CN102267850A - 一种低碳烯烃气体的分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低碳烯烃气体的分离方法，以生产乙烯和丙烯等目的产品。该方法是低碳烯烃气体原料经压缩、洗涤和干燥后进入脱乙烷塔，脱乙烷塔的塔底物流分离出丙烯产品，脱乙烷塔的塔顶物流经压缩机四段压缩后进脱甲烷塔与吸收剂接触进行分离，脱甲烷塔的塔底物流进解吸塔，解吸塔的塔顶气相物流进乙炔转化器，然后进乙烯精馏塔生产乙烯产品，解吸塔的塔底物流返回脱甲烷塔上部循环使用。使用本发明方法具有投资少，能耗低、乙烯、丙烯回收率高等优点。

Description

一种低碳烯烃气体的分离方法
技术领域
本发明属于低碳烯烃精制技术领域，涉及一种以含氧化合物(主要是甲醇、乙醇、二甲醚、C4～C10醇化合物或其混合物等)为原料，在生成以低碳烯烃为主要物流(主要是乙烯和丙烯)的连续反应和再生过程中，产物低碳烯烃气体的分离方法。
背景技术
低碳烯烃(乙烯、丙烯、丁二烯)和轻质芳烃(苯、甲苯、二甲苯)是石油化工的基本原料。目前乙烯生产主要依靠轻石脑油原料的管式炉水蒸气裂解工艺。由于原油资源的短缺和价格的日益提高，石脑油资源已经越来越显得不足，低碳烯烃的生产成本越来越高。国内外正积极开发原料来源更丰富的乙烯生产路线，有机含氧化合物原料经金属改性的SAPO类型小孔磷硅酸铝氧化物分子筛的催化作用，可生成以乙烯、丙烯为主的反应产物，正受到国内外的广泛重视，处于工业化阶段。
以甲醇或二甲醚为代表的含氧有机化合物是典型的含氧有机化合物，主要由煤基或天然气基的合成气生产。用以甲醇为代表的含氧有机化合物为原料生产以乙烯和丙烯为主的低碳烯烃工艺目前主要有美国UOP公司的MTO技术(主要专利是美国专利USP6166282、USP5744680；中国专利ZL00137259.9)、美国ExxonMobil公司的MTO技术(主要专利是USP6673978、USP6717023、USP6613950；中国专利ZL00815363.2、ZL00802040.x、ZL03821995.6)、MTP工艺(EP0448000A、DE233975A1)和中国科学院大连化物所的DMTO技术(ZL96115333.4、ZL92109905.3)。
含氧化合物(当前典型采用的是甲醇)制取低碳烯烃工艺(MTO)的反应特点是快速反应、强放热、且醇剂比比较低，是在连续的反应-再生的密相流化床反应器中进行反应和再生。反应生成的富含乙烯和丙烯等低碳烯烃的高温油气，需要进行急冷和水洗，除去其中催化剂和降温后，送往下部烯烃分离***进行分离。MTO工艺装置的目的产品是乙烯和丙烯，副产品液化气、C5以上组分和燃料气。MTO气体的构成与石脑油裂解气有很大的不同，最大的差别在于MTO气体中氢气和甲烷含量较低，丙烯和丙烷含量明显高于石脑油裂解气中丙烯和丙烷含量。如何将这部分富含乙烯和丙烯等低碳烯烃的裂解气体进行分离，提高目的产品乙烯和丙烯的收率，一直受到关注。
WO01/25174披露了一种生产乙烯的方法，该方法的主要特点是：(1)采用前脱乙烷流程，减少脱甲烷塔的进料量；(2)和常规的石脑油裂解生产乙烯装置相比，提高了脱甲烷塔塔顶产品中的乙烯含量，从而提高了脱甲烷塔顶温度，避免采用乙烯冷量；(3)为了回收脱甲烷塔顶气体中的乙烯，将该气体送入变压吸附设施，分离甲烷、氢和乙烯，将回收的乙烯返回氧化反应器出口物料中。该分离方法设备投资低，但由于采用了PSA技术，操作程序较复杂，***维护的工作量较大。
