一种利用LNG冷能制备干冰及分离乙烯的装置及工作方法与流程

本发明涉及一种利用lng冷能制备干冰及分离乙烯的装置及工作方法，通过干冰制造系统和乙烯精制系统的有机配合，在实现乙烯精制的同时也达到了制造干冰零碳排放的要求。属于能源利用领域。

背景技术：

近年来，随着天然气产业的迅猛发展，天然气高效利用已成为研究热点。由于煤炭石油的燃烧给大气造成不可弥补的破坏，所以天然气在各个领域中的应用已成为未来的发展趋势。本系统基于化工厂需要消耗大量能源的背景下，利用lng释放的冷能为化工厂制造基本化工原料乙烯，同时以化工厂的副产品二氧化碳为原料制造干冰，既获得了收益也实现了零碳排放，保护了环境。较大程度地实现节能减排，同时对于环境保护具有重大现实意义。

常压下lng是一种-160.0℃的低温液体，在供应给下游用户之前需将其气化并加热至0℃以上，通常利用海水或燃料来实现，lng汽化时会放出大量的冷能，造成能源的极大浪费。按照目前的lng生产工艺,其动力消耗约为850kw·h/t(以每吨lng计),而在接收终端1.0tlng汽化大约可释放出约230kw·h的冷能。以lng为冷源、裂解气分离中的各工艺物流为冷阱，进行以lng冷量部分替代三机压缩制冷系统提供乙烯深冷分离工艺所需冷负荷的研究，可以降低lng气化成本和乙烯深冷分离的能耗。

现有技术中，公开号为cn103542693a的中国专利提出了一种用于大型乙烯装置的乙烯深冷分离方法，该方法设置了三台冷却器和两台膨胀-再压缩机来回收冷量为系统供冷，而冷却器和膨胀-再压缩机需要消耗大量电能，增加了系统的能耗。而本发明利用lng汽化供冷，不需要设立冷却器和膨胀-再压缩机，只需要设立换热器，利用lng汽化产生的冷量直接供冷，研究结果表明，lng冷能在乙烯分离工艺中的利用率达76.5％，每生产30万吨乙烯可替代原工艺中约22000kw的冷量负荷,节省约20000kw的冷剂压缩制冷系统功耗，大幅度降低乙烯深冷分离装置的能耗成本，由于lng汽化冷能巨大，单一用来制备乙烯不能达到资源的最佳有效利用，故本发明并联了一个干冰制造的系统，不仅充分利用了lng冷能，还实现了化工厂的零碳排放。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，进而提供一种利用lng冷能制备干冰及分离乙烯的装置及工作方法。

本发明是通过将干冰制造系统和乙烯精制系统相耦合，实现了化工厂基本原料乙烯的低成本精制，同时利用lng冷能将化工厂的副产品二氧化碳进行捕获制成干冰，既不浪费lng冷量又为化工厂提供了收益，也保护了环境，提升了系统整体运营的经济性和环保性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用lng冷能制备干冰及分离乙烯的装置，包括干冰制造系统和乙烯精制系统两部分，其中所述干冰制造系统包括：lng泵、三通阀、干冰制造机、燃气轮机、发电机、高压二氧化碳储气罐、干冰保温箱，所述lng泵通过管道连接所述三通阀右接口，所述三通阀左接口通过管道连接所述干冰制造机右下接口，所述高压二氧化碳储气罐出口通过管道连接所述干冰制造机入口，所述干冰制造机出口通过管道连接所述干冰保温箱，所述干冰制造机右上接口通过管道连接所述燃气轮机，所述燃气轮机通过轴与所述发电机相连；所述乙烯精制系统包括：裂解气罐第一换热器、第一预切割塔、第二换热器、气液分离器、乙炔加氢装置、脱甲烷塔、乙烯罐、脱乙烷塔、碳三及更重组分排出口，所述裂解气罐通过管道连接所述第一换热器左下接口，所述第一换热器右下接口通过管道连接所述第一预切割塔左接口，所述第一预切割塔上接口通过管道连接所述第二换热器左下接口，所述第二换热器右下接口通过管道连接所述气液分离器左接口，所述气液分离器上接口通过管道连接所述乙炔加氢装置上接口，所述乙炔加氢装置右接口通过管道连接所述乙烯罐，所述气液分离器下接口通过管道连接所述脱甲烷塔左接口，所述脱甲烷塔下接口通过管道连接所述脱乙烷塔左接口，所述三通阀下接口通过管道连接所述第二换热器右上接口，所述第二换热器左上接口通过管道连接所述第一换热器右上接口，所述第一换热器左上接口通过管道连接所述干冰制造机右下接口，所述第一预切割塔下接口通过管道连接所述脱乙烷塔左接口，所述脱乙烷塔下接口通过管道连接所述碳三及更重组分排出口，所述乙烷塔上接口通过管道连接乙炔加氢装置下接口。

