Способ криогенного разделения газовых смесей и устройство для его осуществления

 

Использование: в криогенной технике, в частности разделении газовых смесей методом низкотемпературного фракционирования. Сущность изобретения: исходное сырье, содержащее метан, этилен и этан, охлаждают и разделяют методом массообмена на газ и жидкий конденсат, который подают в первую фракционную систему деметанизации, где извлекают из него паровую метановую фракцию, причем последнюю охлаждают до криогенной температуры и разделяют на две части. Одну часть метановой фракции направляют на орошение первой фракционной системы деметанизации, а другую часть дополнительно охлаждают до более низкой криогенной температуры, чем температура охлаждения всей фракции, и направляют во вторую фракционную систему деметанизации, где ее разделяют на жидкость, обогащенную этиленом, и паровой поток. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил. 1 табл.

Изобретение относится к криогенному разделению газовых смесей.

Криогенная технология используется в широком масштабе для извлечения газообразных углеводородных компонентов, таких как С₁-С₂ алканы и алкены, из различных источников, включая природный газ, продукты очистки нефти, уголь и другое ископаемое топливо. Основным источником химического сырья при производстве пластмасс стало выделение этилена высокой чистоты из других газовых компонентов, вытекающих потоков крекинг-углеводородов. Этилен для получения полимеров, содержащий обычно менее 1% других веществ, можно получить из многочисленных потоков продуктов промышленных процессов. При очистке нефти и использовании С₂⁺ конденсируемого влажного газа из природного газа (или подобного) широко используют термический крекинг и гидрокрекинг углеводородов. Для получения ценных сланцевых продуктов таких (пиролизный бензин) низшие олефины и сжиженный нефтяной газ, наряду с сопутствующими продуктами в виде метана и водорода обычно осуществляют крекинг дешевых углеводородов при высокой температуре. Путем последовательного ожижения, дистилляции, сорбции и т.д. многие компоненты вытекающих продуктов крекинга можно извлекать обычными методами разделения. Однако выделение метана и водорода из более ценных С₂⁺ алифатических углеводородов, особенно этилена и этана, требует относительно дорогого оборудования и значительных энергетических затрат.

В настоящее время в промышленности использованы входящие в холодильные агрегаты ректификационные блоки дефлегматорного типа и дефлегматорные устройства для деметанизации газовых смесей.

Для подходящего разделения С₁-С₂ двойных смесей или более сложных составов типичные прежние деметанизаторные блоки требуют очень большой подпитки хладагентом при очень низкой температуре.

Известно, что в лучших блоках для выделения этилена с повышенной эффективностью можно использовать колонны со множеством деметанизаторов. Для извлечения по крайней мере 99% этилена требуется полная конденсация С₂⁺ фракции в холодильном агрегате для подпитки дистилляторных колонн. Известно, что более тяжелые С₃⁺ компоненты, такие как пропилен, можно извлекать из переднего конца деэтанизатора, однако возможно, что этот прием менее эффективен, чем предлагаемый более предпочтительный метод разделения.

Цель изобретения обеспечение улучшенной системы холодного фракционирования для разделения легких газов при низкой температуре, являющейся энергосберегающей и требующей более низких капитальных вложений для криогенного оборудования.

С одной стороны изобретение относится к методу криогенного разделения при извлечении этилена из газообразного углеводородного сырья, включающего метан, этилен и этан, где потоки охлажденного газа под давлением разделяют во множестве последовательно расположенных разделительных блоков. Каждый из указанных разделительных блоков оперативно присоединяются для накопления сконденсированной жидкости в нижней части накопителя жидкости за счет идущего самотеком потока из верхней части вертикального сепаратора, через который газ из нижней части накопителя проходит вверх и охлаждается. Тем самым газ, текущий вверх, частично конденсируют в указанной части сепаратора для получения орошающей жидкости, находящейся в непосредственном контакте с текущим вверх потоком газа. Предложенный метод включает следующие этапы: введение газообразного сырья в зону для первоначального разделения, где имеется множество расположенных сериями последовательных блоков для холодного разделения газообразного сырья в первичный обогащенный метаном газовый поток, который извлекают при низкой температуре, и по крайней мере в один первичный поток жидкого конденсата, обогащенный С₂ углеводородными компонентами и содержащий малое количество метана; пропускание по крайней мере одного первичного потока жидкого конденсата из зоны для первоначального разделения в систему для фракционирования, где имеются соединенные по сериям деметанизаторные зоны, где для извлечения основного количества метана из первичного потока жидкого конденсата как парового потока верхнего погона первого деметанизатора используют умеренно низкую криогенную температуру, впрочем как и для извлечения обогащенного этаном и этиленом и не содержащего метан парового потока нижнего погона первого деметанизатора; дальнейшее отделение по крайней мере части от парового потока верхнего погона первого деметанизатора в зоне с очень низкой температурой второго деметанизатора для извлечения первого потока обогащенного этиленом жидкого С₂ углеводородного сырья и не содержащего С₂ углеводородов парового потока верхнего погона второго деметанизатора с очень низкой температурой.

