费托合成尾气的分离装置及分离工艺的制作方法

1.本发明涉及费托合成尾气处理技术领域，具体而言，涉及一种费托合成尾气的分离装置及分离工艺。


背景技术：

2.费托合成尾气组分主要包括氢气、一氧化碳、低碳烃等。目前，通常采用精馏工艺对费托合成尾气进行分离并回收。但是，现有的精馏工艺中，通常需要引入深冷液化单元，引入的深冷液化单元涉及的深冷换热器较多，增加了工艺设备的投资和系统运行能耗。


技术实现要素：

3.本发明提供一种费托合成尾气的分离装置及分离工艺，以解决现有技术中的精馏工艺引入深冷液化单元涉及的深冷换热器较多，增加了工艺设备的投资和系统运行能耗的问题。
4.根据本发明的一个方面，提供了一种费托合成尾气的分离装置，其包括顺次连接的脱碳二塔、脱氢塔和甲烷精馏塔，分离装置还包括：第一再沸器，具有第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道用于与第二换热通道热交换，第一换热通道与甲烷精馏塔的塔底连通，脱碳二塔的气相轻组分出口与第二换热通道的入口连通，以对第一再沸器提供热源；第一冷凝器，第一冷凝器的入口与脱氢塔的塔顶连接；第二冷凝器，具有第三换热通道与第四换热通道，第三换热通道用于与第四换热通道热交换，第三换热通道的入口与甲烷精馏塔的气相轻组分出口连通，第一冷凝器的出口与第四换热通道的入口连通，以对第二冷凝器提供冷源。
5.进一步地，脱碳二塔的塔顶设置有第一回流口，分离装置还包括依次连接的第三冷凝器和第一回流罐，第三冷凝器的入口与脱碳二塔的气相轻组分出口连通；第一回流罐的第一连通口与第一回流口连通，以向脱碳二塔通入物料；第一回流罐的第二连通口与脱氢塔的进料口连通，以向脱氢塔通入物料。
6.进一步地，第一再沸器的第二换热通道的出口与第一回流罐的第三连通口连通，以向第一回流罐通入物料。
7.进一步地，分离装置还包括变压吸附单元；第一冷凝器的出口与变压吸附单元的进料口连通，以向变压吸附单元通入物料。
8.进一步地，第二冷凝器的第四换热通道的出口与变压吸附单元的进料口连通，以向变压吸附单元通入物料。
9.进一步地，脱氢塔的塔顶设置有第二回流口，分离装置还包括第二回流罐，第二回流罐设置在第一冷凝器和脱氢塔之间；第二回流罐的第一连通口与第二回流口连通，以向脱氢塔通入物料；第二回流罐的第二连通口与第二冷凝器的第四换热通道的入口连通，以向第二冷凝器的第四换热通道通入物料；第二回流罐的第二连通口与变压吸附单元的进料口连通，以向变压吸附单元通入物料；第一冷凝器的出口与第二回流罐的第三连通口连通，
以向第二回流罐通入物料。
10.进一步地，甲烷精馏塔的塔顶设置有第三回流口，分离装置还包括第三回流罐，第三回流罐设置在第二冷凝器和甲烷精馏塔之间，第二冷凝器的第三换热通道的出口与第三回流罐的入口连通；第三回流罐的第一连通口与第三回流口连通，以向甲烷精馏塔通入物料。
11.进一步地，分离装置还包括燃气管路，第三回流罐的第二连通口与燃气管路连通，以向燃气管路通入物料。
12.进一步地，分离装置还包括脱碳三塔和依次连通的第四冷凝器和第四回流罐，第四冷凝器的入口与脱碳三塔的气相轻组分出口连通，脱碳三塔设置的塔顶设置有第四回流口，第四回流罐的第一连通口与第四回流口连通，第四回流罐的第二连通口与脱碳二塔的进料口连通。
13.根据本发明的另一方面，提供了一种费托合成尾气的分离工艺，其包括以下步骤：
14.脱碳二处理：对费托合成尾气进行脱碳二处理，得到一级气态产物和一级液态产物；
15.脱氢处理：将一级气态产物的第一流股冷凝后进行脱氢处理，得到二级气态产物和二级液态产物；
16.甲烷精馏处理：将二级液态产物进行甲烷精馏处理，得到三级气态产物和三级液态产物；
