专利名称：吸收法与分馏法集成的碳二/碳三轻烃分离系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种碳二 /碳三轻烃分离系统，特别是涉及一种吸收法与分馏法集成的碳二 /碳三轻烃分离系统，用于前脱乙烷分离流程的C2VC3+分离。
背景技术：
轻烃分离，指的是乙烯装置等相关生产装置对其回收的氢气及碳一至碳五烃类混合物(缩写=H2-C1-C5)进行的分离。碳二馏分缩写为C2，碳二及更轻馏分缩写为Cf，碳三馏分缩写为C3，碳三及更重馏分缩写为C3+。现有的轻烃分离技术多采用单一的分馏法。分馏法在轻烃分离的许多环节是唯一·选择，但在有些环节中却有能耗较高的缺点，前脱乙烷流程中的c27c3+分离环节若采用单一分馏法就存在这样的缺点。现有技术采用单一分馏法在前脱乙烷流程中实现C2_/C3+分离，做法是将进料的H2-C1-C5全馏分一起送入一台分馏塔。对于相同理论板数的分馏塔来说，这样做需要较大的回流液量和再沸气量。加之，该分馏塔处于整个(前脱乙烷)分离流程上游，不得不采用较高操作压力以便为下游过程提供足够的压头。高压导致的相对挥发度降低，使同样理论板数的分馏塔需消耗更多能量才能达到预期分离要求。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种吸收法与分馏法集成的轻烃分离系统，用以将轻烃混合物(H2-C1-C5)分离为C2_与C3+两部分(表示为“C2_/C3+分离”)。本实用新型在前脱乙烷流程中应用以实现(2_/(3+分离，可以收到明显降低能耗的效果。为收到上述效果，本实用新型的吸收法与分馏法集成的碳二 /碳三轻烃分离系统，包括碳三吸收塔、脱乙烷塔、冷却冷凝器和回流罐；其中碳三吸收塔的顶端的出气口与下游的C2_处理系统连通，碳三吸收塔底端的出液口与脱乙烷塔的进料口连通；脱乙烷塔顶端的出气口通过冷却冷凝器与回流罐的进料口连通，脱乙烷塔底端的出液口与下游的C3+处理系统连通；回流罐底端的出液口通过回流泵分别与碳三吸收塔最上层塔板的进液口和脱乙烷塔最上层塔板的进液口连通。上述回流罐即气液分离罐，回流罐是分馏塔通常必备的配套设备，主要作用是留存塔顶馏出物的冷凝液，以便稳定、可控地向分馏塔最上层塔板提供回流。没有它，大多数分馏塔的回流无法建立。部分冷凝式分馏塔的回流罐也起气液分离罐的作用。本实用新型的系统，其中优选所述脱乙烷塔的塔压为32_36Bar(a)的高压，所述冷却冷凝器的冷剂为-38至-42°C的丙烯；或者是，脱乙烷塔的塔压为22-26Bar(a)的低压，所述冷却冷凝器两台串联，第一台冷却冷凝器的冷剂为-38至_42°C的丙烯，第二台冷却冷凝器的冷剂为-47至_52°C的工艺物流。所述-47至_52°C的工艺物流是下游某低温设备的进料；该物流在进料到该低温设备前流经所述第二台冷却冷凝器，为脱乙烷塔顶气体的冷却冷凝提供冷量。用下游某设备的进料(该进料的温度或节流膨胀后的温度与所需冷剂温度相符)作为本系统某换热器的冷剂，这是轻烃深冷分离的常用手法。对于本系统来说，该工艺物流与丙烯、乙烯冷剂一样，只是可供选择的一种冷剂。本实用新型的系统，其中所述脱乙烷塔回流罐顶端的出气口与上游进料压缩机的最末一段压缩段吸入口连通。脱乙烷塔回流罐中的气相物料为不含C3+的C2-馏分，因其流量小且压力低于碳三吸收塔顶端的c2_产品流股，故使之循环回到上游进料压缩机的最末一段压缩段重新压缩、进料、回收。进料压缩机可能为四段或五段压缩机，气相物料应回到压缩机的最末一段。即如果是四段压缩机，它就应回到第四段入口 ；如果是五段压缩机，它就应回到第五段入口。无论回到进料压缩机的第几段，其作用都是将这股气体物料重新升 压。本实用新型的上述吸收法与分馏法集成的碳二 /碳三轻烃分离系统可用于前脱乙烷分离流程的C2_/C3+分离。本实用新型与现有技术不同之处在于，本实用新型既不是单纯的吸收法，也不是单纯的分馏法，而是这两种分离方法的集成。本实用新型先用吸收塔的吸收分离作用将进料中包括氢气、甲烷等轻组分在内的大部分c2_分出来，再让余下的小部分C2与全部C3+进脱乙烷塔进行分馏。在轻烃分离流程中，经常会存在两股相关的物流。一股气体物流，其中某易溶组分的含量较高，称为“富气”；另一股液体物流，其中该易溶组分的含量较低，称为“贫液”。本实用新型吸收塔的吸收剂就是来自系统内部的“贫液”。从脱乙烷塔回流罐中的液相取出一部分作为吸收剂(即“贫液”)送至碳三吸收塔，让贫液与富气(进料气)逆向接触，富气中的易溶组分就会被贫液吸收，贫液由此变为“富液”，富气由此变为“贫气”。