Способ выделения метан-водородной фракции из пирогаза

 

СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ МБТАН-ВОДОг РОДНОЙ ФРАКЦИИ ИЗ ПИРОГАЗА, включающий сжатие и охлаждение пирогаза, отличающийся тем, что, С- целью повышения четкости отделения метан-водородной фракции от более высококипящих компонентов пирогаза и снижения энергозатрат, сжатый и охлажденный поток пирогаза подают в вихревую трубу и разделяют на отно сительно холодный газообразный поток, обогащенный метаном и водородом, и относительно теплые газообразный поток и конденсат, обедненные метаном и водородом. с $

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН с (191 (И) ЗсюР25 Т 3 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЗ (21) 2898362/23-26 (22) 20.03.80 (46) 30,04.84. Бюл. В 16 (72) В.Н.Косенков и В.И.Фирсов (53) 66.048.28 (088.8) (56) 1. Патент США В 3319428, кл. 260-683, опублик. 1967.

2. Патент США 11 3320754, кл. 260-683, опублик. 1967.

3. Степанов А.В. Производство низших олефинов. К., "Наукова думка", 1978, с.187-194 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ МЕТАН-ВОДОРОДНОЙ ФРАКЦИИ ИЗ ПИРОГАЗА, включающий сжатие н охлаждение пирогаза, отличающийся тем, что, с целью повышения четкости отделения метан-водородной фракции от более высококипящих компонентов пирогаэа и снижения энергозатрат, сжатый и охлажденный поток пирогаза подают в вихревую трубу и разделяют на относительно холодный газообразный поток, обогащенный метаном и водородом, и относительно теплые газообразный поток и конденсат, обедненные метаном и водородом.

1 108937

Изобретение относится к способам разделения углеводородных смесей и может быть использован при получении низших олефинов (этилена, пропилена

Пирогаэ, полученный при ниролиэе углеводородного сырья, представляющий собой смесь водорода, метана, фракции С и выше, перед выделением низших олефинов (этилена, пропилека1 проходит следующие стадии: закалка, 10 первичное фракционирование, компримирование, очистка пирогаза от сернистых соединений и двуокиси углерода, осушка, охлаждение и ниэкотемпературное фракционирование, включающее отделение метана и более легких компонентов (деметанизация, вы-, деление фракции С (деэтанизация ).и ее разделение,выделение фракции С и разделение этой фракции в различной последовательности.

Значительную часть эксплуатационных затрат при использовании метода ниэкотемпературного фракционнрования составляют затраты энергии, связанные с работой узла деметанизации, в котором происходит разделение метана и фракции С и выше. Поэтому узел деметанизации является основным в технологической схеме.

Известен способ отделения метана ,и более легких газов от фракции С2 .и более тяжелых углеводородов в процессе производства этилена. Разделение проводят методом низкотемпературного фракционирования. Исходную смесь компримнруют до давления 55 ат при охлаждении до температур порядка минус 23-60 С, отделяют метан и водо.- род от конденсата и подвергают их (с 40 . целью очистки )дополнительному охлаж— дению. Жидкий конденсат подают в отпарную колонну, где при давлении

l8 5 ат и температуре минус 23 С про водят фракционирование компонентов Г1

Однако отделение метана и водорода от конденсата, состоящего иэ фракций углеводородов С н более тяжелых осуществляют методом низкотемпературного фракционирования (ректификацией в колонне, что требует значительных энергозатрат извне на получение.

I холода для поддержания режима рабо-. ты ректификационной колонны.

Известен также способ извлечения этилена из газов пиролиза с примененение сжиженного метана. В низкотемпературном процессе получения этиле»

3 2 на чистотой не менее 99,5 вес. Ж из предварительно осушенной смеси газов (Hp, CH*„C H „C H<) выходящей с верха .колонны деэтанизатора установки припиролиэа лигроина, смесь газов охлаждают в I-й группе теплообменников, после чего отделяют в первом сепара-. торе при температуре минус 93 С и . ь давлении 32 ат. Затем газы доохлаждают во 2-й группе теплообменников и отделяют дополнительно конденсат во втором сепараторе при температуре минус 112 С и давлении 31 5 ат. Оба конденсата поступают в колонну деме" таниэации при давлении 30,5 ат„нижний продукт которой состоит из смеси С Н и С Н, разделяемые затем в этиленовой колонне при давлении 7-21 ат. Над колонной деметанизации расположен трубчатый парциальный конденсатор, с помощью которого конденсируется часть содержащегося в верхнем продукте этой колонны ме-. тана, Сжиженный метан используют как орошение деметанизатора и как хладагент в противоточной системе теплообменников исходной смеси газов.

