[发明专利]回收C2+烃的氮制冷方法

说明书

从混合气体中回收乙烯和丙烯等烯烃是石化工业经济上重要的但能耗极高的方法。这些混合气体是在蒸气存在的情况下通过烃热解而生产的，烃热解通常称作热裂法，或者通过液体催化裂化和液体焦化方法以尾气的方式得到。低温分离方法通常用来回收这类烯烃，并需要在低温下进行大量制冷。

烯烃是通过浓缩和分馏从进料气体混合物中回收的，进料气体混合物含有各种氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯和少量高级烃、氮气和其他微量组分的浓缩物。冷凝和分馏这些含烯烃的进料气体混合物的方法在本领域中是公知的。用于冷凝和分馏的制冷通常是在连续低温下，由外围冷却水、封闭循环丙烯和乙烯系统提供的，以及通过分离过程中产生的压缩轻气体的作功膨胀或Joule-Thomson膨胀提供。对于低温烯烃回收方法最近的改进降低了能量需求并提高了乙烯和/或丙烯的回收率。

已经有许多方法被提出来，用于向回收C₂或C₃和重烃的低温分离方法提供制冷。这些方法包括进料气体或轻残留气体的作功膨胀、常规的单一流体或阶梯式蒸气压缩制冷、混合制冷剂和Joule-Thomson膨胀制冷。其他方法采用吸收来回收C₂或C₃和重烃，这种方法显著减少了分离方法中所需的制冷量。

美国专利5568737、5555748和4752312描述了利用进料气体的作功膨胀为从天然气或炼油厂气流中回收C₂⁺或C₃⁺烃提供制冷的方法。美国专利5275005、4895584和4617039描述了类似的方法，其中使用了一个传统的丙烷或其他蒸气再压缩制冷系统，来补充由进料空气的膨胀提供的制冷。这些方法要求比较高的进料气体压力，一般为500到1000psia，和进料气体中比较低的C₂含量，为得到高的C₂回收率(90％或更多)提供足够的制冷。这些方法通常对于较C₂回收需要更高温度制冷的C₃回收更为合适。美国专利4714487描述了一种类似的方法，该方法利用轻质残留气体的作功膨胀向C₃⁺烃的回收提供制冷。

传统的阶梯式蒸气压缩制冷系统公开于美国专利5502971中，该专利使用一个乙烯/丙烯系统为从炼油厂尾气流中回收C₂⁺烃提供制冷。这种类型的制冷基本用于所有的乙烯工厂，用于从裂化气体中回收乙烯和重烃。这种阶梯式系统的类型可以在低至-150°F的温度下有效地提供制冷，但是需要两个制冷压缩机和多级制冷鼓。

通过已分离的C₂⁺烃的Joule-Thomson膨胀和再蒸发向从裂化气中回收那些烃提供制冷，这在美国专利5461870中给出了描述。这种方法具有能量有效性但是需要将烃产物在相对低的压力下以蒸汽形式回收，以便在分离所需要的较低的温度水平下提供制冷。

美国专利5329779、5287703、4707170和4584006使用了不同形式的混合制冷系统，以便向从各种含烃物流中回收C₂或重烃提供制冷。这些方法使用一个单一的制冷压缩机，在较宽的温度范围内提供制冷，但是需要多级制冷鼓和复合制冷剂形成系统。

利用吸收的方法从裂解气、炼油厂气或天然气中回收C₂⁺或C₃⁺烃的方法，公开于美国专利5520724、5019143和4272269。轻烃在吸收塔中在一种较重的溶剂通常为C₅或重烃中得到吸收，在一个分离塔中分离以回收轻质产品和再生重溶剂。通常需要传统的蒸气压缩制冷以制冷溶剂，一般在大约-40°F的温度下，以得到高的C₂回收率。

氮气循环制冷系统已经应用于低温空气分离设备，为生产液态氧和液态氮产品提供极低温度下的制冷(-280到-320°F)(见美国专利5231835、4894076和3358460)。然而，氮气循环制冷系统还未被应用于在较高温度下(-50到-250°F)C₂和C₃烃的回收。