Способы и установки для извлечения этилена из углеводородов
Предложен способ концентрации и извлечения тяжелой фракции, содержащей этилен, этан и более тяжелые углеводороды, из потока углеводородного сырья, содержащего легкую фракцию и указанную тяжелую фракцию, причем указанная легкая фракция содержит водород, азот и метан; указанный способ включает в себя следующие стадии: а) пропускание потока углеводородного сырья в зону адсорбции, содержащую адсорбент, селективный для адсорбции легкой фракции, где зона адсорбции адсорбирует по меньшей мере часть легкой фракции и образует выходящий поток зоны адсорбции, содержащий тяжелую фракцию; b) сжатие выходящего потока зоны адсорбции с получением сжатого выходящего потока зоны адсорбции; с) охлаждение сжатого выходящего потока зоны адсорбции с получением охлажденного выходящего потока зоны адсорбции; d) пропускание охлажденного выходящего потока зоны адсорбции в колонну деметанизации, работающую при температуре выше -40°С, с получением головного потока, содержащего водород, азот, метан, этилен и этан, и результирующего кубового потока, содержащего этилен, этан и более тяжелые углеводороды; и e) рециркуляцию головного потока в зону адсорбции. А также предложена установка, в которой осуществляется способ, описанный выше. Технический результат – обеспечить установку и способ для извлечения этилена из отходящего газа абсорбента FCC более безопасным и эффективным образом за счет отсутствия холодильной камеры, турбодетандеров. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 3 пр.
Данная заявка испрашивает приоритет на основании предварительной патентной заявки США № 62/175600, поданной 15 июня 2015 года, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Область техники изобретения в целом относится к способам и установкам для извлечения этилена. Более конкретно, область техники изобретения относится к способам и установкам для извлечения этилена из отходящего газа абсорбера FCC.
Уровень техники
В типичной установке каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором (FCC) абсорбер отходящих газов FCC вносит вклад в одну треть производства топливного газа нефтеперерабатывающей установкой. Отходящие газы абсорбера обычно содержат 15-20 мол.% этилена и этана. Эти компоненты являются ценными продуктами. Смеси этилена и этана могут быть хорошими источниками сырья для установки крекинга этана для производства этилена. В настоящее время большая часть этилена и этана в отходящем газе FCC сжигается, а не извлекается. Извлечение этилена и более тяжелых компонентов имеет очень большую экономическую выгоду.
Традиционно основной способ извлечения этилена и этана из топливного газа FCC осуществляется с помощью холодильной камеры, в которой отходящий газ абсорбера FCC охлаждается до очень низких температур около -120°С, и после этого легкие фракции отделяются с помощью последовательности дистилляционных колонн. Однако холодильные камеры являются капиталоемкими. Кроме того, для холодильных камер также существует проблема потенциальных взрывов от следов NO в топливном газе FCC. NO в отходящем газе абсорбера FCC конденсируется внутри холодильной камеры с последующей реакцией с кислородом с образованием более тяжелых соединений NOx, которые впоследствии реагируют с диенами с образованием смол, которые могут взорваться при повышении температуры холодильной камеры. Эта конденсация NO вызвана чрезвычайно низкими температурами, существующими в холодильной камере, в диапазоне от -100°C до -120°C. Данная проблема безопасности не позволяет компаниям смешивать топливный газ FCC в существующих системах извлечения продукта, даже в тех случаях, когда в этих секциях извлечения имеется дополнительная емкость.
В US 5245099 описано извлечение этилена из топливного газа FCC с помощью адсорбции при переменном давлении (PSA). Однако, поскольку PSA не может полностью очистить этилен, и по-прежнему присутствует значительное количество метана (около 15%), этот поток будет требовать дополнительной очистки в колонне деметанизации установки крекинга этилена, если он направляется как есть. Колонна деметанизации установки крекинга этилена работает при очень низкой температуре (−100°C) и интегрирована с холодильной камерой. Это означает, что небольшие количества NO, присутствующее в сырье, будут подвергаться сильному охлаждению и конденсироваться, и по-прежнему будут попадать в холодильную камеру с возможностью образования взрывоопасной смолы NOx, если извлечение этилена из топливного газа FCC будет осуществляться, как описано в US 5245099.
Соответственно, желательно обеспечить установки и способы для извлечения этилена из отходящего газа абсорбера FCC более безопасным и экономически эффективным образом. Кроме того, другие желательные признаки и характеристики настоящего изобретения станут ясны из последующего подробного описания изобретения и прилагаемой формулы изобретения, рассматриваемых вместе с сопровождающими чертежами и данным описанием уровня техники изобретения.