С другой стороны, изобретение относится к системе криогенного разделения для извлечения этилена из газообразного углеводородного сырья, включающего метан, этан и этилен.

Указанная система включает источники хладагентов при умеренно низкой и очень низкой температурах, последовательный холодильный агрегат, включающий блок первичного дефлегматора, оперативно соединяемый потоками в соответствующих соотношениях с промежуточным и конечным дефлегматорными блоками. Каждый из указанных дефлегматорных блоков имеет устройства для накопления в нижнем дефлегматорном барабане сконденсированной богатой высококипящим компонентом жидкости из верхнего дефлегматорного теплообменника. Текущий в нем вверх поток газа частично конденсируют для получения орошаемой жидкости, находящейся в непосредственном контакте с текущим вверх потоком газа, с тем, чтобы обеспечить текущий вниз поток охлажденного конденсата и тем самым постепенно обогащать С₂ углеводородами сконденсированную в дефлегматоре жидкость; устройства для подпитки сырьем под давлением первичного блока дефлегматора для последовательного охлаждения, чтобы разделить сырьевую смесь на поток богатого метаном первичного газа, извлекаемого при примерно первоначальной температуре охлаждения, и поток первичного жидкого конденсата, богатого С₂ углеводородами и содержащего малое количество метана; манипуляторы жидкостью для пропускания потока первичного жидкого конденсата из блока первичного дефлегматора в низкотемпературную фракционирующую систему деметанизатора, чтобы извлечь из сконденсированной жидкости низкокипящие компоненты. Указанная фракционирующая система имеет первую зону для фракционирования, включающую первые конденсаторные устройства для орошающей жидкости, оперативно соединенные с источником хладагента с умеренно низкой температурой для извлечения основного количества низкокипящего компонента из потока первичного жидкого конденсата в паровой поток верхнего погона первой фракционирующей колонны и для извлечения потока жидкости нижнего погона первой фракционирующей колонны, не содержащей низкокипящего компонента.

Указанная фракцинирующая система имеет вторую фракционирующую зону, которая включает вторые конденсаторные устройства для орошающей жидкости, оперативно соединенные с источником хладагента с очень низкой температурой для извлечения потока жидкого продукта, состоящего из высококипящего компонента и парового потока верхнего погона второй фракционирующей колонны при очень низкой температуре.

Система также содержит устройства для пропускания потока промежуточной жидкости, сконденсированной из по крайней мере одного блока промежуточного дефлегматора на средней ступени второй фракционирующей зоны.

В данных технических условиях сделаны ссылки на источники постепенно охлаждаемых до умеренно низкой температуры и до очень низкой температуры хладагентов, чьи температуры обычно берут соответственно как среднее в интервале ≈235-290К и менее ≈235К. Основные очистители могут иметь 4-8 петель в пределах или при перекрывании этих температурных интервалов, тогда как в наиболее предпочтительных примерах реализации этого изобретения использованы по крайней мере три разные охлаждающие петли.

