[发明专利]烃气体混合物的部分冷凝方法

说明书

本发明涉及含有可凝组分的气体混合物的分凝，具体地是涉及烃气体混合物的部分冷凝，也就是通过一级或多级热交换使得原料气体冷却，从而把其中的难挥发组分冷凝并分离出来。

为了进一步加工如天然气和炼厂气那样的烃气体混合物成为液化石油气（LPG），往往进行从其中分离出C⁺₃组分的处理。与本发明有关的原料气体混合物组分包括C₁-C₆的碳氢化合物，如果是天然气还可以包括氮气，如果炼厂气还可以包括氢气。

当不需要进行精密分离时，例如在油田气冷凝回收的情况下，或作为生产LPG的深冷装置的初级分离步骤时，部分冷凝是从这些气体物流中分离易冷凝组分的大家公认的方法。

在垂直列管式热交器中，通过部分冷凝进行分凝是十分典型的方法，在交换器中原料气体混合物向上流动，通过冷侧壳程所使用的致冷剂使原料气体在热侧管程部分冷凝，在热管程的气体流速非常低，往往低于夹带速度。因此，相对于向上流动的被处理的气体，在管壁内侧冷凝的重组分向下逆流流动。在该方法简单的构型中，从热交换器的低部回收冷凝液，而从热交换器的顶部回收比原料气体易挥发的轻组分气体。美国专利3100147号叙述了低气体流速下的部分冷凝系统的一个特殊例子。

实际工作者已经意识到，在传热系数方面低气体流速下的部分冷凝的方法有其固有的缺点，因此，这样的系统是不经济的。最近，已有采用高气体流速下的部分冷凝的方法，所产生的气-液两相混合物被直接送到外设的气/液分离器，回收其中的冷凝液。这种冷凝方法的其中一个主要问题是，因为在冷凝器中并流的气/液混合物，以液体的夹带速度或高于液体的夹带速度流动，回收的冷凝液中会夹带一些轻组分气体，这些气体必须在另外一个汽提步骤中加以脱除。结果高气体流速部分冷凝方法，使热交换得到某种程度的改进，却由于此方法带来了在复杂性、费用和占地空间方面的问题，而被抵消了。

因此，本发明的目的是实现高气速下的部分冷凝，以改进热传递特性，同时又保持低气速下的部分冷凝的较好的分离特性。

按照本发明，第一部分原料气混合物与制冷剂进行间接热交换，使其部分冷凝成两相混合物，然后冷凝液再从两相混合物中分离出来。与第一部分原料气并行的第二部分原料气与从第一部分原料气回收得到的冷凝液进行热交换，使其部分冷凝，同时回收得到的冷凝液本身被第二部分原料气加热，从而得以热汽提。

图1说明本发明的一个实施方案，其中第一部分冷凝段是一个垂直列管式热交换器，第二部分冷凝段是一个泡罩塔，离开第一部分冷凝段的两相混合物在一外部的鼓式分离器中进行分离，在此，分别来自第一和第二部分冷凝段的轻组分气体得到混合。

图2说明本发明的另一个实施方案，其中第一部分冷凝段是一环形管式热交换器，第二部分冷凝段是一垂直的列管式热交换器，它位于环形管式热交换器内部的中央。在本实施方案中从每一个部分冷凝段回收得到的两相混合物均进一步在外部进行分离处理。

图3说明本发明的又一个实施方案，第一部分冷凝段也使用环形管式热交换器，但是第二部分冷凝段使用中央筛板塔，并在浸没条件下操作。

图4说明本发明的一个优选的多级类型的实施方案。它采用第三部分冷凝段，并与并行的第一和第二部分冷凝段相串连。在该实施方案中，第一气/液分离段是通过用撞击分离器实现的。该分离器位于串联的冷凝级之间。同样，第二气/液分离段也是通过另一个内部撞击分离器实现的。该分离器位于上部管式热交换器之上。第三部分冷凝段就是通过该热交换器实现的。

因此，在本发明的一个实施方案中，通过与从第一部分气体混合物中回收的冷凝液进行直接热交换，使第二部分原料气体混合物部分冷凝，也就是说用直接热交换的方式。

在本发明的另一个实施方案中，通过与从第一部分原料气体混合物中回收的冷凝液进行间接热交换，使第二部分原料气体混合物部分冷凝。

在本发明的优选实施方案中，第一和第二部分原料气体混合物经部分冷凝后的轻组分气体合并在一起，并在第三部分冷凝段中，通过间接热交换，使之进一步部分冷凝。最好是利用由合并的第一和第二部分的轻组分气体经部分冷凝后回收的轻组分气体，作为使第一部分原料气体混合物部分冷凝的第一致冷剂。在该实施方案中，当原料气体混合物主要包括C₁-C₃的烃时，温度在-45～-85℃范围内，第三部分冷凝段最好使用含有C₁-₅烃的混合物作为第二致冷剂。