CN101367697A披露了一种MTO/MTP反应产物中轻烃产品的分离方法。该发明是将MTO/MTP反应产物预处理后送入脱乙烷塔进行C2/C3的清晰分离，脱乙烷塔顶气相送到吸收蒸出塔，吸收蒸出塔采用来自油吸收塔的富吸收剂进行吸收，脱乙烷塔塔釜产品进入后续分离***；将吸收蒸出塔顶产品经冷却后送入油吸收塔，油吸收塔采用乙烷作为贫吸收剂，分离吸收蒸出塔塔顶产品中的乙烯，其余轻质气体由塔顶排出，塔釜产品做为富吸收剂返回吸收蒸出塔；吸收蒸出塔塔釜产品进入乙烯塔，塔釜乙烷组分作为贫吸收剂冷却后进入油吸收塔。与现有技术相比，本发明具有投资少、物料回收率高等优点。
CN1157280A披露了一种提高乙烯回收率的轻烃分离方法，该发明是一种高乙烯回收率，节能和低脱甲烷塔负荷的轻烃分离方法，轻烃经过压缩、冷却和闪蒸后得到的气体和液体分别进入高压脱乙烷塔，进行碳二馏分的非清晰切割，高压脱乙烷塔塔低产物进入低压脱乙烷塔进行碳二和碳三馏分的分离，高压脱乙烷塔塔顶产物经过多级冷却和闪蒸得到两股以上的液体作为脱甲烷塔的进料，气液分离罐出口的气体经冷却进入甲烷吸收塔，用液相甲烷作为吸收剂，将气体中99.5％的乙烯吸收下来，而甲烷吸收塔底部出口液体返回脱甲烷塔作为进料，脱甲烷塔釜液去乙炔加氢反应器或乙烯精馏塔。
CN100398498C披露了一种甲醇转化制取低碳烯烃(以下简称DMTO)气体的分离方法，针对DMTO气体构成的特点，对常规前脱乙烷分离流程中四段压缩后的流程进行改进。根据该发明，在五段压缩和脱乙烷塔回流罐之间设置加氢氧转化，脱除乙炔及反应再生过程中产生的氧气，冷凝冷却后的物料经脱乙烷塔回流罐，液相作为脱乙烷塔回流，气相进入深冷脱甲烷***，物料经过冷凝冷却后，并不需要设置繁琐的冷箱前脱氢***，直接进入高压脱甲烷塔。采用本发明分离DMTO气体可获得99.5％以上乙烯回收率。
综上所述，现有技术中涉及的低碳烯烃的分离方法，采用以顺序流程、前脱乙烷流程和前脱丙烷流程为代表的深冷流程，多数应用于乙烯裂解装置，但是，无论哪一种流程为了分离甲烷、氢与碳二烃类都需要深冷，都需要由丙烯压缩机与乙烯压缩机提供多种不同温度等级的冷量，例如需要乙烯冷冻压缩机提供-100℃的冷量。对于低温脱甲烷还需要有甲烷压缩机提供-135℃左右的冷量。除了复杂的冷冻压缩机***外，还需要结构精密的冷箱设备，这些都使得深冷分离流程复杂、投资大。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种低碳烯烃气体的分离方法，以生产乙烯和丙烯等目的产品。
本发明提供一种低碳烯烃气体的分离方法，该分离方法的特征在于包括下述步骤：
1)低碳烯烃气体原料经压缩、洗涤和干燥后进入脱乙烷塔，脱乙烷塔的塔底物流送至脱丙烷塔、丙烯精馏塔，分离出丙烯产品，脱乙烷塔的塔顶物流经压缩机四段压缩后进脱甲烷塔与吸收剂接触进行分离；
2)脱甲烷塔的塔顶气相物流送出装置或进燃料气***，脱甲烷塔的塔底物流为富吸收剂，进解吸塔进行解吸，解吸塔的塔顶物流冷却后，其液相物流返回解吸塔，气相物流进乙炔转化器，然后进乙烯精馏塔生产乙烯产品，解吸塔的塔底物流为解吸后的吸收剂返回脱甲烷塔循环使用。
本发明进一步特征在于：脱甲烷塔的塔顶压力在2.0～2.0MPa范围内，塔顶温度在-30～-38℃范围内。
本发明进一步特征在于：解吸塔的塔顶压力在2.2～2.6MPa范围内，温度在-16～-22℃范围内。
本发明进一步特征在于：脱甲烷塔的塔底物流与解吸塔的塔底物流换热后进解吸塔。
本发明进一步特征在于：脱甲烷塔的塔底物流为富吸收剂，抽出后分成两路，一路进入解吸塔的从塔顶向塔底数的第2层理论塔板，另一路与解吸塔的塔底物流换热后进入解吸塔的从塔顶向塔底数的第10～20层理论塔板，其中进第2层理论塔板的富吸收剂量为10～90重量％，进第10～20层理论塔板的富吸收剂量为10～90重量％，以富吸收剂总重量计。
