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入水合吸收塔與漿液在漿液中進行提濃，大部分的C2組分通過吸收作用進入塔底，貧氣從塔頂排出進入水合反應器。在水合反應器中所有的C2組分通過形成水合物的形式進入漿液，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行化解，漿液經過冷卻、增壓后循環使用。將吸收作用與水合物法分離過程相結合，利用了吸收過程的提濃作用，水合法分離過程對于低濃度氣體分離效率高的優點，得到的C2產品濃度99.6%，可以直接進入乙烯塔。本發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
【技術領域】
[0001]本發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、乙烷的設備和方法，屬于化工技術。
【背景技術】
[0002]作為石化行業的支柱產業，乙烯工業歷來在國民經濟中占有重要地位。隨著我國經濟的迅速發展，對乙烯的產量要求越來越高，現有乙烯裝置已經不能滿足市場需求。
[0003]目前聚合級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沸點不同的原理進行分離的。同時，由于常壓下各組分沸點都很低，所以通過提高壓力的方法來提高物質沸點。整個流程有兩個關鍵的部分，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，工藝操作復雜。有資料指出，脫甲烷塔系統的冷量占分離過程總冷量消耗的42%。冷箱是提供整個流程的換熱場所，一般工作壓力為3.5兆帕，最低換熱溫度超過-160攝氏度。極端的條件對冷箱材質的要求很苛刻，造成冷箱制造成本很高，同時也有很高的安全隱患。以上兩方面原因造成現有乙烯廠擴能增效存在明顯瓶頸，同時也造成新建乙烯廠投資過高。
[0004]乙烯的另一個來源是煉油廠中催化裂化干氣，其主要成分包括氫氣、氮氣、甲烷、乙烯、乙烷等。由于目前缺乏成熟的回收技術，目前大部分干氣主要作為燃料氣直接燃燒，也有一些技術利用干氣來制取乙苯。有資料指出，目前我國干氣產量約為520萬噸，其中含有乙烯約一百萬噸。同時，隨著多產烯烴的催化裂解工藝不斷開發，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，這也是煉油企業降低乙烯生產成本和實現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，以及催化裂化屬于高溫過程，一般沒有深冷所需冷源，目前尚未見有工業裝置報道。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組分逐一分離。通過對吸收液的解吸和初步分離可得到乙烯的質量分數為84%以上的C2組分，乙烯的回收率可達95%以上。但是油吸收存在著回收率不高、純度不夠聚合級以及能耗高的問題，應用也不是很廣泛。
[0006]綜上，為了有效回收乙烯，開發操作條件溫和、能耗低、回收率高、純度達標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。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構中分解出來，從而達到氣體分離的目的。相比于其他方法，水合物分離法最突出的優點就是能夠在O攝氏度左右實現低沸點氣體的分離，而常規深冷方法需要在最低-160攝氏度的條件下操作。從這個角度，水合物法大大提高了分離溫度，使得工業裝置的運行、操作更加方便。
【發明內容】
[0008]本發明針對現有技術的不足，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，具體技術方案如下:
[0009]本發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進口相連接。氣提分流器13 —個出口為產品出口，另一個出口為氣提出口，氣提出口與氣提增壓機9進口連接。氣提增壓機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。漿液補充管與漿液混合器26的漿液補充口相連。漿液混合器26的出口與水合反應器6的漿液入口相連。水合反應器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以及水合反應器6的形式不限，一切有利于氣液相接觸且傳熱良好的設備都可使用。
[0011]本發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2中增壓后進入水合吸收塔6中部。壓縮原料氣3、氣提氣10與水合漿液8在水合吸收塔內發生氣液相接觸，大量的氮氣、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經過氣提分流器13的分流作用形成產品氣12以及回流氣11，回流氣11經過氣提壓縮機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，經過漿液分流器18的分流作用，形成排出漿液19以及內循環漿液20。內循環漿液20經過換熱器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漿液27。總循環漿液27與貧氣7在水合反應器中發生水合物生成反應，乙烯、乙烷等重組分全部生成水合物，而甲烷、氮氣等輕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頂部的液相入口進入。
[0012]具體技術條件為:壓縮機2出口壓力為2~4Mpa ;水合吸收塔4操作壓力2~4Mpa，水合反應器6中操作壓力2~lOMpa，溫度_10°C~10°C。在水合反應器6中貧氣與總循環漿液27進行水合反應，所有的乙烯、乙烷等重組分全部形成水合物，而氮氣、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]本發明具有以下優點:
[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。用常規深冷法分離時，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。同時需要工藝要求極高的冷箱提供換熱場所，投資、操作費用都很高。而本工藝只需要在O攝氏度附近就能完成乙烯、乙烷等重組分與氮氣、甲烷等輕組分的分離，只需要液氨等低品位制冷劑，操作費用、投資費用大大降低。普通吸收法只能得到體積分數84%的粗乙烯，而本流程能得到99.6%以上的C2產品，C2產品回收率能達到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烴類分子的良好選擇性，另一方面充分利用了油對烴類分子的吸收作用來進行粗處理。相比普通深冷法，改工藝能耗降低17%，操作費用降低30%。
