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1、(10)申请公布号 CN 103398546 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103398546 A *CN103398546A* (21)申请号 201310320434.5 (22)申请日 2013.07.26 F25J 3/02(2006.01) (71)申请人 华南理工大学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381 号 (72)发明人 李亚军 罗浩 (74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 44245 代理人 蔡茂略 (54) 发明名称 基于 LNG 冷能的轻烃深冷分离方法 (57) 摘要 本发明公开了一种基于 LNG 冷能的轻烃深 冷分离。
2、方法， 包括根据传统轻烃深冷分离工艺流 程， 模拟计算得到三机压缩制冷系统提供的冷量 分配 ； 根据计算得到的冷量， 结合实际情况决定 采用 LNG 提供的冷量全部或部分替代三机压缩制 冷系统提供的冷量， 从而确定 LNG 的用量， 并得到 传统轻烃深冷分离工艺中可由 LNG 提供冷能的工 艺物流的运行条件 ； 根据以 LNG 为冷源和工艺物 流为冷阱的换热网络运行条件， 结合 Aspen Plus 和 Aspen Pinch 模拟， 合成换热网络图， 然后决定 LNG 为工艺物流提供冷能的顺序 ； 在传统轻烃深 冷分离工艺中， 采用 LNG 全部或部分替代三机压 缩制冷系统， 按照顺序提供冷。
3、能给工艺物流， 完成 轻烃深冷分离。本发明方法可以节约轻烃分离工 艺压缩制冷功耗以及降低 LNG 气化成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103398546 A CN 103398546 A *CN103398546A* 1/1 页 2 1. 基于 LNG 冷能的轻烃深冷分离方法， 其特征在于包括以下步骤 ： 1) 根据传统轻烃深冷分离工艺流程， 通过 Aspen Plus 模拟计算得到三机压缩制冷系 统提供的冷量分配， 所述。
4、三机压缩制冷系统为甲烷压缩机、 乙烯压缩机和丙烯压缩机 ； 2)根据步骤1)计算得到的冷量， 结合实际情况决定采用LNG提供的冷量全部或部分替 代三机压缩制冷系统提供的冷量， 从而确定 LNG 的用量， 并得到传统轻烃深冷分离工艺中 可由 LNG 提供冷能的工艺物流的运行条件 ； 3) 根据以 LNG 为冷源和以步骤 2) 所述工艺物流为冷阱的换热网络运行条件， 结合 Aspen Plus 和 Aspen Pinch 模拟， 合成换热网络图 ； 4)根据步骤3)所述的换热网络图， 决定LNG为步骤2)所述工艺物流提供冷能的顺序， 并得到 LNG 自身温度的变化过程 ； 5) 在传统轻烃深冷分离。
5、工艺中， 采用 LNG 全部或部分替代三机压缩制冷系统， 按照步 骤 4) 所述顺序提供冷能给步骤 2) 所述工艺物流， 完成轻烃深冷分离。 2. 根据权利要求 1 所述的基于 LNG 冷能的轻烃深冷分离方法， 其特征在于 ： 所述传统 轻烃深冷分离工艺具体如下 ： a) 原料气经过压缩碱洗净化干燥后， 进入预切割塔， 将乙烷以上的轻烃从塔底分出后， 分两股进脱乙烷塔， 预切割塔塔顶出料进深冷系统深冷后分四股进脱甲烷塔 ； b) 脱甲烷塔塔顶气体经压缩到高压， 通过冷箱与脱甲烷塔塔顶气体、 乙烯冷剂换热后 冷凝， 然后进行节流膨胀降压降温， 再进行闪蒸， 闪蒸罐塔顶气体进入深冷系统对原料气进 。
