专利名称：用于乙烯生产中脱甲烷的方法
技术领域：
本发明属于化工技术领域，特别涉及一种用于乙烯生产中脱甲烷的工艺新方法。
脱甲烷过程是乙烯生产过程的重要组成部分。其中脱甲烷过程主要包括两个步骤原料的预冷和脱甲烷。目前用于生产中的深冷脱甲烷过程一般可分为高压法、低压法和ARS等方法。高压法的主要操作条件为高压预冷(3.4MPa)，高压脱甲烷(2.94MPa)，低压法的主要操作条件为高压预冷(3.4Mpa)和低压脱甲烷(0.59MPa)。低压脱甲烷可提高甲烷和乙烯的相对挥发度，大大降低了最小汽提量和最小回流比(低压系统为0.1～0.2，高压系统为0.8～1.0)，从而节省了能量。但低压脱甲烷流程不适合所有的裂解原料，只适用于裂解产品的CH4/C2H4较大的场合。
ARS技术，即先进分离技术(Advanced Recovery System)是Stone Webster公司与Mobil化学公司共同开发的先进的烯烃回收新工艺。该技术采用冷凝分离器，在脱甲烷塔之前，将裂解气中的氢气，甲烷尽可能多的分离出来，使脱甲烷塔可在较高温度下操作，因而取消了-101C的乙烯冷剂，这是该技术的最大特点和优点。
与高压法相比，尽管ARS技术和低压脱甲烷技术具有一定的节能作用，但在工业实施过程中都需要极低的温度(一般维持在-99℃)，消耗大量冷剂，相应的设备材质需要采用3.5Ni钢或不锈钢，管道材质也要全部用不锈钢。同时整个系统存在两相流动，为了减小压降需要采用较大的管道尺寸，这些因素制约了低压脱甲烷技术的进一步发展。
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种用于乙烯生产中脱甲烷的方法，采用高压状态(2.94MPa)脱甲烷，使其具有降低脱甲烷系统的运行能耗、减少设备投资的特点。
本发明提出一种用于乙烯生产中脱甲烷的方法。其特征在于，包括以下步骤(1)经过压缩干燥换热后的裂解气，在脱甲烷塔中间再沸器中冷却进入第一精馏塔DT1底部；DT1精馏塔分为上下A、B两个独立的部分，下部精馏段B的汽相采出，用脱乙烷塔釜液冷却至-26℃~-30℃后又在进料激冷器里用-40℃丙烯冷剂冷却到-37℃~-38℃，进入分离器SP2分离；分离器分出的凝液送回下部B精馏部分做回流；未冷凝的气体作为再沸气体进入上部A精馏部分，上部精馏A的液体也进入下部B精馏部分做回流；这样，通过第一精馏塔传质传热的塔釜釜液进入脱甲烷塔DA-301，而第一精馏塔上部精馏A部分的顶部气相经冷箱CD1和乙烯剂冷凝，进入汽液分离罐SP1，气相进入第二精馏塔DT2下部精馏C部分的塔釜，液相则进入第一精馏塔DT1顶A部分作为回流；(2)第二精馏塔DT2下部C精馏的塔顶气相经冷箱CD2换热和乙烯冷剂冷却冷却到-72至-75℃后在分离罐SP3中分离，液体进入下部C精馏部分做回流，气相则进入第二精馏塔上部D精馏部分的塔釜作再沸气。第二精馏塔DT2上部精馏D部分塔顶气相经冷箱CD3换热冷却后在分离罐SP4中分离，液体进入第二精馏塔DT2顶部做回流；(3)第一精馏塔DT1底部出来的液相进入脱甲烷塔DA-301，脱甲烷塔在-72至-75℃操作运行，顶部尾气约有10％-15％的乙烯回收。
本发明所述第三步的顶部尾气回收方法采用吸收塔AD1进行回收，吸收塔AD1顶都出来的甲烷和氢气，进一步处理得到纯净的氢气产品；脱甲烷塔底部的釜液和解吸塔DA1顶部出来的乙烯进入脱乙烷塔进一步分离C2、C3。
本流程的特点在于1、应用多级逆流接触精馏塔(a)把传统脱甲烷工艺中分离罐的一次平衡改成了逆流接触的多次平衡，使重组份乙烯和轻组份甲烷进一步分离；(b)气液在塔中直接接触传热和传质，避免了ARS技术中板翅式换热器换热通道中气液两相流动，有可能使传热效果降低，并且不易控制、操作弹性小等缺点；(c)在精馏塔中，气液接触面积远远大于冷箱中两相接触面积，可得到更好的分离效果。