这样，易溶组分被液体吸收，导致不易溶组分在气体中富集，提高了气体中不易溶组分的含量，同时降低了易溶组分在气体中的含量。吸收剂吸收了较多易溶组分而成为富液(碳三吸收塔的塔底液)后，不需要常规吸收分离流程中通常都有的解吸塔来把富液再变成贫液。富液只需用脱乙烷塔分馏，就可以分离为C3+和不含C3+的C2-馏分。该不含C3+的C2-馏分经过冷却冷凝、气液分离后，液相的一部分便成为贫液(即吸收剂)。这种吸收法与分馏法的集成本身就比单一分馏法能耗低。加之，本实用新型的系统应用于前脱乙烷分离流程的C2_/C3+分离时，分馏塔(即脱乙烷塔)可以采用26Bar (a)乃至更低的操作压力，因此加大了轻关键组分对重关键组分的相对挥发度，达到降低分离能耗的目的。
以下结合附图、实施例和工艺参数，对本实用新型的吸收法与分馏法集成的碳二 /碳三轻烃分离系统作进一步说明。
图I为本实用新型的吸收塔与高压脱乙烷塔集成实施方式工艺流程示意图；图2为本实用新型的吸收塔与低压脱乙烷塔集成实施方式工艺流程示意图；[0023]图3为现有技术的单一脱乙烷塔实施方式流程示意图。附图标记说明01_碳三吸收塔；02_脱乙烷塔；03_回流罐；04_再沸器；05、07-冷却冷凝器；06_回流泵；LPS-低压蒸汽；C3R-丙烯冷剂；PR_用作冷剂的工艺物流。
具体实施方式
以下为实施例及其工艺参数等，但本实用新型的内容并不局限于这些实例的范围。如图I所示，本实用新型吸收塔与高压脱乙烷塔集成的碳二 /碳三轻烃分离系统，包括碳三吸收塔01、脱乙烷塔02、冷却冷凝器05和回流罐03等；其中，碳三吸收塔01顶端的出气口与下游的C2_馏分处理系统连通，碳三吸收塔01底端的出液口与脱乙烷塔02侧面自上而下第二个进液口连通；脱乙烷塔02顶端的出气口通过冷却冷凝器05与回流罐03的 进料口连通，脱乙烷塔02底端的出液口与下游的C3+馏分处理系统连通；回流罐03的底端出液口通过回流泵06分别与碳三吸收塔01上端的进液口和脱乙烷塔02上端的进液口连通。脱乙烷塔02为塔压32_36Bar (a)的高压塔，冷却冷凝器05中的冷剂为丙烯，丙烯冷剂的温度为-38至-42°C。脱乙烷塔02的再沸器04由来自低压蒸汽管网的低压蒸汽提供再沸热量。回流罐03顶端的出气口与上游进料压缩机的最末一段压缩段吸入口连通(图中未标出)。脱乙烷塔回流罐03中的气相物料为不含C3+的C2_馏分，因其流量小且压力低于碳三吸收塔01顶端的C2_产品流股，故使之循环回到上游进料压缩机的最末一段压缩段重新压缩、进料、回收。如图2所示，在本实用新型的吸收塔与低压脱乙烷塔集成的碳二 /碳三轻烃分离系统中，脱乙烷塔02为塔压为22-26Bar(a)的低压塔。冷却冷凝器为两台串联连通的冷却冷凝器05、07。一台冷却冷凝器05中的冷剂为-38至-42°C的丙烯，另一台冷却冷凝器07中的冷剂为-47至-52°C (PR)的工艺物流。脱乙烷塔02采用了较低塔压，因此轻重关键组分的相对挥发度较大，操作回流量和再沸量较小。但较低压力对应的较低温度使-38至-42°C的丙烯冷剂温度显得不够低，故从系统外引入一股_47°C的工艺物流(PR)作为补充冷剂。该-47至-52°C的工艺物流(PR)是下游某低温设备的进料，它在进料到该设备前流经冷却冷凝器07，为脱乙烷塔02塔顶气体的冷却冷凝提供冷量。实施例I吸收塔与高压脱乙烷塔集成在上游经过多级加压、冷却冷凝、气液分离并脱酸气、脱水后形成的进料气和两股进料液，分别进入碳三吸收塔01和脱乙烷塔02 (该三股进料由上游系统得到，图I未显示该三股进料的形成过程，采用多股进料是现有分馏工艺的常用做法之一)如图I所示，进料气首先进到碳三吸收塔01，碳三吸收塔01是一种结构简单的塔器，内装相当于约10块理论板的塔盘或填料。在碳三吸收塔01内，进料气与来自脱乙烷塔回流泵06的吸收剂(即“贫液”)逆向接触。进料中的易溶组分、即几乎全部C3+和一小部分Cf溶于吸收剂而使之成为“富液”，从碳三吸收塔01底端采出。进料中的难溶组分、即几乎全部氢气、甲烷和大部分C2,因未溶于吸收剂而从塔顶逸出。逸出的这些不含C3+的气相物料，作为本系统的c2_产品被送到下游系统处理。[0033]从碳三吸收塔01底采出的“富液”被送入脱乙烷塔02，上述从上游来的两股进料液也被送入脱乙烷塔02。在回流液体和再沸气体的共同作用下，三股进料中挥发度较低的C3+馏分与挥发度较高的C2_馏分被分开。