专利名称：乙烯分离方法
技术领域：
本发明涉及一种乙烯分离方法。
背景技术：
乙烯是十分重要的石油化工原料，其大宗下游产品主要有聚乙烯、环氧乙烷、乙二醇、聚氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯等。乙醇脱水制乙烯的生产工艺及其使用的催化剂是都已熟知的。目前主要的研究方向是改进工艺流程，降低乙醇单耗，增加装置的经济效益。乙醇脱水制乙烯的工艺方法中，在国内外已经公开的文献或者专利中有许多方法，其基本工艺主要分为固定床工艺和流化床工艺。ABB Lummus公司曾在七十年代末提出用流化床技术进行乙醇脱水反应制取乙烯(USP4134i^6)，但该项技术尚未得到工业化应用。目前工业应用的主要为固定床工艺，包括等温固定床工艺和绝热固定床工艺。最初的乙醇脱水反应在列管式固定床中进行，反应压力为常压，采用直接加热或者利用加热介质(如熔盐)间接加热的方式为反应提供反应热。在反应过程中，反应温度与物料流速是关键因素，如果温度太高或者物料流速太低，就会导致副产物的生成；但是随着流速的增加，乙醇的转化率又会下降。为了解决这一矛盾，巴西Petrobras公司提出了乙醇脱水反应的绝热工艺(USP4232179)，即乙醇脱水反应在绝热固定床中进行，反应物料在进入反应器前加热到反应所需温度，以保证反应的正常进行。之后，该公司又提出了三段式绝热固定床反应工艺，并在二十世纪八十年代初利用该工艺建立了一套6万吨/年乙烯装置。专利USP4396789揭示了该工艺的一些基本情况采用三个串联的绝热固定床反应器， 用一个炉子来预热每一个反应器进口的乙醇和蒸汽混合进料，未反应的乙醇和乙醚等副产物实行循环。蒸汽的加入减少了反应结焦，延长了催化剂的活性，提高了产率。在反应温度400 520°C，反应压力2. 0 4. OMPaG的条件下，单台反应器的乙醇转化率大于96%， 乙醇总转化率接近100%。二十世纪七十年代，Halcon公司开发出了一种牌号为“Syndol” 的硅-铝催化剂和绝热/等温固定床的双模式反应技术，其中等温固定床技术得到了工业化应用。反应结果表明在反应温度318°C、液体重量空速(WLHSV)O. 23 0. 401Γ1的条件下，乙烯选择性达96.8% (mol)，乙醇转化率为97 99%。以后，Halcon/SD公司又开发了多段绝热固定床反应工艺乙醇在水蒸汽稀释后进入多段绝热固定床反应中脱水生成乙烯，反应气体经洗涤、压缩、碱洗和干燥后再进行低温精馏，最后得到乙烯产品。试验数据表明在反应温度335 450°C、液体重量空速(WHSV)O. 79 1. 17^1的条件下，乙烯选择性达95 98% (mol)，乙醇转化率为97 99%。反应器排出的高温气态生成物经冷却冷凝回收热量后，进入由水洗塔、压缩机和碱洗塔组成的洗涤系统，乙烯气体依次进入水洗塔、压缩机和碱洗塔进行洗涤；经洗涤后的乙烯气体进入干燥系统；干燥之后的乙烯进入乙烯精制塔，分离轻组分，在塔釜得到乙烯产品。目前工业装置上的典型工艺操作条件为乙烯精馏塔塔顶压力为2. 65MPaG，塔顶温度为_17°C，塔釜压力为2. 69MPaG，塔釜温度为_9°C，回流比为2. 7，回流液温度为_20°C。由于乙烯与乙烷的正常沸点很接近，乙烯精馏塔塔底馏份中常带有一定量的乙烯。目前工业上乙烯精馏塔的乙烯回收率在96%左右，釜液中夹带的乙烯过多，造成乙烯的损失。因此， 如何减少乙烯精馏塔塔底乙烯的损失是值得研究的问题。