Раскрытие изобретения
Различные варианты осуществления, рассматриваемые в настоящем описании, относятся к способам и установкам для извлечения этилена. В описанных здесь иллюстративных вариантах осуществления осуществляется извлечение этилена из отходящего газа абсорбера FCC.
В соответствии с иллюстративным вариантом осуществления предложен способ для концентрации и извлечения тяжелой фракции, содержащей этилен, этан и более тяжелые углеводороды, из потока углеводородного сырья, содержащего легкую фракцию и указанную тяжелую фракцию, причем указанная легкая фракция содержит водород, азот и метан. Способ включает пропускание потока углеводородного сырья в зону адсорбции, содержащую адсорбент, селективный для адсорбции легкой фракции, причем зона адсорбции адсорбирует по меньшей мере часть легкой фракции и образует выходящий поток зоны адсорбции, содержащий тяжелую фракцию. Выходящий поток зоны адсорбции пропускают в колонну деметанизации с образованием головного потока, содержащего водород, азот, метан, этилен и этан, и результирующего кубового потока, содержащего этилен, этан и более тяжелые углеводороды.
В соответствии с другим иллюстративным вариантом осуществления предложен способ для концентрации и извлечения тяжелой фракции, содержащей этилен, этан и более тяжелые компоненты, из потока углеводородного сырья, содержащего легкую фракцию и указанную тяжелую фракцию, причем указанная легкая фракция содержит водород, азот и метан. Способ включает пропускание потока углеводородного сырья в зону адсорбции, содержащую адсорбент, селективный для адсорбции легкой фракции, причем зона адсорбции адсорбирует по меньшей мере часть легкой фракции и образует выходящий поток зоны адсорбции, содержащий тяжелую фракцию. Выходящий поток зоны адсорбции сжимают с образованием сжатого выходящего потока зоны адсорбции. Сжатый выходящий поток зоны адсорбции охлаждают с образованием охлажденного выходящего потока зоны адсорбции. Охлажденный выходящий поток зоны адсорбции пропускают в колонну деметанизации с получением головного потока, содержащего водород, азот, метан, этилен и этан, и результирующего кубового потока, содержащего этилен, этан и более тяжелые углеводороды. Кроме того, головной поток рециркулируют в зону адсорбции.
В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом осуществления предложена установка для концентрации и извлечения тяжелой фракции, содержащей этилен, этан и более тяжелые углеводороды, из потока углеводородного сырья, содержащего легкую фракцию и указанную тяжелую фракцию, причем указанная легкая фракция содержит водород, азот и метан. Установка содержит зону адсорбции, содержащую адсорбент, селективный для адсорбции легкой фракции, причем зона адсорбции выполнена с возможностью адсорбции по меньшей мере части легкой фракции и образования выходящего потока зоны адсорбции, содержащего тяжелую фракцию. Компрессор находится в сообщении по текучей среде с зоной адсорбции и выполнен с возможностью сжатия выходящего потока зоны адсорбции с образованием сжатого выходящего потока зоны адсорбции. Зона охлаждения находится в сообщении по текучей среде с компрессором и выполнена с возможностью охлаждения сжатого выходящего потока зоны адсорбции с образованием охлажденного выходящего потока зоны адсорбции. Колонна деметанизации находится в сообщении по текучей среде с зоной охлаждения и выполнена с возможностью выделения головного потока, содержащего водород, азот, метан, этилен и этан, из охлажденного выходящего потока зоны адсорбции с образованием результирующего кубового потока, содержащего этилен, этан и более тяжелые углеводороды. Рециркуляционный трубопровод проходит из верхней части колонны деметанизации в зону адсорбции для рециркуляции головного потока в зону адсорбции.
Краткое описание чертежей
Различные варианты осуществления будут описаны ниже вместе со следующими чертежами, на которых одинаковые позиции обозначают одинаковые элементы.
На фиг.1 представлена принципиальная схема способа и установки для извлечения этилена в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления.
На фиг.2 представлена принципиальная схема способа и установки для извлечения этилена в соответствии с другим иллюстративным вариантом осуществления.
Определения
Используемое в настоящем документе выражение «поток» может включать в себя различные углеводородные молекулы и другие вещества.
Обозначение «Cx» означает углеводородные молекулы, которые имеют «х» атомов углерода, «Cx+» означает углеводородные молекулы, которые имеют «x» и/или более чем «х» атомов углерода, и «Cх-» означает углеводородные молекулы, которые имеют «х» или менее чем «x» атомов углерода.