C3+馏分作为本系统的产品被从脱乙烷塔02的塔底送至下游系统处理。塔底物料再沸的热量由低压蒸汽(LPS)通过脱乙烷塔再沸器04提供。不含C3+的C2_馏分从脱乙烷塔02塔顶馏出，在脱乙烷塔冷却冷凝器05中被-40°C丙烯冷剂(C3R)冷却和部分冷凝，然后在脱乙烷塔回流罐03中分为气液两相。液相物料被脱乙烷塔回流泵06泵出，一股作为回流液回流到脱乙烷塔02的最上层塔板；另一股即是吸收剂，被送到碳三吸收塔01的最上层塔板。脱乙烷塔回流罐03中的气相物料为不含C3+的C2_馏分，因其流量小且压力低于C2_产品流股，故循环回到上游进料压缩机的最末一段压缩段重新压缩、进料、回收。脱乙烷塔02采用与_40°C冷剂相适应的约32. 6Bar (a)塔压，因此操作的回流量和再沸量都比较大。实施例I应用于年产100万吨乙烯装置前脱乙烷流程的C2VC3+分离时，其主要相 关工艺参数如表I所示。表I实施例I的主要相关工艺参数
—流股号 丨100 丨110 丨120 丨130 丨140 丨150 丨160 丨170 丨180Ik名称 I料气 料液重进c2_产品^ C2_循环· C3+产品 DC2塔顶 ■ DC2回流吸收剂度，°C ■ -18.80 _ 12. PO ~ 15. 20 ~ -37.05 -37. 12~ 33.13 ^ -15.61 -36.42 -36.44~5 力，Bar (a). 37. 05 _ 36.85 ~ 37.35 ~ 36.65 — 32. PO ~ 8.86 ^ 32.3037. PO 36.75
_流量，kg/h ■ 184530. 14 84395. 85~ 67598. 48~ 210636.70 6679. 67~ 119207.72 143787~70 63108. 06 74000. PO
—分子量 ■ 18.77 _ 34.28 ~ 43.74 ~ 18.95 — 20.74 ~ 49.64 — 26. 0926.42 26.42
质量分数__——_
H2__0. 02470 0.00065 0.00039 0.02167 0.01115 0. QQQQQ 0.00107 0.00058 0. 00058
~0■ 0.00120 _ 0. 00008~ 0. 00004~ O. 00107_ 0. 00086~ 0. QQQQQ~ 0. 00015~ 0. QQQll 0. QQQll
~~甲院■ 0. 29435 _ 0. 04823~ 0. 02413~ 0.27588— 0. 28575~ 0. QQQQQ~ 0. 09660_ 0. 08739 0. 08739
一"乙炔■ O. QQ873 _ 0. QQ743~ 0. QQ387~ 0. Q115Q~ 0. Q1153~ 0. QQQQQ~ 0. 01644一 0. 01668 0. 01668
_~乙稀■ 0.48440 _ 0.32836- 0. 15949~ 0.58818— 0. 59673~ 0. QQQQQ~ 0. 71927~ 0. 72524 0. 72524
^_乙院■ 0.07181 _ 0. Q72Q2~ 0. Q369Q~ 0. 1QQ59~ 0. Q9337~ 0. QQQlQ~ 0. 16320^ 0. 16661 0. 16661
~~甲基乙炔■ 0.00183 _ 0. Q1Q1Q~ 0. QQ987~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ~ 0. 01558^ 0. QQQQQ^ 0. QQQQQ 0. QQQQQ _丙二稀 ■ 0. QQQQQ _ 0. QQQQQ- 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ— 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ 0. QQQQQ _丙稀■ 0. 09226 _ 0. 29449 ~ 0. 21522~ 0. QQ11Q~ 0. QQQ6Q~ 0. 47138_ 0. 00324_ 0. 00337 0. 00337