6、行深冷处理， 闪蒸罐塔底液体回流， 脱甲烷塔塔底出料进入到脱乙烷塔中 ； c) 脱乙烷塔塔顶出料为乙烷和乙烯混合物， 将其送入到乙烯精馏塔中， 通过乙烯精馏 塔将乙烯与乙烷分离开来 ； 而脱乙烷塔塔底出料为碳三、 碳四和碳五混合物， 再依次经过脱 丙烷塔和脱丁烷塔将碳三、 碳四和碳五分离开来。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的基于 LNG 冷能的轻烃深冷分离方法， 其特征在于 ： 所述 轻烃深冷分离包括炼厂干气分离和乙烯裂解气分离。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的基于 LNG 冷能的轻烃深冷分离方法， 其特征在于 ： 所述 LNG 在送入管网前加压至 7 8MPa， 其温度为 -。
7、150 -145。 权 利 要 求 书 CN 103398546 A 2 1/6 页 3 基于 LNG 冷能的轻烃深冷分离方法 技术领域 0001 本发明涉及一种炼化轻烃混合物的分离方法， 尤其一种是基于 LNG 冷能的轻烃深 冷分离方法。属于轻烃混合物分离领域。 背景技术 0002 常压下液化天然气 (Liquefied Natural Gas， 简称 LNG) 是一种 -162的低温液 体， 在供应给下游用户之前需将其气化并加热至 0以上， 大部分的 LNG 接收站都采用开架 式的海水气化器和浸没燃烧式气化器来加热 LNG， 使其气化， 1.0tLNG 气化时大约可释放出 约 230kWh。
8、 的冷能， 造成能源的极大浪费。LNG 冷能可用于空分、 发电、 低温粉碎、 冷库、 轻烃 分离、 干冰制造等过程， 如回收利用 LNG 的冷量， 则可以替代大量用于制冷所消耗的电能。 如果利用 1.0t LNG 的冷量能够替代 30kWh 电能， 则年进口 1000 万吨的 LNG 就可为我国节 省3亿kWh的电能， 可以有效缓解我国沿海地区电力紧张的局势， 减少大量用于发电的煤和 天然气， 对节约能源、 提高能源的利用效率具有重大的意义。 0003 炼厂干气主要来源于原油的二次加工， 如重油催化裂化、 延迟焦化、 加氢裂化、 催 化重整等。 炼厂轻烃对于炼油厂而言是副产物， 多数炼油厂作为。
9、燃料气使用， 个别有乙烯配 套装置的炼化企业进行了乙烯原料的回收。轻烃中的乙烯和丙烷等组分作为加热炉燃料， 造成了极大的能源浪费。 如果将炼厂干气分离回收， 可以得到可观的乙烯、 乙烷、 丙烷等， 乙 烯可以作为石油化工原料， 而乙烷和丙烷等可以作为优质的裂解原料送往乙烯装置， 这具 有重大的经济和社会效益。目前炼厂干气的分离一般采用变压吸附法 (PSA) 和深冷分离法 等， 变压吸附的缺点是设备庞大， 轻烃回收率不高 ； 轻烃深冷分离法需要三机压缩制冷系统 ( 甲烷压缩机、 乙烯压缩机和丙烯压缩机 ) 提供多个不同温位的冷能， 所需压缩制冷的能耗 较大， 导致工艺能耗高。 0004 乙烯是石。
10、油化工的龙头， 其发展水平已经成为衡量一个国家经济实力的重要标志 之一， 在石化工业乃至国民经济发展占有重要位置。乙烯裂解气的分离一般采用深冷分离 法， 其分离过程需要三机压缩制冷系统提供冷量， 其功耗是非常大的。 所以降低乙烯分离所 需的功耗， 减少成本也成为了乙烯工业的致力研究课题。 0005 国内某一炼化企业， 其炼油装置为 1200 万吨 / 年， 配套建设 100 万吨乙烯装置， 在 该炼化厂邻近将建设一年接收 300 万吨的 LNG 接收站， 接收站的 LNG 除用来发电外， 也将主 要满足该区域城市的工业燃料、 炼厂和石化厂原料和城市燃气用户。 发明内容 0006 本发明的目的是。
11、为了解决上述现有技术的缺陷， 提供一种基于 LNG 冷能的轻烃深 冷分离方法， 该方法可以节约轻烃分离工艺压缩制冷功耗以及降低 LNG 气化成本。 0007 本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到 ： 0008 基于 LNG 冷能的轻烃深冷分离方法， 其特征在于包括以下步骤 ： 0009 1) 根据传统轻烃深冷分离工艺流程， 通过 Aspen Plus 模拟计算得到三机压缩 说 明 书 CN 103398546 A 3 2/6 页 4 制冷系统提供的冷量分配， 所述三机压缩制冷系统为甲烷压缩机、 乙烯压缩机和丙烯压缩 机 ； 0010 2)根据步骤1)计算得到的冷量， 结合实际情况决定采用L。
