專利名稱：乙烯分離的內(nèi)部能量集成無(wú)壓縮回流裝置及流程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及乙烯的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，是關(guān)于乙烯裝置中乙烯塔和乙烯制冷系統(tǒng)的新流程，特別是涉及乙烯分離的內(nèi)部能量集成無(wú)壓縮回流流程，可實(shí)現(xiàn)乙烯、乙烷組分在內(nèi)部能量集成精餾塔中完成分離，同時(shí)降低制冷壓縮機(jī)的功耗，從而降低乙烯裝置的能耗。
背景技術(shù)：
精餾過(guò)程是乙烯生產(chǎn)中一個(gè)核心過(guò)程，精餾塔是產(chǎn)品分離的關(guān)鍵單元。在乙烯生產(chǎn)流程中，乙烯塔是乙烯裝置中的關(guān)鍵塔，其目的是分離碳二的混合組分，塔頂?shù)玫胶细竦囊蚁┊a(chǎn)品，塔底獲得乙烷產(chǎn)品。乙烯塔是能量消耗最高的塔，約占裝置冷量消耗的36%。這在能源日益短缺的今天是不容忽視的。目前工業(yè)裝置中乙烯流程多采用乙烯塔和乙烯制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)組成的開(kāi)式熱泵流程，如圖3所示。為了進(jìn)一步降低乙烯塔的能耗，本發(fā)明將內(nèi)部能量集成精餾塔應(yīng)用于乙烯塔，如圖1所示。內(nèi)部能量集成精餾技術(shù)是至今為止所提出的精餾技術(shù)中節(jié)能效果最顯著的， 國(guó)內(nèi)外對(duì)內(nèi)部能量集成精餾塔研究較多。專利CN101966397A公開(kāi)了一種精餾序列內(nèi)部能量集成節(jié)能精餾裝置和方法，并將此方法應(yīng)用于笨、甲苯、二甲苯的分離；正戊烷、 環(huán)戊烷、2-甲基戊烷的分離。對(duì)內(nèi)部能量集成精餾塔進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和流程描述的專利有US4025398、US5783047、US4681661、US4234391、US20020088701A1、W003/011418、 US20050121303A1、CN201010283950. 1、CN201010284149.9、CN201010218648.8、 CN201010217605. 8、CN201010218176. 6。對(duì)內(nèi)部能量集成精餾塔進(jìn)行控制研究和節(jié)能研究的專利有CN101708373A、CN101708374A、CN101708375A、CN101716425A、CN101716426A、 CN101776891A、 CNlO1788810A、 CNlO1840200A、 CNlO1881961A、 Cn101881962A、 CN101881964A、 CN101890247A、 CNlO1887261A、 CNlO1887262A、 CNlO1887263A、 CN101879378A。專利US^61432、US55^832、CN200955890Y將內(nèi)部能量集成精溜塔用于分離空氣。