一種輕烴深冷分離回收裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及輕烴回收領域，進一步地說，是涉及一種輕烴深冷分離回收裝置及方法。特別適應于乙烯裝置上，以乙烷為主要裂解原料時，分離部分要求有較高的乙烯和氫氣回收率的地方。
【背景技術】
[0002]乙烯裝置的裂解原料主要有乙烷、丙烷、飽和LPG、石腦油、加氫尾油和輕柴油等，一般原料越輕乙烯的收率越高，裝置的能耗也越低。隨著國內/外液化天然氣(LNG)開發產量的不斷提高，以及頁巖氣的大量開發利用，以乙烷為主要裂解原料的乙烯裝置勢必會得到進一步的發展和應用。
[0003]重質原料裂解氣中CH4、C3s及以上的重質組分產量較高，而乙烷裂解產物中H2和乙烷含量非常高、重組分產量卻極小。國內現有的乙烯裂解深冷分離工藝流程，主要針對目前我國普遍存在的液相重質原料定制的(見圖1)，不太適于輕組分含量很高的乙烷等氣相原料裂解氣的分離。例如:以石腦油為裂解原料時，乙烯收率可達到99.6%、氫氣純度95mol%以上。而用于分離乙烷裂解氣時，氫氣純度僅為86mol% ;乙烯損失高達3.3 %，對于一套百萬噸級的乙烯裝置，即相當于約4噸/小時的乙烯損失量，浪費嚴重。
[0004]國外已有的輕烴裂解裝置，其分離技術也存在著高附加值的乙烯和氫氣產品收率不是很高、氫氣還需要另設變壓附裝置(PSA)提純的問題，造成經濟效益的一定損失或裝置投資的額外增加。
【發明內容】
[0005]為解決現有技術中出現的問題，本發明提供了一種輕烴深冷分離回收裝置及方法。用于分離以乙烷為主要原料的裂解氣時，可以大幅度地提高乙烯的回收率和氫氣純度，使之達到可與現有石腦油原料分離流程相當的程度。
[0006]本發明的目的之一是提供一種輕烴深冷分離回收裝置。
[0007]包括:脫甲烷塔、碳二回收塔、1#?7#尾氣換熱器、1#?3#脫甲烷塔進料分離罐，
[0008]所述裝置設置有甲烷/氫分離系統，包括:1#尾氣換熱器、氫/甲烷分離罐和氫氣分流控制器；3#脫甲烷塔進料分離罐頂部管線經1#尾氣換熱器后連接氫/甲烷分離罐，氫/甲烷分離罐底部管線經1#尾氣換熱器后連接脫甲烷塔；氫/甲烷分離罐頂部出口管線上設置氫氣分流控制器，氫氣分流控制器的分流管線連接氫氣甲烷膨脹機系統；
[0009]脫甲烷塔頂部連接碳二回收塔，碳二回收塔內設置冷凝器，碳二回收塔底部連接脫甲烷塔，碳二回收塔頂部連接氫氣甲烷膨脹機系統；
[0010]氫氣甲烷膨脹機系統包括:膨脹機入口混合罐、膨脹機、出口分離罐；氫氣分流控制器的分流管線與碳二回收塔頂部管線合并后連接膨脹機入口混合罐，膨脹機入口混合罐頂部連接膨脹機，膨脹機出口管線和膨脹機入口混合罐出口管線合并后連接出口分離罐，出口分離罐底部管線分成兩支，一支連接碳二回收塔內的冷凝器，另一支經尾氣換熱器后送出界外。
[0011]其中，
[0012]所述碳二回收塔采用分凝分餾塔型式。
[0013]本發明的目的之二是提供一種輕烴深冷分離回收方法。
[0014]包括:
[0015]I)干燥脫水的裂解氣經換熱和冷卻后，由1#、2#和3#脫甲烷塔進料氣液分離罐分離出其中的液相，自下而上依次作為脫甲烷塔的第一、第二和第三股進料；
[0016]2)3#脫甲烷塔進料氣液分離罐的氣相經1#尾氣換熱器換熱后進入氫/甲烷分離罐，氫/甲烷分離罐分離的液相經1#尾氣換熱器換熱后作為脫甲烷塔的第四股進料；氫/甲烷分離罐分離的氣相部分作為高壓氫氣送出界外，部分分流至氫氣甲烷膨脹機系統；
[0017]3)脫甲烷塔頂氣相送入碳二回收塔，回收乙烯，碳二回收塔塔底回流至脫甲烷塔；
[0018]4)碳二回收塔頂氣相與甲烷/氫分離系統分流出的氫氣匯合，進入膨脹機入口混合罐，氣相作為膨脹機的進料，液相與膨脹機出口物料混合，進入出口氣液分離罐，分出的氣相為第二股氫氣產品，分出的液相一部分為碳二回收塔內的冷凝器提供冷量，另一部分為尾氣換熱器提供深冷冷量。
