专利名称：一种尾气中乙烯的深冷回收系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及乙烯回收技术领域，具体涉及一种尾气中乙烯的深冷回收系统。
背景技术：
乙烯生产工艺中的深冷分离部分主要目的之一是在一定的低温范围下(一般最低可达到_170°C)在板翅式换热器内将气相进料(主要为氢气、甲烷、乙烯)降温冷凝后， 在气液分离容器内分离组分较重的液相(主要是甲烷和乙烯)后继续冷凝分离出气相，经多次冷凝分离，最终将氢气、甲烷与乙烯分开，得到氢气产品和甲烷氢副产品(主要成分为甲烷，还包含少量氢气)，甲烷氢副产品基本以自产燃料的形式为裂解反应提供燃料。为降低尾气中乙烯的含量，减小乙烯损失，现有做法是将分离过程的气液分离设备改为精馏塔，通过精馏降低尾气中的乙烯含量，如图1所示，经多级冷凝、分离后的气相进料，经第三板翅式换热器31冷却后进入精馏塔51，精馏塔51底部液相经第三板翅式换热器31回收冷量后送入乙烯回收装置，精馏塔51顶部气体经第四板翅式换热器41冷却部分冷凝后在气液分离容器6内分离出液相部分和以甲烷及氢气为主要成分的气相部分，液相部分作为精馏塔51回流，气相部分进一步冷却分离后得到氢气和以甲烷为主要成分的甲烷氢副产品即尾气，作为燃料气使用。由于塔顶冷凝器是分离所用的板翅式换热器的一部分，因此冷凝器放置在塔顶或高于塔顶的位置，前者方案综合多方面因素，塔不能太高， 板翅换热器不可能做得太大，板翅换热器对于塔的强度设计影响很大；后者方案则需设计一高于塔的框架，综合考虑也不经济。由于板翅换热器的设计和制造目前以供应商为主，因此对于工期比较紧的项目来说，受限制比较多。另外，塔顶气相冷凝所需的冷量都取自于深冷分离部分，因此造成冷分离部分冷量不足，为弥补冷量不足所采取的措施是将深冷部分液相减压循环至深冷前的系统，这样增加整体系统能耗和相关设备的尺寸。由于冷量主要来自于深冷分离部分，这样造成的结果是不可能用更低的温度对吸收塔顶部的气相进行冷凝，否则后续分离所需的冷量无法弥补，或者需加大系统的循环量，弥补系统冷却所需的冷量，造成更大的能量浪费，很大程度上抵消了回收乙烯得到的收益，由于循环量增大，设备投资也要增加。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种尾气中乙烯的深冷回收系统，在不增加系统能耗的基础上，提高乙烯回收率。为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种尾气中乙烯的深冷回收系统，包括甲烷分馏塔、甲烷分馏塔回流分离设备、至少两台换热设备以及吸收塔；所述甲烷分馏塔顶部出料口经过换热器与所述甲烷分馏塔回流分离设备进料口相连通，所述甲烷分馏塔回流分离设备底部液相出口的第一液相分支依次串接第一换热设备和第二换热设备，所述吸收塔底端进口与所述第一换热设备出口连通，所述吸收塔顶端气相出口和所述第二换热设备的气相进口连通，所述吸收塔顶端进液口与所述第二换热设备的液相出口连通，所述吸收塔底端液相出口与所述第一换热设备底端进口连通，所述第一换热设备底端液相出口与所述甲烷分馏塔的第一进液口连通。上述方案中，所述吸收塔为板式塔，所述板式塔的塔板数为3-30块。上述方案中，所述吸收塔为填料塔，所述填料塔的填料高度为0. 1 10米。上述方案中，所述至少两台换热设备为板翅式换热器。上述方案中，所述甲烷分馏塔回流分离设备底部液相出口与所述甲烷分馏塔的第二进液口连通。与现有技术方案相比，本实用新型采用的技术方案产生的有益效果如下本实用新型采用通过从甲烷分馏塔顶引出一股液相作为吸收液，此液相经至少两次在板翅换热器内过冷后，引入吸收塔中对尾气中的乙烯进行吸收，大大降低了尾气中乙烯的含量，即乙烯回收率有很大提高，并且设备布置更加简单合理；而且，两次冷却过程所需冷量相对于吸收塔塔顶气相经分凝器冷凝所需的冷量要小很多，本实用新型对冷箱系统冷量平衡基本无影响，不会增加系统能耗。