本发明进一步特征在于：脱乙烷塔的塔顶物流经压缩机四段压缩后进入脱甲烷塔原料罐，脱甲烷塔原料罐的气相物流和液相物流分别送到脱甲烷塔的不同床层与吸收剂接触进行分离。
本发明进一步特征在于：脱乙烷塔的塔顶物流经压缩机四段压缩后进入脱甲烷塔原料罐，脱甲烷塔原料罐的气相物流进入脱甲烷塔的从塔顶向塔底数的第7～13层理论塔板，脱甲烷塔原料罐的液相物流进入脱甲烷塔的从塔顶向塔底数的第14～19层理论塔板。
本发明进一步特征在于：解吸塔的塔底物流为解吸后的吸收剂，冷却后采用单股或多股的进料方式进脱甲烷塔的上部，采用单股进料方式时，从脱甲烷塔的从塔顶向塔底数的第2层理论塔板进料，采用多股进料方式时，分别从脱甲烷塔的从塔顶向塔底数的第2层和第4～7层理论塔板进料，其中进第2层理论塔板的吸收剂量为10～100重量％，进第4～7层理论塔板的吸收剂量为0～90重量％，以解吸后的吸收剂的总重量计。
本发明进一步特征在于：脱甲烷塔的塔底物流为富吸收剂，由脱甲烷塔的塔底抽出后分为两路，一路进入解吸塔的从塔顶向塔底数的第2层理论塔板，另一路与解吸塔的塔底物流换热后进入解吸塔的从塔顶向塔底数的第10～20层理论塔板。其中进第2层理论塔板的富吸收剂量为10～90重量％，进第10～20层理论塔板的富吸收剂量为10～90重量％，以富吸收剂总重量计。
本发明进一步特征在于：所述吸收剂选自C3、C4或C5 +馏分中的一种或一种以上，优选丙烷。
本发明所述压力为表压。
本发明所述的低碳烯烃气体的分离方法适合所有富产低碳烯烃的工业装置，尤其适合炼油工艺的催化裂化装置及其衍生装置、甲醇制烯烃的MTO工艺装置、甲醇制丙烯的MTP装置、甲醇制芳烃的MTA装置，优选应用于MTO工艺装置。
本发明与现有技术相比具有以下几个方面的优越性：
(1)采用本发明所述的方法，针对低碳烯烃气体，尤其是MTO反应气体的特点，采用吸收剂最大化地回收脱甲烷塔顶尾气中的乙烯，提高乙烯的回收率，同时减少丙烷的损失。
(2)采用本发明所述的方法，设置解吸塔，不仅可以提供脱甲烷塔的吸收剂，而且可把脱甲烷塔中的吸收剂解吸出来，再返回脱甲烷塔，完成了吸收剂的循环使用。并且可以降低脱丙烷塔和丙烯精馏塔的进料负荷，降低了装置总投资。
(3)采用本发明所述的方法，脱甲烷塔***可以采用C3、C4和C5 +等馏分的一种或几种作吸收剂，具有较高的分离效率。
(4)采用本发明所述的方法，在脱甲烷塔***设置了吸收剂不同的进料位置，采用单股或多股进料方式，提高了脱甲烷塔的效率，增加了操作的灵活性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。但并不限制本发明的范围。
附图及附图说明
图1是本发明一种MTO反应气分离的工艺原则流程图。
图2是本发明一种脱甲烷塔及解吸塔工艺原则流程图。
图中：1-MTO反应气，2-脱乙烷塔，3-脱乙烷塔塔底物流，4-压缩机四段，5-脱甲烷塔，6-脱甲烷塔顶气相物流，7-解吸塔，8-乙炔转化器，9-乙烯精馏塔，10-乙烯产品，11-乙烷物流，12-四段压缩气，13-脱甲烷塔原料罐，14-脱甲烷塔顶气冷却器，15-燃料气，16-脱甲烷塔顶分液罐，17-解吸塔顶气冷却器，18-解吸塔顶气，19-解吸塔顶回流罐，20-解吸塔塔底重沸器，21-解吸塔底油第一冷却器，22-解吸塔进料换热器，23-解吸塔底油第二冷却器，24-脱甲烷塔塔底重沸器。
具体实施方式