Этот процесс полезен для разделения главным образом С₁-С₂ газовых смесей, содержащих большое количество этилена, этана и метана. Наряду с малым количеством С₃⁺ углеводородов, азота, СО₂ и ацетилена газообразным крекинг-углеводородам обычно сопутствует большое количество водорода. Ацетилен можно удалять до- или после охлаждения, однако целесообразно каталитическим путем гидрировать деэтанизированный поток С₂ углероводородов для превращения ацетилена перед фракционированием полученного этилена. Для удаления любых кислотных газов отходящие после очистки нефти типичные газы или вытекающие потоки крекинг-парафинов обычно предварительно обрабатываются и сушат на поглащающих воду молекулярных ситах до точки росы ≈145К для приготовления смеси криогенного сырья. Газообразное сырье обычно состоит из крекинг-газа, содержащего в молярных долях: этилен 10-50% этан 5-20% метан 10-40% водород 10-40% и С₃ углеводородов до 10% В предпочтительных примерах реализации изобретения сжатое сухое газообразное крекинг-сырье при температуре окружающей среды (или ниже) под рабочим давлением по крайней мере 2500 кПа (350 фунтов/кв.дюйм), а желательно при ≈3700 кПа (37,1 кг/см², 520 фунтов/кв.дюйм) разделяют в холодильном агрегате при криогенных условиях на несколько потоков жидкости и газообразных потоков метана и водорода. Поток более ценного этилена извлекают при высокой чистоте, приемлемой для использования в процессе обычной полимеризации.

На фиг. 1 схематично представлена структурная схема процесса, где для типичной установки для переработки углеводородов, использующей крекинг и холодное фракционирование этиленовых продуктов, приведено расположение рабочих блоков; на фиг. 2 это подробная схема процесса и оборудования, где показаны агрегат со множественным охлаждением и двойная деметанизаторная фракционирующая система, использующая дефлегматоры.

На фиг. 1 схематически изображена криогенная разделительная система для извлечения очищенного этилена из газообразного углеводородного сырья. В обычном блоке 10 для крекинга углеводородов превращают такое свежее сырье, как этан, пропан, лигроин или тяжелое сырье 12, а также произвольные рециркулирующие углеводороды 13, для получения вытекающего потока крекинг-углеводородов. Вытекающий из блока для крекинга поток разделяют обычными способами в разделительном блоке 15 для получения жидких продуктов 15L, С₃-С₄ нефтяных газов 15Р и потока легкого крекинг-газа 15G, состоящего главным образом из метана, этилена и этана с разным количеством водорода, ацетилена и С₃⁺ компонентов. Легкий крекинг-газ сжимают до рабочего давления с помощью компрессорных устройств 16 и охлаждают до температуры ниже, чем в окружающей среде, в теплообменных устройствах 17, 19 для обеспечения сырья для криогенного разделения.

Потоки охлажденного газа под давлением далее охлаждают в холодильном агрегате и частично конденсируют в расположенных сериями ректификационных блоках. Каждый из этих блоков оперативно соединяют для накопления сконденсированной жидкости в нижней части накопителя этой жидкости за счет текущего самотеком потока из верхней части вертикальной ректификационной колонны, через которую газ из нижней части накопителя проходит вверх для непосредственного газо-жидкостного контактного обмена внутри указанной части ректификационной колонны. Текущий вверх обогащенный метаном газ частично конденсируется в указанной части ректификационной колонны при помощи холодной жидкости для орошения, находящейся в непосредственном контакте с текущим вверх потоком газа, с тем, чтобы обеспечить текущий вниз поток жидкого конденсата и тем самым постепенно обогатить сконденсированную жидкость этиленом и этаном. Желательно, чтобы по крайней мере один из ректификационных блоков включал ректификационный блок дефлегматорного типа. Однако в холодильном агрегате могут быть заменены насадочная колонка или блок контактных тарелок. Теплообменные блоки дефлегматора обычно имеют конструкцию из алюминиевого каркаса в виде внутренних вертикальных труб, полученных формовкой и пайкой металла с применением известных способов конструирования.