12、NG提供的冷量全部或部 分替代三机压缩制冷系统提供的冷量， 从而确定 LNG 的用量， 并得到传统轻烃深冷分离工 艺中可由 LNG 提供冷能的工艺物流的运行条件 ； 0011 3)根据以LNG为冷源和以步骤2)所述工艺物流为冷阱的换热网络运行条件， 结合 Aspen Plus 和 Aspen Pinch 模拟， 合成换热网络图 ； 0012 4) 根据步骤 3) 所述的换热网络图， 决定 LNG 为步骤 2) 所述工艺物流提供冷能的 顺序， 并得到 LNG 自身温度的变化过程 ； 0013 5) 在传统轻烃深冷分离工艺中， 采用 LNG 全部或部分替代三机压缩制冷系统， 按 照步骤 4) 所述。
13、顺序提供冷能给步骤 2) 所述工艺物流， 完成轻烃深冷分离。 0014 具体的， 所述传统轻烃深冷分离工艺具体如下 ： 0015 a) 原料气经过压缩碱洗净化干燥后， 进入预切割塔， 将乙烷以上的轻烃从塔底分 出后， 分两股进脱乙烷塔， 预切割塔塔顶出料进深冷系统深冷后分四股进脱甲烷塔 ； 0016 b) 脱甲烷塔塔顶气体经压缩到高压， 通过冷箱与脱甲烷塔塔顶气体、 乙烯冷剂换 热后冷凝， 然后进行节流膨胀降压降温， 再进行闪蒸， 闪蒸罐塔顶气体进入深冷系统对原料 气进行深冷处理， 闪蒸罐塔底液体回流， 脱甲烷塔塔底出料进入到脱乙烷塔中 ； 0017 c) 脱乙烷塔塔顶出料为乙烷和乙烯混合物，。
14、 将其送入到乙烯精馏塔中， 通过乙烯 精馏塔将乙烯与乙烷分离开来 ； 而脱乙烷塔塔底出料为碳三、 碳四和碳五混合物， 再依次经 过脱丙烷塔和脱丁烷塔将碳三、 碳四和碳五分离开来。 0018 具体的， 所述轻烃深冷分离包括炼厂干气分离和乙烯裂解气分离。 0019 具体的， 所述 LNG 在送入管网前加压至 7 8MPa， 其温度为 -150 -145。 0020 本发明相对于现有技术具有如下的有益效果 ： 0021 1、 本发明的轻烃深冷分离方法采用 LNG 全部或部分替代三机压缩制冷系统提供 的冷量， 由于加压78Mpa后的LNG温度足够低(-150-145)， 可满足轻烃深冷分离 所需温位，。
15、 节省乙烯压缩机和丙烯压缩机压缩制冷的功耗 ； 而且比乙烯冷剂的温度低 ( 乙 烯冷剂的最低温度为 -101.5 )， 可将甲烷冷剂在较低压力下冷凝至所需温度， 从而减少 甲烷压缩机所需要的压缩功耗， 因此大幅度降低轻烃深冷分离的能耗成本。 0022 2、 本发明的轻烃深冷分离方法中， 由于 LNG 的气化过程可以释放 830 860kJ/ kg 的冷能， -160左右到常温的 LNG 冷能价值按照当量电价计算约为 420 元 / 吨， 充分利 用 LNG 冷能可以抵消 LNG 的气化费用， 有利于降低 LNG 下游市场的供气价格， 还可减少气化 带来的环境污染问题， 对节约资源、 提高能源的。
16、利用效率、 发展循环经济具有十分重要的意 义。 附图说明 0023 图 1 为炼厂干气的深冷分离工艺流程图。 0024 图 2 为炼厂干气的深冷系统流程图。 0025 图 3 为 LNG 冷能用于炼厂干气深冷分离系统的换热网络图。 0026 图 4 为乙烯裂解气的深冷分离工艺流程图。 说 明 书 CN 103398546 A 4 3/6 页 5 0027 图 5 为乙烯裂解气的深冷系统流程图。 0028 图 6 为 LNG 冷能用于乙烯裂解气深冷分离系统的换热网络图。 具体实施方式 0029 实施例 1 ： 0030 本实施例以炼厂干气分离为例， 如下 ： 0031 某 1200 万吨 / 年。
17、炼厂的轻烃主要来自常减压、 催化裂化、 延迟焦化、 加氢裂化、 重 整等装置， 不同组分的轻烃进入干气管网， 经过压缩碱洗净化干燥后， 得到 78.23t/h、 15、 3.45MPa 的干气， 其组成 ( 质量分数 ) 如下表 1 所示 ： 0032 0033 表 1 炼厂干气的组成 0034 炼厂干气的深冷分离工艺流程为 ： 如图1和图2所示， 原料气经预切割塔D-302将 乙烷以上的轻烃从塔底分出后分两股进脱乙烷塔 D-401， 预切割塔塔顶出料进深冷系统深 冷后分四股进脱甲烷塔 D-301， 脱甲烷塔塔顶气体经压缩到 3.9MPa， 通过冷箱及乙烯冷剂 换热后冷凝， 再进行闪蒸， 闪蒸。
