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CN111936813B - 用于分离组分混合物的方法及分离设备 - Google Patents

用于分离组分混合物的方法及分离设备 Download PDF

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CN111936813B CN201980024069.9A CN201980024069A CN111936813B CN 111936813 B CN111936813 B CN 111936813B CN 201980024069 A CN201980024069 A CN 201980024069A CN 111936813 B CN111936813 B CN 111936813B
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Abstract

本发明涉及一种使用蒸馏装置(10)分离基本上包括具有两个或两个以上碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物的方法。将组分混合物的流体(a、c、e、g、i)逐步冷却至第一压力水平，并从流体(a、c、e、g、i)中分离出第一冷凝物(b、d、f、h、j)。然后组分混合物的保持为气态形式的流体(k)在膨胀器中减压至第二压力水平，其中获得第二冷凝物(l)。第一冷凝物(b、d、f、h、j)的流体从第一压力水平减压到第二压力水平，并与第二冷凝物一起进料至在第二压力水平下操作的蒸馏塔(10)中。本发明进一步涉及一种相应的系统。

Description

用于分离组分混合物的方法及分离设备
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的一种用于分离基本上包括具有两个或两个以上碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物的方法，以及一种分离设备。
背景技术
用于烃类蒸汽裂化的方法和设备是已知的且例如描述于乌尔曼工业化学百科全书中的文章“乙烯”("Ethylene"in Ullmann's Encyclopedia of IndustrialChemistry)，在线版，2007年4月15日，DOI:10.1002/14356007.a10_045.pub2。通过蒸汽裂化，但也使用其他方法和设备，以所谓的粗制气体或裂化气体的形式获得组分混合物，在包括去除水和二氧化碳以及类似油或汽油的组分的处理之后，将组分混合物至少部分地分离成每种情况下存在的组分中。这可以以不同的方式实施。
本发明可以用于从基本上包括具有两个碳原子的烃类、甲烷和氢气，但也含有少量或不含较重质烃类的组分混合物中去除甲烷和氢气，且下文将特别参考该变体进行描述。这种组分混合物在引用文献中已知的分离序列中获得，特别是当分离工艺中首先进行脱乙烷处理时，在对处理后的裂化气体进行脱乙烷处理中获得。如下面再次说明的，这种组分混合物或相应的物质料流通常也称为“C2减料流”。
然而，本发明也可以用于从基本上包括具有两个或更多个碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物中去除甲烷和氢气。这种组分混合物尤其可以是裂化气体的形式，该裂化气体已按照说明进行了处理，但尚未通过分离工艺进行进一步处理。
在两种情况下，即从基本上包括具有两个碳原子的烃类、甲烷和氢气，但也含有少量或不含较重质烃类的组分混合物中去除甲烷和氢气，以及从基本上包括具有两个或更多个碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物中去除甲烷和氢气，因此进行在本发明的上下文中所谓的脱甲烷。在第一种情况下，这在相应的分离序列中在第二步发生，在后一种情况下，这在第一步发生。
常规方法，例如图1所示的方法，包括在热交换器中在压力下逐步冷却C2减料流，并在每种情况下在这些热交换器下游分离出液态冷凝物。最初进料的在约30巴(绝对值)的压力及低于约-100℃的温度下保持为气态形式的C2减料流的馏分在膨胀器中膨胀。在膨胀器中膨胀的馏分和预先从C2减料流中分离出来的冷凝物在不同高度处被进料至精馏塔(称为脱甲烷塔)中。