Поток охлажденного газообразного сырья под давлением обычно разделяют в совокупности последовательно расположенных ректификационных блоков дефлегматорного типа 20, 24. Каждый из этих ректификационных блоков оперативно соединяют с накопленной сконденсированной жидкостью в нижней части барабана 20D, 24D посредством потока, текущего самотеком из верхней теплообменной части ректификационной колонны 20R, 24R, включающей совокупность вертикально расположенных проходов для косвенного теплообмена, через которые газ из нижней части барабана проходит в верхнюю для охлаждения имеющим более низкую температуру жидким хладагентом или другой охлаждающей средой посредством косвенного теплообмена внутри теплообменных проходов. Текущий вверх обогащенный метаном газ частично конденсируют на вертикальной поверхности теплообменных проходов для получения орошающей жидкости, находящейся в непосредственном контакте с текущим вверх потоком газа, с тем, чтобы обеспечить текущий вниз поток охлажденного жидкого конденсата и тем самым постепенно обогатить сконденсированную жидкость этиленом и этаном.

Улучшенная система обеспечивает способы ввода сухого газообразного сырья в первичную ректификационную зону или холодильный агрегат, имеющий множество соединенных по сериям ректификационных блоков с последовательным охлаждением для разделения газообразного сырья в поток 20 обогащенного метаном первичного газа, извлекаемого при низкой температуре, и по крайней мере в один поток 22 первичного жидкого конденсата, обогащенного С₂ углеводородными компонентами и имеющего малое количество метана.

Для удаления метана сконденсированную жидкость 22 очищают, пропуская по крайней мере один поток жидкого конденсата из первичной ректификационной зоны в фракционирующую систему, имеющую соединенные по сериям деметанизаторные зоны 30, 34. В теплообменнике 31 используют умеренно низкую криогенную температуру для охлаждения верхнего погона из первой фракционирующей зоны 30 деметанизатора с тем, чтобы извлечь основное количество метана из потока первичного жидкого конденсата в паровой поток 32 верхнего погона первого деметанизатора и чтобы извлечь богатый этаном и этиленом и без метана первый поток 30L жидкости нижнего погона деметанизатора. Благоприятнее охлаждать паровой поток верхнего погона первого деметанизатора хладагентом при умеренно низкой температуре, поступающим из пропиленовой охлаждающей петли, с тем, чтобы обеспечить подачу орошающей жидкости 30R для рециркуляции в верхнюю часть первой деметанизаторной зоны 30.

Обогащенный этиленом поток получают дальнейшим разделением по крайней мере части парового потока верхнего погона первого деметанизитора в имеющей очень низкую температуру зоне 34 конечного деметанизатора для извлечения первого потока 34L, обогащенного этиленом жидкого углеводородного сырья и парового потока 34V верхнего погона конечного деметанизатора с очень низкой температурой. Любой оставшийся этилен извлекают, пропуская паровой поток 34V верхнего погона первого деметанизатора через теплообменник 36 с очень низкой температурой к конечному ректификационному блоку 38, с тем, чтобы получить окончательный поток 38R орошающей жидкости с очень низкой температурой для рециркуляции в верхней части конечного деметанизатора фракционирующей колонны. Обогащенный метаном паровой поток 38V верхнего погона конечного деметанизатора извлекают, по-существу, без С₂⁺ углеводородов. Если использовать способ двойного деметанизатора, то основное количество нагрузки при теплообмене во время деметанизации обеспечивают за счет хладагента с умеренно низкой температурой в блоке 31 и уменьшают общую потребность в энергии для охлаждения, используемой при отделении С₂⁺ углеводородов от метана и более легких компонентов. Желаемую чистоту полученного этилена достигают дальнейшим фракционированием потока 30L жидких С₂⁺ углеводородов нижнего погона из зоны первого деметанизатора в фракционирующей колонне 40 деэтанизатора для удаления С₃ и более тяжелых углеводородов в потоке 40L этих С₃ углеводородов и для получения второго потока 40V неочищенного этилена.

Чистый этилен извлекают из С₂ продукта верхнего погона 50V колонны для расщепления 50 путем совместного фракционирования второго потока 40V неочищенного этилена и первого потока 34L богатых этиленом неочищенных углеводородных продуктов. Наряду с потоком 40L С₂⁺ углеводородов, поток 50L этана нижнего погона можно повторно подавать в блок 10 для крекинга с извлечением тепла посредством косвенного теплообмена с умеренно охлажденным сырьем в теплообменниках 17, 18 и/или 20R.

