伴生气中CO2-C2H6共沸物的萃取分离系统的制作方法

本实用新型涉及伴生气中二氧化碳的分离技术领域，尤其涉及伴生气中CO2-C2H6共沸物的萃取分离系统。

背景技术：

在当今化石能源日益枯竭、生态环境每况愈下的情况下，人们生产生活中对能源的需求却急速增长，供需矛盾愈发突出。对于油田开采，CO2驱油作为第三次采油技术，既能提高原油采收率(Enhanced Oil Recovery，简称EOR)，又能实现CO2的有效封存，显现了很好的经济效益和环境效益。已经在胜利油田、吉林油田、中原油田等油田获得了很好的采收效果。但随之而来的问题是油田伴生气中CO2含量逐渐增高。

采用低温深冷工艺进行伴生气轻烃回收时，由于制冷温度较低，脱甲烷塔顶存在二氧化碳冻堵现象和脱乙烷塔存在CO2-C2H6共沸物生成的现象，导致乙烷产品不能满足纯度要求和乙烷回收率低的问题。并且随着伴生气中CO2含量的升高，此问题更为严重。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供伴生气中CO2-C2H6共沸物的萃取分离系统，利用低温深冷工艺流程中产生的C³⁺烃系物作为萃取剂，一方面可以降低二氧化碳的冻结温度，防止固体CO2的形成；另一方面在萃取精馏过程中，也可以打破CO2-C2H6共沸体系，实现二氧化碳和乙烷产品的双回收。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

伴生气中CO2-C2H6共沸物的萃取分离系统，包括伴生气预处理装置，所述伴生气预处理装置连接脱甲烷塔，脱甲烷塔的塔顶设有甲烷出口，脱甲烷塔的塔底输出端连接萃取精馏塔后连接脱乙烷塔；所述脱甲烷塔的塔底输出端依次连接第一离心泵和第一冷却器后连接所述萃取精馏塔。

所述脱乙烷塔的塔底输出端依次连接脱丙烷精馏塔和脱丁烷精馏塔，所述脱丁烷精馏塔的塔底输出端依次连接流量分配器、第二离心泵、第二冷却器后接入所述萃取精馏塔。

所述萃取精馏塔包括塔体，所述塔体的顶部设有塔顶气体出气口，所述塔顶气体出气口通过管道连接塔顶冷凝器，塔顶冷凝器的底端通过冷凝器回流管连接到所述塔体，同时塔顶冷凝器的底端还设有CO2产品流出口；

所述塔体设有萃取剂进料口和萃取精馏塔进料口；

所述塔体的底部设有塔底物料流出口，所述塔底物料流出口通过管道连接塔底再沸器，所述塔底再沸器通过再沸器回流管连接所述塔体的底部，所述塔底再沸器还设有乙烷与C³⁺烃系物的混合物流出口。

所述塔体的顶部和底部均为半球形或椭球形。

所述伴生气预处理装置包括依次串联的第一换热器、第二换热器及第三换热器；

第一换热器的一个接口与第一气液分离器、压缩机、空冷装置和第一减压阀的一端依次串接，第一减压阀的另一端连接第一换热器的另一个接口。

第二换热器的一个接口通过第二气液分离器与第三换热器连接；第二换热器的一个接口还通过膨胀机连接到脱甲烷塔的一个接口；第二气液分离器分离出的气相流入第二级换热器作为冷物流进行原料气的制冷后经过膨胀机流入脱甲烷塔进行甲烷的脱出。

第三换热器经过第二减压阀连接脱甲烷塔；第三换热器流出的原料气经过第二减压阀实现进一步制冷流入脱甲烷塔进行甲烷的脱出。

脱甲烷塔的出口还分别通过第一回流管和第三回流管连接到第一换热器；脱甲烷塔的另外出口通过第二回流管连接到第二换热器；脱甲烷塔侧线采出的汽提气在第一换热器、第二换热器与原料气进行换热后，返回脱甲烷塔。

本实用新型的有益效果：

本实用新型是针对油田伴生气中CO2-C2H6共沸物的进一步分离，实现二氧化碳和乙烷产品的双回收。

既可以实现对二氧化碳的回收利用(用于CO2-EOR技术)，使其不被大量排入空气中加剧“温室效应”，又可实现乙烷产品(乙烯的优质裂解原料)的高纯度回收，并且不影响后续流程的C³⁺烃产品生产，大大提高天然气处理厂的经济和社会效益。

萃取精馏过程中的萃取剂为流程的后续产物，利用相似相容原理实现了二氧化碳和乙烷产品的双回收。不会引入外来杂质，避免了萃取剂分离流程的单独设置以及能源的消耗，降低了能耗。