在精馏塔的底部，形成并抽出基本上包括具有两个碳原子的烃类的液态塔底产物。将基本上包括甲烷和氢气的气态塔顶产物从精馏塔的顶部抽出作为塔顶料流，并通过在膨胀器中膨胀而冷却至约-160℃。
膨胀的塔顶料流用于在第一板式交换器中冷却和至少部分地液化来自精馏塔的第一气态物质料流和在第二板式交换器中冷却和至少部分地液化第二气态物质料流。所使用的精馏塔为两部分形式，并且在每种情况下至少部分液化的气态物质料流作为返回料到达精馏塔的两部分。随后，将膨胀的塔顶料流用于冷却C2减料流，并因此用于形成冷凝物。
在DE 10 2005 050 388A1中也公开了一种相应的方法。FR 2 957 931A1和JP S61189233A中还说明了用于处理来自蒸汽裂化工艺的气体混合物的方法。
所说明的方法的缺点在于，用于冷却和至少部分液化来自精馏塔的第一气态物质料流和第二气态物质料流的上述板式交换器必须设置在精馏塔上方，以便这些物质料流或液化馏分可以作为返回料流流回精馏塔。具有一定液态馏分的膨胀的塔顶料流，由于膨胀，必须以复杂的方式输送回这些板式交换器。在板式交换器中在非常高的高度下使用这种膨胀的塔顶料流作为冷却剂伴随着技术上的困难，因为优选将液相和气相分别引入板式交换器中并且可以容许较小的压降。
总之，将板式交换器安装在精馏塔的顶部不方便且昂贵。与不仅包括具有两个碳原子的烃类，而且还包含更重质的烃类的组分混合物的相当的脱甲烷也是如此。因此，本发明解决的问题是弥补现有技术的这些缺点。
发明内容
针对现有技术，本发明提出了具有独立权利要求的相应特征的一种用于分离基本上包括具有两个或两个以上碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物的方法，以及一种对应的分离设备。优选的构造是从属权利要求和随后的描述的主题。
在说明本发明的特征和优点之前，将说明其基本原理和所使用的术语。
本发明特别用于分离通过蒸汽裂化法获得的组分混合物。但是，本发明不限于这些。如果使用蒸汽裂化法生产，则基本上包括具有两个或两个以上碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物形成作为在蒸汽裂化法中获得的“裂化气体”的馏分。为此目的，通常使相应的裂化气体不含水、酸性气体以及油和汽油类型的组分，并且如已经说明的那样对其进行压缩。然后其构成基本上包括具有两个或更多个碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物。进而可以通过去除具有三个或可能更多个碳原子的烃类，特别是通过精馏，由其形成基本上包括具有两个碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物。在本发明的上下文中，既可以处理(“脱甲烷”)基本上包括具有两个或更多个碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物，也可以处理(“脱甲烷”)基本上包括具有两个碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物。
标准方法包括基于存在的组分的不同沸点将裂化气体分离成许多馏分。这些在本领域中通过缩写表示在每种情况下主要或仅存在的烃类的碳原子数。因此，“C1馏分”是主要或仅包含甲烷的馏分(但根据惯例在某些情况下还包含氢气，因此也称为“C1减馏分”)。相反，“C2馏分”主要或仅包含乙烷、乙烯和/或乙炔。“C3馏分”主要包含丙烷、丙烯、甲基乙炔和/或丙二烯。“C4馏分”主要或仅包含丁烷、丁烯、丁二烯和/或丁炔，其中根据C4馏分的来源，相应的异构体可以以不同的比例存在。相应地，“C5馏分”和更高级的馏分也同样适用。这种类型的多个馏分也可以在方法和/或名称方面进行组合。例如，“C2加馏分”主要或仅包含具有两个或更多个碳原子的烃类，而“C2减馏分”主要或仅包含具有一个或两个碳原子的烃类。