本发明中由于采用闪蒸罐对重组分进行绝热闪蒸，最大限度地回收釜液中的乙烯，以降低装置物耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中乙烯精制过程中乙烯损失较多的问题，以提供一种新的乙烯分离方法。该方法具有乙烯损失量少、设备投资低、易于操作的特点。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种乙烯分离方法，包括以下步骤a)含有乙烯、乙烷和C3及其以上重组分的混合物进入乙烯精馏塔中下部，在塔顶分离出含有轻组分的乙烯物流I，塔釜分离出主要含有乙烷、C3及其以上组分的重组分物流 II ；b)物流II排至闪蒸罐中部，经闪蒸罐绝热闪蒸后，在闪蒸罐顶部排出含有少量重组分的乙烯至乙烯精馏塔下部，闪蒸罐底部排出的重组分一部分循环进入闪蒸罐中部，另一部分则排出界外；C)物流I进入脱轻塔顶部，在塔顶得到含有氢气、甲烷和一氧化碳的轻组分，塔釜得到乙烯产品。上述技术方案中，优选的技术方案乙烯精馏塔采用填料塔或板式塔，乙烯精馏塔的理论塔板总数优选范围为50 120块，其中精馏段理论塔板数优选范围为20 85 块，塔顶压力优选范围为0. 6 4. OMPaG,回流比优选范围为1. 2 3. 5，回流液温度优选范围为-15 -60°C。优选的技术方案脱轻塔采用填料塔或板式塔，脱轻塔的理论塔板总数优选范围为10 60块，塔顶压力优选范围为0. 7 4. 2MPaG，进料温度优选范围为-15 -60°C。乙烯精馏塔塔釜排出的重组分先经热交换后再进入绝热闪蒸罐中部。绝热闪蒸罐的操作温度优选范围为-15 80°C，压力优选范围为0. 6 4. OMPaG。以重量比计循环至闪蒸罐中部的重组分与排出界外的重组分重量比优选范围为50 200 1。本发明中，本技术中乙烯精制采用了精馏塔和脱轻塔的两塔分离流程，乙烯精馏系统的主要设备是乙烯精馏塔，乙烯精馏塔是一座在加压条件下操作的填料塔或浮阀塔。 该塔对来自乙烯干燥系统的粗乙烯进行精馏，实现乙烯同比它沸点高的重组分的分离。在该塔中，关键轻组分是乙烯，关键重组分是乙烷，因此塔顶馏出物是乙烯及其轻组分，塔底釜液是含有一定数量乙烯的重组分。其主要作用是把进料粗乙烯中比乙烯沸点低的氢气、 甲烷、一氧化碳等轻组份和乙烯从塔顶分离出去，在塔底排出乙烷、乙醚及C3+以上重组分。 由于在精馏后采用了脱轻塔，能够把来自乙烯精馏塔塔顶的进料粗乙烯中比乙烯沸点低的氢气、甲烷、一氧化碳等轻组份从塔顶分离出去，可以根据下游的不同需求来控制塔底得到的精乙烯产品，能够灵活控制产品的质量要求，同时能够大幅降低装置的能耗，取得了较好的经济效果。同时，由于采用了闪蒸罐对乙烯精馏塔塔釜重组分进行绝热闪蒸，可使残留在重组分中的乙烯量大大降低，它在加压条件下操作，蒸出的乙烯返回乙烯精馏塔下部；其底部则得到乙烯含量大为减少的釜液(重组分)。经试验证明，采用本发明的技术方案，乙烯精馏塔的乙烯回收率达到98%以上，甚至接近100%，取得了很好的技术效果。绝热闪蒸罐是为进一步回收乙烯精馏塔釜液中的乙烯而设置的专用设备。
