[发明专利]一种含轻质气体的非深冷低碳烃分离方法

说明书

技术领域

本发明属于轻烃分离技术领域，尤其涉及氧化物转化制取烯烃和烃类裂解 制取烯烃过程中的一种分离方法。

背景技术

乙烯和丙烯是石油化工工业的基础原料，过去一直通过烃的蒸汽裂解或催 化裂解获得。在石油供应日趋紧张的情况下，人们开发了用氧化物特别是以甲 醇、乙醇为原料生产低碳烯烃的过程。醇类可以用天然气或煤炭的合成气生产， 这样就避免了使用石油资源。

氧化物转化过程的产物组成和烃类裂解制乙烯的裂解炉出口产物组成相 似，都是轻质气体如氢、氮和轻烃，即C1到C5的饱和烃和不饱和烃。要将此 混合物分离成各种高纯度产品，需要一个很复杂的分离流程。

在传统烃类裂解制乙烯分离过程中，普遍采用深冷分离方法。典型的分 离流程大致可分为三大类，即首先脱除甲烷的顺序流程、前脱乙烷流程和前脱 丙烷流程。以顺序流程为例，来自裂解炉的裂解气经急冷、压缩、干燥后冷却 进入深冷脱甲烷系统，然后脱甲烷塔塔釜物料相继进入脱乙烷塔、脱丙烷塔、 脱丁烷塔，然后碳二馏分、碳三馏分再分别精馏获得聚合级乙烯、丙烯。中国 专利ZL921 00471.0提出了一种与上述三种流程不同的预切割流程，该流程的 第一个分离器为碳二馏分的非清晰切割塔，和经典的顺序流程或者前脱乙烷流 程或者前脱丙烷流程相比，减少了进入深冷系统的气体量和脱甲烷塔的负荷， 而且采用了提高冷量利用等级的措施，弥补由于切割了部分较重组分而使冷凝 温度向更低方向移动的缺点。可是无论那一种流程为了分离甲烷、氢与碳二烃 都需要深冷，都需要由丙烯压缩机和乙烯压缩机提供多种不同规格的冷量，例 如需要乙烯冷冻压缩机提供-100℃的冷量。对于低压脱甲烷还需要有甲烷压缩 机提供-135℃左右的冷量。除了复杂的冷冻压缩机系统外，还需要结构精密的 冷箱设备，使得深冷分离流程复杂、投资大。

U.O.P.公司为了避免上述深冷分离流程的缺点开发了一个生产乙烯的过 程：“PROCESS FOR PRODUCING ETHYLENE”WO01/25174。该方法的主 要特点是：

1.采用前脱乙烷流程，减少脱甲烷塔的进料量。

2.和通常的石脑油裂解生产乙烯的装置相比，提高了脱甲烷塔塔顶产品中 的乙烯含量，从而提高了脱甲烷塔塔顶的温度，避免采用乙烯冷量。

3.为了回收脱甲烷塔塔顶气体中的乙烯，将该气体送入变压吸附设施，分 离甲烷、氢和乙烯，将回收的乙烯返回氧化反应器出口物料中。

该专利说明书称，该流程与常规的石脑油裂解的分离装置相似，能达到 99.5％乙烯回收率，乙烯产品中乙烯的浓度能达到99.5％以上。该专利采用前脱 乙烷塔减少进脱甲烷系统的进料量，但仍包含了全部碳二馏分。

该分离方法设备投资低，但由于采用了PSA技术，操作程序较复杂，系统 维护工作量较大。

美国专利U.S.P.5,326,929和U.S.P.5,220,097提出了一种用溶剂吸收分离 氢、甲烷与碳二组分的方法。该方法的主要流程是：进料进入一个有中间冷却 和再沸器的脱甲烷吸收塔，该塔用来自甲烷吸收塔的C5做溶剂吸收碳二及更 重组分，塔顶出口气体是甲烷氢和夹带的碳二和溶剂，塔釜是吸收了碳二、碳 三的溶剂。脱甲烷吸收塔塔顶气体进入甲烷吸收塔，用再生器出口的溶剂吸收 甲烷和碳二，塔顶出口气体为氢气产品。吸收了甲烷及更重组分的溶剂从甲烷 吸收塔的塔釜去脱甲烷吸收塔。脱甲烷吸收塔的釜液是吸收了大量乙烯丙烯的 溶剂，必须去再生器再生。再生器解析出来的碳二、碳三去脱乙烷塔，再生的 溶剂循环去甲烷吸收塔。这种方法虽然避免了多级乙烯冷冻压缩机和冷箱，但 是所需溶剂的分子数几乎等于进料乙烯和丙烯分子数之和。如此大量的溶剂的 循环加热再生，再冷却吸收，消耗的能量很大。U.S.P.5326929采用C5做溶剂 时，当进料中乙烯含量是4763.3lb mole/hr时，需要溶剂5651.8lb mole/h，溶 剂与碳二的比例为1.186。该法在大于3.2mpa的压力下再生溶剂，再生温度很 高，可能高达150℃。然后再将此溶剂冷却到-50℃后进甲烷吸收塔。如此大量 的溶剂先加热再冷却循环，能量消耗之大是显而易见的。

中国专利CN1847203A提出了一种甲醇转化制取低碳烯烃气体的分离流 程，谈流程类似于烃裂解装置的前脱乙烷、前加氢流程，但取消了对脱甲烷塔 进料逐级冷却的冷箱系统，提高了脱甲烷塔进料温度，对深冷脱甲烷系统进行 了一定的简化。