在这里使用的术语中，组分混合物可以富含(rich)或贫含(poor)一种或多种组分，其中“富含”可以代表至少90％、95％、99％、99.5％、99.9％、99.99％或99.999％的含量并且“贫含”可以代表不高于10％、5％、1％、0.1％、0.01％或0.001％的含量，上述含量基于摩尔、重量或体积。在这里使用的术语中，组分混合物也可以富集(enriched)或贫集(depleted)一种或多种组分，其中这些术语涉及已从中获得所讨论的组分混合物的另一组分混合物中的含量。当组分混合物包含不低于基于另一组分混合物的组分的含量的1.1倍、1.5倍、2倍、5倍、10倍、100倍或1000倍时，为“富集”，当组分混合物包含不高于基于另一组分混合物的组分的含量的0.9倍、0.5倍、0.1倍、0.01倍或0.001倍时，为“贫集”。如果这里说组分混合物“基本上”包含一种或多种组分，则应特别理解为是指该组分混合物在上述意义上至少富含一种或多种组分，或仅包括一种或多种组分。
当组分混合物包括存在于另一组分混合物中或从另一组分混合物获得的至少一些组分时，该组分混合物“得到自”另一组分混合物。以这种方式得到的组分混合物可以通过分离出或分支出一部分或一种或多种组分、富集或贫集一种或多种组分、化学或物理转化一种或多种组分、加热、冷却、加压等从另一组分混合物中获得。
在本申请中使用术语“压力水平”和“温度水平”来表征压力和温度，这些术语旨在表示相应的压力和温度不需要以精确的压力/温度值的形式使用的事实。然而，这样的压力和温度典型地在例如围绕平均值的±1％、5％或10％的特定范围内变化。相应的压力水平和温度水平可以在不相交的范围内或在重叠的范围内。更特别地，压力水平包括由于不可避免的或预期的压降而产生的略微不同的压力。温度水平同样如此。这里以巴表示的压力水平是绝对压力。
“热交换器”用于至少两个物质料流之间例如彼此逆流地进行间接传热，例如，较热的气态物质料流和一个或多个较冷的液态物质料流。热交换器可以由单个热交换器部分或多个并联和/或串联连接的热交换器部分形成，例如由一个或多个板式热交换器块形成。热交换器具有形成为具有热交换表面的单独的流体通道的“通路”。
“液体分离器”或“分离容器”是其中被称为冷凝物的液体从气态物质料流或双相料流(其部分为液态形式且部分为气态形式)中分离出来的容器。冷凝物可至少部分地以气态形式从液体分离器(通常从上部区域，“顶部”)中去除。
这里所用的术语中，“精馏塔”是分离单元，其配置用于至少部分地分馏以气态或液态或具有液态和气态组分的双相混合物形式，甚至可能在超临界状态下提供的组分混合物(流体)，即用于在每种情况下由组分混合物生产纯物质或组分混合物，与以上说明的组分混合物相比，所述组分混合物相对于至少一种组分是富集的/贫集的或富含的/贫含的。精馏塔在分离技术领域中是充分公知的。精馏塔通常采取装配有内部构件的圆柱形金属容器的形式，例如筛盘或有序和无序填料。精馏塔的一个特征将液态馏分在其下部区域(也称为塔底)中分离出来。通过再沸器在精馏塔中加热该液态馏分(这里称为塔底液体)，使得一部分塔底液体连续蒸发并以气态形式在精馏塔中上升。精馏塔通常还设有所谓的塔顶冷凝器(tops condenser)，其中进料至少一部分积聚在精馏塔上部区域中的气态混合物或相应的纯净气体(这里称为塔顶气体)，将其部分液化以产生冷凝物，并在精馏塔顶部作为液态返回料流使用。从塔顶气体获得的一部分冷凝物可以以一些其他方式使用。关于精馏塔的设计和具体配置，请参考相关教科书(例如，参见Sattler，K：Thermische Trennverfahren：Grundlagen，Auslegung，Apparate[Thermal Separation Processes:Basics,Design,Apparatuses]，第3版2001，Weinheim；Wiley-VCH)。
这里所用的术语中，“蒸馏装置”是具有至少两个不同的蒸馏单元的分离设备。蒸馏装置可以例如是精馏塔或包括精馏塔的典型部件。蒸馏装置也可以采用具有通过塔盘彼此分离的两个部分的精馏塔的形式，其中液体积聚在塔盘上并流过堰(weir)进入下面的部分，从而形成到下面的部分的返回料流。也可以通过导管进行液体交换。
本发明的优点
本发明从这方面已知用于分离基本上包括具有两个或两个以上碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物的方法出发。如上文所说明的，这种类型的组分混合物可以采取已经处理但尚未经历分离工艺的裂化气体的形式，或者采取C2减馏分的形式。使用蒸馏装置执行这种方法，其中包括甲烷和氢气的物质料流与较重质的馏分分离开，即形成基本上包括具有两个或两个以上碳原子的烃类的组分混合物和基本上包括甲烷和氢气的组分混合物。
