专利名称:用于烃分离的两级精馏的制作方法
本发明是关于在加压下从含烃原气中分离C2+或C3+烃的方法。特别是，在本方法中，原气经冷却和膨胀，生成的冷凝物被导入使C2+和C3+烃与低沸点组分相分离的精馏塔里。
在专利代理人的德国专利申请P3332943·5和在1984年9月13日由Kumman等人合订的美国专利号NO.650016中，以制备C2+烃为特定目的的这个流程已经提出申请，作为参考也编入本文。在先前的专利申请里，送进塔里的气体以及在某些情况下从塔里排出的气体经受了不同的压力级，这反过来有助于各气流之间的热量传递。在具体设计中，甲烷馏分是在冷却主要经过串联分凝阶段的原气时产生的。在C2+烃中该甲烷馏分十分贪化，以致没有必要把它送进精馏级。因而该馏分没有被膨胀到精馏压力，因此，在排入高压甲烷管道前几乎不需要压缩。
本发明的目的之一是提供一个特别从能量观点上对上述类型流程进行了改进的流程。
更为深远的目的是提供该发明新颖而可以获得专利权的分系统流程的概况。
通过进一步研究本说明书和附带的权项，对于熟悉该技术的人们来说，本发明的深远目的和优点将变得十分清楚。
为了达到这些目的，至少在两个不同的压力级进行蒸馏。在原气冷却和膨胀时产生的馏分被送进在较高压力下操作的第一精馏塔里。这样得到(1)含有沸点低于C2+或C3+烃的组分的头馏分产物，(2)富集了C2+或C3+烃的塔底馏分。塔底馏分在膨胀后被送进在较低压力下操作的第二精馏塔里，在该塔获得作为塔底产物的C2+和C3+烃馏分。在第二精馏塔顶部得到的头馏分进行再循环，在压缩后送进第一精馏塔。
两级精馏得到的一个好处是由于从高压力级得到的头馏分气体，即不含C2+或C3+的馏分，所处的压力作用单级精馏时高。这种甲烷产物馏份通常排到高压管道里，因此可以省掉或至少减少对它的压缩。这与在专利代理人的有优先权的申请流水号NO.650016中获得的是同一种好处，然而，本发明还提供了如下所述的更多的优点。
在本发明的一个优先选用的具体设计中，来自第二精馏塔的头馏份产物通过一个开放致冷循环，为此，需将它加热，压缩并经再冷却后膨胀进入第一精馏塔。一个择优的技术是，冷却的头馏份不是直接导入第一精馏塔，而是或者进入待冷却的原气中，或者进入已除去冷凝物的原气中采实现再循环。这种开放循环也包含溶于第一精馏塔塔底产物里的低沸点组分。在本发明的流程中，现在只需要再压缩这一小部分低沸点组份，例如通常，在主要组成甲烷的低沸点组份里占不到15%，特别是不到8%。例如，在一个用于从天然气中分离C2+烃的流程中，进入第二精馏塔的低沸点组分的比例仅约占原气中低沸点组分全部数量的4%。需要再压缩的数量愈少，能量节省愈多。同样很重要的一点是，开放致冷循环能在相当高的温度下操作，例如大约在210到300K，特别是在230到290°K操作。这样减少了对外部致冷的要求，否则将不得不利用以C3烃作冷却剂的多级封闭式致冷循环来达到这一要求。
在本发明的流程中，由于最大部分的低沸点组分在如此之高的压力水平下分离，以致不需要或至少大大减少了对压缩能量的需要。所以，在常规叶轮机膨胀这种冷原气时所获得的能量除用于该馏分的常规再压缩外也可作它用，特别是用来提供像本流程中所需要的这种致冷。
通过操作根据本发明的具有两个压力段的流程所得到的另一个好处是，在相当低的压力下操作的第二精馏塔里处于特别有利的温度水平，从而进一步提出流程的致冷要求和/或能以特别有利的方式达到这一要求。这种特别有利的温度水平使得第二塔顶部和底部温度在230和300K之间。因此，由于冷却原料气引起再沸腾和中间再沸腾。
