一种轻烃深冷分离回收装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轻烃回收领域，进一步地说，是涉及一种轻烃深冷分离回收装置及方法。特别适应于乙烯装置上，以乙烷为主要裂解原料时，分离部分要求有较高的乙烯和氢气回收率的地方。
【背景技术】
[0002]乙烯装置的裂解原料主要有乙烷、丙烷、饱和LPG、石脑油、加氢尾油和轻柴油等，一般原料越轻乙烯的收率越高，装置的能耗也越低。随着国内/外液化天然气(LNG)开发产量的不断提高，以及页岩气的大量开发利用，以乙烷为主要裂解原料的乙烯装置势必会得到进一步的发展和应用。
[0003]重质原料裂解气中CH4、C3s及以上的重质组分产量较高，而乙烷裂解产物中H2和乙烷含量非常高、重组分产量却极小。国内现有的乙烯裂解深冷分离工艺流程，主要针对目前我国普遍存在的液相重质原料定制的(见图1)，不太适于轻组分含量很高的乙烷等气相原料裂解气的分离。例如:以石脑油为裂解原料时，乙烯收率可达到99.6%、氢气纯度95mol%以上。而用于分离乙烷裂解气时，氢气纯度仅为86mol% ;乙烯损失高达3.3 %，对于一套百万吨级的乙烯装置，即相当于约4吨/小时的乙烯损失量，浪费严重。
[0004]国外已有的轻烃裂解装置，其分离技术也存在着高附加值的乙烯和氢气产品收率不是很高、氢气还需要另设变压附装置(PSA)提纯的问题，造成经济效益的一定损失或装置投资的额外增加。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种轻烃深冷分离回收装置及方法。用于分离以乙烷为主要原料的裂解气时，可以大幅度地提高乙烯的回收率和氢气纯度，使之达到可与现有石脑油原料分离流程相当的程度。
[0006]本发明的目的之一是提供一种轻烃深冷分离回收装置。
[0007]包括:脱甲烷塔、碳二回收塔、1#?7#尾气换热器、1#?3#脱甲烷塔进料分离罐，
[0008]所述装置设置有甲烷/氢分离系统，包括:1#尾气换热器、氢/甲烷分离罐和氢气分流控制器；3#脱甲烷塔进料分离罐顶部管线经1#尾气换热器后连接氢/甲烷分离罐，氢/甲烷分离罐底部管线经1#尾气换热器后连接脱甲烷塔；氢/甲烷分离罐顶部出口管线上设置氢气分流控制器，氢气分流控制器的分流管线连接氢气甲烷膨胀机系统；
[0009]脱甲烷塔顶部连接碳二回收塔，碳二回收塔内设置冷凝器，碳二回收塔底部连接脱甲烷塔，碳二回收塔顶部连接氢气甲烷膨胀机系统；
[0010]氢气甲烷膨胀机系统包括:膨胀机入口混合罐、膨胀机、出口分离罐；氢气分流控制器的分流管线与碳二回收塔顶部管线合并后连接膨胀机入口混合罐，膨胀机入口混合罐顶部连接膨胀机，膨胀机出口管线和膨胀机入口混合罐出口管线合并后连接出口分离罐，出口分离罐底部管线分成两支，一支连接碳二回收塔内的冷凝器，另一支经尾气换热器后送出界外。
[0011]其中，
[0012]所述碳二回收塔采用分凝分馏塔型式。
[0013]本发明的目的之二是提供一种轻烃深冷分离回收方法。
[0014]包括:
[0015]I)干燥脱水的裂解气经换热和冷却后，由1#、2#和3#脱甲烷塔进料气液分离罐分离出其中的液相，自下而上依次作为脱甲烷塔的第一、第二和第三股进料；
[0016]2)3#脱甲烷塔进料气液分离罐的气相经1#尾气换热器换热后进入氢/甲烷分离罐，氢/甲烷分离罐分离的液相经1#尾气换热器换热后作为脱甲烷塔的第四股进料；氢/甲烷分离罐分离的气相部分作为高压氢气送出界外，部分分流至氢气甲烷膨胀机系统；
[0017]3)脱甲烷塔顶气相送入碳二回收塔，回收乙烯，碳二回收塔塔底回流至脱甲烷塔；
[0018]4)碳二回收塔顶气相与甲烷/氢分离系统分流出的氢气汇合，进入膨胀机入口混合罐，气相作为膨胀机的进料，液相与膨胀机出口物料混合，进入出口气液分离罐，分出的气相为第二股氢气产品，分出的液相一部分为碳二回收塔内的冷凝器提供冷量，另一部分为尾气换热器提供深冷冷量。
