從含乙烯的混合氣中回收乙烯的工藝方法
2023-07-22 17:50:26
專利名稱：從含乙烯的混合氣中回收乙烯的工藝方法
技術領域：
本發明提出了一種從含乙烯的混合氣中回收乙烯的工藝方法。適於對煉廠 催化裂化產生的幹氣或其他含乙烯混和氣的乙烯回收和富集。
背景技術：
乙烯、丙烯是重要的有機化工原料。常規乙烯高壓深冷分離工藝不僅複雜， 而且能耗高。缺少適宜的吸收劑是溶劑吸收法用於分離乙烯的障礙。美國專利
US6518476提出了採用硝酸銀絡合法吸收分離天然氣氧化偶聯法反應產物氣體 中的乙烯。在高壓約為5.86 MPa的條件下，該工藝由用7個壓縮機、3個閃蒸 罐的高能耗等裝置組成複雜的吸收/解吸流程。美國專利US6358399和 US6340429提出了一種低壓溶劑吸收/加氫法從裂解氣分離乙烯的工藝。裂解氣 首先用被冷卻的吸收劑處理，以甲苯、戊烷和己烷，以及甲苯和環己烷的混合 物等作為吸收劑，吸收塔釜液再進行加氫處理，將乙炔加氫轉化為乙烯和丙稀。 專利CN101063048提出了採用中冷油吸收的方法從煉廠的催化裂化幹氣中
分離乙烯。由於採用中冷油(C3和C4混合餾分)作為吸收劑從幹氣中吸收乙烯，
因此幹氣在進入吸收塔前，需要經兩段逐級壓縮，加壓至2.8 MPa 3.8 MPa， 並冷卻至一40。C 一3(TC，工藝壓縮能耗以及冷量消耗較高，對設備壓力要求 高，分離出的(32產品中乙烯純度為84%。
專利CN101139237提出一種以甲苯，或苯與甲苯的混合物作為吸收劑，採 用雙塔分離含烯烴混合氣，即吸收塔進行吸收，解吸塔進行分離，目標產物得 到烯烴混合物，並採用氨吸收式製冷系統，利用相鄰工藝的餘熱製冷提供本分 離工藝的冷負荷。該專利解決了包括吸收、解析以及相鄰工藝餘熱回收工藝的 系統熱集成，降低能耗，但該系統對分離出烯烴時吸收塔塔頂的烷烴(貧烯烴氣流)直接放空，因此離開吸收塔塔頂的貧烯烴氣流餘壓未得到進一步的利用， 系統的能量利用有待進一步優化，並且該工藝不包括對烯烴進一步的分離，精 制乙烯。
發明內容
本發明提出一種從煉廠幹氣等含乙烯混合氣中分離回收乙烯的方法。採用 針對乙烯的高效吸收劑，並在分離回收乙烯的同時，使分離出的烷烴氣流餘壓 得到利用，實現對吸收、分離、精製乙烯工藝的熱集成，從而提高對乙烯的吸 收效率，降低系統的能耗。
主要的技術方案包括氣體預處理工藝、吸收工藝、解吸工藝和乙烯精製 工藝，含乙烯混合氣首先進入氣體預處理工藝，增壓並脫除其中的酸性氣體； 處理後的混合氣經換熱器和冷卻器兩次冷卻，進入吸收工藝的吸收塔底部，其 中吸收劑採用三甲苯，吸收劑循環液進入吸收塔塔頂，在塔內逆流接觸混合 氣，吸收乙烯，從吸收塔頂分出的貧乙烯氣流，經餘壓透平製冷，並經換熱器 回收冷量後移出系統，從塔底得到富乙烯液流進入解析工藝，該富乙烯液流從 解吸塔中間靠上的位置進料；解吸塔頂為部分冷凝，冷凝液回流，富乙烯氣流 氣相採出；從塔底得到的吸收劑循環液，首先給解吸塔中間再沸器提供熱量， 換熱後經水冷器冷卻，經泵增壓，再經換熱器換熱、吸收劑循環冷卻器冷卻， 返回吸收塔塔頂；從解吸塔頂得到的富乙烯氣流，經帶有中間冷卻的兩級壓縮， 再經進料冷卻器冷卻，進入乙烯精餾塔，進行精餾；從塔頂得到高純度乙烯， 塔底分出乙烷及其他高沸點組分。
本發明所述的三甲苯吸收劑，優選1,3,5-三甲苯或1，2,3-三甲苯、1，2,4-三 甲苯與1，3,5-三甲苯的混合三甲苯。經汽液相平衡實驗顯示出三甲苯對乙烯的吸 收有明顯提高。本發明對吸收、解析及精製工藝的熱集成優化方式從吸收塔頂分出的貧 乙烯氣流進入餘壓透平製冷後，送至循環液換熱器回收冷量，冷量供給吸收劑 循環液，以減少系統冷負荷消耗；所述的從解吸塔底得到的吸收劑循環液，先 提供解吸塔中間再沸器換熱，以減少解吸塔釜熱負荷消耗，再經過水冷器回收 熱量用於供給乙烯精餾塔釜，以減少乙烯精餾塔釜熱負荷消耗。