' 0. 00553 _ 0. 02055- 0. Q1551~ 0. QQQQ1~ 0. QQQQQ~ 0. 03189~ 0. 00003~ 0. 00003 0. 00003 _~乙烯基乙炔· 0. QQQ17 _ 0. QQ235~ 0. QQ436~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ~ 0. 00439_ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ 0. QQQQQ _1，3-丁二烯· 0. QQ762 _ 0. Q9374~ 0. 14838~ 0. QQQQQ— 0. QQQQQ~ 0. 16230~ 0. QQQQQ_ 0. QQQQQ 0. QQQQQ _1-丁烯 ■ 0. QQ527 _ 0. Q6283~ 0. Q9652~ 0. QQQQQ— 0. QQQQQ~ 0. 10737~ 0. QQQQQ_ 0. QQQQQ 0. QQQQQ 一异丁烯 ■ 0. QQQ53 _ 0. 00548 ~ 0. QQ744~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ~ 0. 00892~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ 0. QQQQQ ~TU■ 0. 00063 _ 0. QQ617~ 0. QQ954~ 0. QQQQQ— 0. QQQQQ~ 0. 01076~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ 0. QQQQQ
_戍院■ 0. 00030 _ 0. Q1493~ 0. Q6518~ 0. QQQQQ— 0. QQQQQ~ 0. 04800~ 0. QQQQQ_ 0. QQQQQ 0. QQQQQ
一异戍院 ■ Q. QQQ61 _ 0. Q2295~ 0. Q8122~ 0. QQQQQ— 0. QQQQQ~ 0. 06326~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ 0. QQQQQ ~~己:院■ 0. 00002 _ 0. QQ263~ 0. Q3153~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ~ 0. 01977~ 0. QQQQQ_ 0. QQQQQ 0. QQQQQ
—苯'0. 00005 _ 0. 00695 ~ 0. 08856 ~ 0.〇〇〇〇〇—0. QQQQQ 一 0. 05521— 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ 0. QQQQQ
~'0. QQQQQ _ 0. QQQQl ~ 0. 00046 ~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ 一 0. 00027~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ 0. QQQQQ ~~甲苯■ 0. 00030 _ 0. 01493 0. 06518 0. QQQQQ—Q. QQQQO _ 0. 04800~ 0. QQQQQ_ 0. QQQQQ 0. QQQQQ
_辛‘院■ Q. QQQ61 ~ 0. 02295 0. 08122 ~ 0. QQQQQ—Q. QQQQO _ 0. 06326~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ 0. QQQQQ
~"乙苯■ 0. 00002 _ 0. 00263 0. 03153 ~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ ~ 0. 01977~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ 0. QQQQQ
一苯乙稀 ■ 0. 00005 _ 0. 00695 0. 08856 ~ 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ ~ 0. 05521一 0. QQQQQ~ 0. QQQQQ 0. QQQQQ注DC2-脱乙烷塔。实施例2吸收塔与低压脱乙烷塔集成在上游经过多级加压、冷却冷凝、气液分离并脱酸气、脱水后形成的进料气和两股进料液，分别进入碳三吸收塔01和脱乙烷塔02 (该三股进料由上游系统得到，图2未显示该三股进料的形成过程，采用多股进料是现有分馏工艺的常用做法之一)。如图2所示，进料气首先进到碳三吸收塔01。