进一步，所述脱甲烷塔的脱甲烷过程采用高压法或低压法。

进一步，所述高压二氧化碳储气罐和所述干冰制造机之间设有调节阀。

进一步，所述乙炔加氢装置中设有催化剂，所述催化剂为钯或钯-银。

进一步，所述第一预切割塔和所述脱乙烷塔之间设有第二预切割塔，所述第二预切割塔通过管道连接所述碳三及更重组分排出口。

进一步，所述第一换热器和所述第二换热器均为管式换热器或板翅式换热器。

一种利用lng冷能制备干冰及分离乙烯的装置的工作方法为：

(a)lng经所述lng泵和所述三通阀分为两路，一路依次进入所述第二换热器和所述第一换热器汽化释放冷量，另一路与从所述第一换热器出来的lng汇合后进入所述干冰制造机，所述调节阀依据lng的冷量控制进入所述干冰制造机的二氧化碳进气量，气相二氧化碳在所述干冰制造机内吸收lng冷量制取干冰，成品干冰通过所述干冰制造机的干冰出口进入所述干冰保温箱中储存，汽化升温后的lng通入所述燃气轮机供所述发电机发电；

(b)裂解气经所述第一换热器预冷后进入所述第一预切割塔进行分离，碳一和更轻组分及少量碳二组分以气态形式从所述第一预切割塔塔顶流出，进入所述第二换热器中深冷分离，沸点低于-162℃的碳一和碳二组分被液化，沸点为-252℃的氢气及少量惰性气体仍为气态，随后该气液混合物进入所述气液分离器进行气液分离，富氢气体通入所述乙炔加氢装置为所述乙炔加氢装置提供必要的氢气制取乙烯，被液化的碳一和碳二组分由所述气液分离器的下出口进入所述脱甲烷塔，碳一组分由所述脱甲烷塔塔顶流出，碳二及更重组分由塔底进入所述脱乙烷塔，所述第一预切割塔分离的大量碳二及更重组分由所述第一预切割塔的塔底进入所述第二预切割塔，经所述第二预切割塔分离出的碳二和更轻组分及少量碳三组分由所述第二预切割塔的塔顶进入所述脱乙烷塔，所述脱乙烷塔分离出的碳二组分由塔顶进入所述乙炔加氢装置，碳二组分和富氢气体在催化剂的作用下产生乙烯，存储至所述乙烯罐，碳三及更重组分由所述脱乙烷塔和所述第二预切割塔的塔底流出，最终由所述碳三及更重组分排出口排出。

本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

1、本系统考虑到利用化工厂本身lng资源，不需要设立膨胀-再压缩机，每生产30万吨乙烯约节省20000kw的冷剂压缩制冷系统功耗，降低了化工厂的成本。

2、本发明回收了lng汽化产生的大量冷能，约为830-860kj/kg，用来分离化工基本原料乙烯，故化工厂不需要额外购入乙烯，，又避免冷量直接被海水带走，减小了能源的浪费。

3、现有发明中所有碳二馏分都进到脱乙烷塔,造成该塔负荷达到设计值的140％，乙烯产量平均仅681t/d。故本发明在第一预切割塔和脱乙烷塔之间设置了第二预切割塔，避免裂解气组分偏重增加脱乙烷塔的负荷，也提高了乙烯的生产效率，约可达到720t/d。

4、现有发明中制备乙烯的基本组成设备为19台，而本发明只需13台即可达到相应目的并提高产量，降低了系统的复杂性。

5、lng冷量在乙烯深冷分离中的利用率约为75％，故本专利并联了一个干冰制造系统，利用率不仅可以达到80％以上，还实现了化工厂的零碳排放。

附图说明

图1为本发明一种利用lng冷能制备干冰及分离乙烯的装置的结构原理示意图；

图中：1为裂解气罐、2为第一换热器、3为第一预切割塔、4为第二换热器、5为气液分离器、6为乙炔加氢装置、7为脱甲烷塔、8为乙烯罐、9为脱乙烷塔、10为第二预切割塔、11为碳三及更重组分排出口、12为lng泵、13为三通阀、14为干冰制造机、15为燃气轮机、16为发电机、17为高压二氧化碳储气罐、18为调节阀、19为干冰保温箱。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特性和优点更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体施例做详细说明。