專利 CN101776895A、CN101776896A、CN101776897A、CN101763088A、CN101716427A、 CN101776901A對(duì)內(nèi)部能量空分塔進(jìn)行了控制研究。上面所述專利沒(méi)有將內(nèi)部能量集成精餾塔應(yīng)用于乙烯分離流程。本發(fā)明將內(nèi)部能量集成精餾塔應(yīng)用到乙烯、乙烷的分離過(guò)程中，能夠使乙烯塔的塔頂冷凝器和塔底再沸器的熱負(fù)荷消耗降至最小，實(shí)現(xiàn)乙烯、乙烷分離過(guò)程的節(jié)能降耗，同時(shí)降低系統(tǒng)制冷壓縮機(jī)的功耗。將內(nèi)部能量集成精餾塔應(yīng)用于乙烯流程中可以降低乙烯裝置的能耗，其意義重大

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)乙烯流程中乙烯塔能耗較大的問(wèn)題，提出了將內(nèi)部能量集成精餾塔應(yīng)用于乙烯分離流程中的乙烯塔，尤其是前脫丙烷前加氫流程的乙烯塔，并構(gòu)建乙烯塔和乙烯制冷系統(tǒng)新的流程，如圖2所示。本發(fā)明技術(shù)方案如下乙烯分離的內(nèi)部能量集成無(wú)壓縮回流流程的裝置包括(1)乙烯塔、(2)乙烯制冷壓縮機(jī)、(3)乙烯制冷壓縮機(jī)一段吸入罐、⑷乙烯制冷壓縮機(jī)二段吸入罐、(5)乙烯制冷壓縮機(jī)三段吸入罐、(6)乙烯冷劑用戶、(7)乙烯冷劑緩沖罐、(8)乙烯冷劑冷凝冷卻器、(9) 乙烯塔頂冷凝器、(10)乙烯塔壓縮機(jī)、(11)乙烯塔底再沸器、(1 減壓閥；其中乙烯塔采用內(nèi)部能量集成精餾塔，該塔的精餾段和提餾段之間設(shè)有減壓閥和壓縮機(jī)，通過(guò)兩個(gè)塔段間的內(nèi)部能量集成，減少提餾段塔底的再沸器和精餾段塔頂?shù)睦淠鞯臒嶝?fù)荷。本發(fā)明的工藝流程如下自乙烯裝置前段工序中脫甲烷塔塔底的氣相物料和脫乙烷塔塔頂?shù)臍庖夯旌衔锪戏謩e進(jìn)入乙烯塔(1)，精餾段塔頂采出的乙烯氣體進(jìn)入乙烯制冷壓縮機(jī)( 壓縮，經(jīng)乙烯冷劑冷凝冷卻器⑶冷卻和冷凝后，進(jìn)入乙烯冷劑緩沖罐(7)作為乙烯產(chǎn)品和乙烯制冷劑； 乙烯制冷劑從緩沖罐(7)出來(lái)后依次進(jìn)入乙烯制冷壓縮機(jī)三段吸入罐(5)、乙烯制冷壓縮機(jī)二段吸入罐G)、乙烯制冷壓縮機(jī)一段吸入罐(3)，并分別為乙烯冷劑用戶(6)提供冷量， 三個(gè)吸入罐頂部氣相產(chǎn)品分別返回乙烯制冷壓縮機(jī)壓縮( 壓縮；精餾段底部采出的液相流股經(jīng)減壓閥(1 后返回提餾段頂部；離開(kāi)內(nèi)部能量集成精餾塔提餾段頂部的氣相物料由乙烯塔壓縮機(jī)(10)升高壓力后進(jìn)入塔的精餾段底部，循環(huán)乙烷產(chǎn)品由提餾段底部采出后進(jìn)入下一段工序。其中乙烯冷劑冷凝冷卻器由丙烯冷劑提供冷量，丙烯冷劑是由丙烯制冷壓縮機(jī)提供的，即乙烯冷劑冷凝器的熱負(fù)荷會(huì)影響丙烯制冷壓縮機(jī)的功耗。本發(fā)明流程中(8)乙烯冷劑冷凝冷卻器可包含串聯(lián)或并聯(lián)的多個(gè)換熱器以保證離開(kāi)O)乙烯冷劑壓縮機(jī)的乙烯冷劑被冷凝冷卻至所需溫度。