專利名稱：雙塔氣體分餾裝置及分餾方法
技術領域：
本發明涉及石油化工設備與工藝，具體是指無輕組分氣體排放、高丙烯回收率雙塔氣體分餾裝置。
本發明還涉及所述雙塔氣體分餾裝置用于分餾的方法。
背景技術：
氣體分餾裝置是重要的煉油生產裝置之一。它是將液化石油氣分離成丙烯、丙烷、碳四組分和戊烷產品。氣體分餾裝置的產品可作為聚丙烯裝置、MTBE裝置和烷基化裝置原料。
目前，國內占主導地位的傳統氣體分餾裝置為三塔流程，即——液化石油氣先進入脫丙烷塔，將C2，C3組分和較重的C4，C5組分分離；——從脫丙烷塔頂餾出的C2，C3組分進入脫乙烷塔分餾，脫乙烷塔主要目的是脫除輕組分C2，以便能夠獲得高純度的精丙烯(95～99.8)％，但在脫除C2的同時，大量C3也從塔頂逸出；——脫除C2的釜液進入丙烯塔，最終得到精丙烯和C3釜液。
脫丙烷塔底的C4，C5組分如還需分離，可依次進入脫碳四塔和脫戊烷塔。，但這種五塔流程較少應用。
所述C2指碳二組分如乙烯、乙烷等；所述C3指碳三組分如丙烯、丙烷等；所述C4指碳四組分如丁烯、丁烷等；所述C5指碳五組分如戊烯、戊烷等。
在上述三塔流程中，為了獲得純度較高的精丙烯產品，必須通過脫乙烷塔將乙烷等輕組分從C3組分中除去。而C2組分從脫乙烷塔塔頂脫除的同時，因氣液相平衡的規律，會使一部分丙烯伴隨C2組分一同從塔頂逸出。脫乙烷塔頂氣相餾出物中C3組分的摩爾濃度通常都在60％以上，而這部分氣體大多是作為燃料氣燒掉，因此造成大量的丙烯損失。現有三塔流程丙烯回收率達到95％已經是接近極限，很難再進一步提高。
現有三塔流程中，丙烯損失共有三處一是脫丙烷塔的釜液，二是脫乙烷塔的塔頂氣相餾出物，三是丙烯塔塔釜液體。
以某12萬噸氣體分餾裝置為例，其丙烯損失如表1所示
表1某12萬噸氣體分餾裝置丙烯損失
從表1數據可以看出，脫乙烷塔的丙烯損失率為78.91％，占了氣體分餾裝置丙烯損失的主要部分。因而要大幅度提高丙烯回收率，唯一有效的辦法是取消脫乙烷塔。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術存在的缺陷，提供一種雙塔氣體分餾裝置，提高原料液化石油氣的質量指標，使原料中C2組分濃度控制在0.001～0.2％(mol)范圍內，從而達到取消脫乙烷塔的目的，并獲得較高的丙烯回收率(可達98％以上)，同時降低設備費用和操作費用。
本發明的目的還在于提供采用所述雙塔氣體分餾裝置用于氣體分餾的方法。
本發明的雙塔氣體分餾裝置由脫丙烷塔、丙烯塔和換熱器、泵、容器以及連接它們的管道構成；其特點是脫丙烷塔的頂部設有冷凝循環回路；脫丙烷塔的底部設有塔釜再沸循環回路；丙烯塔頂部設有冷凝循環回路；丙烯塔底部設有塔釜再沸循環回路。
圖1是本發明裝置結構示意圖，如圖所示，脫丙烷塔2塔頂產品出口與丙烯塔14入口之間依次通過管道7、泵10、管道8連接。丙烷塔2的塔頂產品通過該管路系統進入丙烯塔14。
脫丙烷塔2頂部設有冷凝循環回路，冷凝循環回路由脫丙烷塔2頂部依次連接管道3、冷凝器4、管道5、回流罐6、管道7、泵10、管道9形成的回路構成。
脫丙烷塔2底部設有塔釜再沸循環回路，塔釜再沸循環回路由脫丙烷塔2底部依次連接管道11、再沸器12、管道13形成的回路構成。
脫丙烷塔2底部設有塔底產品輸出管道29。
丙烯塔14頂部設有冷凝循環回路，冷凝循環回路由丙烯塔14頂部依次連接管道15、冷凝器16、管道17、回流罐18、管道19、泵21、管道22形成的回路構成。
丙烯塔設有塔頂精丙烯產品采出管道20，或塔精餾段靠近塔頂處設有精丙烯產品側線采出管道30。
例如，管道22上接精丙烯產品的輸出管道20。或者丙烯塔精餾段設精丙烯產品側線采出管道30，當原料液化氣C2組成不合格時，可通過該管道采出合格的精丙烯；保證精丙烯產品始終合格。