如图1所示，经过压缩机三段压缩、水洗、碱洗/水洗和干燥后的MTO反应气1，进入脱乙烷塔2，将C2以下组分和C3以上组分分离。脱乙烷塔塔底物流3送至脱丙烷塔、丙烯精馏塔，分离出丙烯产品。脱乙烷塔2的塔顶物流经压缩机四段4压缩后成为四段压缩气12，四段压缩气12经逐级连续激冷后进脱甲烷塔原料罐气液闪蒸分离，气相和液相分别进脱甲烷塔5不同位置，在脱甲烷塔5内进行氢、甲烷与碳二组分的分离。脱甲烷塔5的塔顶压力在2.0～3.0MPa范围内，塔顶温度在-30～-38℃范围内。来自解吸塔7底部物流进入脱甲烷塔5顶部作为吸收剂，装置开工时，吸收剂可由装置外引入。装置正常运转时，吸收剂可由丙烯精馏塔底进行补充。脱甲烷塔顶气相物流6(主要是氢气和甲烷)经节流回收冷量后，气相送出装置或进燃料气***。
脱甲烷塔5底物流经解吸塔进料换热器22与解吸塔7的塔底物流换热后进入解吸塔7，在解吸塔7内完成C2和丙烷的分离。解吸塔7的塔顶压力在2.2～2.6MPa范围内，温度在-16～-22℃范围内。
解吸塔7塔顶物流经解吸塔顶气冷却器17冷却后进入解吸塔顶回流罐19，解吸塔顶回流罐19内的液相作为回流返回解吸塔7，解吸塔顶回流罐19内的气相作为解吸塔顶气18进乙炔转化器8，选择性地脱除乙炔、丙炔、丙二烯，确保聚合级乙烯产品要求。从乙炔转化器8出来的物流进乙烯精馏塔9生产乙烯产品10，乙烯精馏塔9塔底物流主要为乙烷物流11，或作为乙烷产品，或送至燃料气***。
图2是本发明一种脱甲烷塔及解吸塔工艺原则流程图。如图2所示，四段压缩气12经连续逐级激冷后，进入脱甲烷塔原料罐13，出脱甲烷塔原料罐13的气相和液相物流分别送到脱甲烷塔5的不同床层进行氢、甲烷等与C2组分的分离，吸收剂进脱甲烷塔塔顶，最大化回收塔顶尾气中的乙烯。一般情况下是，脱甲烷塔原料罐13的气相物流进入脱甲烷塔5的从塔顶向塔底数的第7～13层理论塔板，脱甲烷塔原料罐13的液相物流进入脱甲烷塔5的从塔顶向塔底数的第14～19层理论塔板。脱甲烷塔5的塔底物流为富吸收剂，抽出后分成两路，一路进入解吸塔7的从塔顶向塔底数的第2层理论塔板，另一路经解吸塔进料换热器22与解吸塔7的塔底物流换热后进入解吸塔7的从塔顶向塔底数的第10～20层理论塔板，在解吸塔7内完成C2和丙烷的分离。其中进第2层理论塔板的富吸收剂量为10～90重量％，进第10～20层理论塔板的富吸收剂量为10～90重量％，以富吸收剂总重量计。
脱甲烷塔5的塔底物流经解吸塔进料换热器22与解吸塔7的塔底物流换热后，进解吸塔7。在解吸塔内完成C2和丙烷的分离。解吸塔7塔顶物流经解吸塔顶气冷却器17冷却后进入解吸塔顶回流罐19，解吸塔顶回流罐19内的液相作为回流返回解吸塔7，解吸塔顶回流罐19内的气相为解吸塔顶气18。解吸塔底物流依次经过解吸塔底油第一冷却器21、解吸塔进料换热器22和解吸塔底油第二冷却器23冷却后，采用单股或多股的进料方式进脱甲烷塔5塔顶，图2中所示为采用两股进料方式，作为吸收剂循环使用，采用单股进料时从脱甲烷塔5的从塔顶向塔底数的第2层理论塔板进料，采用多股进料时分别从脱甲烷塔5的从塔顶向塔底数的第2层和第4～7层理论塔板进料，其中进第2层理论塔板的吸收剂量为10～100重量％，进第4～7层理论塔板的吸收剂量为0～90重量％，以解吸后的吸收剂的总重量计。
本发明所述吸收剂可以选自C3、C4或C5 +馏分中一种或一种以上，优选丙烷。
脱甲烷塔5的脱甲烷塔顶气相物流6经脱甲烷塔顶气冷却器14冷却后，进脱甲烷塔顶分液罐16进行分离，脱甲烷塔顶分液罐16的底部为液相物流，返回脱甲烷塔5，脱甲烷塔顶分液罐16的顶部为气相物流作为燃料气送至装置外。