本發(fā)明流程中(6)乙烯冷劑用戶可以是串聯(lián)或并聯(lián)的多個(gè)換熱器。本發(fā)明所述流程，流程中乙烯冷劑可設(shè)置多種等級(jí)，即吸入罐的段數(shù)按照實(shí)際工藝需求可采用多個(gè)。內(nèi)部能量集成精餾系統(tǒng)的操作方法，其特征是內(nèi)部能量集成塔精餾段塔頂壓力為 0. 8MPaG 1. 8MPaG,頂部溫度為_(kāi)55°C -30. 5°C，提餾段塔底壓力是0. 4MPaG 0. 9MPaG,塔底溫度是-53. 40C _32°C，全塔塔板數(shù)是100 150塊，精餾段30 80塊板，進(jìn)料位置是內(nèi)部能量集成精餾塔提餾段的第1塊板。本發(fā)明技術(shù)是將內(nèi)部能量集成精餾塔應(yīng)用于乙烯流程中的乙烯塔并和乙烯制冷系統(tǒng)組成新流程。圖1是內(nèi)部能量集成塔的結(jié)構(gòu)示意圖，其原理是將乙烯塔從進(jìn)料處分為精餾段和提餾段，并在精餾段和提餾段之間設(shè)置壓縮機(jī)以加壓提餾段塔頂出來(lái)的蒸汽使其溫度升高再進(jìn)入精餾段，這樣就可以通過(guò)兩個(gè)塔段間的能量傳遞在精餾段和提餾段的內(nèi)部分別產(chǎn)生下降的液體和上升的蒸汽，一方面可以降低(9)塔頂冷凝器的熱負(fù)荷，另一方面也可降低(11)塔底再沸器的熱負(fù)荷，精餾段的回流液體和提餾段內(nèi)上升的蒸汽大部分基于塔段間的能量集成實(shí)現(xiàn)。與現(xiàn)有工業(yè)裝置的先進(jìn)熱泵精餾流程相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明中乙烯塔的塔板數(shù)要小于熱泵精餾流程中乙烯塔的塔板數(shù)。(2)本發(fā)明的裝置能耗與開(kāi)式熱泵精餾流程能耗的差別主要體現(xiàn)在乙烯塔壓縮機(jī)、乙烯制冷壓縮機(jī)(熱泵流程中這兩臺(tái)壓縮機(jī)合為一臺(tái))和丙烯制冷壓縮機(jī)的功耗上。本發(fā)明中乙烯壓縮機(jī)的功耗小于熱泵精餾流程中乙烯制冷壓縮機(jī)的功耗、丙烯制冷壓縮機(jī)的功耗小于熱泵精餾流程中丙烯壓縮機(jī)的功耗。本發(fā)明與熱泵精餾流程相比，可降低乙烯裝置的能耗，達(dá)到節(jié)能增效的目的。因此，將本發(fā)明用于乙烯流程中乙烯分離和壓縮制冷系統(tǒng)將產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，具有一定的工業(yè)應(yīng)用前景。


圖1為內(nèi)部能量集成乙烯塔的結(jié)構(gòu)示意2為乙烯分離的內(nèi)部能量集成無(wú)壓縮回流流程3為乙烯塔與乙烯制冷裝置組成開(kāi)式熱泵精餾流程中1-乙烯塔2-乙烯制冷壓縮機(jī)3-乙烯制冷壓縮機(jī)一段吸入罐4-乙烯制冷壓縮機(jī)二段吸入罐5-乙烯制冷壓縮機(jī)三段吸入罐6-乙烯冷劑用戶7-乙烯冷緩沖罐8-乙烯冷劑冷凝冷卻器9-乙烯塔頂冷凝器10-乙烯塔壓縮機(jī)11-乙烯塔底再沸器12-減壓閥13-乙烯塔中間再沸器14-乙烯回流冷卻器
