[发明专利]一种集成吸收制冷的丙烯精馏塔工艺方法

说明书

本发明公开了一种集成吸收制冷技术的丙烯精馏塔工艺优化设计方法，利用来自石油和化学工业企业装置自身的循环热水、烟气、工艺介质等具有的低品位废热、余热，通过吸收制冷技术产生冷源，并提供给丙烯精馏塔塔顶冷凝器冷却塔顶蒸汽，完成冷却任务后的冷却介质再送至丙烯精馏塔进料冷却器，从而稳定并降低丙烯精馏塔的操作温度、压力等，提高分离效率。本发明本着“变废为宝”和“能源利用效率最大化”的原则，根据丙烯精馏塔和吸收制冷的技术特点，通过合理设计，有效提高了丙烯精馏塔的分离效率和降低了装置的热负荷，同时提高了装置整体的能源利用效率。该工艺过程冷凝效果好、稳定性高、投资少、操作费用低、能源利用效率高。

技术领域

本发明涉及一种丙烯精馏塔工艺优化和低温余热资源化方法，特别是涉及一种丙烯精馏塔工艺设计和优化方法，还特别涉及低温余热资源化再利用方法，应用于石油和化学工业技术领域。

背景技术

丙烯是重要的化工原材料之一，可用于制取聚丙烯、丙酮、晴纶等等多种重要有机化工原材料、精细化学品、树脂、橡胶等。目前，丙烯的主要来源包括石油烃裂解工艺、重油催化裂化工艺、丙烷催化脱氢工艺、煤制烯烃等，而前两者是丙烯的最主要来源。在以上工艺过程中，丙烯是包含在反应后生成的碳烃混合物中，如石油烃裂解工艺的裂解气中包括了甲烷、乙烯、丙烯、碳四等上百种组分，因此必须采用必要的方法将其从复杂的混合物中分离出来，从而获得高纯度的丙烯产品。

为了获得高纯度丙烯产品，目前普遍采用双塔精馏工艺流程。该分离过程的进料主要为丙烯和丙烷混合物，同时还含有少量的碳四以上重组分。根据精馏分离的过程机理，其分离效率直接取决于在工艺条件下轻关键组分和重关键组分的相对挥发度，待分离组分间的相对挥发度越大越易分离。在该待分离的体系中，轻重关键组分分别为丙烯和丙烷，由于两者结构相似，导致它们之间相对挥发度较低，且相对挥发度随着温度的升高和混合物中丙烯浓度的增加而降低。因此，要完成分离丙烯和丙烷混合物就需要很多平衡级(即塔板数)来完成，所以目前丙烯精馏工艺过程多由双塔构成，一为提馏塔，另一为精馏塔。

对石油和化学工业中现有的丙烯精馏工艺过程，普遍采用工艺循环水作为塔顶冷却介质，工艺循环水的温度通常维持在28℃至35℃，且该温度受环境、季节、天气的影响较大，如北方的冬天循环水温度通常低于28℃，而南方的夏天循环水温度有可能高于35℃；另外，对同一地区同一装置而言，夏天和冬天又有不同，晴天和雨天也有不同。外部环境的变化常引起塔操作的波动，影响产品质量和能耗水平。由于冷却介质的温度较高，导致分离塔的操作温度较高。目前，丙烯精馏塔塔顶操作温度通常控制在45℃至52℃之间，塔底操作温度通常控制在55℃至68℃之间，塔压则根据流体相平衡性质通常维持在1.82Mpa至1.96Mpa。在较高的温度和压力下，丙烯和丙烷的相对挥发度较小，在丙烯的全浓度范围内其相对挥发度约在1.10至1.15之间，且随着混合物中丙烯浓度的增加相对挥发度减小，因此在实际的操作过程中，为了获得高纯度的丙烯产品，必须采用较高的回流比，该值范围约为12至15之间。为维持高回流比操作模式的稳定运行，塔顶和塔底的热负荷必然较高。如果能够降低该丙烯精馏塔的操作温度和压力，同时在较低的回流比下操作，则在保证产品质量前提下对过程的稳定操作和节能将大有裨益，同时还可大大提高丙烯和丙烷的分离效率，减少设备的投资和运行费用。

要降低丙烯精馏塔的操作温度、压力和回流比，必须能够提供额外的冷源作为该塔塔顶的冷却介质。然而，在石油和化学工业的具体装置中，温度低于循环冷却水的廉价、稳定冷源介质则几乎没有，如通过压缩制冷获得的丙烯、乙烯冷剂，但投入和操作费用很大。然而，在每个装置中都存在大量的低品位废热、余热，如热水、低温烟气、低温工艺介质等等，如果能够将这些低品位的余热转化为可利用的稳定冷源，在很好的解决上述丙烯精馏塔工艺优化设计问题的同时，也可以有效将余热资源化，此一直是社会关注的热点和焦点问题。实际上，在低品位余热利用方面，以溴化锂水溶液为吸收介质的吸收制冷技术已较为成熟，并已经实现了工业化的建设，但至目前，如何将吸收制冷技术和丙烯精馏塔工艺进行有效耦合却还没有很好的技术方案。

发明内容