[发明专利]一种采用阶式制冷的天然气乙烷回收装置及方法

说明书

本发明公开了一种采用阶式制冷的天然气乙烷回收装置及方法，回收装置包括冷箱、低温分离器、脱甲烷塔、脱乙烷塔、丙烷换热系统和乙烯换热系统，其中：冷箱的天然气出口与低温分离器连接，低温分离器的液相出口依次与脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱乙烷塔顶冷凝器、脱乙烷塔塔顶回流罐、丙烷换热系统、乙烯换热系统相连；脱甲烷塔的塔顶气相依次与冷箱、膨胀机和产品气压缩机相连。本发明可将单组分制冷剂多级节流，提高制冷效率，在一定程度上减小了乙烷回收装置制冷部分的制冷剂压缩机负荷；具有设计简单，采购容易，单台压缩机功率较低，降低投资、能耗低和操作简单灵活的优点。

技术领域

本发明涉及轻烃回收领域，尤其是乙烷回收领域，具体为一种采用阶式制冷在天然气回收乙烷的工艺装置及方法，适用于各种原料气压力，针对乙烷回收工厂的原料气压力小于5MPa的气质条件，既具有较高的乙烷回收率，又有节省投资和降低能耗的优点。

背景技术

乙烷是优质的急冷热裂解制乙烯的原料，具有烯烃收率高，副产品很少，工艺较简单，相应的投资减少，建设周期短，投资回报快等诸多优势，在中东和美国得到了大量利用，而我国由于自身石油储量较为贫瘠，乙烯进口量逐年攀升，在低成本高利润的刺激下，烯烃原料轻质化的需求越发强烈，而乙烷大量存在于外输的产品天然气中，目前利用率较低，根据最新的需求，为更高效地利用天然气，实现天然气产品多元化，大力发展乙烷回收技术具有重要意义。

目前天然气乙烷回收工厂主要多数采用“丙烷/丙烯预冷+膨胀机制冷”工艺。因为采用单组分制冷剂预冷，原料气预冷温度较低，主要依靠膨胀制冷提供冷量，当原料气压力不太高，不能提供足够的冷量时，乙烷收率则相对较低，不够经济。而“阶式制冷+膨胀机制冷工艺”既可以提供较低的预冷温度又可提高乙烷收率，适用于各种原料气压力，针对原料气压力不高时，可以解决投资高，能耗大，操作复杂的问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种采用阶式制冷的天然气乙烷回收装置及方法，具有能耗低、开车容易，单台压缩机功率较低，降低投资和操作简单灵活的优点。

本发明所采用的技术方案是：一种采用阶式制冷的天然气乙烷回收装置，包括冷箱、低温分离器、脱甲烷塔、脱乙烷塔、丙烷换热系统和乙烯换热系统，其中：冷箱的天然气出口与低温分离器连接，低温分离器的液相出口依次与脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱乙烷塔顶冷凝器、脱乙烷塔塔顶回流罐、丙烷换热系统、乙烯换热系统相连；脱甲烷塔的塔顶气相依次与冷箱、膨胀机和产品气压缩机相连；乙烯换热系统的天然气出口与脱甲烷塔顶部入口相连；丙烷压缩机、丙烷冷凝器、丙烷换热系统循环连接；乙烯压缩机、丙烷换热系统、乙烯换热系统循环连接。

本发明还提供了一种采用阶式制冷的天然气乙烷回收方法，包括如下内容：

一、将原料气天然气进行精馏分离为乙烷产品、C₃+和产品天然气：

3.0～7.0MPa.g的干燥含乙烷天然气经过冷箱预冷至-35～-75℃后进入低温分离器进行分离，分离出的气相大部分经过膨胀机膨胀至压力为2.0～4.0MPa.g后进入脱甲烷塔，分离出的少部分气相进入冷箱冷凝至-80～-95℃成液体后再进入脱甲烷塔上部；低温分离器分离出的液相节流至2.2～4.0MPa.g后进入脱甲烷塔；脱甲烷塔的压力控制在1.8～3.8MPa.g；

脱甲烷塔塔底出来的C₂+进入脱乙烷塔，脱乙烷塔的压力控制在1.6～3.5MPa.g，经过脱乙烷塔分馏后，塔顶出来的气相经脱乙烷塔顶冷凝器冷凝至-30～5℃后经脱乙烷塔塔顶回流罐分离，得到的液体输送至脱乙烷塔塔顶作为其回流液，脱乙烷塔塔顶回流罐分离得到的气相为乙烷产品，进入丙烷换热系统；

脱甲烷塔塔顶出来的气相通过冷箱换热至10～35℃后，再依次通过膨胀机同轴增压端和产品气压缩机增压后大部分作为产品天然气外输，其余少部分进入丙烷换热系统；

二、丙烷换热系统为产品乙烷液化及过冷提供冷量：