在这种方法中，来自组分混合物的处于第一压力水平下的流体从第一温度水平经过两个或更多个中间温度水平逐步冷却至第二温度水平。在每个中间温度水平，冷凝物从处于第一压力水平下的流体中分离出来，即在每种情况下都没有膨胀。
如果这里声明以任何方式处理“来自物质料流的流体”或“来自组分混合物的流体”，则这意味着，例如，使用整个流体、从起始流体得到的流体或由相应流体形成的物质料流的子流。更特别地，在上面说明的方法步骤中，冷凝物和保持为气态形式的馏分在每种情况下由相应的流体形成。保持为气态形式的馏分在每种情况下冷却至下一个最低温度水平(即中间温度水平或最终第二温度水平)。
来自组分混合物的在第二温度水平下保持为气态形式的流体，即未以相应的冷凝物形式分离出来的流体，在第一压力水平下被进料至膨胀器，并膨胀到第二压力水平，其中膨胀导致冷却和部分冷凝，因此形成包括液态部分和气态部分的双相料流。
通过冷却至中间温度水平和第二温度水平而形成的冷凝物和双相料流各自至少部分地进料至在第二压力水平下操作的蒸馏装置中，其中在蒸馏装置中获得至少一种基本上包括具有两个或两个以上碳原子的烃类的液态物质料流和基本上包括甲烷和氢气的气态物质料流，并将其从蒸馏装置中抽出。
在该方法中，来自通过冷却到中间温度水平和第二温度水平的冷凝物的流体以及来自双相料流的流体各自从第一压力水平膨胀到低于第一压力水平的第二压力水平，并被进料至在第二压力水平下操作的蒸馏装置。
根据本发明，上述的第二温度水平是-125至-150℃，特别是约-145℃。这远低于在相应的进料混合物的冷却中根据现有技术的方法所使用的相应的温度水平。参考图1的实施例。由于随后的减压，温度水平再次明显降低，在该实施例中从约-145℃特别是降低至约-162℃。
根据本发明，蒸馏装置包括第一蒸馏单元和第二蒸馏单元，其中第一蒸馏单元在其顶部处低于第二温度水平的第三温度水平下操作，并且其中第二蒸馏单元在其顶部处高于第二温度水平的第四温度水平下操作。将双相料流的液态部分至少部分地进料至第一蒸馏单元中。然而，这不排除双相料流的气态部分也可以至少部分地进料到第一蒸馏单元中的可能性。一方面，双相料流的液态部分用作回流。然而，进一步的效果是，膨胀的双相料流的冷温度(例如，约-162℃)从第一分离单元的上升气体料流中产生甚至更多的液体。发生这种情况是因为膨胀后双相料流的温度水平甚至低于塔顶处的第三温度水平(例如，约-152℃)。提到的直接和间接效果可以等同地促进回流的形成。
特别地，将双相料流的液态部分或其相应的部分量进料至靠近第一蒸馏单元的顶部的上部区域或在其顶部，靠近顶部的区域尤其表示直接位于第一蒸馏单元的上盖下方的没有塔盘和/或填料的区域。“塔顶(head)”是指蒸馏单元的最上部，在其上方，相应的蒸馏单元没有另外的分离塔盘或填料。
优选地，在本发明的上下文中，第一蒸馏单元在无回流的情况下操作，该回流是由从第一蒸馏单元以气态形式抽出的流体形成的。换句话说，第一蒸馏单元有利地在没有塔顶冷凝器的情况下操作。第二蒸馏单元尤其可以在大地坐标上(geodetically)位于第一蒸馏单元下方，该第二蒸馏单元特别是通过塔顶冷凝器来操作，该塔顶冷凝器也可以在大地坐标上位于第一蒸馏单元上方。将塔顶冷凝器分配给蒸馏单元是由于在此处处理的流体或塔顶气体，而不是由于该布置。
从第二蒸馏单元的底部抽出基本上包括具有两个或两个以上碳原子的烃类的液态物质料流，以及在第一蒸馏单元的顶部处抽出基本上包括甲烷和氢气的气态物质料流。
在第一蒸馏单元顶部处的低于第二温度水平的第三温度水平尤其是由于进料已经冷却至第二温度水平然后膨胀的流体，即双相料流而引起的。有利的是，没有从第一蒸馏单元中抽出以液化形式作为返回料流再循环到第一蒸馏单元中的气态流体，相反，以液态形式进料至第一蒸馏单元中的所有流体仅以通过冷却至中间温度水平和第二温度水平形成的冷凝物的形式和/或以双相料流的液态部分或每个部分的形式提供。
在顶部处具有第三温度水平的第一蒸馏单元的操作，以及将特别是双相料流进料到第一蒸馏单元中或将液态回流进料到其中意味着可以获得基本不含具有两个碳原子的烃类的塔顶料流，也就是，已经提到的基本上包括甲烷和氢气的气态物质料流，而不必通过单独的热交换器形成塔顶气体的回流，为此目的该单独的热交换器特别是如现有技术那样设置在精馏塔顶部上方。