本發明的吸收、解析工藝中，壓力、溫度等工藝參數根據混合氣的組分含 量及分離要求等按常規的設計方法確定，如本發明應用於煉廠催化裂化幹氣等 含乙烯的混合氣， 一般混合氣組分含有大部分的甲烷、N2和d Q組分以及
C02，還含有少量CO和H2等組分。其中乙烯含量為15% 30% (質量分數)， 此時優選吸收工藝的操作條件為，壓力1.3 MPa 1.5 MPa，塔頂溫度為吸收 劑進塔溫度為一20。C 一45°C，優選一30。C —20°C，塔釜溫度為—5°C 5°C。 液氣比0.3 0.5。解吸工藝的操作條件為，壓力為0.1MPa 0.2MPa，塔頂溫度 為一70。C 一60°C，塔釜溫度為160°C 170°C。回流比為2 5。
本發明的乙烯精製工藝的操作條件優選為，壓力為1.5 MPa 2.0 MPa，塔 頂溫度為一40。C 一30°C，塔釜溫度為0。C 5。C。回流比為2 5。
本發明的效果
1、 本發明提出採用三甲苯(優選1，3,5-三甲苯)新型吸收劑，針對乙烯的 回收具有突出的效果。在相同溫度，相同壓力條件下，乙稀在三甲苯中的含量 要遠高於乙烯在甲苯中的含量。例如在0'C時，乙烯在三甲苯中的溶解度比甲苯 中的溶解度高出一倍以上。這種新型吸收劑結合本發明的工藝方法，乙烯的回 收率和純度分別可以達到99%以上。
2、 由於採用了新型吸收劑，系統吸收壓力低。吸收塔壓力為1.3MPa 1.5 MPa (專利CN 101063048的吸收塔壓力為2.8 MPa 3.8 MPa)。不僅降低了壓縮能耗，而且降低了設備要求，有利於降低運行和裝置成本。
3、本發明工藝方法採用解吸塔中間再沸器、貧乙烯(烷烴)氣流冷量回收 和餘壓透平製冷等措施，實現了吸收、解析及乙烯精製工藝的熱集成，大幅度 降低了系統的蒸汽消耗和低溫冷量消耗。(見表2)
圖1為本發明用於煉廠幹氣乙烯回收的流程示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明的實施方案進一步說明。但是，本發明不 限於所列出的實施例。還應包括對本發明所保護方案的其他任何公知的改變。
實施例l:本實施例以1,3,5-三甲苯作為吸收劑的煉廠幹氣中乙烯氣體回收
工藝。原料氣為催化裂化幹氣，溫度為4(TC，壓力為0.7MPa，主要含有甲垸、 N2、乙烯(摩爾分數為12.75°%)和乙烷，同時含有少量C3、 C4、 C02、 CO和 H2。如圖1的工藝流程的描述
(1) 預處理工藝摩爾流量為58.22kmol/h的原料氣經氣體預處理工藝增 壓至1.5 MPa並脫除其中的酸性氣體、再經吸收塔進料換熱器4和進料冷卻器5 冷卻至一2(TC，進入吸收塔6的底部。
(2) 吸收工藝在1.5MPa的操作壓力下，1，3，5-三甲苯吸收劑以摩爾流量 27.04 kmol/h從吸收塔的塔頂進入，逆流接觸混合氣，吸收乙烯；從吸收塔頂分 出的貧烯烴氣流，經透平7製冷，再經循環液換熱器ll回收冷量，冷量供給吸 收劑循環液，後排出系統；從吸收塔底得到的富乙烯液流。
(3) 解析工藝吸收塔底得到的富乙烯液流，從乙烯解吸塔8的中間靠上 位置進入。從塔底得到的吸收劑循環液，首先經解吸塔中間再沸器提供給換熱 後，經水冷器9冷卻，經泵10增壓，再經循環液換熱器11和吸收劑循環冷卻器12冷卻，返回吸收塔塔頂。
(4)乙烯精製工藝在壓力為0.1MPa，塔釜溫度為164。C的操作條件下， 離開解析塔塔頂的富乙烯氣體首先經換熱器13進行冷量回收，經帶有中間冷卻 的兩級壓縮後增壓至1.8 MPa，再經水冷器17和精餾塔進料冷卻器18冷卻至一 2(TC，進入乙烯精餾塔19;從塔頂得到高純度乙烯，塔底分出乙烷及其他高沸
點組分。
吸收劑的循環損失率約為0.001%。吸收塔進料冷卻器2、吸收劑循環冷卻 器12和精餾塔進料冷卻器18的冷量由低溫冷源提供。
本實施例的工藝物流平衡表如表1所示。此工藝的乙烯回收率為99.2%，乙 烯純度為91.2%。設備負荷與能耗如表2所示。技術處理煉廠幹氣時，綜合能耗 為1.235 kg標準煤/ kmol幹氣。
表l:實施例2的工藝物流平衡