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的如圖2所示，自乙烯裝置前段工序中脫甲烷塔塔底的氣相物料和脫乙烷塔塔頂?shù)臍庖夯旌衔锪戏謩e進(jìn)入乙烯塔(1)，精餾段塔頂采出的乙烯氣體進(jìn)入乙烯制冷壓縮機(jī)(2) 壓縮，經(jīng)乙烯冷劑冷凝冷卻器(8)冷卻和冷凝后，進(jìn)入乙烯冷劑緩沖罐(7)作為乙烯產(chǎn)品和乙烯制冷劑；乙烯制冷劑從緩沖罐(7)出來(lái)后依次進(jìn)入乙烯制冷壓縮機(jī)三段吸入罐(5)、 乙烯制冷壓縮機(jī)二段吸入罐G)、乙烯制冷壓縮機(jī)一段吸入罐(3)，并分別為乙烯冷劑用戶 (6)提供冷量，三個(gè)吸入罐頂部氣相產(chǎn)品分別返回乙烯制冷壓縮機(jī)壓縮( 壓縮；精餾段底部采出的液相流股經(jīng)減壓閥(1 后返回提餾段頂部；離開(kāi)內(nèi)部能量集成精餾塔提餾段頂部的氣相物料由乙烯塔壓縮機(jī)(10)升高壓力后進(jìn)入塔的精餾段底部，循環(huán)乙烷產(chǎn)品由提餾段底部采出后進(jìn)入下一段工序。其中乙烯冷劑冷凝冷卻器由丙烯冷劑提供冷量，丙烯冷劑是由丙烯制冷壓縮機(jī)提供的，即乙烯冷劑冷凝器的熱負(fù)荷會(huì)影響丙烯制冷壓縮機(jī)的功
^^ ο本發(fā)明技術(shù)主要是針對(duì)乙烯分離和乙烯制冷系統(tǒng)的流程。下面是具體實(shí)施案例說(shuō)明。實(shí)施案例乙烯裝置中乙烯塔和乙烯制冷系統(tǒng)采用本發(fā)明所述流程(如圖2所示)， 整個(gè)乙烯流程中前段工序的流程會(huì)影響乙烯塔的工藝條件，同時(shí)乙烯流程中乙烯冷劑冷凝冷卻器、乙烯冷劑用戶是串聯(lián)或者并聯(lián)多個(gè)換熱器，換熱器的具體個(gè)數(shù)是根據(jù)實(shí)際工藝流程確定的，制冷系統(tǒng)中吸入罐的個(gè)數(shù)也是根據(jù)實(shí)際工藝流程確定的。本案例中乙烯塔精餾段塔頂壓力是1410KPaG，塔頂溫度是-39.8°C。提餾段塔底壓力為710KPaG，塔底溫度為-39. 1°C，同時(shí)乙烯冷劑冷凝冷卻器是四個(gè)換熱器，以保證從乙烯制冷壓縮機(jī)出來(lái)的乙烯冷劑達(dá)到所需要的溫度，乙烯冷劑用戶是四個(gè)換熱器，制冷系統(tǒng)選擇三個(gè)吸入罐以保證整個(gè)乙烯流程中所需要的不同等級(jí)的乙烯冷劑。本案例具體進(jìn)料條件見(jiàn)表1。表1乙烯塔進(jìn)料條件
權(quán)利要求
1.一種乙烯分離的內(nèi)部能量集成無(wú)壓縮回流裝置，包括乙烯塔(1)、乙烯制冷壓縮機(jī) O)、乙烯制冷壓縮機(jī)一段吸入罐(3)、乙烯制冷壓縮機(jī)二段吸入罐0)、乙烯制冷壓縮機(jī)三段吸入罐(5)、乙烯冷劑用戶(6)、乙烯冷劑緩沖罐(7)、乙烯冷劑冷凝冷卻器⑶、乙烯塔塔頂冷凝器(9)、乙烯塔壓縮機(jī)(10)、乙烯塔塔底再沸器(11)和減壓閥(12)，其特征是乙烯塔采用內(nèi)部能量集成塔，塔的精餾段和提餾段之間設(shè)有減壓閥(1 和乙烯塔壓縮機(jī)(11)， 通過(guò)兩個(gè)塔段間的內(nèi)部能量集成，減少提餾段塔底的再沸器和精餾段塔頂?shù)睦淠鞯臒嶝?fù)荷。
