[发明专利]气态烃的分离过程

说明书

本发明涉及一个含烃类气体的分离过程。

丙烷及更重的烃类可从多种气体中回收，上述气体可以是天然气、炼厂气以及其它诸如从烟煤、原油、石脑油、油页岩、油砂和褐煤中得到的合成气。天然气中通常含有相当多的甲烷和乙烷，两者含量之和不低于50%（mole）。天然气中还含有相对少量的其它较重的烃类，如丙烷、丁烷、戊烷等，以及氢气、氮气、二氧化碳和其它气体。

本发明涉及从上述气体中回收丙烷及更重的烃类，可按本发明进行分离的气流的典型组成如下（以近似摩尔百分数表示）：

甲烷86.9%，乙烷及其它C₂组分7.24%，丙烷及其它C₃组分3.2%，异丁烷0.34%，正丁烷1.12%，异戊烷0.19%，正戊烷0.24%，己烷以上0.12%，其余为氮气和二氧化碳。有时也可能有含硫的气体组分存在。

由于低温膨胀工艺具有极简单、开工容易、操作灵活、效率高和工作可靠等优点，因此目前它是用于从天然气中分离乙烷及更重烃类的优化工艺。低温膨胀工艺也被推荐用于从天然气中分离丙烷及更重的烃类，此时将乙烷随同甲烷并入干气中。事实上，不论是回收乙烷还是回收丙烷，所采用的基本流程显然是相同的，只是为了满足工艺过程所需要的操作温度不同，在换热器的布局上有所区别。U.S.Patent    Nos.4    278    457、4    251    249和4    617    039描述了有关的过程。

近年来，对乙烷作为液体产品还是作为天然气的组分是有争议的，有段时期表明，乙烷留在气体处理工厂的干气中更有价值。这促使气体加工装置趋于在得到丙烷及更重烃类的最高回收率的同时，要尽量使乙烷全部排到干气中去。尽管多种涡轮膨胀工艺曾被用于回收丙烷，但在不增加干气压缩和/或外部冷冻的功率时，它们的丙烷回收率通常局限在85-90%左右。虽然丙烷的回收率可通过部分液体乙烷而提高，但通常丙烷回收率的提高远小于液体产品中乙烷含量的增加。因此，需要有一个方法能有效地从气流中回收丙烷及更重的烃类，使干气中只含微量的丙烷，而与此时将乙烷几乎全部排入干气中。

在一个典型的低温膨胀工艺中，带压进料气流经一次或多次换热冷却，所用冷流可来自本工艺和/或外界冷源（如丙烷压缩冷冻系统）。冷却后的进料向一个较低压力膨胀并被送至一个蒸馏塔，在此分离出所需的塔底液体产品及塔顶干气。正是冷却后的进料的膨胀，提供了得到理想的产品回收率所必需的低温。

当原料气被冷却后，液态组分可能被冷凝析出，这取决于这些组分在气体中的浓度，这些液体被收集在一个或多个分离器中。这些液体经急骤减压，进一步冷却并部分汽化。膨胀后的液流可直接流入蒸馏塔（脱乙烷塔）或在进塔前用于冷却原料气。

若原料气未被全冷凝（通常是如此），冷却后剩下的气体可分成二股或多股。一股可通过膨胀机、发动机或膨胀阀降压。这将使气体进一步冷却并得到额外的冷凝液。该物流可从塔的中间一个进料口进入蒸馏塔。

另一股气体可以被过程中的其它物流，如冷的塔顶馏出物，冷却至基本全冷凝。该冷凝物流再通过适当的膨胀设施（典型的如膨胀阀）进行膨胀。这将导致物流的再次冷却及部分汽化。该物流的温度通常低于-120°F，可用作塔的顶部进料。该顶部进料中的气体部分与从塔内自下而上的蒸汽汇集成干气流。当然，上述膨胀了的冷却物流也可引到分离器使之汽液分离。分离出的气体再与塔顶馏出物汇集。液体作为塔的顶部进料。

上述分离过程的理想状态为：从装置出来的干气基本上包含了原料气中所有的甲烷和C₂组分，不含C₃及更重的烃类。脱乙烷塔的塔底产物基本上全部为C₃及更重的组分，而不含C₂及更轻的组分。

然而，在实际中，由于脱乙烷塔只是一个汽提塔，因而不能达到上述理想状态。干气产品是由蒸馏塔分馏段的塔顶蒸汽与未经精馏的气体汇集起来的。由于顶部液体进料中含有相当量的丙烷及更重的组分，从脱乙烷塔分馏段出来的蒸汽中就不可避免地要含有与之相平衡的丙烷及更重的组分，这是导致丙烷损失的主要原因。倘若蒸汽能与一含很少丙烷及更重烃类的回流液相接触，该回流液能从蒸汽中吸收丙烷及更重的烃类，这将明显减少这些宝贵组分的损失。本发明提供了达到此目标的方法，因而显著地改进了丙烷的回收率。