17.其中，在脱氢处理时，将一级气态产物的第二流股与三级液态产物进行热交换，以通过一级气态产物的第二流股对三级液态产物进行加热处理，在甲烷精馏处理时，将二级气态产物的一部分与三级气态产物进行热交换，以通过二级气态产物对三级气态产物进行冷凝处理。
18.进一步地，在对费托合成尾气进行脱碳二处理前，对费托合成尾气进行脱碳三处理。
19.进一步地，将对所述三级液态产物进行加热处理后的一级气态产物的第二流股与冷凝后的所述一级气态产物的第一流股汇合后，液相组分进行脱碳二处理，气相组分进行脱氢处理。
20.应用本发明的技术方案，脱碳二塔的气相轻组分出口与第二换热通道的入口连通，能够对第一再沸器提供热源；第一冷凝器的出口与第二冷凝器的第四换热通道的入口连通，能够对第二冷凝器提供冷源，如此设置，能够减少本分离装置中的深冷单元的数量，降低分离装置的成本和运行能耗。现有技术甲烷精馏塔的冷凝器和塔底的再沸器均需大量的混合冷剂提供冷源和热源，本分离装置能够利用脱碳二塔的塔顶气相组分作为甲烷精馏塔的塔底的第一再沸器的热源，脱氢塔的塔顶的冷凝气作为甲烷精馏塔的塔顶的第二冷凝器的冷源，使得不同温位热量之间进行耦合，有效降低了混合冷剂消耗，最大限度的利用现有工况、降低投资费用，并达到节能降耗的目的，为装置降本增效提供了基础保障。
附图说明
21.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
22.图1示出了根据本发明实施例提供的费托合成尾气的分离装置的结构示意图。
23.其中，上述附图包括以下附图标记：
24.10、脱碳二塔；11、第三冷凝器；12、第一回流罐；13、第二再沸器；
25.20、脱氢塔；21、第一冷凝器；22、第二回流罐；
26.30、甲烷精馏塔；31、第一再沸器；32、第二冷凝器；33、第三回流罐；
27.40、变压吸附单元；
28.50、燃气管路；
29.60、脱碳三塔；61、第四冷凝器；62、第四回流罐；63、第三再沸器。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.如图1所示，本发明实施例提供了一种费托合成尾气的分离装置，其包括顺次连接的脱碳二塔10、脱氢塔20和甲烷精馏塔30，分离装置还包括第一再沸器31、第一冷凝器21和第二冷凝器32。其中，第一再沸器31具有第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道用于与第二换热通道热交换，第一换热通道与甲烷精馏塔30的塔底连通，脱碳二塔10的气相轻组分出口与第二换热通道的入口连通，以对第一再沸器31提供热源。第一冷凝器21的入口与脱氢塔20的塔顶连接。第二冷凝器32，具有第三换热通道与第四换热通道，第三换热通道用于与第四换热通道热交换，第三换热通道的入口与甲烷精馏塔30的气相轻组分出口连通，第一冷凝器21的出口与第四换热通道的入口连通，以对第二冷凝器32提供冷源。本方案中，脱碳二塔10的塔顶的压力、脱氢塔20的塔顶的压力以及甲烷精馏塔30的塔顶的压力依次降低。本方案中，脱碳二塔10的塔底设置有第二再沸器13。
32.应用本发明的技术方案，脱碳二塔10的气相轻组分出口与第二换热通道的入口连通，能够对第一再沸器31提供热源；第一冷凝器21的出口与第二冷凝器32的第四换热通道的入口连通，能够对第二冷凝器32提供冷源，如此设置，能够减少本分离装置中的深冷单元的数量，降低分离装置的成本和运行能耗。现有技术甲烷精馏塔的冷凝器和塔底的再沸器均需大量的混合冷剂提供冷源和热源，本分离装置能够利用脱碳二塔10的塔顶气相组分作为甲烷精馏塔30的塔底的第一再沸器31的热源，脱氢塔20的塔顶的冷凝气作为甲烷精馏塔30的塔顶的第二冷凝器32的冷源，使得不同温位热量之间进行耦合，有效降低了混合冷剂消耗，最大限度的利用现有工况、降低投资费用，并达到节能降耗的目的，为装置降本增效提供了基础保障。