Используемый в настоящем документе термин «зона» может относиться к участку, включающему одну или более единицу оборудования и/или одну или более подзону. Единицы оборудования могут включать один или несколько реакторов или реакторных сосудов, нагревателей, теплообменников, трубопроводов, насосов, компрессоров, регуляторов и колонн. Кроме того, единица оборудования, такая как реактор, осушитель или сосуд, может дополнительно включать в себя одну или более зону или подзону.
Используемое в настоящем документе выражение «головной поток» может означать поток, отводимый из или вблизи верхней части сосуда, такого как колонна.
Используемое в настоящем документе выражение «кубовый поток» может означать поток, отводимый из или вблизи донной части сосуда, такого как колонна.
Изображенные на фигурах линии технологического потока могут называться взаимозаменяемо, например, трубопроводами, трубами, подачами, газами, продуктами, отводами, частями, порциями или потоками.
Выражение «сообщение» означает, что при функционировании течение вещества осуществляется между перечисленными компонентами.
Выражение «в сообщении ниже по потоку» означает, что по меньшей мере часть вещества, текущая к объекту, с которым осуществляется сообщение ниже по потоку, может при функционировании вытекать из объекта, с которым она сообщается.
Выражение «в сообщении выше по потоку» означает, что по меньшей мере часть вещества, вытекающая из объекта, находящегося в сообщении выше по потоку, может при функционировании протекать к объекту, с которым она сообщается.
Выражение «колонна» означает дистилляционную колонну или колонны для разделения одного или более компонентов с различными летучестями.
Термин «преимущественно» означает большую часть, в подходящем случае по меньшей мере 80% масс., и предпочтительно по меньшей мере 90% масс.
Осуществление изобретения
Нижеследующее подробное описание носит исключительно иллюстративный характер и не имеет целью ограничить различные варианты осуществления или их применение и использование. Кроме того, не существует намерения быть связанным какой-либо теорией, представленной в предыдущем описании уровня техники или в нижеследующем подробном описании.
Вариант осуществления способа извлечения этилена рассмотрен со ссылкой на способ и установку 100 для извлечения этилена из отходящего газа абсорбера FCC, как показано на фиг.1. Установка и способ 100 включает в себя зону 104 адсорбции, компрессор 108, охладитель 112, колонну 116 деметанизации и разделительное устройство 122 С2. Для целей объяснения настоящего варианта осуществления зона 104 адсорбции представляет собой зону 104 адсорбции при переменном давлении.
В соответствии со способом и как показано на фиг. 1, первое углеводородное сырье 102 подается в зону 104 адсорбции при переменном давлении. Первое углеводородное сырье 102 содержит тяжелую фракцию и легкую фракцию. Тяжелая фракция может содержать такие углеводороды, как этилен, этан, пропан, пропилен и другие более тяжелые углеводороды. Легкая фракция может содержать метан и более легкие газы, такие как водород и азот. Приводимые в качестве примера составы отходящего газа абсорбера FCC, которые могут быть углеводородным сырьем 102 настоящего изобретения, приводятся в таблице 1 ниже.
Таблица 1: Данные по составу топливного газа FCC для двух потоков FCC
| Поток # | 25 | 31 | |
| Описание | FCCU1 (общий) | FCCU3 | |
| Компонент | Низшая теплотворная способность (LHV) |
мол.% | мол.% |
| Водород | 274 | 12,35 | 28,88 |
| Метан | 909 | 34,46 | 31,04 |
| Этан | 1619 | 14,48 | 12,71 |
| Этилен | 1499 | 13,95 | 13,96 |
| Пропан | 2315 | 1,34 | 0,52 |
| Пропилен | 2162 | 4,25 | 1,93 |
| Изобутан | 3011 | 1,35 | 0,25 |
| н-бутан | 3011 | 0,31 | 0,06 |
| 1-бутен | 2876 | 0,46 | 0,09 |
| Изобутен | 2876 | 0,47 | 0,11 |
| Транс-бутен | 2876 | 0,43 | 0,09 |
| Цис-бутен | 2876 | 0,29 | 0,06 |
| Бутадиен | 2876 | 0 | 0 |
| Изопентан | 3704 | 0,4 | 0,07 |
| н-пентан | 3704 | 0,03 | 0 |
| C6+ | 4404 | 0,08 | 0,06 |
| Азот | 0 | 11,2 | 6,51 |
| Диоксид углерода | 0 | 2,91 | 1,8 |
| Монооксид углерода | 321 | 0,62 | 0,64 |
| Сероводород | --- | 0,63 | 1,2 |
| Давление, кПа (фунт/кв. дюйм изб.) | --- | 1793 (260) | 1793 (260) |
Ряд отдельных операций (не показаны) может осуществляться на углеводородном сырье 102 перед пропусканием через зону 104 адсорбции при переменном давлении для удаления нежелательных примесей. Эти отдельные операции могут включать, в числе прочего: пропускание углеводородного сырья 102 через по меньшей мере одно устройство из аминового абсорбера, осушителя, конвертера ацетилена и одного или нескольких очистителей.