Богатые водородом газы, выходящие из второго сепаратора, и газы, выходя-. щие из парциального конденсатора, также являются охлаждающей средой в системе теплообменников. Хладагентом парциальиого конденсатора служит метан 1.21.

Однако способ характеризуется недостаточно полным разделением метанводородной фракции и фракции С .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ деметанизации пирогаза, полученного путем зысокотепературного пиролиза углеводородного сырья (бензиновых фракций ) в трубчатых печах. Согласно способу деметаниэации исходного пиро газа на метан-водородную фракцию и фракцию С и выше осуществляют в одной иэ двух отдельно стоящих ректификациониых колоннах (деметанизаторах) 31.

Однако способ характеризуется сра виительно большим уносом продуктового этилена (до 1,5Х от веса пирогаза) с метан-водородной фракцией, выходящей с верха деметанизатора, а также уиосом метана (до 3,5-4 вес.X) с кубовым остатком, представляющим собой фракцию С, Кроме того, в процессе деметанизацни расходуется

89373 4

50 .55 з 10 значительное количество энергии при охлаждении исходного пирогаза до о минус 50-60 С, а также верха. деметанизатора до минус 90-!00 С (для получения метановой флегмы ), за счет применения этиленового и пропиленового холода.

Цель изобретения — повышение четкости отделения метан-водородной фракции от более высококипящих компонентов пирогаза и снижение энергозатрат.

Для достижения цели согласно способу выделения метан-водородной фракции из пирогаза путем его сжатия, охлаждения, сжатый и охлажденный поток пирогаза подают в вихревую трубу и разделяют на относительно холодный газообразный поток, обогащенный метаном и водородом, и относительно теплые газообразный поток и конденсат, обедненные метаном и водородом.

Разделение может быть осуществлено в каскаде из двух и более вихре- вых трчб, а также в вихревой трубе, сопряженной с традиционными средства» ми для разделения (сепараторами, колоннами и т.п.).

На фиг. 1 изображена принципиаль ная схема способа выделения метанводородной фракции из пирогаза с помощью двух вихревых труб (без деметанизатора ); на фиг.2 — то же, с помощью вихревой трубы и деметанизатора; на фиг.3 — то же, с помощью вихревой трубы, сепаратора и деметаниза тора.

Пример l. В качестве исхолного сырья высокотемпературного пиролиза 1 (фиг.1) используются бензиновые фракции А прямой перегонки с температурами кипения 35- . о

180 С, представляющие собой смесь парафинов, нафтенов и ароматики.

Пирогаз Б, полученный в результате термического разложения бензиновых фракций после закапки и охлаждения, имеет следующий состав, вес Ж:

Н21,16; СН4)6,25; С Н426,77; CgH4

С Нь 12,96; Cs 3,32.

Указанный состав пирогаза проходит первичное фракционирование, компри-. мирование, очистку от сернистых соединений и двуокиси углерода, осушку (эта часть схемы не показана ), пред".. варительно охлаждается до температу10

I ры минус 40 С в холодильнике 2 и поступает в вихревую трубу 3 при давлении 40 ат и температуре минус

40 С. В вихревых трубах 3 и 4 осуществляют энергетическое .разделение пирогаэа В. В, трубе 3 исходный пирогаз В разделяют на,три потока: Г (-65 C)., Ц (-20 C) и К (-20 С).

Затем поток Г соответственно раэделя ют на три потока: Ж (-95 C) (-25 С) и И (-10 С) . Потоки Е, И и К, представляющие фракцию Cg u выше в количестве 72-75 вес.Х от исходного пирогаза с соответствующими температурами, поступают на ректификацию в деэтанизатор 5 дняпоследующего разделения. При этом поток Н перед поступлением в деэтани. затор предварительно нагревают в зависимости от режима работы деэтаиизатеуа в теплообменнике 6 до тем" иератури 10 — 20 С. Поток Ж, состоящий из метан-водородной фракции в количестве 25-28 вес.Ж от исходного пирогаза, поступает в водородный блок 7 для выделения водорода.

