[发明专利]气体混合物的低温分离

说明书

本发明涉及气体混合物的低温分离。

低温工艺已被大规模用于回收气体碳氢化合物组分，诸如来自各种来源的C₁-C₂烷烃和烯烃，包括天然气、石油精炼、煤和其他矿物燃料。从裂解碳氢化合物废流中的其他气相组分中分离高纯度乙烯已成为塑料工业的主要化学原料来源。通常包含少于1%其他材料的聚合物级乙烯可由许多工业生产流中获得。碳氢化合物的热裂解和加氢裂解被广泛地用于石油的精炼以及对来自天然气或类似的C⁺₂可冷凝湿气体的利用中。一般在高温下将低成本碳氢化合物裂解，从而得到一批有价值的产物，诸如热解汽油、低级烯烃和LPG，以及副产物甲烷和氢气。在常温和常压附近进行的常规分离工艺可通过顺序液化、蒸馏、附着等回收许多裂解流出物组分。然而，从更有价值的C⁺₂脂族化合物（特别是乙烯和乙烷）中分离甲烷和氢气要求有较昂贵的设备和处理能量。

在许多出版物中，特别是Perry′s Chemical Engineering Handbook第5版）和其他蒸馏工艺方面的论文中，揭示了多阶段精馏和低温冷却列。最近的商业应用已将分馏柱型精馏单元用于冷却列，并在气体混合物的脱甲烷作用中作为回流冷凝器装置。典型的精馏单元在美国专利第2，582，068（Roberts）、4，002，042、4，270，940、4，519，825、4，732，598（Rowies等）和4，657，571（Gazzi）号中得到了描述。典型以前的脱甲烷塔单元需要供应极大量的超低温致冷剂和特殊的构造材料，以提供C₁-C₂二元混合物或更复杂的组成物的充分分离。如Kaiser等在Hydro Carbon Processing Nov.1988，PP57-61中所报道的那样，具有改进的效率的更佳乙烯分离装置可采用多个脱甲烷塔，希望做到至少99%的乙烯回收，这就要求冷却列中基本上全部C⁺₂馏分的冷凝物以供给蒸馏塔。已知可在前置脱乙烷塔中去除较重的C⁺₃组分，诸如丙烯;然而，这种手段可能比这里所用的较佳分离工艺效率低。

本发明的一个目的是提供一种能效高、低温设备投资少的用于在低温下分离轻质气体的改进的冷分馏系统。

因此，在一方面，本发明的性质在于一种用于从包括甲烷、乙烯和乙烷的烃原料气中回收乙烯的低温分离法，其中在许多顺序安排的分离单元中分离冷加压气流，各个所述分离单元在操作上相连接，从而通过来自上部垂直分离器部分利用重力流动将冷凝的液体积聚在较低的蓄液器部分，来自较低蓄液器部分的气体经由上部垂直分离器部分以向上方向通过并冷却，由此使向上流动的气体在所述分离器部分中部分冷凝，从而形成与向上流动气流直接接触的回流液体;该方法包括下列步骤：

（a）将原料气导入初级分离区，该区具有许多连续连接的逐冷的分离单元，以将原料气分离成在低温下回收的初级富甲烷气流和至少一个富C₂烃组分的包含微量甲烷的初级液体冷凝物流;

（b）将所述至少一个初级液体冷凝物流从初级分离区传送至具有连续连接的脱甲烷塔区的分馏系统，其中在第一脱甲烷塔分馏区中采用适中的低温，以从初级液体冷凝物流中回收大量作为第一脱甲烷塔塔顶馏出物蒸气流的甲烷，并回收富乙烷和乙烯的基本上无甲烷的第一液体脱甲烷底部流;以及

（c）在一超低温第二脱甲烷塔区中将至少一部分第一脱甲烷塔塔顶馏出物蒸气流进一步分离，从而回收第一液态富乙烯C₂烃粗产物流和基本上无C₂烃的第二脱甲烷塔超低温塔顶馏出物蒸气流。

在另一方面，本发明的性质在于一种用于从包括甲烷、乙烷和乙烯的碳氢化合物原料气中回收乙烯的低温分离系统，所述系统包括：

适中低温致冷剂和超低温致冷剂源;

一个包括在操作上与中级和末级分馏柱单元有连续流动关系连接的初级分馏柱单元的顺序冷却剂，其中在一系列分馏柱单元中，冷加压气流得到分离，各个所述分馏柱单元具有将来自上部分馏柱热交换器的富较高沸点组分的冷凝液体蓄聚在下部分馏柱桶中的装置，其中向上流动的气体被部分冷凝，从而形成一种与上流气体直接接触的回流液体，由此提供了向下流动的较冷液体冷凝流，并逐步使冷凝分馏柱液体富含C₂烃;