丙烯塔14底部設有塔釜再沸循環回路，塔釜再沸循環回路由丙烯塔14底部依次連接管道23、再沸器24、管道25形成的回路構成。
丙烯塔14塔底設有塔釜產品出口，依次連接輸出塔釜產品的管道26、泵27、管道28。
本發明裝置用于氣體分餾的方法包括——控制原料中的C2組分濃度在0.001～0.2％(mol)內，原料液化氣經過管道1進入脫丙烷塔2；——控制脫丙烷塔2的壓力為1.6～2.2Mpa，回流液溫度為30～50℃；通過調整回流比，可以有效地控制塔頂產品的質量；脫丙烷塔(2)塔底設有再沸器，用于控制塔底產品質量。
——脫丙烷塔2的塔頂產品直接進入丙烯塔14；不再象傳統流程先經過脫乙烷塔。
——控制丙烯塔14的壓力為1.2～2.0Mpa，回流液溫度為30～50℃；丙烯塔14的塔底產品為丙烷。
通過調整回流比，可以有效地控制塔頂產品的質量。
脫丙烷塔(2)塔底設有再沸器，用于控制塔底產品質量。丙烯塔(14)的塔底產品為丙烷，塔頂產品為純度95～99.8％(mol)的精丙烯。
——當原料中C2濃度合格時，丙烯塔產品由塔頂管道20采出。一旦發現原料中C2濃度過高，作為臨時措施可從側線管道30采出精丙烯，同時從回餾罐氣相管道31排放少量C2組分。這樣就保證了雙塔氣體分餾裝置在原料不合格條件下也能生產出合格的精丙烯產品。一旦原料恢復正常，則仍改回由管道20采出丙烯產品。
本發明與現有技術相比，具有如下優點1、流程簡單，丙烯回收率高本發明提出雙塔氣體分餾新流程，即取消原有的脫乙烷塔，僅保留脫丙烷塔和丙烯塔，使流程更加簡單。
雙塔新流程是通過降低原料液化氣中C2組分濃度至0.001～0.2％(mol)來實現的。本發明避免了丙烯由脫乙烷塔頂氣體帶出的損失，提高了產品回收率，降低了操作費用，對12萬噸氣體分餾裝置可增加效益873.2萬元/年。氣體分餾裝置可將原料液化氣中的丙烯分離并提純至95～99.8％(mol)純度。
2、節省了投資和操作費用本發明取消了脫乙烷塔和附屬的機泵、換熱器等部件以及連接管道，較大地降低了設備投資。另外，還節省了脫乙烷塔及附屬設備的操作維修費用。
具體實施例方式
某12萬噸氣體分餾裝置，原采用三塔流程，脫乙烷塔塔頂連續排放脫乙烷氣。脫丙烷塔釜液中丙烯濃度控制在0.1％以下，實際分析值經常為零，也即脫丙烷塔塔釜丙烯損失很小，每小時丙烯損失僅10kg左右。丙烯塔釜液丙烷濃度控制在不低于97％，實際丙烷濃度經常在98％左右，其余為丙烯，該釜液每小時丙烯損失控制在60kg以下。裝置丙烯回收率長期保持在95％左右，故大部分丙烯損失系由脫乙烷塔塔頂逸出。
該裝置于2004年3月進行切處脫乙烷塔試驗。試驗試驗期間根據生產記錄有關工藝參數摘要如下原料中C2濃度控制在0.03％(mol)以下；脫丙烷塔操作壓力1.78Mpa，回流溫度35～36℃，塔頂溫度45～47℃，塔釜溫度108℃。
丙烯塔操作壓力1.36Mpa，回流溫度30.7～31℃，塔頂溫度32.1～32.4℃，塔釜溫度44～44.8℃。試驗連續運轉17天，精丙烯產品濃度為99.7～99.92％(vol％)，脫丙烷塔釜液丙烯濃度為0～0.03％(vol％)，丙烯塔釜液濃度為97.3～98.3％(vol％)。
經濟效益分析比較工業裝置的優劣，最終體現在經濟效益上。現以某12萬噸氣體分餾裝置為研究對象，將按本發明中新流程的計算結果和原有流程進行比較。考察兩種流程的產品產量和公用工程消耗，分析各自的經濟效益。裝置效益計算和產品價格、公用工程價格直接聯系，由于這些價格隨時間、地域波動較大，因此針對某個氣體分餾裝置的效益比較必須結合具體情況，進行詳細的效益計算才能得到。
效益計算方法效益計算采用以下的公式效益＝產品銷售收入-操作費用這里的經濟效益分析只是對兩種流程的經濟效益作比較，因此可以只考慮產品銷售收入和操作費用。
與氣體分餾裝置有關的產品價格和公用工程價格如下精丙烯5000元/噸，燃料氣1000元/噸，循環水0.5元/噸，蒸汽90元/噸。