在第二蒸馏单元的顶部处的高于第二温度水平的第四温度水平尤其由于进料至蒸馏装置中的冷凝物的温度而实现的，该冷凝物通过冷却至中间温度水平和第二温度水平而获得。根据现有技术，在高于相应的温度水平的相应更高的温度水平下的操作，允许形成向第二蒸馏单元的返回料流而无需为此目的如在现有技术中进行大量冷却。相反，为此，可以使用已知的例如乙烯的冷却剂。如已经说明的，在任何情况下在相应的设备中都存在乙烯冷却剂回路，用于冷却进料混合物。
因此，在本发明的上下文中，将待再循环的气态料流如现有技术那样从蒸馏装置中抽出，但是仅从所述的第二蒸馏单元中抽出，进料至冷凝器中，在冷凝器中冷却并液化，并作为返回料流用于蒸馏装置或其中的第二蒸馏单元。然而，冷凝器在高于第二温度水平的温度水平下操作。因此，蒸馏装置有利地具有在这样的温度水平下操作的冷凝器。
使用本发明的措施避免了像现有技术那样将来自精馏塔的第一气态物质料流在第一板式交换器中以及将第二气态物质料流在第二热交换器中冷却至非常低的温度并液化它们以便能够向精馏塔提供返回料流的需要。与已知方法相比，本发明因此可以省去精馏塔顶部的两个板式交换器，其中，在传统的情况下，实际上，整个C1减馏分都用作冷却剂，并且必须以复杂的方式输送至板式交换器。
根据本发明，第三温度水平是-150至-170℃，特别是约-162℃。这远低于在相应的进料混合物的冷却中根据现有技术的方法所使用的温度水平。参考图1的实施例。提到的第四温度水平是-50至-130℃。提到的冷凝器中的温度水平也是如此。第一压力水平尤其是25至30巴，第二压力水平是10至15巴。
使用根据本发明的解决方案使相应系统的质量平衡和热平衡几乎保持不变，并且不会对整个方法造成任何进一步的影响。本发明能够降低资金成本并简化设备的安装。
有利地，来自从蒸馏装置抽出的气态物质料流的流体，基本上包括甲烷和氢气，即来自蒸馏装置或来自蒸馏装置的第一蒸馏单元的塔顶气体，至少用于将来自烃混合物的流体从第一温度水平经过中间温度水平冷却至第二温度水平。这使得能够有效冷却相应的流体。在这种情况下，特别地，可以实施进一步的膨胀以获得所需的低温。从蒸馏装置中抽出的气态物质料流例如在-150至-160℃，特别是在约-153℃下从其中抽出。这里相应的温度水平也被称为第五温度水平。
中间温度水平之一有利地为-120至-125℃，并且中间温度水平之一为-140至-145℃。来自第五温度水平的冷塔顶气体有利地用于在上游冷凝中将组分混合物中的保持为气态形式的馏分从-120到-125℃的中间温度水平冷却至-140至-145℃的中间温度水平，同时将塔顶气体加热至-120至-130℃，例如约-126℃的温度水平。随后，将塔顶气体有利地在膨胀器中冷却至-150至-160℃，例如约-157℃的温度水平，并用于在相应上游冷凝中将保持为气态形式的组分混合物的馏分冷却至中间温度水平，例如-120至-125℃、-95至-100℃、-74至-79℃和-48至-53℃。另外，使用乙烯冷却剂以进行向中间温度水平的相应冷却。
有利地，来自第一分离单元的塔底液体被收集并被引导至第二分离单元，以便在第二分离单元中用作返回料流或冷却剂。
根据本发明的方法特别适于分离由通过蒸汽裂化法获得的裂化气体获得的组分混合物。
本发明同样提供了一种相应的分离设备。分离设备配置为用于分离基本上包括具有两个或两个以上碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物，并具有蒸馏装置、冷凝器和至少一个膨胀器。关于相应设备的其他构成，请参考上述说明。
参照附图更具体地说明本发明和本发明的实施例。
附图说明
图1示出了根据现有技术的用于分离组分混合物的分离设备。
图2示出了在本发明的一个实施方案中用于分离组分混合物的分离设备。
图3示出了在本发明的第二实施方案中用于分离组分混合物的分离设备。
图4示出了在本发明的第三实施方案中用于分离组分混合物的分离设备。
具体实施方式
在附图中，相应的元件带有相同的附图标记，并且为了清楚起见，不再重复说明。在下面的附图中，参照组分混合物的分离处理来描述本发明，所述组分混合物基本上包括具有两个碳原子的烃类以及甲烷和氢气。然而，其以相同的方式适于分离处理基本上包括具有两个或更多个碳原子的烃类以及甲烷和氢气的组分混合物。
图1示出了在非发明实施方案中用于分离组分混合物的分离设备。分离设备统一标记为200，且配置为用于分离基本上包括具有两个碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物(即C2减馏分)。将C2减馏分以物质料流a的形式进料到分离设备200中。