如图1所示，为本发明实施例的一种利用lng冷能制备干冰及分离乙烯的装置，包括干冰制造系统和乙烯精制系统两部分，其中所述干冰制造系统包括：lng泵12、三通阀13、干冰制造机14、燃气轮机15、发电机16、高压二氧化碳储气罐17、调节阀18、干冰保温箱19，所述lng泵12通过管道连接所述三通阀13右接口，所述三通阀13左接口通过管道连接所述干冰制造机14右下接口，所述高压二氧化碳储气罐17出口通过管道连接所述调节阀18左接口，所述调节阀18右接口通过管道连接所述干冰制造机14入口，所述干冰制造机14出口通过管道连接所述干冰保温箱19，所述干冰制造机14右上接口通过管道连接所述燃气轮机15，所述燃气轮机15通过轴与所述发电机16相连；所述乙烯精制系统包括：裂解气罐1、第一换热器2、第一预切割塔3、第二换热器4、气液分离器5、乙炔加氢装置6、脱甲烷塔7、乙烯罐8、脱乙烷塔9、第二预切割塔10、碳三及更重组分排出口11，所述裂解气罐1通过管道连接所述第一换热器2左下接口，所述第一换热器2右下接口通过管道连接所述第一预切割塔3左接口，所述第一预切割塔3上接口通过管道连接所述第二换热器4左下接口，所述第二换热器4右下接口通过管道连接所述气液分离器5左接口，所述气液分离器5上接口通过管道连接所述乙炔加氢装置6上接口，所述乙炔加氢装置6右接口通过管道连接所述乙烯罐8，所述气液分离器5下接口通过管道连接所述脱甲烷塔7左接口，所述脱甲烷塔7下接口通过管道连接所述脱乙烷塔9左接口，所述三通阀13下接口通过管道连接所述第二换热器4右上接口，所述第二换热器4左上接口通过管道连接所述第一换热器2右上接口，所述第一换热器2左上接口通过管道连接所述干冰制造机14右下接口，所述第一预切割塔3下接口通过管道连接所述第二预切割塔10左接口，所述第二预切割塔塔顶出口通过管道连接所述脱乙烷塔9左接口，所述脱乙烷塔9塔底和所述第二预切割塔10塔底通过管道连接所述碳三及更重组分排出口11，所述乙烷塔9上接口通过管道连接乙炔加氢装置6下接口。

其中，所述脱甲烷塔7的脱甲烷过程采用低压法，低压法乙烯回收率比较高，适用范围较宽；所述乙炔加氢装置6中设有催化剂，所述催化剂为钯-银；所述第一换热器2和所述第二换热器4均为板翅式换热器，板翅式换热器换热效果好，占地面积小。

本发明的一种利用lng冷能制备干冰及分离乙烯的装置的工作方法，具体包括：

(a)lng经所述lng泵12和所述三通阀13分为两路，一路依次进入所述第二换热器4和所述第一换热器2汽化释放冷量，另一路与从所述第一换热器2出来的lng汇合后进入所述干冰制造机14，所述调节阀18依据lng的冷量控制进入所述干冰制造机14的二氧化碳进气量，气相二氧化碳在所述干冰制造机14内吸收lng冷量制取干冰，成品干冰通过所述干冰制造机14的干冰出口进入所述干冰保温箱19中储存，汽化升温后的lng通入所述燃气轮机15供所述发电机16发电；

(b)裂解气经所述第一换热器2预冷后进入所述第一预切割塔3进行分离，碳一和更轻组分及少量碳二组分以气态形式从所述第一预切割塔3塔顶流出，进入所述第二换热器4中深冷分离，沸点低于-162℃的碳一和碳二组分被液化，沸点为-252℃的氢气及少量惰性气体仍为气态，随后该气液混合物进入所述气液分离器5进行气液分离，富氢气体通入所述乙炔加氢装置6为所述乙炔加氢装置6提供必要的氢气制取乙烯，被液化的碳一和碳二组分由所述气液分离器5的下出口进入所述脱甲烷塔7，碳一组分由所述脱甲烷塔7塔顶流出，碳二及更重组分由塔底进入所述脱乙烷塔9，所述第一预切割塔3分离的大量碳二及更重组分由所述第一预切割塔3的塔底进入所述第二预切割塔10，经所述第二预切割塔10分离出的碳二和更轻组分及少量碳三组分由所述第二预切割塔10的塔顶进入所述脱乙烷塔9，所述脱乙烷塔9分离出的碳二组分由塔顶进入所述乙炔加氢装置6，碳二组分和富氢气体在催化剂的作用下产生乙烯，存储至所述乙烯罐8，碳三及更重组分由所述脱乙烷塔9和所述第二预切割塔10的塔底流出，最终由所述碳三及更重组分排出口11排出。

以上为本发明的具体说明，仅为本发明的最佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神及原则之内的修改、等同替换等，应均在本发明的保护范围之内。