Поток 3 имеет следующий состав, вес.X: Н 6,71; СН 91,8; С Н, 1,49.

Таким образом, применение предлагаемого способа деметанизации пирога

sa согласно данному примеру позволяет исключить из схемы деметанизатор. При этом с помощью двух последовательно соединенных вихревых труб осуществляют разделение исходного нирогаза на метан-водородную фракцию (до 28 вес.Х) и фракцию

С„ и выше (72 вес.Х). Унос этилена с метан-водородной фракцией, поступающей иа разделение в водородный блок, составляет не выше 1,01,5 вес.X. В существующих схемах деметаниэатором содержание этилена в отходящей метан-водородной фракции составляет 2-3 вес.Ж. В результате применения вихревых труб энергозатраты сокращаются на 10-15Х.

Пример 2. Процесс проводят аиапогично примеру 1, однако в качестве исходного сырья пиролиза исяольэуют этановую фракцию с содержанием этана 95-97Х, метана 1-2Х, пропана 3-.4Ж. При степени превращения этана за один проход около 60Х получается пирогаз следующего состава, об.X: Н 32,7; СН4, 6,3; С Н 0,2;

С Н, 33,8; С Н 24,9; С И 1; C Hg

0,2; С 0,4; С ьбысыыеОэ5. (0893

Лоток пирогаза . . (.фиг.2,! поступает в вихревую трубу 8.при давлении

40 ат и температуре минус 40 С. В вихревой трубе 8 .осуществляют энергетическое разделение углеводородйсВ 5 смеси на два потока: холодный Б, выходящий с температурой минус 60 С и состоящий в основном из метан-водо-. родной фракции, н теплый поток, сепарируемый на газовую часть В и сконденсированную часть Г, состоящие из фракции С и выше.. Газовую часть теплого потока В, с целью более полного выделения тяжелых углеводородов (фр.С и same ) доохлаждают в холодильнике 9 до температуры минус

50 С и подают (также как и поток Г ) в нижнюю часть деметанизатора !0 на разделение и далее потоком .Е на разделение ректификацией. 20

Холодный поток Б, состоящий в, основном иэ метан-водородной фракции, направляют для более полного извлечения этилена Р верхнюю часть (same 25 средней части ) деметанизатора 10, либо дросселируют вентилем !1 и доох. лаждают в холодильнике 12 до температуры минус 80оС, совместно с метан-водородной фракцией, выходящей Зб из верхней части деметанизатора 10

Потоком Д, и направляют на разделе ние в водородный блок 13.

Применение предлагаемого способа позволяет значительно снизить (на 12 вес Л унос этилена с метан-водородной фракцией, а также снизить энергозатраты (на 10-15X ) на деметанизацию пирогаза.

73

Пример 3. Процесс проводят аналогично примеру 2, однако после вихревой трубы теплый поток, состоящий иэ газообразного пирогаза А (фиг.3 ), выходящего нз вихревой трубы 14 с температурой минус 25 С, доохлаждают в холодильнике 15 до температуры минус 50 С и подают потоком Б в сепаратор !6. Жидкую часть потока В состоящую в основном из фракции С и выше, направляют в нижнюю часть деметаниэатора на разделение и далее потоком Г на ректификацию °

Применение в данном случае вихревой трубы, сепаратора и деметанизатора позволяет получить преимущества, аналогичные указанным в примере I.

Таким образом, применение способа деметанизацни пирогаза с применением вихревых труб позволяет повысить эффективность проведения процесса деметанизации с глубоким разделением пирогаза на метан-водородную фракцию и фракцию С> и вьиие путем более глубокого охлаждения (до минус !00 С и ниже) и предварительной сепарации, полученной на вихревой трубе газажидкостной смеси этих фракций. Это позволит на деметанизацию, являю» щуюся наиболее энергоемким процессом низкотемпературного фракционирования, сократить энергозатраты на

10-20Х.

Способ может быть использован как при создании новых установок производства этилена, так и прн реконструкции действующих с целью их интенсификации.

1089373

Составитель И. Березнева

Редактор С.1Оско Текред М.Надь Корректор С.Шекмар

Заказ 2912/35 Тиран 514 Подписное

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,Ж-35, Рауиская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óàãîðîä, ул. Проектная, 4