分离设备200包括第一热交换器1、第二热交换器2和第三热交换器3。物质料流a首先被引导通过第一热交换器1并且在其中被冷却。随后将其进料至第一液体分离器31。通过在第一液体分离器31中分离出液态冷凝物在第一热交换器1中进行冷却。这在第一液体分离器31的基部抽出作为物质料流b。下文说明了物质料流b的进一步使用。
在第一液体分离器31中保持为气态形式的物质料流a的馏分作为物质料流c被引导通过第二热交换器2，然后进料至第二液体分离器32中。同样在后者中，液态冷凝物在基部分离并以物质料流d的形式抽出。仍保持为气态形式的物质料流c的馏分作为物质料流e引导通过第三热交换器3，然后进料至第三液体分离器33中。同样在后者中，液态冷凝物也在基部分离出来，并以物质料流f的形式抽出。仍保持为气态形式的物质料流e的馏分作为物质料流k引导至膨胀器20中，膨胀且至少部分地液化。以物质料流l的形式提供以这种方式形成的双相料流。
分离设备200还包括精馏塔50，其与未进一步说明的再沸器14一起操作，其中的热交换器例如使用来自其他设备部件的丙烯料流操作。还分配给精馏塔50的是两个板式交换器15、16，其操作在下面说明。精馏塔50具有两个部分51、52。
由于物质料流a、c、e和k的连续冷却，以物质料流b、d、f、l的形式获得的冷凝物相应地获得，具有不同含量的具有两个碳原子的烃类、甲烷和氢气。更具体地，物质料流l具有比物质料流f更高的甲烷和氢气含量，物质料流f具有比物质料流d更高的甲烷和氢气含量，并且物质料流d具有比物质料流b更高的甲烷和氢气含量。
因此，物质料流b、d、f和l在不同的高度处进料到精馏塔50中，精馏塔50具有适于此目的的在这里以高度示意形式示出的塔盘之间的应用装置。
气态物质料流n从精馏塔50的顶部抽出，并在膨胀器21中膨胀，结果被显著冷却或至少部分地液化。物质料流n主要包括甲烷和氢气(因此它是“C1减”馏分)。液化的物质料流n被引导通过两个板式交换器15、16，并用于在其中进行冷却。随后，物质料流n被引导通过热交换器2且用于冷却气态物质料流c，并且被引导通过热交换器1且用于冷却气态物质料流a。随后，物质料流n，特别是在预冷却单元99中使用后，被引导通过两个与膨胀器20和21联接的增压器22、23，并作为尾气从设备排出。
在精馏塔50的底部，分离出液态冷凝物，其基本由具有两个碳原子的烃类组成(即“C2”馏分)。冷凝物以物质料流o的形式被抽出，在第一热交换器1中被加热，然后例如被送到例如C2分流器的另一分离设备中。
气态物质料流m1以气态形式在第一位置从精馏塔50中抽出，在板式交换器16中冷却，并因此至少部分地液化并作为返回料流在第二位置送至精馏塔50，即通过重力被引导回精馏塔50。另一气态物质料流m2以气态形式在第三位置从精馏塔50中抽出，在板式交换器15中冷却，并因此至少部分地液化并作为返回料流在第四位置送至精馏塔50，即通过重力被引导回精馏塔50中，其中第一位置在第二位置下方，第二位置在第三位置下方，第三位置在第四位置下方。如上所述，在板式交换器15、16中，液化的物质料流n用于冷却物质料流m1和m2，并且必须以复杂的方式输送至在很高的高度处的板式交换器。将这些板式交换器15、16安装在精馏塔50的顶部是不方便且昂贵的。
图2示出了本发明的一个实施方案中的分离设备100。分离设备100包括图1所示的分离设备200的基本部件。这些将不再赘述。
同样在分离设备100中，提供了具有两个部分的精馏塔。以下将其称为蒸馏装置10。以下将其两个部分称为第一蒸馏单元11和第二蒸馏单元12。分离设备分配有冷凝器13。在分离设备100中，第一蒸馏单元11设置在第二蒸馏单元12的上方。冷凝器13另外设置在第一蒸馏单元11的上方。然而，与图1所示的分离设备200不同，这里已经省去了板式交换器15、16。分离设备100中对应于物质料流m1的物质料流m通过冷凝器13中的乙烯冷却剂冷却并至少部分地液化。气态物质料流m从第二蒸馏单元12的上部抽出，并进料至第一蒸馏单元11的下部。由于第一蒸馏单元11和第二蒸馏单元12通过液体备用塔盘彼此分离，所以再循环的物质料流m用于向第二蒸馏单元12提供返回料流。在分离设备100中，这里没有对应于物质料流m2的物质料流。相反，提供了如下文所述的向第一蒸馏单元11的返回料流。