2.如權(quán)利要求1裝置的操作流程其特征是來(lái)自前段工序中脫甲烷塔塔底的氣相物料和脫乙烷塔塔頂?shù)臍庖夯旌衔锪戏謩e進(jìn)入乙烯塔(1)，精餾段塔頂采出的乙烯氣體進(jìn)入乙烯制冷壓縮機(jī)( 壓縮，經(jīng)乙烯冷劑冷凝冷卻器(8)冷卻和冷凝后，進(jìn)入乙烯冷劑緩沖罐 (7)作為乙烯產(chǎn)品和乙烯制冷劑；乙烯制冷劑從緩沖罐(7)出來(lái)后依次進(jìn)入乙烯制冷壓縮機(jī)三段吸入罐(5)、乙烯制冷壓縮機(jī)二段吸入罐0)、乙烯制冷壓縮機(jī)一段吸入罐(3)，并分別為乙烯冷劑用戶(6)提供冷量，三個(gè)吸入罐頂部氣相產(chǎn)品分別返回乙烯制冷壓縮機(jī)壓縮 (2)壓縮；精餾段底部采出的液相流股經(jīng)減壓閥(12)后返回提餾段頂部；離開(kāi)內(nèi)部能量集成精餾塔提餾段頂部的氣相物料由乙烯塔壓縮機(jī)(10)升高壓力后進(jìn)入塔的精餾段底部， 循環(huán)乙烷產(chǎn)品由提餾段底部采出后進(jìn)入下一段工序。其中乙烯冷劑冷凝冷卻器由丙烯冷劑提供冷量，丙烯冷劑是由丙烯制冷壓縮機(jī)提供的，即乙烯冷劑冷凝器的熱負(fù)荷會(huì)影響丙烯制冷壓縮機(jī)的功耗。
3.如權(quán)利要求2所述流程，其特征是所述乙烯冷劑冷凝冷卻器( 可包含串聯(lián)或并聯(lián)的多個(gè)換熱器以保證離開(kāi)乙烯冷劑壓縮機(jī)O)的乙烯冷劑被冷凝冷卻至所需溫度。
4.如權(quán)利要求2所述流程，其特征是所述乙烯冷劑用戶(6)是串聯(lián)或并聯(lián)的多個(gè)換熱器。
5.如權(quán)利要求2所述流程，其特征是所述乙烯冷劑設(shè)置多種等級(jí)，即吸入罐的段數(shù)按照實(shí)際工藝需求可采用多個(gè)。
6.如權(quán)利要求2的流程，其特征是內(nèi)部能量集成塔精餾段塔頂壓力為0.SMPaG 1. 8MPaG,頂部溫度為-55 °C -30. 5 °C，提餾段塔底壓力是0. 4MPaG 0. 9MPaG,塔底溫度是-53. 4°C _32°C，全塔塔板數(shù)是100 150塊，精餾段30 80塊板，進(jìn)料位置是內(nèi)部能量集成精餾塔提餾段的第1塊板。
全文摘要
本發(fā)明涉及乙烯分離的內(nèi)部能量集成無(wú)壓縮回流流程，流程包括乙烯塔、乙烯制冷壓縮機(jī)、乙烯制冷壓縮機(jī)吸入罐、乙烯冷劑用戶、乙烯冷劑緩沖罐、乙烯冷劑冷凝冷卻器、乙烯塔頂冷凝器、乙烯塔壓縮機(jī)、乙烯塔底再沸器、減壓閥。具體流程是來(lái)自前段工序的物料進(jìn)入乙烯塔，精餾段塔頂采出乙烯經(jīng)乙烯制冷壓縮機(jī)、乙烯冷劑冷凝冷卻器后進(jìn)入乙烯冷劑緩沖罐，精餾段底部采出液相經(jīng)減壓閥返回提餾段頂部。提餾段頂部采出氣相經(jīng)乙烯塔壓縮機(jī)后進(jìn)入精餾段底部，循環(huán)乙烷由提餾段底部采出。制冷劑自緩沖罐依次進(jìn)入乙烯制冷壓縮機(jī)吸入罐，并為冷劑用戶提供冷量，各吸入罐頂部氣相物流返回制冷壓縮。本發(fā)明可降低制冷壓縮機(jī)的功耗，從而降低乙烯裝置的總能耗。
文檔編號(hào)C07C7/04GK102500119SQ20111028382
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者宏曉晶, 羅祎青, 袁希鋼 申請(qǐng)人:天津大學(xué)