在两个精馏塔里需维持的最佳流程压力在每种情况下取决于原气的组成，特定的分离对象，气态低沸点组分所要求的卸料压力以及在某些情况下还取决于其他工艺参数。在个别情况下利用常规最佳工程计算可以很容易确定该压力。通常，第一精馏塔的压力范围在20和40巴之间，第二精馏塔的压力范围在8和25巴之间，特别是在10和18巴之间。就此而论，两塔间的压力差至少应是5巴，最好在5到20巴左右。虽然本发明的流程也能在低于5巴的丙塔压力差下操作，但是在这种情况下可能获得的积极效果将比较小。
当联系附图进行讨论时，由于理解的深入，本发明的其他各种目的、特点以及附带的优点将会得到更全面的评价。附图里同一参考标志在几个图里表示同样或类似的部件。其中图1是从原气混合物分离C2+烃的流程示意图。
图2是图1流程的最佳修改流程图。
图3是从原气流中分离C3+烃的最优具体设计的流程图。
在图1所示的具体设计中，含有84.78克分子%甲烷，11.96克分子%乙烷和3.26克分子%丙烷的天然气在37巴的压力和320K温度下经过导管1供料。间接热交换器3是用待加热的流程用气和致冷循环2冷却的。天然气在3中冷却至234K。在出口相分离器4里分离在该步中冷凝的组分，经过导管5排出，在膨胀阀6里膨胀到22巴的压力，然后送进在该压力下操作的第一精馏塔7的较下部。
天然气中未冷凝的部分经过导管8从相分离器4卸料，以对着待加热的流程用气的间接热交换方式在热交换器9中冷至214K，然后导入另一冷凝物相分离器10中。在第二冷却阶段冷凝出来的组分要比相分离器4中得到的冷凝物包含较高含量的甲烷和乙烷。该组分经过导管11卸料，在膨胀阀12中膨胀到精馏塔7的压力，并在精馏塔7中的平衡曲线相应的某一位置送进塔里。
在分离器10里，天然气中未冷凝的部分经过导管13卸料，在叶轮机14中发动机膨胀到精馏塔7的压力，然后经过导管15引入该塔的塔头。经过发动机膨胀阶段实现的冷却在精馏塔7的塔头产生180.7K的最大冷却。
在22巴压力下工作的精馏塔7在塔头为180.7K和槽区为230K的温度范围内操作。含有97.4克分子%甲烷，2.55克分子%乙烷和0.05克分子%丙烷的甲烷馏分在该塔的塔头排出。该气体经过导管16，先在热交换器9中，然后在热交换器3中面对待冷却的天然气被加热。最后在减去了在该导管中存在的少量压力损失的精馏塔7的压力和环境温度下卸料到气体产品线。
在精馏塔7的槽区，利用使冷凝物经导管18送入热交换器9，在部分加热后又送回精馏塔7的槽区来提供所需的热量。塔17的塔底产物中含有的甲烷仅占待卸材到线17的甲烷量的约4%。该塔底产物在230K经过导管19排出，在阀20中膨胀到16巴的压力并导入在该压力下操作的第二精馏塔21的上部。
塔21在塔头为230K和槽区为265K之间的温度范围下操作，该塔从要制取的C2+烃中分离出从精馏塔7的槽产物中产生的残余甲烷成份。
在阀20中发生的膨胀造成部分脱气，例如占塔7槽产物的8%到25%。
精馏塔21受到中间加热和槽加热。对于中间加热，液体经导管22排出，在热交换器3里部分加热，并再循环进入精馏塔。为加热槽区，塔底液体经导管23排出，在热交换器24中加热并作为两组混合物回到槽区。液体馏份约为75%，这主要取决于中间加热的程度。
含有0.7克分子%甲烷，74.65克分子%乙烷和24.65克分子%丙烷的塔底产物流经导管25从塔21排出。在塔21塔头得到的甲烷、乙烷和丙烷混合物经导管26排出，并在一个开放循环中循环。在热交换器3里面对待冷却的天然气被加热后，该馏分在压缩机27中压缩(压缩机例如可由叶轮机14驱动)，在再冷却器28中再冷却到环境温度，然后经导管29导入热交换器24，最后进入精馏塔7的较下部。换一种方法，该馏分在热交换器24中冷却后可以经过导管30送入已在热交换器3中冷却过的天然气中。或再换一种方法，该馏分在热交换器24中冷却后可经导管31送进第一分离器4中。