Обратимся снова к фиг.1, где зона 104 адсорбции при переменном давлении содержит адсорбент, селективный для адсорбции легкой фракции. Примеры адсорбента, селективного для адсорбции легкой фракции, включают, без ограничения, силикагелевый адсорбент. Зона 104 адсорбции при переменном давлении адсорбирует по меньшей мере часть водорода, азота и метана, присутствующих в легкой фракции. В иллюстративном варианте осуществления по меньшей мере 80% масс. азота и водорода, присутствующих в легкой фракции, адсорбируются. Кроме того, по меньшей мере 70% масс. метана, присутствующего в легкой фракции, адсорбируется в зоне 104 адсорбции при переменном давлении. В другом иллюстративном варианте осуществления по меньшей мере 75% масс. метана, присутствующего в легкой фракции, адсорбируется в зоне 104 адсорбции при переменном давлении. Часть легкой фракции, которая была адсорбирована в зоне 104 адсорбции при переменном давлении, может быть отведена в виде легкого погона 128.
Выходящий поток 106 зоны адсорбции, содержащий тяжелую фракцию, отводится из зоны 104 адсорбции при переменном давлении. Выходящий поток 106 зоны адсорбции может также содержать оставшееся количество легкой фракции, не адсорбированное зоной 104 адсорбции при переменном давлении. Выходящий поток 106 зоны адсорбции может иметь давление в диапазоне 0,2-2,1 бар изб. Выходящий поток 106 зоны адсорбции сжимают в компрессоре 108 с образованием сжатого выходящего потока 110 зоны адсорбции. В соответствии с вариантом осуществления компрессор 108 может быть двухступенчатым компрессором. В одном примере сжатый выходящий поток 110 зоны адсорбции может иметь давление по меньшей мере 28 бар изб. В другом примере сжатый выходящий поток 110 зоны адсорбции может иметь давление по меньшей мере 50 бар изб. Сжатый выходящий поток 110 зоны адсорбции направляют в охладитель 112 для охлаждения сжатого выходящего потока 110 зоны адсорбции. В иллюстративном варианте осуществления сжатый выходящий поток 110 зоны адсорбции охлаждают до температуры по меньшей мере 22°F (−30°C) в охладителе 112. В другом иллюстративном варианте осуществления сжатый выходящий поток 110 зоны адсорбции охлаждают до температуры по меньшей мере 4°F (−20°С) в охладителе 112.
Охлажденный выходящий поток 114 зоны адсорбции отводится из охладителя 112 и направляется в колонну 116 деметанизации. В колонне 116 деметанизации C2- углеводородный продукт разделяется на фракции, например, с помощью обычной перегонки, с получением головного потока 118 и деметанизированного результирующего кубового потока 120. Головной поток 118 содержит этилен, этан и оставшееся количество метана, водорода и азота, которое не адсорбировалось в зоне 104 адсорбции при переменном давлении. Головной поток 118 рециркулируют к входу зоны 104 адсорбции при переменном давлении. В разных вариантах осуществления головной поток 118 может проходить через охладитель 112 перед рециркуляцией к входу зоны 104 адсорбции при переменном давлении. Колонна 116 деметанизации работает при значительно более высоких температурах, по меньшей мере 40°F (−40°C), в отличие от традиционных методик. В одном примере колонна 116 деметанизации работает при температуре по меньшей мере −49°F (−45°C). В соответствии с настоящим изобретением было неожиданно обнаружено, что для получения головного потока 118, колонна 116 деметанизации может работать при температуре деметанизации, превышающей 40°F (-40°C), а не при традиционной температуре криогенной колонны деметанизации 40°F (-95°C). Таким образом, общая задача выделения этилена может быть решена без использования системы этиленового хладагента, без значительной потери этиленового продукта, без значительного увеличения рециркуляции этилена и без значительного повышения эксплуатационных и капитальных затрат. Это позволяет охлаждать зону колонны деметанизации с помощью пропиленового хладагента (менее -49°C) вместо системы охлаждения на основе этиленового хладагента (менее -100°C) для извлечения этилена. Кроме того, капитальные затраты на систему холодильной камеры составляют меньше половины затрат на систему холодильной камеры в традиционной конструкции системы фракционирования. Поскольку традиционные системы фракционирования часто используют турбодетандеры для достижения очень низких температур, предлагаемая система позволяет избежать такого дорогостоящего и часто ненадежного оборудования. Кроме того, не существует проблемы безопасности, поскольку настоящий способ может отделять следовые количества NO, которые представляют угрозу безопасности для холодильной камеры.