2.在脱甲烷塔和冷箱后采用了溶剂吸收工艺。吸收塔的主要作用是回收脱甲烷塔尾气中的乙烯，吸收剂的用量和能耗都很低。通过调节吸收剂的用量，可使乙烯的损失降低到最小，提高了乙烯的收率。采用此工艺，使得70％以上的甲烷和氢气在脱甲烷塔前离开脱甲烷塔，而且塔顶回流温度提高到-75℃，从而减少脱甲烷塔顶冷凝器的热负荷，使冷剂消耗明显下降；3.在预冷阶段，提高了甲烷氢的分离温度，使乙烯冷剂的能量消耗大幅度降低取消了-101℃的乙烯冷剂，使冷剂的需求向较高级别的冷剂转移；由于冷量向较高的级别转移，使耐低温的钢材消耗量减小；4.此流程由于对脱甲烷塔塔顶乙烯含量不再严格控制，使操作稳定性增强。由于流程对尾气中乙烯含量要求大为降低，脱甲烷塔不再是扩产改造的“瓶颈”，多余的乙烯均可通过高效的吸收塔来完全回收。
本发明的效果在于本发明的方法中精馏塔DT1底部出来的物料进入脱甲烷塔DA-301，由于进料中甲烷氢的含大幅度降低，使脱甲烷塔的负荷减小，同时降低脱甲烷塔的回流比，脱甲烷塔顶所需冷量降低，节省了乙烯冷剂用量。而且吸收-解吸过程则利用大量的急冷过程中所富余大量的低品位的急冷水。使乙烯过程的能量利用更加合理，大幅度降低乙烯生产能耗。采用本工艺可使目前的700-800Kcal/吨乙烯降低到400-500Kcal/吨乙烯。同时采用本流程可降低原流程的乙烯机、丙烯机负荷各50％和80％左右，可使原流程的生产能力大幅度提高。
图1为本发明的工艺流程示意图。
本发明提出的一种用于乙烯生产中脱甲烷的方法实施例。该工艺流程如图1所示，包括以下步骤(1)经过压缩干燥换热后的裂解气，在脱甲烷塔中间再沸器中冷却进入第一精馏塔DT1底部；DT1精馏塔分为上下A、B两个独立的部分，下部精馏段B的汽相采出，用脱乙烷塔釜液冷却至-26℃~-30℃后又在进料激冷器里用-40℃丙烯冷剂冷却到-37℃~-38℃，进入分离器SP2分离；分离器分出的凝液送回下部B精馏部分做回流；未冷凝的气体作为再沸气体进入上部A精馏部分，上部精馏A的液体也进入下部B精馏部分做回流；这样，通过第一精馏塔传质传热的塔釜釜液进入脱甲烷塔DA-301，而第一精馏塔上部精馏A部分的顶部气相经冷箱CD1和乙烯剂冷凝，进入汽液分离罐SP1，气相进入第二精馏塔DT2下部精馏C部分的塔釜，液相则进入第一精馏塔DT1顶A部分作为回流；(2)第二精馏塔DT2下部C精馏的塔顶气相经冷箱CD2换热和乙烯冷剂冷却冷却到-72℃后在分离罐SP3中分离，液体进入下部C精馏部分做回流，气相则进入第二精馏塔上部D精馏部分的塔釜作再沸气。第二精馏塔DT2上部精馏D部分塔顶气相经冷箱CD3换热冷却后在分离罐SP4中分离，液体进入第二精馏塔DT2顶部做回流；(3)第一精馏塔DT1底部出来的液相进入脱甲烷塔DA-301，脱甲烷塔在-72℃操作运行，顶部尾气约有12％的乙烯进入吸收塔AD1回收；(4)吸收塔AD1顶部出来的甲烷和氢气，进入变压吸附系统(PSA)得到纯净的氢气产品。脱甲烷塔底部的釜液和解吸塔DA1顶部出来的乙烯进入乙烷塔进一步分离C2、C3。
针对轻柴油裂解年产三十万吨设计数据应用本流程进行了初步模拟计算。
上述工艺流程主要参数实施例1如下所示第一精馏塔 a塔理论板5块，温度塔顶 -40.6℃ 塔底-17.1℃b塔理论板5块，温度塔顶 -72.3℃ 塔底-71.3℃第二精馏塔c塔理论板5块，温度塔顶-116.3℃ 塔底-105.3℃d塔理论板5块，温度塔顶-130.8℃ 塔底-130.7℃脱甲烷塔理论板43 温度塔顶-76.1℃ 塔底7.1℃吸收塔理论板15温度塔顶-30℃塔底-31.2℃溶剂的用量2吨溶剂/吨乙烯解析塔理论板15温度塔顶15℃塔底5℃该工艺中裂解气进脱甲烷塔之前已将80％以上的氢气、甲烷分离出来。进料中的氢气、甲烷含量仅分别为0.8％及10％左右，因而大大降低了脱甲烷塔的负荷。
同时新工艺中脱甲烷预冷段用精馏塔代替一次分离的气液接触，使冷的液相物流和热的气相物流经过充分的传质和传热，使甲烷-氢等轻组份和乙烯等重组份得到进一步分离，使进入脱甲烷塔的甲烷量大幅度降低。由于第一精馏塔下部精馏段提前脱除了重组份，使进入预冷段的流量降低，同时也降低了能量消耗，节省能量约30％左右。在相同的能量损失情况下，其中可节约乙烯制冷剂30％左右，丙烯冷剂35％左右。