图1为本发明乙烯分离方法的流程。图1中，1为来自反应部分的粗乙烯(主要含有乙烯、轻组分和重组分)，2为乙烯压缩机，3为压缩后的粗乙烯，4为粗乙烯冷却器，5为冷却后的粗乙烯物流，6为乙烯干燥塔，7为干燥后的粗乙烯物流，8为乙烯精馏塔，9为乙烯精馏塔釜液(主要含有乙烷、C3及其以上组分)，10为釜液加热器，11为绝热闪蒸罐，12为闪蒸罐顶部物流(含少量重组分的乙烯)，13为闪蒸罐底部排出的循环至闪蒸罐中部的釜液，14为排至界外的闪蒸罐底部物流(含少量乙烯的釜液)，15为乙烯精馏塔塔顶物流(主要含有乙烯、轻组分)，16为脱轻塔，17为脱轻塔顶物流(主要含有氢气、甲烷和一氧化碳)，18为乙烯产品。下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施例方式实施例1来自反应系统的粗乙烯组成为氢气0.05kg/h、甲烷2. 1^^/1!、一氧化碳3.701^/ h、乙醇 0. 33kg/h、乙烯 904. 92kg/h、乙烷 5. 07kg/h、乙醛 0. 34kg/h、丙烯 1. 12kg/h、 C3+4. 43kg/h、乙醚4. 09kg/h、水530. 27kg/h。该粗乙烯物流经压缩、冷却和干燥后进入乙烯精馏塔中下部，乙烯精馏塔为填料塔或板式塔，共有84块理论塔板，其中精馏段为48块塔板，塔顶压力为2. 65MPaG,塔顶温度为_17°C，塔釜压力为2. 69MPaG,塔釜温度为_2。C，回流比为2. 7，回流液温度为-200C 0结果，在乙烯精馏塔塔釜得到含有乙烷、C3及其以上组分的乙烯精馏塔釜液，其组成为乙醇 0. 27kg/h、乙烯 27. 15kg/h、乙烷 17. 55kg/h、乙醛 0. 36kg/h、丙烯 1. 83kg/h、 C3+5. 08kg/h、乙醚4. 22kg/h，其中乙烯重量浓度为48. 08 %。该釜液经加热器加热后进入闪蒸罐中部进行绝热闪蒸，闪蒸罐的温度为15°C，压力为2. 69MPaG,经绝热闪蒸后，闪蒸罐顶部闪蒸出主要含乙烯的物料循环入乙烯精馏塔下部，其组成为乙烯21.93kg/h、乙烷 12. 50kg/h、乙醛 0. 02kg/h、丙烯 0. 71kg/h、C3+0. 65kg/h、乙醚 0. 13kg/h。闪蒸罐底部出料主要含有乙醚、乙烷、C3, C3+和乙烯等，循环至闪蒸罐中部的釜液量与排至界外的釜液量之比为100 1(重量比)，釜液出料的组成为乙醇0.271^/11、乙烯5.221^/11、乙烷5.051^/ h、乙醛0. !Mkg/h、丙烯1. 12kg/h、C3+4. 43kg/h、乙醚4. 09kg/h，则乙烯精馏塔的乙烯回收率为 99. 42%。乙烯精馏塔塔顶出料组成为氢气0. 05kg/h,甲烷11. 71kg/h、一氧化碳9. OOkg/ h、二氧化碳0. 01kg/h、乙烯1782. 52kg/h、乙烷0. 23kg/h、水0. 02kg/h。该塔顶物料进入脱轻塔顶部，再从脱轻塔塔顶蒸出含有氢气、甲烷和一氧化碳等轻组分，从脱轻塔塔釜得到乙烯产品，乙烯产品的纯度为99. 9%。实施例2按实施例1的条件及步骤，乙烯精馏塔操作压力和温度保持不变；改变闪蒸罐的操作温度为20°C，改变循环至闪蒸罐中部的釜液量与排至界外的釜液量之比为120 1(重量比)，则釜液出料的组成为乙醇0. 22kg/h、乙烯3. 27kg/h、乙烷4. 01kg/h、乙醛0. 27kg/ h、丙烯0. 89kg/h、C3+3. 51kg/h、乙醚3. 24kg/h，则乙烯精馏塔的乙烯回收率为99. 63%，乙烯产品的纯度为99. 92%。