Обратимся снова к фиг.1, на которой результирующий кубовый поток 120 отводится из кубовой части колонны 116 деметанизации. Результирующий кубовый поток 120 содержит этилен, этан и более тяжелые углеводороды. В варианте осуществления результирующий кубовый поток 120 содержит менее 1% масс. легкой фракции, присутствующей в потоке 102 углеводородного сырья. В другом варианте осуществления результирующий кубовый поток 120 содержит менее 0,03% масс. легкой фракции, присутствующей в потоке 102 углеводородного сырья. Результирующий кубовый поток 120 преимущественно содержит этилен и этан. В соответствии с иллюстративным вариантом осуществления результирующий кубовый поток 120 содержит по меньшей мере 85% масс. этилена, присутствующего в потоке 102 углеводородного сырья. В соответствии с другим иллюстративным вариантом осуществления результирующий кубовый поток 120 содержит по меньшей мере 90% масс. этилена, присутствующего в потоке 102 углеводородного сырья.
Разделительное устройство 122 С2 находится в сообщении ниже по потоку с колонной 116 деметанизации и выполнено с возможностью извлечения этилена из результирующего кубового потока 120. В иллюстративном варианте осуществления колонна деэтанизации (не показана) также может присутствовать между колонной 116 деметанизации и разделительным устройством 122 С2. В таком случае результирующий кубовый поток 120 разделяется на фракции, например, с помощью обычной перегонки, с отделением головного потока колонны деэтанизации, содержащего преимущественно этан и этилен, от деэтанизированного кубового потока С3+ углеводородов (который может быть удален из системы) и последующего направления головного потока колонны деэтанизации в разделительное устройство С2. Результирующий кубовый поток 120 направляется в разделительное устройство 122 С2 для извлечения потока этиленового продукта высокой чистоты (более 99,5 мол.%). Разделительное устройство 122 С2 образует головной поток 124, содержащий поток этилена высокой чистоты, и богатый этаном кубовый поток 126. Богатый этаном кубовый поток 126 может быть подвергнут мгновенному испарению и использован для охлаждения сырья колонны деметанизации, или его часть может быть предпочтительно рециркулирована в колонну 116 деметанизации, или, в качестве альтернативы, может использоваться как топливо. Если этан рециркулируют обратно в колонну 116 деметанизации, колонна 116 деметанизации может быть заменена, вместо дистилляционной колонны с обратным холодильником и ребойлером, на абсорбер с ребойлером, и может использоваться для абсорбции этилена и более тяжелого материала в деметанизаторе, устраняя, тем самым, необходимость в конденсаторе и пропиленовом хладагенте. Условия в разделительном устройстве 122 С2 определяются как предписано существующим уровнем техники для данных разделений. Разделительное устройство 122 С2 может содержать один или несколько ребойлеров, один или несколько боковых конденсаторов и может также содержать насосы, барабаны, регулирующие клапаны и другое типичное технологическое оборудование, которое является стандартным в данной отрасли.
Обратимся к фиг.2, на которой изображен другой вариант приводимой в качестве примера установки 100, при этом установка и способ 100 включает зону 104 адсорбции при переменном давлении, промежуточный компрессор 230, компрессор 108, охладитель 112, колонну 116 деметанизации и разделительное устройство 122 С2, как описано выше. Многие из элементов на фиг.2 имеют такую же конфигурацию, что и на фиг.1, обозначены теми же соответствующими ссылочными позициями и характеризуются аналогичными рабочими условиями. Кроме того, температура и давление различных потоков аналогичны соответствующим потокам на фиг.1, если не указано иное. Углеводородное сырье 102 проходит через компрессор 108 с образованием сжатого выходящего потока 210 зоны адсорбции. Сжатый выходящий поток 210 зоны адсорбции направляется в охладитель 112 для охлаждения.