上述工艺流程主要参数实施例2如下所示第一精馏塔 a塔理论板6块，温度塔顶-40.6℃塔底-17.1℃b塔理论板6块，温度塔顶-72.3℃塔底-71.3℃第二精馏塔c塔理论板6块，温度塔顶-116.3℃塔底-105.3℃d塔理论板6块，温度塔顶-130.8℃塔底-130.7℃脱甲烷塔 理论板43 温度塔顶-76.1℃塔底7.1℃吸收塔理论板15 温度塔顶-30℃ 塔底-31.2℃溶剂的用量3吨溶剂/吨乙烯解析塔理论板15 温度塔顶 15℃塔底 5℃裂解气进脱甲烷塔之前可将81％以上的氢气、甲烷分离出来。进料中的氢气、甲烷含量仅分别为0.75％及9％左右。节省能量约30.5％左右。在相同的能量损失情况下，其中可节约乙烯制冷剂31％，丙烯冷剂35.5％。
上述工艺流程主要参数实施例3如下所示第一精馏塔 a塔理论板6块，温度塔顶 -40.6℃塔底 -17.1℃b塔理论板6块，温度塔顶 -72.3℃塔底 -71.3℃第二精馏塔 c塔理论板6块，温度塔顶 -116.3℃塔底 -105.3℃d塔理论板6块，温度塔顶-130.8℃塔底 -130.7℃脱甲烷塔理论板50 温度塔顶-76.1℃塔底7.1℃吸收塔理论板20 温度塔顶 -30℃塔底 -31.2℃溶剂的用量3吨溶剂/吨乙烯解析塔理论板20 温度塔顶 15℃塔底 5℃裂解气进脱甲烷塔之前可将80.5％以上的氢气、甲烷分离出来。进料中的氢气、甲烷含量仅分别为0.82％及9.1％左右。节省能量约31％左右。在相同的能量损失情况下，其中可节约乙烯制冷剂29％，丙烯冷剂34％。
权利要求
1.一种用于乙烯生产中脱甲烷的方法。其特征在于，包括以下步骤(1)经过压缩干燥换热后的裂解气，在脱甲烷塔中间再沸器中冷却进入第一精馏塔DT1底部；DT1精馏塔分为上下A、B两个独立的部分，下部精馏段B的汽相采出，用脱乙烷塔釜液冷却至-26℃~-30℃后又在进料激冷器里用-40℃丙烯冷剂冷却到-37℃~-38℃，进入分离器SP2分离；分离器分出的凝液送回下部B精馏部分做回流；未冷凝的气体作为再沸气体进入上部A精馏部分，上部精馏A的液体也进入下部B精馏部分做回流；这样，通过第一精馏塔传质传热的塔釜釜液进入脱甲烷塔DA-301，而第一精馏塔上都精馏A部分的顶部气相经冷箱CD1和乙烯剂冷凝，进入汽液分离罐SP1，气相进入第二精馏塔DT2下部精馏C部分的塔釜，液相则进入第一精馏塔DT1顶A部分作为回流；(2)第二精馏塔DT2下部C精馏的塔顶气相经冷箱CD2换热和乙烯冷剂冷却冷却到-72至-75℃后在分离罐SP3中分离，液体进入下部C精馏部分做回流，气相则进入第二精馏塔上部D精馏部分的塔釜作再沸气。第二精馏塔DT2上部精馏D部分塔顶气相经冷箱CD3换热冷却后在分离罐SP4中分离，液体进入第二精馏塔DT2顶部做回流；(3)第一精馏塔DT1底部出来的液相进入脱甲烷塔DA-301，脱甲烷塔在-72至-75℃操作运行，顶部尾气约有10％-15％的乙烯回收。
2.如权利要求1所述的用于乙烯生产中脱甲烷的方法。其特征在于，所述第三步的顶部尾气回收方法采用吸收塔AD1进行回收，具体步骤为吸收塔AD1顶部出来的甲烷和氢气，进一步处理得到纯净的氢气产品；脱甲烷塔底部的釜液和解吸塔DA1顶部出来的乙烯进入脱乙烷塔进一步分离C2、C3。
全文摘要
本发明属于化工技术领域,利用多级逆流精馏塔对经过压缩干燥换热后的裂解气中的轻重组分进行初步分离和直接换热,将脱除部分轻组分的裂解气送入脱甲烷塔进一步分离。脱甲烷塔在－72至－75℃操作运行,顶部尾气采用吸收塔AD1进行回收乙烯,回收乙烯后剩余的甲烷和氢气,进一步处理得到纯净的氧气产品。吸收负载的乙烯经解吸后回收。本发明具有降低脱甲烷系统的运行能耗、减少设备投资的特点。
文档编号C07C11/04GK1326913SQ01118359
公开日2001年12月19日 申请日期2001年5月25日 优先权日2001年5月25日
发明者段占庭, 周荣琪, 汤志刚, 张利斌 申请人:清华大学