萃取剂可以降低二氧化碳的冻结温度，在低温萃取分离流程中不会出现二氧化碳堵塞设备构件及管道，保证设备的安全可靠运行。

附图说明

图1为萃取精馏系统结构示意图；

图2为本实用新型系统的示意图。

其中，10.1塔体，10.2塔顶冷凝器，10.3塔底再沸器，7-2萃取精馏塔进料口，7-2-1塔顶气体出气口，7-2-2冷凝器回流管，7-2-3CO2产品流出口，7-2-4塔底物料流出口，7-2-5再沸器回流管，7-2-6乙烷与C³⁺烃系物的混合物料流出口，7-8-4萃取剂进料口；

1.1第一换热器，1.2第二换热器，1.3第三换热器，2.1第一气液分离器，2.2第二气液分离器，3.1压缩机，3.2膨胀机，4.1第一减压阀，4.2第二减压阀，5空冷装置，7脱甲烷塔，8.1第一离心泵，8.2第二离心泵，9.1第一冷却器，9.2第二冷却器，10萃取精馏塔，11.1脱乙烷精馏塔，11.2脱丙烷精馏塔，11.3脱丁烷精馏塔，12流量分配器，4-0第一回流管，2-0第二回流管，5-0第三回流管。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图2所示，伴生气中CO2-C2H6共沸物的萃取分离系统，包括伴生气气预处理装置，所述伴生气气预处理装置的输出端连接脱甲烷塔7，脱甲烷塔7的塔顶设有甲烷出口，脱甲烷塔7的塔底输出端连接萃取精馏塔10后连接脱乙烷塔11.1。

脱甲烷塔7的塔底输出端依次连接第一离心泵8.1和第一冷却器9.1后连接所述萃取精馏塔10。

所述脱乙烷塔11.1的塔底输出端连接脱丙烷精馏塔11.2和脱丁烷精馏塔11.3，脱丁烷精馏塔11.3的塔底输出端依次连接分离器12、第二离心泵8.2、第二冷却器9.2后接入所述萃取精馏塔10。

所述伴生气预处理装置包括依次串联的第一换热器1.1、第二换热器1.2及第三换热器1.3；第一换热器1.1实现原料气的一级制冷使其温度达到-30℃，制冷后的伴生气流入第二换热器1.2实现原料气的二级制冷使其温度达到-60℃；第二换热器流出的原料气通过第二气液分离器2.2进行气液分离，液相流入第三换热器1.3进行原料气和脱甲烷塔7塔顶生成的甲烷气体换热，实现原料气的深冷使其温度达到-90℃；

第一换热器1.1的一个接口与第一气液分离器2.1、压缩机3.1、空冷装置5和第一减压阀4.1的一端依次串接，第一减压阀4.1的另一端连接第一换热器1.1的另一个接口。

第二换热器1.2的一个接口通过第二气液分离器2.2与第三换热器1.3连接；第二换热器1.2的一个接口还通过膨胀机3.2连接到脱甲烷塔7的一个接口；第二气液分离器2.2分离出的气相流入第二级换热器作为冷物流进行原料气的制冷后经过膨胀机3.2流入脱甲烷塔7进行甲烷的脱出。

第三换热器1.3经过第二减压阀4.2连接脱甲烷塔7；第三换热器1.3流出的原料气经过第二减压阀4.2实现进一步制冷流入脱甲烷塔进行甲烷的脱出。

脱甲烷塔7的出口还分别通过第一回流管4-0和第三回流管5-0连接到第一换热器1.1；脱甲烷塔7的另外出口通过第二回流管2-0连接到第二换热器1.2；第一换热器1.1连接管4-1连接脱甲烷塔7，第一换热器1.1还有连接管5-1连接脱甲烷塔7，第二换热器1.2连接管2-1连接脱甲烷塔7。脱甲烷塔7侧线采出的汽提气在第一换热器、第二换热器与原料气进行换热后，返回脱甲烷塔7。

压缩机3.1需要能耗Q-0；膨胀机3.2需要能耗Q-1；第一离心泵8.1、第二离心泵8.2分别需要能耗Q-3、Q-13；第一冷却器9.1、第二冷却器9.2分别需要能耗Q-4、Q-14；脱乙烷精馏塔11.1、脱丙烷精馏塔11.2、脱丁烷精馏塔11.3的塔顶冷凝器需要能耗Q-5、Q-7、Q-9、Q-11；脱甲烷塔7、萃取精馏塔10、脱乙烷精馏塔11.1、脱丙烷精馏塔11.2、脱丁烷精馏塔11.3的塔底再沸器分别需要能耗Q-2、Q-6、Q-8、Q-10、Q-12。

如图1所示，所述萃取精馏塔系统包括萃取精馏塔塔体10.1，所述塔体10.1的顶部设有塔顶气体出气口7-2-1，所述塔顶气体出气口7-2-1通过管道连接塔顶冷凝器10.2，塔顶冷凝器10.2的底端通过冷凝器回流管7-2-2连接到所述塔体10.1，同时塔顶冷凝器10.2的底端还设有CO2产品流出口7-2-3；