通过用于冷却气态物质料流g的热交换器4和通过用于冷却气态物质料流i的热交换器5来扩展C2减物质料流a的连续冷却。除了冷凝物或物质料流b、d、f和l外，冷凝物或物质料流h和j在另外的液体分离器34、35中被分离出。在每种情况下保持为气态形式的馏分以物质料流g和i的形式引导通过热交换器4和5，并冷却至-120至-125℃(料流g)或-140至-145℃(料流i)的中间温度水平。由于物质料流j具有比物质料流h更高的甲烷和氢气含量，并且物质料流h具有比物质料流f更高的甲烷和氢气含量，因此将它们在不同的高度处进料至蒸馏装置10中。
物质料流l以与分离设备100中的物质料流l相当的方式在分离设备200中形成，但由于热交换器4和5中的进一步冷却，其温度要低得多。由于进一步的冷却，特别有可能使用物质料流j和l作为到第一蒸馏单元11的返回料流。因此，不需要液化分离设备100中的物质料流m2，因此，如上所述，可以省去热交换器15、16。
由于在本发明中，在蒸馏装置的顶部抽出的气态物质料流n不需要用于在板式交换器15、16中的冷却，因此可以将其用于在热交换器1、2、3、4、5中的冷却。通过这种方式，可以实现上述低温。
图3示出了本发明的另一实施方案中的分离设备300。在这种情况下，仅通过热交换器4和液体分离器34来扩展根据现有技术的分离设备。
在图1至3中，热交换器1至3各自使用另外的物质料流u、v、w和x冷却。物质料流u、v、w和x是处于不同压力水平下的乙烯冷却剂；物质料流x是例如再循环的乙烷料流。相应地规定了通过冷凝器13的乙烯冷却剂料流w。
图4示出了本发明的另一实施方案中的蒸馏单元40。在这种情况下，冷凝器13设置在第一蒸馏单元11和第二蒸馏单元12之间，第一蒸馏单元11设置在冷凝器上方，冷凝器13设置在第二蒸馏单元12上方。传质以物质料流p和物质料流q的形式实施。
另外，可以将冷凝器13例如以壳-管式设备或第一蒸馏单元11和第二蒸馏单元12之间的块的形式直接整合到蒸馏单元40中。相应地，诸如液封之类的内部构件被省去。
下表列出了选定物质料流的温度。括号中的数字各自是优选的温度范围；括号后的数值是优选的示例。
Figure BDA0002710879480000111

Claims (15)

1.一种使用蒸馏装置(10)分离包括具有两个以上碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物的方法，其中
-将第一压力水平下的来自所述组分混合物的物质料流(a、c、e、g、i)从第一温度水平经过两个或更多个中间温度水平逐步冷却至第二温度水平，其中在每个所述中间温度水平下从所述物质料流(a、c、e、g、i)中分离出冷凝物或物质料流(b、d、f、h、j)，
-通过从所述第一压力水平膨胀到低于所述第一压力水平的第二压力水平，冷却来自所述组分混合物的在所述第二温度水平下保持为气态形式的流体(k)，形成包括液态部分和气态部分的双相料流(l)，
-将来自所述冷凝物或物质料流(b、d、f、h、j)的流体和来自所述双相料流(l)的流体进料至在所述第二压力水平下操作的所述蒸馏装置(10)中，其中包括具有两个以上碳原子的烃类的至少一个液态物质料流(o)和包括甲烷和氢气的气态物质料流n在所述蒸馏装置(10)中获得，并且从所述蒸馏装置(10)中抽出，
其特征在于
-所述第二温度水平是-125至-150℃，
-所述蒸馏装置(10)具有第一蒸馏单元(11)和第二蒸馏单元(12)，其中所述第一蒸馏单元(11)在其顶部处在低于所述第二温度水平的第三温度水平下操作，并且所述第二蒸馏单元(12)在其顶部处在低于所述第二温度水平的第四温度水平下操作，并且
-所述双相料流的所述液态部分至少部分地进料至所述第一蒸馏单元(11)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸馏装置(10)具有冷凝器(13)，其在高于所述第二温度水平的温度水平下操作。