效益比較基準本發明與三塔流程在相同條件下進行比較，規定如下的比較基準(1)兩種流程原料完全一樣；(2)各產品的質量要求完全一樣，精丙烯產品中要求丙烯純度為99.6％(mol)，丙烷產品中要求丙烷純度為97％(mol)。
(3)新流程節省的塔釜再沸器負荷按當量蒸氣計價，節省的冷凝器負荷按當量循環水計價。
(4)假設原流程脫乙烷氣排放燃料氣管網。
經濟效益計算丙烯回收率增加產生的經濟效益取消脫乙烷塔后，塔頂氣不再排放，則丙烯增產為232kg/hr，若年操作時數按8000小時計，相當于每年可增加丙烯產量1856噸。精丙烯和燃料氣差價為4000元/噸，則增加的丙烯回收部分年經濟效益為742.4萬元。
3.3.2節省脫乙烷塔的操作、維修費用根據模擬計算，原脫乙烷塔的冷凝器和再沸器的熱負荷分別為-0.485Mkcal/h和0.566Mkcal/h。若按循環水和蒸汽進行計價，則水費和蒸汽費分別為24.4萬元/年和86.4萬元/年。合計110.8萬元/年。
脫乙烷塔的設備維修費用按平均20萬元/年計。
取消脫乙烷塔后，可減少泵2臺，其操作費用節省暫不計入。
對12萬噸氣體分餾裝置上述三項費用節省共計增加效益873.2萬元/年。
權利要求
1.一種雙塔氣體分餾裝置，由脫丙烷塔、丙烯塔和換熱器、泵、容器以及連接它們的管道所組成；其特征在于脫丙烷塔的頂部設有冷凝循環回路；脫丙烷塔的底部設有塔釜再沸循環回路；丙烯塔頂部設有冷凝循環回路；丙烯塔底部設有塔釜再沸循環回路。
2.根據權利要求1所述的雙塔氣體分餾裝置，其特征在于脫丙烷塔(2)頂部的冷凝循環回路由脫丙烷塔(2)頂部依次連接管道(3)、冷凝器(4)、管道(5)、回流罐(6)、管道(7)、泵(10)、管道(9)形成的回路構成；脫丙烷塔(2)底部的塔釜再沸循環回路由脫丙烷塔(2)底部依次連接管道(11)、再沸器(12)、管道(13)形成的回路構成。
3.根據權利要求1或2所述的雙塔氣體分餾裝置，其特征在于丙烯塔(14)頂部的冷凝循環回路由丙烯塔(14)頂部依次連接管道(15)、冷凝器(16)、管道(17)、回流罐(18)、管道(19)、泵(21)、管道(22)形成的回路構成；丙烯塔(14)底部的塔釜再沸循環回路由丙烯塔(14)底部依次連接管道(23)、再沸器(24)、管道(25)形成的回路構成。
4.根據權利要求1所述的雙塔氣體分餾裝置，其特征在于丙烯塔設有塔頂精丙烯產品采出管道(20)，或塔精餾段靠近塔頂處設有精丙烯產品側線采出管道(30)。
5.權利要求1所述的裝置用于氣體分餾的方法，其特征在于包括——控制原料中的C2組分濃度在0.001～0.2％mol，原料液化氣經過管道(1)進入脫丙烷塔(2)；——控制脫丙烷塔(2)的壓力為1.6～2.2Mpa，回流液溫度為30～50℃；通過調整回流比，可以有效地控制塔頂產品的質量；脫丙烷塔(2)塔底設有再沸器，用于控制塔底產品質量；——脫丙烷塔(2)的塔頂產品直接進入丙烯塔(14)；——控制丙烯塔(14)的壓力為1.2～2.0Mpa，回流液溫度為30～50℃；丙烯塔(14)的塔底產品為丙烷。
全文摘要
本發明涉及一種雙塔氣體分餾裝置，由脫丙烷塔、丙烯塔和換熱器、泵、容器以及連接它們的管道所組成；其特點是脫丙烷塔的頂部設有冷凝循環回路；脫丙烷塔的底部設有塔釜再沸循環回路；丙烯塔頂部設有冷凝循環回路；丙烯塔底部設有塔釜再沸循環回路。本發明可提高原料液化石油氣的質量指標，使原料中C2組分濃度控制在0.001～0.2％mol范圍內，從而達到取消脫乙烷塔的目的，并獲得較高的丙烯回收率可達98％以上。
文檔編號B01D3/14GK1683042SQ200510033178
公開日2005年10月19日 申請日期2005年2月8日 優先權日2005年2月8日
發明者陸恩錫, 張慧娟, 潘琪 申請人:華南理工大學, 中國石油化工股份有限公司