所述塔体10.1的中部包括两股进料物流，设有萃取剂进料口7-8-4和萃取精馏塔进料口7-2；萃取剂进料口连接第3块塔板，萃取精馏塔进料口连接第26块塔板，冷凝器回流管连接第1块塔板，再沸器回流管连接第45块塔板。

所述塔体10.1的底部设有塔底物料流出口7-2-4，所述塔底物料流出口7-2-4通过管道连接塔底再沸器10.3，所述塔底再沸器10.3通过再沸器回流管7-2-5连接所述塔体10.1的底部，所述塔底再沸器10.3还设有乙烷与C³⁺烃系物的混合物物料流出口7-2-6。

塔顶冷凝器需要能耗Q-3，塔底再沸器需要能耗Q-4。

塔顶冷凝器和塔底再沸器采用间接换热的方式。

伴生气中CO2-C2H6共沸物的萃取分离方法，包括以下步骤：

步骤一、对伴生气进行预处理；

步骤二、经过所述步骤一处理后的伴生气在脱甲烷塔中进行甲烷的脱出；

步骤三、将脱甲烷塔塔底流出的混合物都通入萃取精馏塔，顶部得到高纯度的二氧化碳，塔底流出乙烷与C³⁺烃系物的混合物；脱甲烷塔塔底流出的混合物的温度控制在0℃～20℃范围内，压力控制在2.1MPa以上；

步骤四、将步骤三得到的乙烷与C³⁺烃系物的混合物经过脱乙烷塔在塔顶得到乙烷。

所述脱甲烷塔塔底流出的混合物包括二氧化碳、乙烷以及C³⁺烃系物，C³⁺烃系物在萃取精馏塔中作为萃取剂(添加剂)。

脱乙烷塔塔底流出的混合物进入脱丙烷精馏塔，在脱丙烷精馏塔的塔顶获得丙烷，脱丙烷精馏塔的塔底流出混合物再进入脱丁烷精馏塔，在脱丁烷精馏塔的塔顶获得丁烷，脱丁烷精馏塔的塔底流出混合物再作为萃取剂(添加剂)再进入所述萃取精馏塔。

所述脱丙烷精馏塔的塔底流出混合物首先经过流量分配器，一部分物料作为轻油产品；另一部分物料通过离心泵增压达到萃取精馏塔的操作压力，然后通过冷却器降温为萃取剂(添加剂)设定操作温度后返回萃取精馏塔用于CO2-C2H6共沸物的分离。

经伴生气预处理装置后的伴生气在脱甲烷塔7进行甲烷的脱出，塔底流出的二氧化碳、乙烷以及C³⁺烃系物进入萃取精馏塔10，利用重组分轻烃的萃取作用，在萃取精馏塔10的顶部获得高纯度的二氧化碳产品用于EOR技术，塔底流出的乙烷与C³⁺烃系物的混合物流经过脱乙烷精馏塔11.1即可在塔顶获得满足纯度要求的乙烷产品(生产乙烯的优质裂解原料)，后续的脱丙烷精馏塔11.2、脱丁烷精馏塔11.3可生产出丙烷和丁烷。脱乙烷精馏塔11.1、脱丙烷精馏塔11.2以及脱丁烷精馏塔11.3塔底的物流都可以作为萃取精馏塔10的萃取剂进行CO2-C2H6共沸物的分离，且都可以得到满足纯度要求的二氧化碳和乙烷产品。

萃取精馏塔10塔顶流出的二氧化碳产品7-2-3经过适当的加压，可以直接用于油田的开采。脱乙烷塔11.1塔顶馏出的乙烷产品7-2-6经储存运输至乙烯生产系统，可以直接做为生产乙烯的优质裂解原料。

本实用新型在处理量一定的前提下，以能耗最小为目标函数选取最优的萃取剂循环流程，即脱丁烷精馏塔11.3塔底的物流通过流量分配器12，一部分物料作为轻油产品7-8-2；另一部分物料7-8-1通过第二离心泵8.2增压达到萃取精馏塔10的操作压力，通过第二冷却器9.2降温为萃取剂最佳操作温度，返回萃取精馏塔进行CO2-C2H6共沸物的分离。

本实用新型提供的伴生气中CO2-C2H6共沸物的萃取分离方法，根据相似相容的原理，利用低温深冷工艺流程中产生的C³⁺烃系物作为萃取剂，一方面可以降低二氧化碳的冻结温度，防止固体CO2的形成；另一方面在萃取精馏过程中，也可以打破CO2-C2H6共沸体系，实现二氧化碳和乙烷产品的双回收。

脱乙烷塔前设有萃取精馏塔系统，实现天然气中CO2-C2H6共沸物的分离。萃取精馏塔系统包括萃取精馏塔塔体、塔顶冷凝器和塔底再沸器。塔的进料一股为脱甲烷塔塔底的物料作为进料物流；另一股为后续流程生产的脱丁烷塔塔底部分物料通过增压和降温返回萃取精馏塔作为萃取剂。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。