[0019]甲烷/氫分離系統所需的深冷冷量，不是全部由該系統分離出的氫氣和甲烷節流產生，68?83%的冷量由膨脹機提供；
[0020]步驟(2)中，氫/甲烷分離罐分離的氣相分流至氫氣甲烷膨脹機系統的比例在63?100%之間。
[0021]步驟(3)中，碳二回收塔進料以甲烷為主，塔頂溫度_108°C以下。
[0022]步驟(4)中，膨脹機進料中氫氣的體積百分含量為83?92%。
[0023]本發明可以通過以下技術方案來實現:
[0024]所述輕烴深冷分離工藝流程含有一套裂解氣激冷系統。
[0025]激冷系統中含有若干臺串聯的板翅式尾氣換熱器(放在冷箱內)、多個脫甲烷塔進料氣液分離罐和一個甲烷/氫分離器系統。
[0026]激冷系統的功能主要是冷卻裂解氣，為脫甲烷塔提供進料，并分離氫氣。其所需要的冷量主要由丙烯冷劑、乙烯冷劑和氫/甲烷膨脹機系統提供，同時回收循環乙烷、脫甲烷塔釜液、氫氣和甲烷尾氣等的冷量。
[0027]所述甲烷/氫分離系統含有一個最冷的尾氣換熱器、一臺氫/甲烷分離罐和一個氣氣分流控制器。所述氫<氣分流控制器，分流比例在63?100%之間，分出的氫<氣送往下游氫/甲烷膨脹機。該系統分離出的液相甲烷，不是直接做甲烷產品，而是返回尾氣換熱復熱至-1orc后，用作脫甲烷塔的最上一股進料，以進一步回收其中的碳二組分。
[0028]所述輕烴深冷分離工藝流程采用高壓脫甲烷技術，單塔，塔壓在2.9?3.2MPaG之間，有四股進料，由最冷(-lore ) 一級的乙烯冷劑冷凝回流。在脫甲烷塔頂部代替原有的回流罐，另設置一臺碳二回收塔，采用分凝分餾塔(CFT)型式，由氫/甲烷膨脹機出口的一部分液相甲烷提供冷量，回收乙烯。
[0029]所述輕烴深冷分離工藝流程還含有一套氫氣、甲烷膨脹/再壓縮機系統，包括氫/甲烷膨脹機、甲烷尾氣再壓縮機和氫氣再壓縮機各一臺。
[0030]所述氫/甲烷膨脹機，其進料主要為低溫H2，視設計制造的需要，可以為一段也可分為二段，入口設氫/甲烷混合罐，出口設氣液分離罐。設置節流減壓閥與膨脹機平行，用于液相自入口混合罐至出口分離罐的直接輸送。
[0031]所述氫/甲烷膨脹機系統，除了首先為甲烷/氫分離系統和碳二回收塔提供冷量夕卜，還可將碳二回收塔頂甲烷中的H2回收干凈，并能再次分離出純度較高的氫氣產品。
[0032]本發明的效果是:通過大比例的分流氫氣，與甲烷一起進入膨脹機，不但可以直接分離出一股純度為92?97mol%的氫氣，還可以為激冷系統、碳二回收塔頂提供最冷一級的冷量，從而分離出一股濃度在95?99mol%之間的高壓、高純氫氣，并使整個激冷和脫甲烷系統中乙烯損失率降低至0.039?0.084%的超低水平。甲烷尾氣中氫氣損失可控制在0.3%以內。
[0033]用碳二回收塔代替脫甲烷塔回流罐，可以使乙烯回收率提高0.5個百分點，對于一套100萬噸/年乙烯輕烴裝置，相當于多回收乙烯約622kg/h，每年增加產量近5000萬
J Li ο
【附圖說明】
[0034]圖1現有技術的工藝流程示意圖之一
[0035]圖1標記說明:
[0036]I?7-1#?7#尾氣換熱器；8_甲烷再壓縮機；9_出口水冷器；10_甲烷尾氣；
11-低壓甲烷；12-高壓氫氣；14-循環乙烷；17-裂解氣；18-烴液；19-預脫甲烷塔釜液；20-脫甲烷塔釜液；21_循環乙烷汽化器；22_預脫甲烷塔進料冷卻器；23_預脫甲烷塔進料分離罐；24?26-1?3#脫甲烷塔進料分離罐；27_氫/甲烷分離罐；28_脫甲烷塔第一進料激冷器；29_脫甲烷塔第二進料激冷器；30_預脫甲烷塔；31_預脫甲烷塔再沸器；32_預脫甲烷塔冷凝器；33_脫甲烷塔；34_脫甲烷塔再沸器；35_脫甲烷塔冷凝器；37_回流泵；
38-回流罐；40_甲烷尾氣膨脹機。
[0037]圖2本發明的工藝流程示意圖
[0038]圖2標記說明:
[0039]I?7-1#?7#尾氣換熱器；8_甲烷再壓縮機；9_甲烷水冷器；10_甲烷尾氣；
12-高壓氫<