[0019]甲烷/氢分离系统所需的深冷冷量，不是全部由该系统分离出的氢气和甲烷节流产生，68?83%的冷量由膨胀机提供；
[0020]步骤(2)中，氢/甲烷分离罐分离的气相分流至氢气甲烷膨胀机系统的比例在63?100%之间。
[0021]步骤(3)中，碳二回收塔进料以甲烷为主，塔顶温度_108°C以下。
[0022]步骤(4)中，膨胀机进料中氢气的体积百分含量为83?92%。
[0023]本发明可以通过以下技术方案来实现:
[0024]所述轻烃深冷分离工艺流程含有一套裂解气激冷系统。
[0025]激冷系统中含有若干台串联的板翅式尾气换热器(放在冷箱内)、多个脱甲烷塔进料气液分离罐和一个甲烷/氢分离器系统。
[0026]激冷系统的功能主要是冷却裂解气，为脱甲烷塔提供进料，并分离氢气。其所需要的冷量主要由丙烯冷剂、乙烯冷剂和氢/甲烷膨胀机系统提供，同时回收循环乙烷、脱甲烷塔釜液、氢气和甲烷尾气等的冷量。
[0027]所述甲烷/氢分离系统含有一个最冷的尾气换热器、一台氢/甲烷分离罐和一个氣气分流控制器。所述氢<气分流控制器，分流比例在63?100%之间，分出的氢<气送往下游氢/甲烷膨胀机。该系统分离出的液相甲烷，不是直接做甲烷产品，而是返回尾气换热复热至-1orc后，用作脱甲烷塔的最上一股进料，以进一步回收其中的碳二组分。
[0028]所述轻烃深冷分离工艺流程采用高压脱甲烷技术，单塔，塔压在2.9?3.2MPaG之间，有四股进料，由最冷(-lore ) 一级的乙烯冷剂冷凝回流。在脱甲烷塔顶部代替原有的回流罐，另设置一台碳二回收塔，采用分凝分馏塔(CFT)型式，由氢/甲烷膨胀机出口的一部分液相甲烷提供冷量，回收乙烯。
[0029]所述轻烃深冷分离工艺流程还含有一套氢气、甲烷膨胀/再压缩机系统，包括氢/甲烷膨胀机、甲烷尾气再压缩机和氢气再压缩机各一台。
[0030]所述氢/甲烷膨胀机，其进料主要为低温H2，视设计制造的需要，可以为一段也可分为二段，入口设氢/甲烷混合罐，出口设气液分离罐。设置节流减压阀与膨胀机平行，用于液相自入口混合罐至出口分离罐的直接输送。
[0031]所述氢/甲烷膨胀机系统，除了首先为甲烷/氢分离系统和碳二回收塔提供冷量夕卜，还可将碳二回收塔顶甲烷中的H2回收干净，并能再次分离出纯度较高的氢气产品。
[0032]本发明的效果是:通过大比例的分流氢气，与甲烷一起进入膨胀机，不但可以直接分离出一股纯度为92?97mol%的氢气，还可以为激冷系统、碳二回收塔顶提供最冷一级的冷量，从而分离出一股浓度在95?99mol%之间的高压、高纯氢气，并使整个激冷和脱甲烷系统中乙烯损失率降低至0.039?0.084%的超低水平。甲烷尾气中氢气损失可控制在0.3%以内。
[0033]用碳二回收塔代替脱甲烷塔回流罐，可以使乙烯回收率提高0.5个百分点，对于一套100万吨/年乙烯轻烃装置，相当于多回收乙烯约622kg/h，每年增加产量近5000万
J Li ο
【附图说明】
[0034]图1现有技术的工艺流程示意图之一
[0035]图1标记说明:
[0036]I?7-1#?7#尾气换热器；8_甲烷再压缩机；9_出口水冷器；10_甲烷尾气；
11-低压甲烷；12-高压氢气；14-循环乙烷；17-裂解气；18-烃液；19-预脱甲烷塔釜液；20-脱甲烷塔釜液；21_循环乙烷汽化器；22_预脱甲烷塔进料冷却器；23_预脱甲烷塔进料分离罐；24?26-1?3#脱甲烷塔进料分离罐；27_氢/甲烷分离罐；28_脱甲烷塔第一进料激冷器；29_脱甲烷塔第二进料激冷器；30_预脱甲烷塔；31_预脱甲烷塔再沸器；32_预脱甲烷塔冷凝器；33_脱甲烷塔；34_脱甲烷塔再沸器；35_脱甲烷塔冷凝器；37_回流泵；
38-回流罐；40_甲烷尾气膨胀机。
[0037]图2本发明的工艺流程示意图
[0038]图2标记说明:
[0039]I?7-1#?7#尾气换热器；8_甲烷再压缩机；9_甲烷水冷器；10_甲烷尾气；
12-高压氢<