33.具体地，脱碳二塔10的塔顶设置有第一回流口，分离装置还包括依次连接的第三冷凝器11和第一回流罐12，第三冷凝器11的入口与脱碳二塔10的气相轻组分出口连通；第一回流罐12的第一连通口与第一回流口连通，以向脱碳二塔10通入物料；第一回流罐12的第二连通口与脱氢塔20的进料口连通，以向脱氢塔20通入物料。脱碳二塔10塔顶产生一级气态产物，一级气态产物主要包括氢气、甲烷等气体，并包括微量的碳二组分，例如乙烷和
乙烯，其中一级气态产物第一流股经过第三冷凝器11冷凝并进入至第一回流罐12内，流入第一回流罐12内的气相组分通入至脱氢塔20内进行脱氢处理，液相组分回流至脱碳二塔10内进一步精馏，以提升产物的纯度。一级气态产物的第二流股通入至第一再沸器31的第二换热通道内并与甲烷精馏塔30的产生的三级液态产物进行热耦合。
34.进一步地，第一再沸器31的第二换热通道的出口与第一回流罐12的第三连通口连通，以向第一回流罐12通入物料。如此设置，使得与三级液态产物进行换热的一级气态产物的第二流股进行换热后，仍然能够被再次输入至第一回流罐12内，如此设置，能够最大限度地使得该流股物料实现资源利用最大化，充分发挥该流股物料的价值，即该流股物料经过热交换后，再回流至第一回流罐12内并进行后续处理，不影响后续工段的产量，达到节能的效果。
35.进一步地，分离装置还包括变压吸附单元40；第一冷凝器21的出口与变压吸附单元40的进料口连通，以向变压吸附单元40通入物料。如此设置，能够进一步保证分离所得的氢气的纯度。
36.进一步地，第二冷凝器32的第四换热通道的出口与变压吸附单元40的进料口连通，以向变压吸附单元40通入物料。如此设置，使得该流股物料经过热交换后，再流通至变压吸附单元40，并进行后续处理，不影响后续工段的产量，能够最大限度地使该流股物料实现资源利用最大化，充分发挥了该流股物料的价值。
37.进一步地，脱氢塔20的塔顶设置有第二回流口，分离装置还包括第二回流罐22，第二回流罐22设置在第一冷凝器21和脱氢塔20之间；第一冷凝器21的出口与第二回流罐22的第三连通口连通，以向第二回流罐22通入物料；第二回流罐22的第一连通口与第二回流口连通，以向脱氢塔20通入物料；第二回流罐22的设置，能够使得经过脱氢处理后的二级气态产物经过冷凝后回流至脱氢塔20进行进一步精馏处理，如此设置，能够进一步保证二级气态产物的纯度。
38.进一步地，第二回流罐22的第二连通口与第二冷凝器32的第四换热通道的入口连通，以向第二冷凝器32的第四换热通道通入物料；如此设置，能够使得部分二级气态产物经过冷凝后作为第二冷凝器32的冷源，保证与第二冷凝器32内的第三换热通道内的物料的换热效果。
39.进一步地，第二回流罐22的第二连通口与变压吸附单元40的进料口连通，以向变压吸附单元40通入物料。如此设置，使得二级气态产物经过冷凝后的剩余部分通入变压吸附单元，以进一步保证产生的氢气的纯度。
40.进一步地，甲烷精馏塔30的塔顶设置有第三回流口，分离装置还包括第三回流罐33，第三回流罐33设置在第二冷凝器32和甲烷精馏塔30之间，第二冷凝器32的第三换热通道的出口与第三回流罐33的入口连通；如此设置，能够使得经过第二冷凝器32换热后的二级气态产物被重新利用，不影响后续工段的产量，进而能够最大限度地使该流股物料实现资源利用最大化，充分发挥了该流股物料的价值。
41.进一步地，第三回流罐33的第一连通口与第三回流口连通，以向甲烷精馏塔30通入物料。如此设置，能够提升对二级气态产物的精馏效果，保证制备所得的氢气的纯度。