图1为现有技术中的乙烯深冷回收系统的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的乙烯深冷回收系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型技术方案进行详细描述。如图2所示，本实用新型实施例提供一种尾气中乙烯的深冷回收系统，包括甲烷分馏塔1、甲烷分馏塔回流分离设备2、第一换热设备3、第二换热设备4和吸收塔5，甲烷分馏塔1顶部出料口和甲烷分馏塔回流分离设备2进料口相连通，甲烷分馏塔回流分离设备 2底部液相出口依次串接第一换热设备3和第二换热设备4，吸收塔5底端气相进口和第一换热设备3气相出口连通，吸收塔5顶端进液口和第二换热设备4的液相出口连通，吸收塔 5底端液相出口和第一换热设备3底端液相进口连通。吸收塔5顶端气相出口和第二换热设备4的气相进口连通。第一换热设备3底端液相出口和甲烷分馏塔1的第一进液口连通。甲烷分馏塔回流分离设备2底部液相出口还和甲烷分馏塔1的第二进液口连通。甲烷分馏塔1的上端出料口与甲烷分馏塔回流分离设备2的进料口之间设有换热器6。本实施例中，换热设备为板翅式换热器，且板翅式换热器的数量不限于两个，还可以设有三个或四个，吸收塔5可为板式塔或填料塔，当吸收塔5为板式塔时，塔板数为3-30 块，为填料塔时，填料高度为0. 1 10米，吸收塔5更优选为板式塔。本实施例中，甲烷分馏塔回流分离设备2底部液相出口的第一液相分支经过至少两台换热设备交换热量后温度低于吸收塔5顶部气体温度为最佳，温度差为0°C 200°C。 甲烷分馏塔回流分离设备2底部液相出口的第一液相分支经过至少两台换热设备交换热量后温度若高于吸收塔5顶部气体温度，温度差为0°C 50°C。本实施例中，吸收塔5顶端进液口进入的液体主要组成为甲烷液体，或者氢气液体，或者甲烷和氢气混合液体，或甲烷和氢气及乙烯混合液体。[0021]本实用新型在使用时，乙烯生产工艺中经多级冷凝、分离后的尾气，仍含有乙烯量为4%左右(摩尔百分含量)，其余主要成分是甲烷和氢气，此外还含有少量一氧化碳，该气相进料被冷却至约_97°C后，此时的压力约为3. 45Mpa，经第一换热设备3冷却至_133°C后进入吸收塔5，在吸收塔5内对冷却后的含有乙烯的气相进行吸收，分离出含有乙烯的液相部分和以甲烷及氢气为主要成分的气相部分。吸收塔5内吸收所用的吸收液是将甲烷分馏塔1顶部的部分液相经第一换热设备3和第二换热设备4两级冷却后温度降至-151°C后得到，吸收液进入吸收塔5顶部，对上述含有乙烯的气相进行吸收。甲烷分馏塔1引出的气相经换热器6冷凝后进入甲烷分馏塔回流分离设备2，甲烷分馏塔回流分离设备2底部液相部分回流至甲烷分馏塔1，部分送至第一换热设备3和第二换热设备4冷凝。吸收塔5底部的液相经第一换热设备3回收部分冷量后作为进料进入甲烷分馏塔 1，吸收塔5顶部的气相经吸收后大部分乙烯随液相由吸收塔5底部排出，气相主要组成为甲烷和氢气。吸收塔5顶部得到的以甲烷和氢气为主要成分的气相经第二换热设备4冷却后可进一步分离出氢气，得到的氢气经冷量回收，剩余的组分经冷量回收后得到以甲烷为主要成分的甲烷氢副产品。采用本领域常规方法测量甲烷氢副产品中乙烯的含量，本实施例中乙烯的摩尔百分含量约为0.011%。图1为现有技术中的乙烯深冷回收系统的结构示意图，采用的气液分离设备为精馏塔51，经多级冷凝、分离后的气相进料含有乙烯量为4%左右(摩尔百分含量)，其余主要成分是甲烷和氢气，此外还含有少量一氧化碳，此时的压力约为3. 45Mpa，经第三板翅式换热器31冷却至约后进入精馏塔51，精馏塔51底部液相经第三板翅式换热器31回收冷量后送入乙烯回收装置，精馏塔51顶部气体经第四板翅式换热器41冷却部分冷凝后在气液分离容器6内分离出液相部分和以甲烷及氢气为主要成分的气相部分，液相部分作为精馏塔51回流，气相部分进一步冷却分离后得到氢气和以甲烷为主要成分的甲烷氢副产品即尾气，作为燃料气使用。采用常规方法测量甲烷氢副产品中乙烯的含量，此对比例中乙烯的摩尔百分含量为0. 13%。采用常规的塔顶设置冷凝器的精馏过程，吸收液来自塔顶气体部分冷凝后分离的液体，此设置受制于系统所能提供的冷源的温度和冷量的负荷限制，塔顶得到的尾气中乙烯的含量一般约在0. 