图2是图1所示流程运行的一个修改设计，它具有附带的节能优点。该流程的这种改动规定，在分离器10中得到的冷凝物先在热交换器9＊中过冷却，然后在阀12中减压，以带有约10%蒸气相的蒸气一液体混合物形式导入精馏塔7。在该过程中，经减压的过冷冷凝物产生最大冷却并在经导管15进塔的气相之上进料到塔7，该气相来自分离器10和膨胀叶轮机14。为清楚起见，精馏塔7和21用的中间加热器不在图中说明。导管29和23经过热交换器3。
在图3给出的关于从天然气中分离C3+馏份的具体设计中，一种含有82.4克分子%甲烷，6.1克分子%乙烷，3克分子%丙烷，2.7克分子%C4+烃，4.9克分子%二氧化碳，0.8克分子%氮＊到略高于塔7的最高温度的某温度。和0.1克分子%硫化氢的天然气在75巴压力和322K温度下经导管32供料。在用待加热的流程气流冷却的间接热交换器33里，该天然气被冷却到229.5K。主要由在天然气中所含的较高级烃组成的组分在这一步被冷凝，然后在下游的相分离器34中分离出来，经导管35排出并在阀36中膨胀到精馏塔7的压力。在热交换器33中面对冷却的天然气被加热后，这种膨胀过的热冷凝物被送进第一精馏塔37的下部。
相反地，天然气中未冷凝的部分经导管38从分离器34排出并在阀39中经发动机膨胀。经发动机膨胀后天然气的压力基本上达到精馏塔37的压力，该天然气经导管40卸料，并在冷凝物分离器41中进行相分离。来自分离器41的液相经导管42导入精馏塔37的中部，而来自分离器41的气相经导管43送进精馏塔37的塔头冷凝器44里。此时基本上只含甲烷的该馏分通过间接热交换产生最大冷却。随后该馏分经导管45进入热交换器33，在那里加热后经导管46作为产品流卸料。
天然气中比C3+烃容易沸腾的组分是从冷混物分离器41的气体空间以入开精汽塔37的塔头得到的。在32巴压力下操作的塔37的塔头温度为220K，槽部温度为286°K。头馏分产物经导管47卸料，在热交换器33中加热，然后与来自分离器41经导管45排出的气体馏份相混合。经导管46排出的气体馏分在混合阶段后其组成为87.3克分子%甲烷，6.4克分子%乙烷，0.2克分子%C3+烃，5.2克分子%二氧化碳，0.8克分子%氮和0.1克分子%硫化氢。该产物流是在319.4K温度和31.8巴压力下得到的。
在286K的温度下，在精馏塔37的槽区得到一种含少量挥发性大于C3烃组分的液体。底部残留液体按导管49的路线卸料，在阀50膨胀到10巴并送进在该压力下操作的第二精馏塔51中。
在塔头为278K和槽区为320K之间的温度下操作的精馏塔51从由精馏塔的槽产物得到的残留轻组分中分离出待制取的C3+烃。与单级精馏相比，该流程的这种改变除了具有在塔37里得到了有相当高压力的头馏分产物这一优点外，还具有另一重要优点，即能在足够低的温度下得到塔51的塔底产物，这使得这样产生的C3+烃不用专门再冷却就可以贮存。塔51槽区的这种有利的温度条件也可能节省大量加热介质，并且允许用简单的办法来加热槽内液体，例如用热水就行。为此，一个支流经过导管53与经导管52排出的塔底产物分岔，在热水热交换器54中加热并再循环进入塔51。经导管55排出的C3+馏分仅含有0.78克分子%的较轻组分，即0.76克分子%乙烷和0.02克分子%硫化氢。在该馏分中较重组分的含量为50.9克分子%的丙烷和48.32克分子%的较高级烃。
从塔51的塔头得到一种含有已经过塔51的轻组分的头馏分，该组分经导管56卸料。该组分在热交换器33中面对待冷却的天然气加热后，在压缩器57中经压缩(压缩器57例如可用在叶轮机39中获得的能量开动)，然后在再冷却器58中再冷却到环境温度并最后经导管59导入精馏塔37的较下部。