42.进一步地，分离装置还包括燃气管路50，第三回流罐33的第二连通口与燃气管路50连通，以向燃气管路50通入物料。如此设置，能够保证现场煤油生产装置燃料气系统平
衡。
43.具体地，脱碳二塔10的塔顶的气相轻组分出口的温度为-60℃，第一冷凝器21的出口的温度为-109℃；第一再沸器31的第一换热通道的入口的温度为-112℃，第一再沸器31的第一换热通道的出口的温度为-108℃；第一再沸器31的第二换热通道的入口温度为-60℃，第一再沸器31的第二换热通道的出口的温度为-109℃；第一冷凝器21的出口的温度为-176℃，第二冷凝器32的第四换热通道的入口的温度为-176℃，第二冷凝器32的第四换热通道的出口温度为-161℃；第二冷凝器32的第三换热通道的入口温度为-156℃，第二冷凝器32的第三换热通道的出口温度为-157℃。
44.进一步地，分离装置还包括脱碳三塔60和依次连通的第四冷凝器61和第四回流罐62，第四冷凝器61的入口与脱碳三塔60的气相轻组分出口连通，脱碳三塔60设置的塔顶设置有第四回流口，第四回流罐62的第一连通口与第四回流口连通，第四回流罐62的第二连通口与脱碳二塔10的进料口连通。脱碳三塔60的塔底还设置有第三再沸器63。如此设置，能够保证对碳三产物的回收，其中，碳三产物(lpg)主要包括丙烷以及丙烯。
45.本发明还提供了一种费托合成尾气的分离工艺，其采用上述分离装置，分离工艺包括以下步骤：
46.脱碳二处理：通过脱碳二塔10对费托合成尾气进行脱碳二处理，得到一级气态产物和一级液态产物(c2)；
47.脱氢处理：通过脱氢塔20将一级气态产物的一部分冷凝后进行脱氢处理，得到二级气态产物和二级液态产物；
48.甲烷精馏处理：通过甲烷精馏塔30将二级液态产物进行甲烷精馏处理，得到三级气态产物和三级液态产物(lng)；
49.其中，将一级气态产物的第二流股与三级液态产物进行热交换，以通过一级气态产物的第二流股对三级液态产物进行加热处理，在甲烷精馏处理时，将二级气态产物的一部分与三级气态产物进行热交换，以通过二级气态产物对三级气态产物进行冷凝处理。其中，在脱碳二处理之前，还通过脱碳三塔60进行脱碳三处理并得到碳三产物(lpg)。
50.进一步地，将对所述三级液态产物进行加热处理后的一级气态产物的第二流股与冷凝后的所述一级气态产物的第一流股汇合后，气相组分进行脱碳二处理，液相组分进行脱氢处理。如此设置，能够最大限度地利用现有工况，合理利用各工序产生的热量，降低投资费用，达到节能降耗的目的，并能够保证最终产物的产量不受影响。
51.其中，脱碳三塔60的塔顶的压力设置在2.2至2.4mpa之间；脱碳二塔10的塔顶压力控制在2.0至2.2mpa之间，脱氢塔20的塔顶压力控制在1.8至2.0mpa之间；甲烷精馏塔30的塔顶压力控制在0.5至1.8mpa之间。
52.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
53.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方
法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
54.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
55.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
56.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
57.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。