脱甲烷塔5底设有脱甲烷塔塔底重沸器24，使用三段压缩气或低温热水作为热源，塔底物流送至解吸塔7。
解吸塔7底设有解吸塔塔底重沸器20，使用低压蒸汽或低温热水作为热源。

Claims (10)

1.一种低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于包括下述步骤：
1)低碳烯烃气体原料经压缩、洗涤和干燥后进入脱乙烷塔，脱乙烷塔的塔底物流送至脱丙烷塔、丙烯精馏塔，分离出丙烯产品，脱乙烷塔的塔顶物流经压缩机四段压缩后进脱甲烷塔与吸收剂接触进行分离；
2)脱甲烷塔的塔顶气相物流送出装置或进燃料气***，脱甲烷塔的塔底物流为富吸收剂，进入解吸塔进行解吸，解吸塔的塔顶物流冷却后，其液相物流返回解吸塔，气相物流进乙炔转化器，然后进乙烯精馏塔生产乙烯产品，解吸塔的塔底物流为解吸后的吸收剂返回脱甲烷塔循环使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：脱甲烷塔的塔顶压力在2.0～3.0MPa范围内；塔顶温度在-30～-38℃范围内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：解吸塔的塔顶压力在2.2～2.6MPa范围内；温度在-16～-22℃范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：脱甲烷塔的塔底物流与解吸塔的塔底物流换热后进解吸塔。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：脱甲烷塔的塔底物流为富吸收剂，抽出后分成两路，一路进入解吸塔的从塔顶向塔底数的第2层理论塔板，另一路与解吸塔的塔底物流换热后进入解吸塔的从塔顶向塔底数的第10～20层理论塔板，其中进第2层理论塔板的富吸收剂量为10～90重量％，进第10～20层理论塔板的富吸收剂量为10～90重量％，以富吸收剂总重量计。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：脱乙烷塔的塔顶物流经压缩机四段压缩后进入脱甲烷塔原料罐，脱甲烷塔原料罐的气相物流和液相物流分别送到脱甲烷塔的不同床层与吸收剂接触进行分离。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：脱乙烷塔的塔顶物流经压缩机四段压缩后进入脱甲烷塔原料罐，脱甲烷塔原料罐的气相物流进入脱甲烷塔的从塔顶向塔底数的第7～13层理论塔板，脱甲烷塔原料罐的液相物流进入脱甲烷塔的从塔顶向塔底数的第14～19层理论塔板。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：解吸塔的塔底物流为解吸后的吸收剂，经换热后采用单股或多股的进料方式进脱甲烷塔的上部，采用单股进料方式时，从脱甲烷塔的从塔顶向塔底数的第2层理论塔板进料，采用多股进料方式时，分别从脱甲烷塔的从塔顶向塔底数的第2层和第4～7层理论塔板进料，其中进第2层理论塔板的吸收剂量为10～100重量％，进第4～7层理论塔板的吸收剂量为0～90重量％，以解吸后的吸收剂的总重量计。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述吸收剂选自C3、C4或C5 +馏分中的一种或一种以上。
10.根据权利要求1或9所述的方法，其特征在于：所述吸收剂为丙烷。
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