实施例3按实施例1的条件及步骤，改变乙烯精馏塔的塔顶压力为2. 25MPaG,则塔顶温度为46°C，塔釜压力为2. ^MPaG,塔釜温度为_6°C，回流比不变，回流液温度为-30°C ；闪蒸罐的操作温度不变，操作压力改为2. 25MPaG，循环至闪蒸罐中部的釜液量与排至界外的釜液量之比不变，则釜液出料的组成为乙醇0. 2^ig/h、乙烯1. 64kg/h、乙烷5. 07kg/h、乙醛0. 34kg/h、丙烯1. 12kg/h、C3+4. 43kg/h、乙醚4. 09kg/h,则乙烯精馏塔的乙烯回收率为 99. 82%，乙烯产品的纯度为99. 95%。实施例4按实施例1的条件及步骤，改变乙烯精馏塔的塔顶压力为2. 25MPaG,则塔顶温度为46°C，塔釜压力为2. ^MPaG,塔釜温度为_6°C，回流比不变，回流液温度为_30°C ；改变闪蒸罐的操作温度为20°C，操作压力改为2. 25MPaG，循环至闪蒸罐中部的釜液量与排至界外的釜液量之比为120 1(重量比)，则釜液出料的组成为乙醇0. 18kg/h、乙烯0.97kg/ h、乙烷 3. 32kg/h、乙醛 0. 23kg/h、丙烯 0. 73kg/h、C3+2. 90kg/h、乙醚 2. 68kg/h，则乙烯精馏塔的乙烯回收率为99. 89%，乙烯产品的纯度为99. 96%。比较例按实施例1的条件及步骤，去掉乙烯精馏塔塔釜的闪蒸罐盒脱氢塔，则乙烯精馏塔的乙烯回收率为99%，乙烯产品的纯度为99. 3%。
权利要求
1.一种乙烯分离方法，包括以下步骤a)含有乙烯、乙烷和C3及其以上重组分的混合物进入乙烯精馏塔中下部，在塔顶分离出含有轻组分的乙烯物流I，塔釜分离出主要含有乙烷、C3及其以上组分的重组分物流II ；b)物流II排至闪蒸罐中部，经闪蒸罐绝热闪蒸后，在闪蒸罐顶部排出含有少量重组分的乙烯至乙烯精馏塔下部，闪蒸罐底部排出的重组分一部分循环进入闪蒸罐中部，另一部分排出界外；C)物流I进入脱轻塔顶部，在塔顶得到含有氢气、甲烷和一氧化碳的轻组分，塔釜得到乙烯产品。
2.根据权利要求1所述的乙烯分离方法，其特征在于乙烯精馏塔采用填料塔或板式
3.根据权利要求1所述的乙烯分离方法，其特征在于脱轻塔采用填料塔或板式塔。
4.根据权利要求1所述的乙烯分离方法，其特征在于乙烯精馏塔的理论塔板总数为 50 120块，其中精馏段理论塔板数为20 85块，塔顶压力为0. 6 4. OMPaG,回流比为 1. 2 3. 5，回流液温度为-15 -60°C。
5.根据权利要求1所述的乙烯分离方法，其特征在于脱轻塔的理论塔板总数为10 60块，塔顶压力为0. 7 4. 2MPaG，进料温度为-15 _60°C。
6.根据权利要求1所述的乙烯分离方法，其特征在于乙烯精馏塔塔釜排出的重组分先经热交换后再进入绝热闪蒸罐中部。
7.根据权利要求1所述乙烯分离方法，其特征在于绝热闪蒸罐的操作温度为-15 80°C，压力为 0. 6 4. OMPaG。
8.根据权利要求1所述的乙烯分离方法，其特征在于循环至闪蒸罐中部的重组分与排出界外的重组分重量比为50 200 1。
全文摘要
本发明涉及一种乙烯分离方法，主要解决现有技术中乙烯精馏塔乙烯损失量大和乙烯回收率较低的问题。本发明通过采用粗乙烯经压缩干燥进入乙烯精馏塔，乙烯精馏塔塔顶物流进入脱轻塔进行分离，在塔顶脱除轻组分，在塔底获得乙烯产品；乙烯精馏塔塔釜物料经绝热闪蒸罐闪蒸后，顶部物料进入乙烯精馏塔下部，底部物料一部分循环进入闪蒸罐中部，另一部分排出界外的技术方案较好地解决了该问题，可用于乙烯的工业生产中。
文档编号C07C7/00GK102372559SQ20101026018
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者刘军, 朱瑛, 沈伟 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院