18、罐塔顶气体去深冷系统深冷干气， 闪蒸罐塔底液体回流， 脱 甲烷塔塔底出料经脱乙烷塔D-401、 乙烯精馏塔D-402、 脱丙烷塔D-403(由于干气中不含丁 二烯， 所以脱丙烷塔操作压力可以适当提高， 而不会导致丁二烯结焦， 这样塔顶就不需要丙 烯提供冷量， 而可以直接用水冷)和脱丁烷塔D-404的顺序流程将炼厂干气分离， 得到乙烯 和乙烷等产品。 0035 根据炼厂干气的深冷分离工艺流程， 通过Aspen Plus模拟计算得到原三机压缩制 冷系统提供的冷量分配 ( 即深冷分离工艺所需的冷量分配 )， 根据冷量分配得到 LNG 的用 量， 可采用LNG提供的冷量全部替代三机压缩制冷系统提供的冷。
19、量， 即可由LNG提供冷能的 工艺物流为 ： 甲烷冷剂 E-326、 脱甲烷塔进料冷凝 E-1313、 脱甲烷塔进料冷凝 E-313、 脱甲烷 塔进料冷却 E-1311、 脱甲烷塔进料冷却 E-311、 预切割塔塔顶冷凝 E-351、 预切割塔进料冷 却 E-307、 乙烯精馏塔塔顶冷凝 E-405、 预切割塔进料冷却 E-315、 脱乙烷塔塔顶冷凝 E-401 和干燥器出料冷却 E-220， 各工艺物流在换热网络中的运行条件如表 2 所示 ： 说 明 书 CN 103398546 A 5 4/6 页 6 0036 0037 表 2 各工艺物流在换热网络中的运行条件 0038 由上表 2 可知。
20、， 由于 LNG 的温度 (-145 ) 比乙烯冷剂的温度 ( 最低为 -101.5 ) 低， 可将甲烷冷剂在较低的压力下冷凝， 从而减少甲烷冷剂的压缩功耗并替代原工艺中的 乙烯冷剂。 该网络中各工艺热物流所需的冷量负荷总计为14373kW， 为将上述热物流冷却至 所需温度， 需 110000kg/h， 即 92.4104t/a 的 LNG 提供 19978kW 的冷量负荷。 0039 根据上述的以 LNG 为冷源和以炼厂干气深冷分离系统的工艺物流为冷阱的换热 网络运行条件， 结合 Aspen Plus 和 Aspen Pinch 模拟， 可合成如图 3 所示的换热网络。 0040 如图 3 。
21、所示， LNG 冷量将工艺物流 ( 其相对 LNG 而言为热物流 ) 从 15.0冷却 至 -128.3， 而 LNG 温度从 -145变为 -35.4， 构成一个换热网络， LNG 可依次为甲烷冷 剂E-326、 脱甲烷塔进料冷凝E-1313、 脱甲烷塔进料冷凝E-313、 脱甲烷塔进料冷却E-1311、 脱甲烷塔进料冷却 E-311、 预切割塔塔顶冷凝 E-351、 预切割塔进料冷却 E-307、 乙烯精馏 塔塔顶冷凝 E-405、 预切割塔进料冷却 E-315、 脱乙烷塔塔顶冷凝 E-401 和干燥器出料冷却 E-220提供冷能 ； 该换热网络不需要冷公用工程， 只需5605kW的热负荷。
22、将LNG从-35.4加 热至 0， 在加热过程中， 即在 LNG 可提供的总冷量负荷 19978kW 中有 5605kW 没有被利用， 故 LNG 冷量的利用率达 71.9。 0041 根据上述分析， LNG 进入管网前加压至 7 8MPa， 在炼厂干气的深冷分离工艺 中， 按照顺序为各工艺物流提供冷能， 整个炼厂干气深冷分离工艺可节约压缩制冷功耗约 7973kW， 设压缩机的内效率为 95， 压缩机与透平 ( 或电机 ) 之间的传递效率为 98， 压缩 机的效率为 70， 则可节约电力消耗 12234kW。 0042 实施例 2 ： 0043 本实施例以乙烯裂解气分离为例， 如下 ： 说 明。
23、 书 CN 103398546 A 6 5/6 页 7 0044 以40万t/a乙烯裂解气分离工艺为例， 乙烯裂解装置裂解气流量为97.75t/h。 其 组成 ( 质量分数 ) 如表 3 所示 ： 0045 0046 表 3 乙烯裂解气组成 0047 乙烯裂解气的深冷分离工艺流程为 ： 如图 4 和图 5 所示， 乙烯裂解气经预切割塔 D-302 将乙烷以上的轻烃从塔底分出后分两股进脱乙烷塔 D-401， 预切割塔塔顶出料进深 冷系统深冷后分四股进脱甲烷塔 D-301 ； 脱甲烷塔塔顶出料经压缩后进入深冷系统深冷， 脱甲烷塔塔底出料经脱乙烷塔 D-401、 乙烯精馏塔 D-402、 高低压脱丙。