Охлажденный выходящий поток 214 зоны адсорбции отводится из охладителя 112 и направляется в колонну 116 деметанизации. Колонна 116 деметанизации образует головной поток 218 и результирующий кубовый поток 220. Головной поток 218 содержит этилен, этан, метан, водород и азот. Результирующий кубовый поток 220 содержит этилен, этан и более тяжелые углеводороды. Головной поток 218 направляется в зону 104 адсорбции при переменном давлении. Зона 104 адсорбции при переменном давлении содержит адсорбент, селективный для адсорбции легкой фракции. Зона 104 адсорбции при переменном давлении адсорбирует по меньшей мере часть водорода, азота и метана, присутствующих в легкой фракции головного потока 218. Часть легкой фракции, адсорбированной в зоне 104 адсорбции при переменном давлении, может быть отведена в виде легкого погона 228. В иллюстративном варианте осуществления по меньшей мере 80% масс. азота и водорода, присутствующих в головном потоке 218, адсорбируется. Кроме того, по меньшей мере 70% масс. метана, присутствующего в головном потоке 218, адсорбируется в зоне 104 адсорбции при переменном давлении. В другом иллюстративном варианте осуществления по меньшей мере 75% масс. метана, присутствующего в легкой фракции, адсорбируется в зоне 104 адсорбции при переменном давлении. Выходящий поток 206 зоны адсорбции, содержащий преимущественно тяжелую фракцию, отводится из зоны 104 адсорбции при переменном давлении и после этого пропускается через промежуточный компрессор 230. Сжатый поток 232 получают из промежуточного компрессора 320 и после этого направляют в компрессор 108, охладитель 112, колонну 116 деметанизации и разделительное устройство 122 С2 в соответствии с технологическими стадиями, описанными подробно со ссылкой на фиг.1.
ПРИМЕР
Ниже приведен пример извлечения этилена с помощью сочетания адсорбции при переменном давлении и колонны деметанизации, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления, который имеет конфигурацию, аналогичную установке и способу 100, показанным на фиг.1. Этот пример приведен только с целью иллюстрации, причем не предполагается какое-либо ограничение различных вариантов осуществления установок и способов для гидроочистки нафты.
В приводимом в качестве примера случае настоящий способ был применен к установке FCC. Исходя из средней доступности отходящего газа установок FCC 2000 тыс.ст.куб.фут/ч (57000 м3/ч) при давлении подачи из установок рекуперации паров FCCU 275 фунт/кв. дюйм изб. (1896 кПа), для +/- 50% добытого сырья Gulf Coast была проведена оценка стоимости данной схемы извлечения. Общая расчетная стоимость с учетом установки составила 27 млн. $. Отдельные затраты на основное оборудование показаны в таблице 2 ниже. Расчетные капитальные затраты составили одну четверть от стоимости новой холодильной камеры.
Таблица 2: Стоимость основного оборудования для установки извлечения этилена UOP, содержащей PSA + теплую колонну деметанизации
| Капитальные затраты с учетом установки, млн. $ | |
| Адсорбция при переменном давлении | 8,9 |
| Сжатие | 7,1 |
| Низкотемпературное охлаждение | 5 |
| Перегонка | 1,7 |
| Прочее | 3,8 |
Кроме того, оцененные энергозатраты были следующими:
- 3,0 МВт на низкотемпературное охлаждение;
- 3,9 МВт на сжатие;
- 0,15 МВт на работу насосов;
- 15 млн БТЕ/ч на водяное охлаждение.
Исходя из 0,05 $/кВт·ч и 8000 часов работы в год, общая расчетная стоимость энергозатрат составила 2,9 млн. $ в год. В итоге, общая выгода составила 30 млн. $ в год. Период окупаемости составляет менее 1 года.
Конкретные варианты осуществления
Хотя ниже следует описание в связи с конкретными вариантами осуществления, следует понимать, что данное описание предназначено для иллюстрации, а не ограничения объема предшествующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
Первый вариант осуществления изобретения представляет собой способ концентрации и извлечения тяжелой фракции, содержащей этилен, этан и более тяжелые углеводороды, из потока углеводородного сырья, содержащего легкую фракцию и указанную тяжелую фракцию, причем указанная легкая фракция содержит водород, азот и метан; указанный способ включает в себя следующие стадии: а) пропускание потока углеводородного сырья в зону адсорбции, содержащую адсорбент, селективный для адсорбции легкой фракции, причем зона адсорбции адсорбирует по меньшей мере часть легкой фракции и образует выходящий поток зоны адсорбции, содержащий тяжелую фракцию; и b) пропускание выходящего потока зоны адсорбции в колонну деметанизации с получением головного потока, содержащего водород, азот, метан, этилен и этан, и результирующего кубового потока, содержащего этилен, этан и более тяжелые углеводороды. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к первому варианту осуществления в данном параграфе, дополнительно включающий в себя рециркуляцию головного потока в зону адсорбции. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к первому варианту осуществления в данном параграфе, дополнительно включающий в себя пропускание результирующего кубового потока в разделительное устройство C2 для извлечения этилена. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к первому варианту осуществления в данном параграфе, в котором зона адсорбции адсорбирует по меньшей мере 70% метана, присутствующего в легкой фракции. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к первому варианту осуществления в данном параграфе, в котором зона адсорбции адсорбирует по меньшей мере 80% каждого из водорода и азота, присутствующих в легкой фракции. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к первому варианту осуществления в данном параграфе, в котором колонна деметанизации работает при температуре по меньшей мере −49°F (−45°C). Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к первому варианту осуществления в данном параграфе, в котором выходящий поток зоны адсорбции подвергают сжатию перед пропусканием в колонну деметанизации. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к первому варианту осуществления в данном параграфе, в котором выходящий поток зоны адсорбции сжимают до давления по меньшей мере 28 бар изб. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к первому варианту осуществления в данном параграфе, в котором выходящий поток зоны адсорбции охлаждают после сжатия и перед пропусканием в колонну деметанизации. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к первому варианту осуществления в данном параграфе, в котором выходящий поток зоны адсорбции охлаждают до температуры по меньшей мере −22°F (−30°C). Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к первому варианту осуществления в данном параграфе, в котором результирующий кубовый поток 120 содержит менее 1% масс. легкой фракции, присутствующей в потоке углеводородного сырья. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к первому варианту осуществления в данном параграфе, в котором результирующий кубовый поток содержит по меньшей мере 85% масс. этилена, присутствующего в потоке углеводородного сырья. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к первому варианту осуществления в данном параграфе, в котором адсорбент, селективный для адсорбции легкой фракции, содержит силикагелевый адсорбент.
Второй вариант осуществления изобретения представляет собой способ концентрации и извлечения тяжелой фракции, содержащей этилен, этан и более тяжелые углеводороды, из потока углеводородного сырья, содержащего легкую фракцию и указанную тяжелую фракцию, причем указанная легкая фракция содержит водород, азот и метан; указанный способ включает в себя следующие стадии: а) пропускание потока углеводородного сырья в зону адсорбции, содержащую адсорбент, селективный для адсорбции легкой фракции, причем зона адсорбции адсорбирует по меньшей мере часть легкой фракции и образует выходящий поток зоны адсорбции, содержащий тяжелую фракцию; b) сжатие выходящего потока зоны адсорбции с образованием сжатого выходящего потока зоны адсорбции; с) охлаждение сжатого выходящего потока зоны адсорбции с образованием охлажденного выходящего потока зоны адсорбции; d) пропускание охлажденного выходящего потока зоны адсорбции в колонну деметанизации с получением головного потока, содержащего водород, азот, метан, этилен и этан, и результирующего кубового потока, содержащего этилен, этан и более тяжелые углеводороды; и е) рециркуляцию головного потока в зону адсорбции. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие ко второму варианту осуществления в данном параграфе, дополнительно включающий в себя направление результирующего кубового потока в разделительное устройство C2 для извлечения этилена. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие ко второму варианту осуществления в данном параграфе, в котором колонна деметанизации работает при температуре по меньшей мере −49°F (−45°C). Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие ко второму варианту осуществления в данном параграфе, в котором результирующий кубовый поток содержит менее 1% масс. легкой фракции, присутствующей в потоке углеводородного сырья. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие ко второму варианту осуществления в данном параграфе, в котором результирующий кубовый поток содержит по меньшей мере 85% масс. этилена, присутствующего в потоке углеводородного сырья.
Третий вариант осуществления изобретения представляет собой установку для концентрации и извлечения тяжелой фракции, содержащей этилен, этан и более тяжелые углеводороды, из потока углеводородного сырья, содержащего легкую фракцию и указанную тяжелую фракцию, причем указанная легкая фракция содержит водород, азот и метан; указанная установка содержит: а) зону адсорбции, содержащую адсорбент, селективный для адсорбции легкой фракции, причем зона адсорбции выполнена с возможностью адсорбции по меньшей мере части легкой фракции и образования выходящего потока зоны адсорбции, содержащего тяжелую фракцию; b) компрессор, находящийся в сообщении по текучей среде с зоной адсорбции и выполненный с возможностью сжатия выходящего потока зоны адсорбции с образованием сжатого выходящего потока зоны адсорбции; c) зону охлаждения, находящуюся в сообщении по текучей среде с компрессором и выполненную с возможностью охлаждения сжатого выходящего потока зоны адсорбции с образованием охлажденного выходящего потока зоны адсорбции; d) колонну деметанизации, находящуюся в сообщении по текучей среде с зоной охлаждения и выполненную с возможностью выделения головного потока, содержащего водород, азот, метан, этилен и этан, из охлажденного выходящего потока зоны адсорбции с образованием результирующего кубового потока, содержащего этилен, этан и более тяжелые углеводороды; и e) рециркуляционный трубопровод, проходящий из верхней части колонны деметанизации в зону адсорбции, для рециркуляции головного потока в зону адсорбции. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, какой-либо или все предыдущие варианты осуществления в данном параграфе, восходящие к третьему варианту осуществления в данном параграфе, дополнительно содержащий разделительное устройство С2, находящееся в сообщении по текучей среде с колонной деметанизации, выполненное с возможностью извлечения этилена из результирующего кубового потока.