15% 0.04% (mol)，采用本实用新型的方法和系统，得到的尾气中乙烯含量不超过0.015% (mol)，大大降低了尾气中乙烯的含量，提高了乙烯回收效率。常规精馏塔得到的气相在板翅换热器内部分冷凝后再进行气液分离，板翅换热器及气液分离设备需要设置在塔顶或者高于塔的某一位置，以保证液相能依靠重力实现回流，然而此板翅换热器和其它板翅换热器整体设计和制造，由专业厂家设计和制造，在厂家完成设计之前，和此设备相关的部分都不能完成设计，项目工期受其影响很大，特别是周期比较短的项目，其影响更加明显。本实用新型系统设备布置简单，对装置其它部分设计几乎无影响，对项目工期无影响。采用常规的吸收塔吸收效果不理想，受限于乙烯吸收塔塔顶气的组成和冷量的供应，冷凝分离出的液量相对于塔顶的气相不足，造成尾气中乙烯含量比较高，并且由于吸收液量不足，回流量相对于气相量比较小，对吸收塔的设计带来很大的不便。本实用新型方法和系统设计简单，从甲烷分馏塔回流分离设备2引出液体进行吸收有以下优点1)引出流量基本不受限制；幻操作简单、灵活；幻在进入吸收塔5前经第一板翅换热器3和第二板翅换热器4冷却过程所需冷量相对于常规的吸收塔5塔顶气部分冷凝所需的冷量要小很多， 对冷箱系统冷量平衡基本无影响，不会增加系统能耗。本实用新型采用通过从甲烷分馏塔顶引出一股液相作为吸收液，此液相经至少两次在板翅换热器内过冷后，引入吸收塔中对尾气中的乙烯进行吸收，大大降低了尾气中乙烯的含量，即乙烯回收率有很大提高，并且设备布置更加简单合理，克服了传统的板翅换热器及气液分离设备需要设置在塔顶或高于塔的位置而带来的弊端，不会增加设备尺寸，减少投资成本。吸收液在进入吸收塔前经至少两个板翅换热器冷却，两次冷却过程所需冷量相对于吸收塔塔顶气相经分凝器冷凝所需的冷量要小很多，本实用新型对冷箱系统冷量平衡基本无影响，不会增加系统能耗。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种尾气中乙烯的深冷回收系统，其特征在于包括甲烷分馏塔、甲烷分馏塔回流分离设备、至少两台换热设备以及吸收塔；所述甲烷分馏塔顶部出料口经过换热器与所述甲烷分馏塔回流分离设备进料口相连通，所述甲烷分馏塔回流分离设备底部液相出口的第一液相分支依次串接第一换热设备和第二换热设备，所述吸收塔底端进口与所述第一换热设备出口连通，所述吸收塔顶端气相出口和所述第二换热设备的气相进口连通，所述吸收塔顶端进液口与所述第二换热设备的液相出口连通，所述吸收塔底端液相出口与所述第一换热设备底端进口连通，所述第一换热设备底端液相出口与所述甲烷分馏塔的第一进液口连通。
2.如权利要求1所述的尾气中乙烯的深冷回收系统，其特征在于所述吸收塔为板式塔，所述板式塔的塔板数为3-30块。
3.如权利要求1所述的尾气中乙烯的深冷回收系统，其特征在于所述吸收塔为填料塔，所述填料塔的填料高度为0. 1 10米。
4.如权利要求1所述的尾气中乙烯的深冷回收系统，其特征在于所述至少两台换热设备为板翅式换热器。
5.如权利要求1所述的尾气中乙烯的深冷回收系统，其特征在于所述甲烷分馏塔回流分离设备底部液相出口与所述甲烷分馏塔的第二进液口连通。
专利摘要本实用新型涉及一种尾气中乙烯的深冷回收系统。所述回收系统包括甲烷分馏塔、甲烷分馏塔回流分离设备、至少两台换热设备以及吸收塔；甲烷分馏塔顶部出料口与甲烷分馏塔回流分离设备进料口连通，甲烷分馏塔回流分离设备底部液相出口的第一液相分支依次串接第一换热设备和第二换热设备，吸收塔底端进口与第一换热设备出口连通，吸收塔顶端气相出口和第二换热设备的气相进口连通，吸收塔顶端进液口与第二换热设备的液相出口连通，吸收塔底端液相出口与第一换热设备底端进口连通，第一换热设备底端液相出口与甲烷分馏塔的第一进液口连通。本实用新型提高了乙烯回收率，且设备布置更加简单合理，不会增加系统能耗。
文档编号B01D53/18GK202315648SQ20112048246
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者吉京华, 吴德娟, 孙长庚, 张来勇, 张驰群, 李文堂, 杨庆兰, 毕可珍, 汪永宗, 王峰, 王雪梅, 辛江 申请人:中国寰球工程公司, 中国石油天然气集团公司