Обогащенный метаном верхний погон 24V обычно посылают в блок (не показан) для извлечения водорода, используемого в качестве газообразного топлива и т.д. Как описано далее, для удаления остатков этилена этот поток газов полностью (или частично) вместе с парами метана можно затем охладить до очень низкой температуры в ректификационном блоке 38. При такой модицикации процесса соединенные по сериям ректификационные блоки включают по крайней мере один промежуточный ректификационный блок для частичной конденсации промежуточного потока 24L жидкости из паров 20V верхнего погона первичной ректификационной колонны, который расположен перед конечным серийным ректификационным блоком. Значительные затраты тепла во время теплообмена при низкой температуре можно сохранить посредством контакта по крайней мере части парового потока 32 верхнего погона первого деметанизатора с указанным промежуточным потоком 24L жидкости. Это можно осуществить в блоке 30Н для косвенного теплообмена, изображенном на фиг. 1. Эти потоки можно также привести в непосредственный контакт в контактной зоне с противотоком, оперативно соединяющей первичную и вторичную зоны деметанизатора. При этом обедненную метаном жидкость из указанной контактной зоны с противотоком направляют в нижнюю часть второй зоны деметанизатора, а обогащенный метаном пар из указанной зоны с противотоком направляют в верхнюю часть вторичной зоны деметанизатора.

В рамках концепции изобретения можно использовать разное расположение стандартных рабочих блоков. Например, первичный холодильный агрегат 20, 24 и т.д. можно расширить до четырех и более соединенных по сериям дефлегматорных блоков с постепенно снижающейся температурой конденсации. Для получения окончательного потока орошающей жидкости с очень низкой температурой с целью рециркуляции в верхней части конечной деметанизаторной фракционирующей колонны последний серийный ректификационный блок дефлегматорного типа оперативно соединяют в качестве окончательного деметанизаторного ректификационного блока, когда на последнем этапе ректификации паровой поток 24F верхнего погона последовательно посылают во вторую линию 38F.

Для удаления тяжелых компонентов перед их вводом в криогенный холодильный агрегат в некоторых разделительных системах 15 на этапе предварительного разделения используют передний конец деэтанизаторного блока. При такой конструкции произвольный поток 22А жидкости из первичного холодильника обеспечивает жидкость, обогащенную этаном и этиленом, для рециркуляции в качестве орошающей в верхней части переднего конца деэтанизаторной колонны. Такой способ позволяет исключить деэтанизатор с потоком вниз, такой как блок 40, поэтому поток 30L нижнего погона первичного деметанизатора можно направить в устройство 50 для расщепления продуктов.

Другой обычной особенностью данной технологической схемы является блок 60 для гидрирования ацетилена, присоединенный с тем, чтобы принимать по крайней мере один богатый неизвлеченным этиленом поток, который до окончательного фракционирования полученного этилена можно каталитически гидрировать.

На фиг. 2 показан улучшенный холодильный агрегат, где используют совокупность последовательно расположенных дефлегматоров вместе с многозоновой деметанизирующей фракционирующей системой. Цифры на этом рисунке отвечают номерам аналогичного оборудования на фиг. 1. В этом примере реализации изобретения используют несколько источников хладагентов с низкой температурой. Из-за большой доступности подходящих охлаждающих жидкостей для типичных очистных установок, наиболее предпочтительной внешней охлаждающей петлей с умеренно низкой температурой является замкнутая система с циркулирующим пропиленом (С₃R), у которой температура охлаждения ниже ≈235К/-37F/. Использование С₃R охлаждающей петли экономически выгодно из-за относительно малого потребления энергии при сжатии, конденсации и испарении такого хладагента, а также с точки зрения конструкционных материалов, используемых в таком оборудовании. При создании колонны первичного деметанизатора и связанного с орошением оборудования можно использовать обычную углеродистую сталь. В соответствии с изобретением эти устройства являются самыми большими рабочими блоками в подсистеме двойного деметанизатора. Хладагент С₃R служит наиболее удобным источником энергии для повторно кипящих нижних погонов первичной и вторичной зон деметанизатора, причем сравнительно холодный пропилен извлекают из вторичного блока для повторного кипения. Напротив наиболее предпочтительной наружной охлаждающей петлей с очень низкой температурой служит замкнутая система с циркуляцией этилена (С₂R), температура охлаждения которой ниже ≈172К (-150F), а для сохранения конструкционных материалов при такой низкой температуре требуется блок конденсации при очень низкой температуре и очень дорогие стальные сплавы Cr-Ni. Если выделить требования к температуре и материалам для вторичной деметанизации при очень низкой температуре, то наиболее дорогие рабочие блоки имеют меньшие размеры, за счет чего достигается заметная экономия в общей стоимости криогенного разделения. На первоначальных этапах в дефлегматорном холодильном агрегате можно использовать обычные замкнутые системы охлаждения. Полученный холодный этилен или холодный этан, выделенный из полученного этилена с помощью газообразного сырья, благополучно подают в первичный ректификационный блок для извлечения из них тепла.