3.根据权利要求2所述的方法，其中来自所述冷凝物或物质料流(b、d、f、h、j)的所述流体至少部分进料至所述蒸馏装置(10)的所述第一蒸馏单元(11)和所述第二蒸馏单元(12)中。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中将气态物质料流m从所述蒸馏装置(10)的所述第二蒸馏单元(12)中抽出，在所述冷凝器(13)中冷却，并用于将液态返回料流提供给所述第二蒸馏单元(12)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述液态物质料流(o)从所述第二压力水平膨胀至低于所述第二压力水平的压力水平。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中将来自所述组分混合物的所述物质料流(a、c、e、g、i)使用处于不同压力水平下的乙烷和/或乙烯冷却剂从所述第一温度水平经过所述中间温度水平冷却至所述第二温度水平。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述中间温度水平包括-48至-53℃的中间温度水平或-74至-79℃的中间温度水平或-95至-100℃的中间温度水平或-120至-125℃的中间温度水平或-140至-145℃的中间温度水平。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述气态物质料流m在所述冷凝器(13)中通过乙烯冷却剂冷却。
9.根据权利要求4所述的方法，其中所述冷凝器(13)设置在所述第一蒸馏单元(11)与所述第二蒸馏单元(12)之间。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中来自从所述蒸馏装置(10)中抽出的所述气态物质料流n的流体至少用于将来自所述组分混合物的所述物质料流(a、c、e、g、i)从所述第一温度水平经过所述中间温度水平冷却至所述第二温度水平。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中来自从所述蒸馏装置(10)中抽出的所述气态物质料流n的流体在另一个膨胀器(21)中膨胀至低于所述第二压力水平的第三压力水平。
12.根据权利要求11所述的方法，其中来自从所述蒸馏装置(10)中抽出的所述气态物质料流n的所述流体在用于冷却来自所述组分混合物的所述物质料流(a、c、e、g、i)之后，使用联接至所述另一个膨胀器(21)的用于压缩的压缩机进行压缩。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其用于分离从通过蒸汽裂化法获得的裂化气体中获得的组分混合物。
14.一种配置用于分离包括具有两个或更多个碳原子的烃类、甲烷和氢气的组分混合物的分离设备(100)，其中所述分离设备(100)包括：
-多个热交换器(1、2、3、4、5)以及多个液体分离器(31、32、33、34、35)，所述多个热交换器(1、2、3、4、5)适于将第一压力水平下的来自所述组分混合物的物质料流(a、c、e、g、i)逐步从第一温度水平经过两个或更多个中间温度水平冷却到第二温度水平，所述多个液体分离器(31、32、33、34、35)适于在每个所述中间温度水平下从所述物质料流(a、c、e、g、i)中分离出冷凝物或物质料流(b、d、f、h、j)，
-膨胀器(20)，其适于将来自所述组分混合物的在所述第二温度水平下保持为气态形式的流体(k)通过从所述第一压力水平膨胀至低于所述第一压力水平的第二压力水平而冷却，从而形成包括液态部分和气态部分的双相料流(l)，
-蒸馏装置(10)和进料管线，所述进料管线适于将来自所述冷凝物或物质料流(b、d、f、h、j)的流体和来自所述双相料流(l)的流体进料至所述蒸馏装置(10)中，其中布置所述蒸馏装置(10)以在所述第二压力水平下操作，并形成包括具有两个碳原子的烃类的至少一个液态物质料流(o)和包括甲烷和氢气的气态物质料流n，其中设置有抽出管线，其适于从所述蒸馏装置(10)中抽出所述气态物质料流n，
其特征在于
-所述蒸馏装置(10)分为第一蒸馏单元(11)和第二蒸馏单元(12)，其中布置所述第一蒸馏单元(11)以在其顶部处在低于所述第二温度水平的第三温度水平下操作，以及布置所述第二蒸馏单元(12)以在其顶部处在高于所述第二温度水平的第四温度水平下操作，和
-提供回流管线，其适于将所述双相料流中的所述液态部分至少部分地作为回流进料至所述第一蒸馏单元(11)。
15.一种根据权利要求14所述的分离设备(100)，配置用于执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法。
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