在该流程中，产品流包括在导管46中处于31.7巴压力和319K温度的气体馏分和在导管55中含有处于10巴压力和320K温度下的C3+烃的气流。
与以前的美国专利申请650016中提出的流程相比较，对于解决在C2+烃与天然气分离时产生外部致冷的动力需要方面，本发明的流程(图1的具体设计)能够节省能量。在以前的专利申请中，需要0.72MW的电能产生外部冷却。在按图1的本发明流程中，这种动力需要减小到0.53MW。用按图2的最佳具体设计，该需要进一步减小到0.24MW。
利用按种类描述过的本发明的反应物和操作条件代替前面例子中所用过的反应物和操作条件，能够同样成功地重复以前的例子。
熟悉本技术的人们从以上描述很容易确定该发明的主要特点，同时不用偏离其精神和范围就能对本发明进行各种修改以适合不同的用途和条件。
权利要求
1.本流程是利用精馏法在加压下从含烃原气中分离C2+或C3+烃的，其中原气经冷却和膨胀，得到的冷凝物导入精馏塔，在塔中C2+或C3+烃分别与低沸点组分分离。改进措施包括，在两个不同压力级进行精馏；在原气冷却和膨胀时生成的馏分送进在较高压力下操作的第一精馏塔里以产生含有沸点低于C2+或C3+烃的组分的头馏分产物和富集了C2+或C3+烃的塔底馏分；塔底馏分经膨胀后送进在比第一塔低的压力下操作的第二精馏塔中以产生作为塔底产物的C2+或C3+烃和头馏分产物，头馏分产物经压缩并再循环进入第一精馏塔。
2.根据权利要求
1.流程中第二精馏塔的头馏分经加热、压缩、再冷却并再循环进入第一精馏塔。
3.根据权利要求
2.流程中第二精馏塔的头馏分经压缩后送进待冷却的原气中。
4.根据权利要求
1流程中第二精馏塔的头馏分径压缩、冷却，然后送进已分离冷凝物的冷原气中。
5.根据权利要求
1，流程中沸点低于C2+或C3+的组分在加压下从流程中卸料，第一精馏塔在高于卸料压力的某压力下操作。
6.根据权利要求
1，流程中第一精馏塔在20和40巴之间的某一压力下操作。
7.根据权利要求
1流程中第二精馏塔在8和25巴之间的某一压力下操作，而第一精馏塔的操作压力比第二精馏塔的操作压力至少高5巴。
8.根据权利要求
6.流程中第二精馏塔在8和25巴之间的某一压力下操作，而第一精馏塔的操作压力比第二精馏塔的操作压力至少高5巴。
9.根据权利要求
6.流程中第二精馏塔在10和18巴之间的某一压力下操作，而第一精馏塔的操作压力比第二精馏塔的操作压力至少高5巴。
10.根据权利要求
6.流程中第二精馏塔在10和18巴之间的某一压力下操作，而第一精馏塔的操作压力比第二精馏塔的操作压力至少高5巴。
11.根据权利要求
1.流程中上述原气经过多级冷却，包括第一冷却阶段，分离第一冷凝物;把上述第一冷凝物导入第一精馏塔;在第二冷却阶段冷却未冷凝的部分，分离第二冷凝物，过冷却生成的第二冷凝物，把过冷的第二冷凝物送进第一精馏塔的上部，来自第二冷却阶段的未冷凝的气体经发动机膨胀，把得到的发动机膨胀过的冷气体在过冷的第二冷凝物进料点以下的某一区域送进第一精馏塔。
12.根据权利要求
2.流程中上述原气经多级冷却，包括第一冷却阶段，分离第一冷凝物，把上述第一冷凝物导入第一精馏塔，在第二冷却阶段冷却未冷凝的部分，分离第二冷凝物，过冷却生成的第二冷凝物，把过冷的第二冷凝物送进第一精馏塔的上部，来自第二冷却阶段的未冷凝的气体经发动机膨胀，并把得到的发动机膨胀过的冷气体在过冷的第二冷凝物进料点以下的某一区域送进第一精馏塔。
13.根据权利要求