物流催化裂化幹氣吸收塔 塔頂氣乙烯精餾塔 塔頂氣乙烯精餾塔 塔釜液
摩爾流量，kmol/h58.2246.378.073.78
組成CH426.6932.804.080
mol%o20.821.010.150
C2H412.750.0391.201.40
C2H611.848.952.1068.22
C3H61.090016.76
C3H80.41006.39
C4H80.19002.94
C4H1O0.28004.30co2 0 0 0 0
CO 0.58 0.72 0.05 0
H2 31.85 39.76 1.29 0
N2 13.49 16.74 1.13 0
C9H12 0 0 0 0
H20 0 0 0 0
表2 :實施例l的能耗
項目 負荷，kW/kmol幹氣
蒸汽負荷 10.66
低溫冷量負荷 5.37 公用設施 -
冷卻水負荷 237.0 電力負荷 0.67 由表2可見，在煉廠幹氣壓縮電耗方面比專利CN101063048減少了 40%。
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權利要求
1、一種從含乙烯混合氣中分離回收乙烯的工藝方法，包括氣體預處理工藝、吸收工藝、解吸工藝和乙烯精製工藝，含乙烯混合氣首先進入氣體預處理工藝，增壓並脫除其中的酸性氣體，然後經冷卻，進入吸收工藝，其特徵在於吸收劑採用三甲苯，混合氣進入吸收塔底部，吸收劑循環液進入吸收塔塔頂，在塔內逆流接觸混合氣，吸收乙烯，從吸收塔頂分出的貧乙烯氣流，經餘壓透平製冷，經循環液換熱器回收冷量後移出系統；從塔底得到富乙烯液流進入解析工藝，從解吸塔中間靠上的位置進料；解吸塔頂為部分冷凝，冷凝液回流，富乙烯氣流氣相採出；從塔底得到的吸收劑循環液，首先經過解吸塔中間再沸器，換熱後經水冷器冷卻，經泵增壓，再經換熱、吸收劑循環冷卻器冷卻，返回吸收塔塔頂；從解吸塔頂得到的富乙烯氣流進入乙烯精製工藝，經帶有中間冷卻的兩級壓縮，再經進料冷卻器冷卻，進入乙烯精餾塔，進行精餾；從塔頂得到高純度乙烯，塔底分出乙烷及其他高沸點組分。
2、 根據權利要求1的方法，其特徵在於所述的三甲苯吸收劑為1,3，5-三 甲苯，或l,2,3-三甲苯、1,2,4-三甲苯與1,3,5-三甲苯的混合三甲苯。
3、 根據權利要求l的方法，其特徵在於所述的吸收工藝的操作條件為， 壓力1.3MPa 1.5MPa，塔頂溫度為—30°C 一20°C，塔釜溫度為一5°C 5°C。 液氣比0.3 0.5。
4、 根據權利要求l的方法，其特徵在於所述解吸工藝的操作條件為，壓力為0.1 MPa 0.3 MPa，塔頂溫度為一70°C--60°C，塔釜溫度為160°C 170°C，回流比為2 5。
5、 根據權利要求1的方法，其特徵在於所述乙烯精製工藝的操作條件為， 壓力為1.5MPa 2.0MPa，塔頂溫度為一4(TC 一3(TC，塔釜溫度為0°C 5°C， 回流比為2 5。
6、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於從吸收塔頂分出的貧乙烯氣流進入餘壓透平製冷，壓力降低到0.1MPa 0.2 MPa，達到一70。C 一ll(TC;送至循環液換熱器回收冷量，冷量供給吸收劑循環液。
全文摘要
本發明提出一種從含乙烯混合氣中分離乙烯的工藝方法，包括氣體預處理工藝、吸收工藝、解吸工藝和乙烯精製工藝。其中採用三甲苯新型吸收劑，並採用解吸塔和中間再沸器、貧乙烯氣流餘壓透平製冷和冷量回收等熱集成方法，乙烯的回收率和純度分別可以達到99％和91％以上。大幅度降低了系統的壓縮電耗，節流和低溫冷量的消耗。本發明的方法比常規乙烯高壓深冷分離工藝簡單，適於煉廠幹氣等含乙烯混和氣的乙烯回收和富集。
文檔編號C07C11/00GK101565348SQ20081010499
公開日2009年10月28日 申請日期2008年4月25日 優先權日2008年4月25日
發明者武向紅, 荊樹宏, 鄭丹星 申請人:北京化工大學