[发明专利]烃类气体加工方法

说明书

发明背景

本发明涉及一种含烃类气体的分离方法。乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和更重的烃类可从各种气体中回收，如从天然气、炼厂气和由其他烃类材料如煤、原油、石脑油、油页岩、油砂以及褐煤得到的合成气体物流中回收。天然气通常主要含甲烷和乙烷，也就是说，甲烷和乙烷一起占气体的至少50％(摩尔)。这种气体还含有相对较少数量的较重烃类，如丙烷、丁烷、戊烷等，以及还含有氢、氮、二氧化碳和其他一些气体。

本发明广义地涉及从这样一些气体物流中回收乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和更重的烃类。根据本发明，一种要加工的气体物流的典型分析结果(近似摩尔百分数)为：甲烷92.5％、乙烷和其他C₂组分4.2％、丙烷和其他C₃组分1.3％、异丁烷0.4％、正丁烷0.3％、戊烷+0.5％，其余部分由氮和二氧化碳组成。有时还可含有含硫气体。

历史上，天然气及其天然气液体产品(NGL)价格的周期性波动使乙烷和更重的组分作为液体产品的增值减少。这样就增加了对可提供更有效地回收这些产品的方法的需求。可用于分离这些材料的方法包括那些基于气体的冷却和冷冻、油吸收和冷冻油吸收的方法。此外，由于同时膨胀和从加工气体中取热生产电力的经济设备的可供性，各种深冷方法已普遍采用。视气源的压力、气体的富集程度(乙烷和更重烃类的含量)和所需的目的产品而定，这些方法中的每一方法或其组合都可使用。

对于乙烷回收来说，深冷膨胀法现在通常是优选的，因为这一方法最简易，开工容易、操作灵活、效率高、安全和可靠性高。US 4157904、4171964、4278457、4687499、4854955、4869740和4889545公开了相关的方法。

在典型的深冷膨胀回收方法中，在压力下的进料气体物流通过与该法中用的其他物流和/或外部冷冻源如丙烷压缩-冷冻体系作热交换来冷却。随着气体被冷却，液体可能冷凝出来、并作为含有一些所需的C₂⁺组分的高压液体收集在一个或多个分离器中。视气体的富集程度和生成的液体数量而定，高压的液体可膨胀到较低的压力，并进行分馏。在液体膨胀过程中出现的汽化使物流进一步冷却。在某些条件下，为了进一步降低由膨胀产生的温度，在膨胀前将高压液体预冷却可能是需要的。含有液体和蒸汽混合物的经膨胀的物流在蒸馏塔(脱甲烷塔)中分馏。在该塔中，经膨胀的冷却物流经蒸馏，从作为塔底液体产物的所需C₂组分、C₃组分和更重的组分中分离出作为塔顶蒸汽的残留甲烷、氮气和其他可挥发性气体。

如果进料气体不完全冷凝(通常不是这样)，由部分冷凝保留的蒸汽可分成两股或两股以上物流。一部分蒸汽通过做功膨胀机或发动机，或者膨胀阀膨胀到较低的压力，在这一压力下，由于物流进一步冷却的结果，另一些液体被冷凝出来，膨胀后的压力基本上与蒸馏塔操作的压力相同。由膨胀产生的合并蒸汽-液体相作为进料送入该塔。

其余部分的蒸汽通过与其他工艺物流如冷的分馏塔塔顶物流换热，冷却，使它基本上冷凝。视可得到的高压液体的数量而定，高压液体的一部分或全部在冷却前可与这一蒸汽部分合并。生成的冷却物流然后通过适合的膨胀设备如膨胀阀膨胀到脱甲烷塔的操作压力。在膨胀过程中，一部分液体汽化，使整个物流冷却。快速膨胀的物流然后作为塔顶进料送入脱甲烷塔。通常，膨胀物流的蒸汽部分和脱甲烷塔塔顶蒸汽在分馏塔中上部分离段合并，作为残留的甲烷产物气体。另一方面，经冷却和膨胀的物流可送到分离塔，得到蒸汽和液体物流。蒸汽与塔顶蒸汽合并，液体作为塔顶进料送入该塔。