3.流程中上述原气经多级冷却，包括第一冷却阶段，分离第一冷凝物，把上述第一冷凝物导入第一精馏塔，在第二冷却阶段冷却未冷凝的部分，分离第二冷凝物，过冷却生成的第二冷凝物，把过冷的第二冷凝物送进第一精馏塔上部，来自第二冷却阶段的未冷凝的气体经发动机膨胀，并把得到的发动机膨胀过的冷气体在过冷的第二冷凝物进料点以下的某一区域送进第一精馏塔。
14.根据权利要求
4.流程中上述原气经多级冷却，包括第一冷却阶段，分离第一冷凝物，把上述第一冷凝物导入第一精馏塔，在第二冷却阶段冷却未冷凝的部分，分离第二冷凝物，过冷却生成的第二冷凝物，把过冷的第二冷凝物送进第一精馏塔上部，来自第二冷却阶段的未冷凝的气体经发动机膨胀，并把得到的发动机膨胀过的冷气体在过冷的第二冷凝物进料点以下的某一区域送进第一精馏塔。
15.根据权利要求
5.流程中上述原气经多级冷却，包括第一冷却阶段，分离第一冷凝物，把上述第一冷凝物导入第一精馏塔，在第二冷却阶段冷却未冷凝的部分，分离第二冷凝物，过冷却生成的第二冷凝物，把过冷的第二冷凝物送进第一精馏塔上部，来自第二冷却阶段的未冷凝的气体经发动机膨胀，并把得到的发动机膨胀过的冷气体在过冷的第二冷凝物进料点以下的某一区域送进第一精馏塔。
16.根据权利要求
6.流程中上述原气经多级冷却，包括第一冷却阶段，分离第一冷凝物，把上述第一冷凝物导入第一精馏塔，在第二冷却阶段冷却未冷凝的部分，分离第二冷凝物，过冷却生成的第二冷凝物，把过冷的第二冷凝物送进第一精馏塔上部，来自第二冷却阶段的未冷凝的气体经发动机膨胀，并把得到的发动机膨胀过的冷气体在过冷的第二冷凝物进料点以下的某一区域送进第一精馏塔。
17.根据权利7.流程中上述原气经多级冷却。包括第一冷却阶段，分离第一冷凝物，把上述第一冷凝物导入第一精馏塔，在第二冷却阶段冷却未冷凝的部分，分离第二冷凝物，过冷却生成的第二冷凝物，把过冷的第二冷凝物送进第一精馏塔上部，来自第二冷却阶段的未冷凝的气体经发动机膨胀，并把得到的发动机膨胀过的冷气体在过冷的第二冷凝物进料点以下的某一区域送进第一精馏塔。
18.根据权利要求
8.流程中上述原气经多级冷却。包括第一冷却阶段，分离第一冷凝物，把上述第一冷凝物导入第一精馏塔，在第二冷却阶段冷却未冷凝的部分，分离第二冷凝物，过冷却生成的第二冷凝物，把过冷的第二冷凝物送进第一精馏塔上部，来自第二冷却阶段的未冷凝的气体经发动机膨胀，并把得到的发动机膨胀过的冷气体在过冷的第第二冷凝物进料点以下某一区域送进第一精馏塔。
19.根据权利要求
9.流程中上述原气经多级冷却。包括第一冷却阶段，分离第一冷凝物，把上述第一冷凝物导入第一精馏塔，在第二冷却阶段冷却未冷凝的部分，分离第二冷凝物，过冷却生成的第二冷凝物，把过冷却的第二冷凝物送进第一精馏塔上部，来自第二冷却阶段的未冷凝的气体经发动机膨胀，并把得到的发动机膨胀过的冷气体在过冷的第二冷凝物进料点以下某一区域送进第一精馏塔。
20.根据权利要求
10.流程中上述原气经多级冷却。包括第一冷却阶段，分离第一冷凝物，把上述第一冷凝物导入第一精馏塔，在第二冷却阶段冷却未冷凝的部分，分离第二冷凝物，过冷却生成的第二冷凝物，把过冷的第二冷凝物送进第一精馏塔上部，来自第二冷却阶段的未冷凝的气体经发动机膨胀，并把得到的发动机膨胀过的冷气体在过冷的第二冷凝物进料点以下某一区域送进第一精馏塔。
21.根据权利要求
1分离C2+烃。
专利摘要
为了用分级冷凝和分级精馏的方法从含烃的气态混合物中分离C
文档编号C10G7/00GK85103384SQ85103384
公开日1986年12月24日 申请日期1985年5月15日
发明者库曼 申请人:兰德股份公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan