級降溫冷卻，降低了物料冷卻過程的有用功損失。圖1是現(xiàn)有設(shè)計脫甲垸塔流程圖2是本發(fā)明脫甲烷塔流程附圖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(jīng)干燥器干燥之后的裂解氣；⑦為經(jīng)閃蒸罐汽液閃蒸后的氣相裂解氣;⑧為經(jīng)閃蒸罐汽液閃蒸后的液相裂解氣;⑨為循環(huán)丙烷回流液；⑩為去燃料氣系統(tǒng)的甲烷氫；為脫甲垸塔塔釜液。流程簡圖中的設(shè)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(jīng)干燥器干燥之后的裂解氣；⑦為經(jīng)閃蒸罐汽液閃蒸后的氣相裂解氣;⑧為經(jīng)閃蒸罐汽液閃蒸后的液相裂解氣;⑨為富含乙烯的循環(huán)洗滌液；⑩為去燃料氣系統(tǒng)尾氣；為循環(huán)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(shè)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(jīng)甲醇催化反應(yīng)后生成的主要產(chǎn)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(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入脫甲垸塔之前，先經(jīng)壓縮機分段壓縮，在第三段出口的裂解氣首先進(jìn)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(jīng)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(jìn)料位置進(jìn)入脫甲烷塔。本發(fā)明主要是針對脫甲垸系統(tǒng)進(jìn)行了工藝優(yōu)化。本發(fā)明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(jìn)料，氣相@則進(jìn)入到乙烯吸收塔DAIOI，采用經(jīng)節(jié)流膨脹降溫后的循環(huán)乙垸和循環(huán)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(huán)乙烷和丙烷混合物(D作為脫甲垸塔DAIOI的下部液相進(jìn)料，剩余富含甲烷、氫的氣相則直接進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)用作燃料。因脫甲烷塔采用高壓操作，甲垸與乙烯的相對揮發(fā)度較小，為了達(dá)到指定的分離目標(biāo)，必須依靠增加回流比或者增加塔的理論分離級數(shù)的方法來實現(xiàn)之，增加回流比意味著塔的能耗成本增加，增加理論級數(shù)意味著設(shè)備成本增加。而本發(fā)明特征在于將未被冷凝下來的乙烯采用了吸收的方法進(jìn)行回收，同時充分利用了高壓循環(huán)乙垸和丙烷節(jié)流膨脹所獲得的冷量，實現(xiàn)了部分甲烷氫與乙烯的預(yù)分離，有效降低了脫甲烷的進(jìn)料負(fù)荷和分離能耗。以某30萬噸/年乙烯裝置的設(shè)計數(shù)據(jù)為例，用ASPENPLUS流程模擬軟件嚴(yán)格計算其現(xiàn)有設(shè)計的混合物預(yù)冷以及脫甲烷塔流程(具體流程如附圖1所示)與本發(fā)明的混合物預(yù)冷以及脫甲烷塔流程(具體流程如附圖2所示)，比較該兩種方案的能量消耗和乙烯損失。其中，所需分離混合物的壓力為1.03.5MPa;乙烯吸收塔的溫度為-38-28。C，操作壓力為1.03.5MPa;脫甲烷塔的塔頂溫度為-37-32'C，塔釜溫度為818°C，操作壓力為1.03.5MPa。本發(fā)明流程與現(xiàn)有設(shè)計流程的主要區(qū)別在于本發(fā)明流程采用吸收的方法實現(xiàn)了將富含乙烯的氣相裂解氣中乙烯和甲垸、氫的預(yù)分離；如附圖1所示的現(xiàn)設(shè)計的流程中，裂解氣經(jīng)丙烯冷劑冷卻至進(jìn)料溫度后，采用汽液閃蒸分成汽液兩相從不同的進(jìn)料位置進(jìn)入脫甲烷塔，裂解氣中的甲烷、氫等輕組分也全部隨之進(jìn)入。由此可知，本發(fā)明采用的吸收過程，有效降低了脫甲烷塔塔頂氣相負(fù)荷和冷凝負(fù)荷，塔頂甲烷、氫氣混合物中的乙烯損失也有一定程度的降低。對兩種方案進(jìn)行模擬計算的比較如下表1和表2所示表1不同流程方案下脫甲垸塔的進(jìn)料物流表比較<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表2不同流程方案下脫甲烷塔過程模擬計算結(jié)果對比<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>由表1的對比結(jié)果可知，經(jīng)過本發(fā)明的乙烯吸收過程，得到了一股預(yù)分離流股，其乙烯含量僅為1.38%，氣相中的乙烯絕對流量由28.96kmol/h降低到了1.38kmol/h，故可以將該流股直接引入到燃料氣系統(tǒng)，而不影響乙烯收率。由表2的對比結(jié)果可以看出，脫甲烷流程比現(xiàn)始設(shè)計流程的總冷負(fù)荷下降了5%，塔頂氣相負(fù)荷、液相負(fù)荷、乙烯損失以及所需的循環(huán)丙垸流量均有了顯著下降。綜上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。權(quán)利要求1.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(jìn)入汽液閃蒸罐進(jìn)行汽液分離；步驟2汽液分離后液相部分作為進(jìn)料直接進(jìn)入脫甲烷塔；對氣相部分，則采用循環(huán)乙烷和循環(huán)丙烷混合物進(jìn)行洗滌，實現(xiàn)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(jìn)入燃料氣系統(tǒng)；洗滌后的吸收了乙烯的液相循環(huán)乙烷和循環(huán)丙烷作為脫甲烷塔的另外一股液相進(jìn)料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離方法，其特征是所述步驟l中的冷凝過程是采用了冷卻水和三級丙烯冷劑進(jìn)行逐級冷凝。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離方法，其特征是所述步驟2中的循環(huán)乙烷和循環(huán)丙垸混合物為經(jīng)節(jié)流膨脹降溫后獲取的低溫洗滌液。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離方法，其特征是所述步驟2中經(jīng)循環(huán)乙垸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、乙烷和丙烷的混合物，使得部分甲烷和氫氣得到了預(yù)分離，得到一股不需進(jìn)入脫甲烷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(jìn)料中氫氣的含量和脫甲烷塔的處理負(fù)荷。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離方法，其特征是步驟2所述的循環(huán)乙垸和循環(huán)丙烷洗滌吸收氣相中的乙烯過程的操作壓力是1.03.5MPa。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離方法，其特征是步驟2所述的脫甲烷塔的操作壓力是1.03.5MPa。全文摘要本發(fā)明涉及甲醇法制烯烴裂解氣分離流程的優(yōu)化。本發(fā)明以裂解氣分離過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，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(yù)分離、洗滌劑制冷及采用分凝分餾供冷的多種方式。本發(fā)明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(jìn)行回收，同時充分利用了高壓循環(huán)乙烷和丙烷節(jié)流膨脹所獲得的冷量，實現(xiàn)了部分甲烷氫與乙烯的預(yù)分離，有效降低了脫甲烷的進(jìn)料負(fù)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(yōu)化。文檔編號C10L3/00GK101671222SQ20091019730公開日2010年3月17日申請日期2009年10月16日優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日發(fā)明者濤劉,葉貞成,張文理,杜文莉,王松漢,玲趙,鋒錢申請人:華東理工大學(xué)