碳三吸收塔01是一种结构简单的塔器，内装相当于约10块理论板的塔盘或填料。在碳三吸收塔01内，进料气与来自脱乙烷塔回流泵06的吸收剂(即“贫液”)逆向接触。进料中的易溶组分、即几乎全部C3+和一小部分Cf溶于吸收剂而使之成为“富液”，从碳三吸收塔01底端采出。进料中难溶组分，即几乎全部氢气、甲烷和大部分C2,因未溶于吸收剂而从塔顶逸出。逸出的这些不含C3+的气相物料，作为本系统的c2_产品被送到下游系统处理。从碳三吸收塔01底端采出的“富液”被送入脱乙烷塔02，上述从上游来的两股进料液也被送入脱乙烷塔02。在回流液体和再沸气体的共同作用下，三股进料中挥发度较低 的C3+馏分与挥发度较高的C2-馏分被分开。C3+馏分作为本系统的产品被从塔底送出。塔底物料再沸的热量由低压蒸汽(LPS)通过脱乙烷塔再沸器04提供。不含C3+的C2_馏分从脱乙烷塔02塔顶馏出，先后在第一台脱乙烷塔冷却冷凝器05中被_40°C丙烯冷剂(C3R)冷却和部分冷凝，再在第二台冷却冷凝器07中被_47°C工艺物流(PR)进一步冷却和部分冷凝，然后在脱乙烷塔回流罐03中分为气液两相。液相物料被脱乙烷塔回流泵06泵出，一股作为回流液回流到脱乙烷塔02的最上层塔板；另一股即是吸收剂，被送到碳三吸收塔01的最上层塔板。脱乙烷塔回流罐03中的气相物料为不含C3+的C2_馏分，因其流量小且压力低于C2-产品流股，故循环回到上游进料压缩机的最末一段压缩段重新压缩、进料、回收。脱乙烷塔02采用了约22. 6Bar(a)的较低塔压，因此操作回流量和再沸量都比较小。但较低压力对应的较低温度使_40°C丙烯冷剂温度显得不够低，故从系统外引入一股-50°C的工艺物流(PR)作为补充冷剂。该工艺物流(PR)是下游某低温设备的进料(例如作为乙烯精馏塔进料的C2馏分)，它在进料到该设备前流经冷却冷凝器07，为脱乙烷塔02塔顶气体的冷却冷凝提供冷量。实施例2应用于年产100万吨乙烯装置前脱乙烷流程的C2VC3+分离时，其主要相关工艺参数如表2所示。表2实施例2的主要相关工艺参数
权利要求1.一种吸收法与分馏法集成的碳二 /碳三轻烃分离系统，包括碳三吸收塔、脱乙烷塔、冷却冷凝器和回流罐；其中 碳三吸收塔的顶端的出气口与下游的c2_处理系统连通，碳三吸收塔底端的出液口与脱乙烷塔的进料口连通； 脱乙烷塔顶端的出气口通过冷却冷凝器与回流罐的进料口连通，脱乙烷塔底端的出液口与下游的C3+处理系统连通； 回流罐底端的出液口通过回流泵分别与碳三吸收塔最上层塔板的进液口和脱乙烷塔最上层塔板的进液口连通。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于所述脱乙烷塔的塔压为32-36Bar(a)的高压，所述冷却冷凝器的冷剂为-38至-42°C的丙烯。
3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于所述脱乙烷塔的塔压为22-26Bar(a)的低压，所述冷却冷凝器两台串联，第一台冷却冷凝器的冷剂为-38至-42°C的丙烯，第二台冷却冷凝器的冷剂为-47至_52°C的工艺物流。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述-47至-52°C的工艺物流是下游某低温设备的进料；该物流在进料到该低温设备前流经所述第二台冷却冷凝器，为脱乙烷塔顶气体的冷却冷凝提供冷量。
5.根据权利要求I所述的系统，其特征在于所述脱乙烷塔回流罐顶端的出气口与上游进料压缩机的最末一段压缩段吸入口连通。
专利摘要本实用新型涉及一种吸收法与分馏法集成的碳二/碳三轻烃分离系统，用于前脱乙烷分离流程的C2-/C3+分离。本实用新型系统包括碳三吸收塔、脱乙烷塔、冷却冷凝器和回流罐；其中碳三吸收塔的顶端的出气口与下游的C2-处理系统连通，碳三吸收塔底端的出液口与脱乙烷塔的进料口连通；脱乙烷塔顶端的出气口通过冷却冷凝器与回流罐的进料口连通，脱乙烷塔底端的出液口与下游的C3+处理系统连通；回流罐底端的出液口通过回流泵分别与碳三吸收塔最上层塔板的进液口和脱乙烷塔最上层塔板的进液口连通。本实用新型在前脱乙烷流程中应用以实现C2-/C3+分离，可以收到明显降低能耗的效果。
文档编号C07C7/11GK202671461SQ20122015905
公开日2013年1月16日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者罗自坚, 徐文浩 申请人:中国寰球工程公司