Без дополнительного уточнения считается, что специалист с помощью предшествующего описания сможет использовать настоящее изобретение в его максимальной степени и сможет легко выявить существенные характеристики данного изобретения без отклонения от его сущности и объема, чтобы осуществить различные изменения и модификации изобретения и приспособить его к различным областям применения и условиям. Поэтому приведенные выше предпочтительные конкретные варианты осуществления следует рассматривать только как иллюстративные и не ограничивающие каким бы то ни было образом остальную часть описания, и что это предполагает охват различных модификаций и эквивалентных конфигураций, включенных в объем прилагаемой формулы изобретения.
1. Способ концентрации и извлечения тяжелой фракции, содержащей этилен, этан и более тяжелые углеводороды, из потока углеводородного сырья, содержащего легкую фракцию и указанную тяжелую фракцию, причем указанная легкая фракция содержит водород, азот и метан; указанный способ включает в себя следующие стадии:
а) пропускание потока углеводородного сырья в зону адсорбции, содержащую адсорбент, селективный для адсорбции легкой фракции, причем зона адсорбции адсорбирует по меньшей мере часть легкой фракции и образует выходящий поток зоны адсорбции, содержащий тяжелую фракцию;
b) сжатие выходящего потока зоны адсорбции с получением сжатого выходящего потока зоны адсорбции;
с) охлаждение сжатого выходящего потока зоны адсорбции с получением охлажденного выходящего потока зоны адсорбции;
d) пропускание охлажденного выходящего потока зоны адсорбции в колонну деметанизации, работающую при температуре выше -40°С, с получением головного потока, содержащего водород, азот, метан, этилен и этан, и результирующего кубового потока, содержащего этилен, этан и более тяжелые углеводороды; и
e) рециркуляцию головного потока в зону адсорбции.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий пропускание результирующего кубового потока в разделительное устройство C2 для извлечения этилена.
3. Способ по п.1, в котором зона адсорбции адсорбирует по меньшей мере 70% метана, присутствующего в легкой фракции.
4. Способ по п.1, в котором зона адсорбции адсорбирует по меньшей мере 80% каждого из водорода и азота, присутствующих в легкой фракции.
5. Способ по п.1, в котором результирующий кубовый поток содержит менее 1% масс. легкой фракции, присутствующей в потоке углеводородного сырья, и содержит по меньшей мере 85% масс. этилена, присутствующего в потоке углеводородного сырья.
6. Установка для концентрации и извлечения тяжелой фракции, содержащей этилен, этан и более тяжелые углеводороды, из потока углеводородного сырья, содержащего легкую фракцию и указанную тяжелую фракцию, причем указанная легкая фракция содержит водород, азот и метан; указанная установка содержит:
а) зону адсорбции, содержащую адсорбент, селективный для адсорбции легкой фракции, причем зона адсорбции выполнена с возможностью адсорбции по меньшей мере части легкой фракции и образования выходящего потока зоны адсорбции, содержащего тяжелую фракцию;
b) компрессор, находящийся в сообщении по текучей среде с зоной адсорбции и выполненный с возможностью сжатия выходящего потока зоны адсорбции с образованием сжатого выходящего потока зоны адсорбции;
c) зону охлаждения, находящуюся в сообщении по текучей среде с компрессором и выполненную с возможностью охлаждения сжатого выходящего потока зоны адсорбции с образованием охлажденного выходящего потока зоны адсорбции;
d) колонну деметанизации, выполненную с возможностью работать при температуре выше -40°С, находящуюся в сообщении по текучей среде с зоной охлаждения и выполненную с возможностью выделения головного потока, содержащего водород, азот, метан, этилен и этан, из охлажденного выходящего потока зоны адсорбции с образованием результирующего кубового потока, содержащего этилен, этан и более тяжелые углеводороды; и
e) рециркуляционный трубопровод, проходящий из верхней части колонны деметанизации в зону адсорбции, для рециркуляции головного потока в зону адсорбции.
7. Установка по п.6, дополнительно содержащая разделительное устройство С2, находящееся в сообщении по текучей среде с колонной деметанизации, выполненное с возможностью извлечения этилена из результирующего кубового потока.