[0016]本發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、乙烷等有顯著經濟價值的組分
[0018](2)用于乙烯裂解氣的分離中，用來取代冷箱、脫甲烷塔這兩個能耗最大的部分，讓改工藝的產品直接進入乙烯塔進行乙烯與乙烷的分離。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明工藝流程示意圖。
具體實施方案
[0020]以下結合附圖和 具體實施方案對本發明進行更詳細的介紹，但不對本發明的可實施范圍構成任何限定。
[0021]裝置如圖1所示:壓縮機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進口相連接。氣提分流器13 —個出口為產品出口，另一個出口為氣提出口，氣提出口與氣提增壓機9進口連接。氣提增壓機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。漿液補充管與漿液混合器26的漿液補充口相連。漿液混合器26的出口與水合反應器6的漿液入口相連。水合反應器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以及水合反應器6的形式不限，一切有利于氣液相接觸且傳熱良好的設備都可使用。
[0023]本發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2中增壓后進入水合吸收塔6中部。壓縮原料氣3、氣提氣10與水合漿液8在水合吸收塔內發生氣液相接觸，大量的氮氣、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經過氣提分流器13的分流作用形成產品氣12以及回流氣11，回流氣11經過氣提壓縮機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，經過漿液分流器18的分流作用，形成排出漿液19以及內循環漿液20。內循環漿液20經過換熱器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漿液27。總循環漿液27與貧氣7在水合反應器中發生水合物生成反應，乙烯、乙烷等重組分全部生成水合物，而甲烷、氮氣等輕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頂部的液相入口進入。
[0024]具體技術條件為:壓縮機2出口壓力為2~4Mpa ;水合吸收塔4操作壓力2~4Mpa，水合反應器6中操作壓力2~lOMpa，溫度_10°C~10°C。在水合反應器6中貧氣與總循環漿液27進行水合反應，所有的乙烯、乙烷等重組分全部形成水合物，而氮氣、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，總循環漿液27的質量流量為37875.911kg/hr。標準狀態下水合反應器6中氣液比為100:1。
[0027]壓縮機2將原料氣I壓縮到3Mpa，水合吸收塔4在3Mpa下操作，總平衡級數15，壓縮原料氣在第8級進料。水合物化解器16在0.1Mpa下絕熱閃蒸，進行化解。換熱器21將內循環漿液20冷卻到O V，水合物反應器6在O °C，3Mpa條件下操作。氣提壓縮機將回流器壓縮到3Mpa從水合吸收塔4的塔底進入。分離的結果如表格I。表格I顯示，產品氣12中C2+摩爾分數99.9%以上，回收率99.3%以上，實現了 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果:
[0029]
【權利要求】
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(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 )進口相連接；氣提分流器(13 ) —個出口為產品出口，另一個出口為氣提出口，氣提出口與氣提增壓機(9)進口連接；氣提增壓機(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 ；漿液補充管與漿液混合器(26)的漿液補充口相連；漿液混合器(26)的出口與水合反應器(6)的漿液入口相連；水合反應器(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(2)中增壓后進入水合吸收塔(6)中部；壓縮原料氣(3 )、氣提氣(10 )與水合漿液(8 )在水合吸收塔內發生氣液相接觸，大量的氮氣、甲烷氣體在水合吸收塔(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)經過氣提分流器(13)的分流作用形成產品氣(12)以及回流氣(11)，回流氣(11)經過氣提壓縮機(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，經過漿液分流器(18 )的分流作用，形成排出漿液(19)以及內循環漿液(20);內循環漿液(20)經過換熱器(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漿液(27);總循環漿液(27)與貧氣(7)在水合反應器中發生水合物生成反應，乙烯、乙烷等重組分全部生成水合物，而甲烷、氮氣等輕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 )頂部的液相入口進入。
3.如權利要求2所述的方法，其特征是所述壓縮機(2)出口壓力為2~4Mpa。
4.如權利要求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.如權利要求2所述的方法，其特征是所述水合反應器(6)中操作壓力2~IOMpaJ^度-1OO ~IOO。
6.如權利要求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.如權利要求2所述的方法，其特征是所述氣提增壓機(9)出口壓力為2~4Mpa。
8.如權利要求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】C07C7/00GK103772106SQ201310749479
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】李鑫鋼, 王玨, 辛峰, 李永紅, 陳超, 李優, 史榮會, 陳英楠 申請人:天津大學