24、烷塔 D-403 和 D-404、 丙烯精馏塔 D-406 和脱丁烷塔 D-405 的顺序流程将裂解气分离， 得到乙烯和丙烯等产品。 0048 根据乙烯裂解气的深冷分离工艺流程， 通过Aspen Plus模拟计算得到原三机压缩 制冷系统提供的冷量分配(即深冷分离工艺所需的冷量分配)， 根据冷量分配得到LNG的用 量， 可采用LNG提供的冷量部分替代三机压缩制冷系统提供的冷量， 即可由LNG提供冷能的 工艺物流为 ： 甲烷冷剂 E-326、 脱甲烷塔进料 E-311、 预切割塔塔顶 E-351、 乙烯精馏塔塔顶 E-405、 预切割塔进料 E-307、 预切割塔进料 E-315 和干燥器出料 E。
25、-220， 各工艺物流在换热 网络中的运行条件如表 4 所示 ： 0049 0050 表 4 各工艺物流在换热网络中的运行条件 0051 由上表 4 可知， 乙烯精馏塔顶冷凝所需冷量比较大， 而甲烷冷剂的制冷负荷很小， 但由于LNG的温度(-145)比乙烯冷剂的温度(最低为-101.5)低， 可将甲烷冷剂在较 低的压力下冷凝， 从而减少甲烷冷剂的压缩功耗并替代原工艺中的乙烯冷剂。该网络中各 工艺热物流所需的冷量负荷总计 27089kW， 为将上述热物流冷却至所需温度， 需 190000kg/ 说 明 书 CN 103398546 A 7 6/6 页 8 h， 即 166104t/a 的 LNG。
26、 提供 34506kW 的冷量负荷。 0052 根据上述的以 LNG 为冷源和以乙烯裂解气深冷分离系统的工艺物流为冷阱的换 热网络运行条件， 结合 Aspen Plus 和 Aspen Pinch 模拟， 可合成如图 6 所示的换热网络。 0053 如图 6 所示， LNG 冷量将工艺物流 ( 相对 LNG 而言为热物流 ) 从 15.0冷却 至 -128.3， 而 LNG 温度从 -145变为 -31.2， 构成一个换热网络， LNG 可依次为甲烷冷 剂E-326、 脱甲烷塔进料E-311、 预切割塔塔顶E-351、 乙烯精馏塔塔顶E-405、 预切割塔进料 E-307、 预切割塔进料E-3。
27、15和干燥器出料E-220提供冷能 ； 该换热网络不需要冷公用工程， 只需 7417kW 的执负荷将 LNG 从 -312加执至 0， 即在 LNG 可提供的总冷量负荷 34506kW 中有 7417kW 没有被利用， 故 LNG 冷量的利用率达 78.5。 0054 根据上述分析， LNG 进入管网前加压至 7 8MPa， 在乙烯裂解气的深冷分离工 艺中， 按照顺序为各工艺物流提供冷能， 整个乙烯裂解气分离工艺可节约压缩制冷功耗约 17856Kw， 设压缩机的内效率为 95， 压缩机与透平 ( 或电机 ) 之间的传递效率为 98， 压 缩机的效率为 70， 则可节省电力消耗 27399kW。。
28、 0055 以上所述， 仅为本发明专利可选的实施例， 但本发明专利的保护范围并不局限于 此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内， 根据本发明专利的技 术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变， 都属于本发明专利的保护范围。 说 明 书 CN 103398546 A 8 1/6 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103398546 A 9 2/6 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 103398546 A 10 3/6 页 11 图 3 说 明 书 附 图 CN 103398546 A 11 4/6 页 12 图 4 说 明 书 附 图 CN 103398546 A 12 5/6 页 13 图 5 说 明 书 附 图 CN 103398546 A 13 6/6 页 14 图 6 说 明 书 附 图 CN 103398546 A 14 。