Если обратиться к фиг. 2, то видно, что через серию теплообменников 117, 118 пропускают сухое и сжатое сырье при рабочем давлении (3700 кПа), а затем подают в холодильный агрегат. Каждый из соединенных по сериям ректификационных блоков 120, 124, 126, 128 имеет соответствующую нижнюю барабанную часть 120D, 124D и 12D и т.д. Наиболее предпочтительный холодильный агрегат включает по крайней мере два промежуточный ректификационных блока для частичной конденсации первого и второго постепенно охлаждаемых промежуточных потоков жидкости соответственно из парового потока 120V верхнего погона первичного ректификатора, находящегося перед конечным серийным ректификационным блоком 128. Благоприятно фракционировать первый промежуточный поток 124L жидкости в первичной деметанизаторной зоне 130, а затем фракционировать второй промежуточный поток 126L жидкости во вторичной деметанизаторной зоне 134. Последовательность дефлегматоров и двойного деметанизатора аналогична приведенной на фиг. 1, однако такая колонна 133 для контакта промежуточной жидкости и газа, как насадочная, предусматривает операции теплообмена и массопереноса в режиме противотока между промежуточным потоком жидкости 126L и первичным паром 132 верхнего погона деметанизатора с тем, чтобы обеспечить поток 133L обогащенной этиленом жидкости, подаваемой к средней ступени вторичной деметанизаторной колонны 134, где происходит ее дальнейшее обеднение метаном. Обогащенный метаном паровой поток 133V пропускают через теплообменник 133Н с очень низкой температурой для предварительного охлаждения перед фракционированием на более высоких ступенях колонны 134.

В дополнении к конденсации паров 134V при очень низкой температуре в теплообменнике 136 для обеспечения вторичного потока 138R орошающей жидкости деметанизатора в дефлегматорном блоке 138 конденсирует все остатки этилена для обеспечения окончательного верхнего погона 138V деметанизатора, который объединяют с метаном и водородом из потока 128V и подают в связи с теплообменом при помощи потоков холодильного агрегата в промежуточные дефлегматоры 126R, 124R. Этилен извлекают из окончательного конденсата 128L холодильного агрегата, подавая его к верхней ступени вторичного деметанизатора 134, после его подачи в качестве дополнительного хладагента в ректификационную часть блока 138. Из фракционирующей системы извлекают поток 134L относительно чистых жидких С₂ углеводородов, состоящих обычно из этилена и этана в молярном соотношении (3: 1)-(8:1), а предпочтительно по крайней мере 7 молей этилена приходится на 1 моль этана. Из-за высокого содержания этилена экономичнее этот поток можно очистить в меньшей колонне для расщепления С₂ продуктов. Без какого-либо количества пропилена или других высококипящих компонентов обогащенный этиленом поток 134L может обходить обычный этап деэтанизирования и направляться непосредственно к конечной колонне для фракционирования продуктов. Если к колонне для получения этилена постоянно подавать два отдельных потока сырья, то ее размер и требования к ее снабжению заметно снижаются по сравнению с обычными фракционирующими колоннами с подачей одного потока сырья. Последние обычно требуют значительно больших энергетических затрат на охлаждение, когда входят в современную установку для извлечения олефинов.

В рамках концепции изобретения можно осуществить многочисленные модификации такой системы. Например, для проведения всех деметанизаторных операций в одной многоразовой дистилляционной колонне можно использовать блочную конструкцию. Такой способ применим для переоснащения известных криогенных установок или для новых местных установок. Для некоторых установок желательны блоки, смонтированные на салазках.

В таблице приведен материальный баланс процесса, описанного на фиг. 2. Все блоки основаны на условии непрерывных установившихся потоков, а относительное количество компонентов в каждом потоке основано на 100 кг-молей этилена в первичном сырье. Приведенные величины энтальпии потоков обеспечивают также требования к энергетическим затратам для основных операций в блоках.

Такое расположение рабочих блоков позволяет снизить требования к орошающей жидкости во вторичной зоне деметанизатора по сравнению с конфигурациями деметанизатора с одним орошением, отвечающими предшествующему уровню технологии. Использование хладагента С₂R с очень низкой температурой уменьшается, а для некоторых видов сырья и полностью исключается при самом низком уровне температуры 172К.

Формула изобретения

1. Способ криогенного разделения газовых смесей путем охлаждения под давлением исходного сырья, содержащего метан, этилен и этан, ввода его в первичную зону дефлегмации, где сырье дополнительно охлаждают с частичной конденсацией и разделяют методом массообмена на первичный поток газа, обогащенный метаном, и первичный поток жидкого конденсата, содержащего C₂-углеводородные компоненты, и подачи последнего в первую фракционную систему деметанизации, извлечения из него паровой метановой фракции и жидкой фракции, обогащенной этаном и этиленом, причем паровую метановую фракцию охлаждают первым криоагентом до криогенной температуры с частичной конденсацией и разделяют на две части, одну часть направляют на орошение первой фракционной системы деметанизации, отличающийся тем, что вторую часть дополнительно охлаждают вторым криоагентом до более низкой криогенной температуры, чем температура охлаждения всей фракции, и направляют во вторую фракционную систему деметанизации, где ее разделяют на жидкость, обогащенную этиленом, и паровой поток.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкую фракцию, обогащенную этаном и этиленом, после первой фракционной системы деметанизации и жидкость, обогащенную этиленом, после второй фракционной системы деметанизации разделяют в дополнительной фракционной системе на очищенный этилен и этан.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что жидкую фракцию, обогащенную этаном и этиленом, после первой фракционной системы деметанизации перед подачей в дополнительную фракционную систему очищают от тяжелых углеводородов.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первичный поток газа, обогащенный метаном, после первичной зоны дефлегмации охлаждают и разделяют в промежуточной зоне дефлегмации с получением жидкого конденсата, который используют в качестве второго криоагента, охлаждающего вторую часть метановой фракции, причем этот конденсат направляют в нижнюю зону второй фракционной системы деметанизации, а вторую часть метановой фракции в верхнюю зону указанной системы.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что паровой поток из второй фракционной системы деметанизации направляют в конечную зону дефлегмации, где его разделяют на паровой поток, обогащенный метаном, и жидкость, подаваемую на орошение второй фракционной системы деметанизации.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру первого криоагента поддерживают 235 290 К, а температуру второго криоагента ниже 235К.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый криоагент содержит пропилен, а второй криоагент этилен.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходное сырье содержит 10 50 мол. этилена, 5 20 мол. этана, 10 40 мол. метана, 10 40 мол. водорода и до 10 мол. тяжелых углеводородов.

9. Устройство для криогенного разделения газовых смесей, содержащее устройство для подачи сжатого сырья, соединенное с первичной зоной дефлегмации, устройство для подачи жидкости из первичной зоны дефлегмации в первую фракционную систему деметанизации, включающую устройство для конденсации орошающей жидкости, связанное с источником первого хладагента, причем зона дефлегмации выполнена в виде барабана и снабжена устройством накопления сконденсированной жидкости, расположенным в нижней части барабана, и трубчатым теплообменником, расположенным в верхней части барабана, отличающееся тем, что устройство для криогенного разделения газовых смесей дополнительно содержит по крайней мере одну промежуточную и конечную зоны дефлегмации, связанные одна с другой, вторую фракционную систему деметанизации, включающую второе устройство для конденсации орошающей жидкости, связанное с источником второго хладагента, и устройство для подачи жидкости из промежуточной зоны дефлегмации во вторую фракционную систему деметанизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5