使用扩展二元制冷系统的冷却方法技术方案

公开了一种使用扩展二元制冷剂系统进行冷却的方法，所述扩展二元制冷剂系统包含甲烷和诸如丙烯和／或丙烷之类的Ｃ３碳氢化合物，将来自压缩机最终排放物的扩展二元制冷剂分离成富含甲烷的蒸气部分和富含至少一种Ｃ３的液体部分，使得在各种热交换级中提供各种温度以及制冷级别。可以在使用低压或高压脱甲烷塔的工厂中使用该方法和对应的制冷系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
这里所公开的实施例涉及制冷系统和制冷方法。
技术介绍
乙烯厂需要制冷来从裂化炉流出物中分离出期望的产物。典型地，使用分离的丙烯和乙烯制冷系统。通常，特别是在需要较低温度的使用低压脱甲烷塔的系统中，还采用分离的甲烷制冷系统。因此，需要三种分离的制冷系统，从最低温度到最高温度级联。使用三个压缩机和驱动器系统连同吸鼓、分离交换器、流水线等等。已知混合制冷剂系统。在这些系统中，在单制冷系统中利用多种制冷剂来提供覆盖更宽温度范围的制冷，使得一种混合制冷系统能够代替多个纯组分(component)级联制冷系统。这些系统的特征在于具有连续碳数的组分的混合物。已经发现这些混合制冷系统在基本负荷液态天然气厂中广泛使用。在美国专利5，979，177中公开了将二元混合制冷系统应用于乙烯厂设计，其中， 制冷剂是甲烷(碳数1)和乙烯或者乙烷中的任一个(碳数幻的混合物。二元制冷系统通常在给定温度和压力条件下利用固定组分进行工作。然而，这种二元制冷系统受限于系统可以工作的温度范围，并因此必须与分离的丙烯系统级联，该丙烯制冷系统在-40°C或更高温度的范围下提供制冷。因此，需要两个分离的制冷系统。美国专利6，637，237示教了一种在乙烯厂中使用针对所有制冷要求的单制冷系统。所使用的制冷剂是甲烷、乙烯和丙烯(碳数1、2和幻的混合物。该系统能够在从低于-140°C温度级别到接近环境温度级别下提供制冷。美国专利6，705，113示教了一种利用与美国专利6，637，237不同的过程配置利用三个组分的单制冷系统的使用。然而，美国专利6，637，237和6，705，113均需要三个组分来提供所需温度级别下的所需制冷功能。使用三个组分意味着在任何给定系统温度和压力下成分(composition)不对应于唯一成分，而是对应于成分范围。因此，系统中任何给定点处制冷混合物的成分可以改变。尽管这种变化较小并且不会极大降低制冷系统的性能，但是优选地，操作在给定温度和压力下不具有制冷剂成分变化的系统，以更容易适应乙烯厂工作条件的改变。
技术实现思路
这里所公开的实施例的目的是提供一种利用甲烷与C3碳氢化合物的混合物作为二元制冷剂的简化单制冷系统。由于该二元系统不是连续碳数的碳氢化合物混合物，而是仅具有Cl和C3碳氢化合物组分，因此该系统被称作扩展二元制冷剂。该扩展二元系统可以用来代替与使用低压脱甲烷塔的恢复过程相关联的分离的丙烯、乙烯和甲烷制冷系统， 或者利用具有连续碳数的碳氢化合物的二元或三元制冷系统。该系统的一个用途是在烯烃工厂中。一个实施例是一种方法，包括使用扩展二元制冷剂对进料气进行冷却，所述扩展二元制冷剂包含甲烷与选自由丙烯和丙烷组成的组的C3碳氢化合物的混合物，将所述扩展二元制冷剂压缩在具有第一级和末级的多级压缩机中，其中，末级具有包含至少60mol % (摩尔百分比)的C3碳氢化合物的末级排放物，并且在压缩之后将所述扩展二元制冷剂划分离成液体制冷剂流和气体制冷剂流。优选地，C3碳氢化合物是丙烯。末级排放物典型地包含至少70mol %的丙烯，并且有时包含至少75m0l%的丙烯。在一些情况下，末级排放物包含10-40mOl%的甲烷和 60-90mol %的C3碳氢化合物。通常，至少90wt%的C3碳氢化合物是丙烯，其余的是丙烷。典型地，扩展二元制冷剂包含15-25mol%的甲烷，75-85mol%的丙烯，并且有时包含18_22mol %的甲烷和 78-82mol %的丙烯。在许多情况下，进料气包含烯烃，并且所述方法包括通过分馏从冷却的进料气中移除烯烃。另一实施例是一种利用扩展二元制冷剂冷却的方法，包括(a)将包括 10-40mol %的甲烷和60-90mol %的选自由丙烯和丙烷组成的组的至少一种C3碳氢化合物的混合物在压缩机中压缩，以产生扩展二元制冷剂蒸气；(b)对扩展二元制冷剂蒸气进行冷却，以冷凝所述扩展二元制冷剂蒸气的一部分，并且提供蒸气态的富含甲烷的二元制冷剂流和液态的富含C3碳氢化合物的二元制冷剂流；(c)采用富含甲烷的二元制冷剂流和富含C3碳氢化合物的二元制冷剂流来实现冷却；以及(d)将富含甲烷的二元制冷剂流和富含 C3碳氢化合物的二元制冷剂流返回至压缩机。有时，在(c)中，富含甲烷的二元制冷剂流和富含C3碳氢化合物的二元制冷剂流可以对包括氢、甲烷和乙烯的原料气(charge gas)进行冷却。原料气典型地用于产生乙烯。另一实施例是一种在从原料气产生烯烃中使用的方法，所述原料气包含氢、甲烷、 乙烯，并且可选地包括其他C2和更重的碳氢化合物，其中，原料气通过具有一系列热交换器的制冷系统来冷却。在方法中对原料气进行冷却包括(a)将包括甲烷和选自由丙烯和丙烷组成的组的C3碳氢化合物的混合物的扩展二元冷却剂蒸气在多级压缩机中压缩，所述多级压缩机具有第一级和具有末级排放物的末级；(b)冷却以冷凝来自末级排放物的扩展二元制冷剂蒸气的一部分，从而形成剩余扩展二元制冷剂蒸气以及具有比选择的混合物更大百分比丙烯的重制冷剂流；(c)在分离器中将重制冷剂流与剩余扩展二元制冷剂蒸气分离；(d)冷却以冷凝来自分离器的剩余扩展二元制冷剂蒸气的至少一部分，从而形成轻制冷剂流；(e)使得重制冷剂流和轻制冷剂流与它们自身且彼此之间进热交换接触并且与一系列热交换器中的原料气进行热交换接触，从而对原料气进行冷却。对重制冷剂流进行冷却，然后进行加热和汽化，首先对轻制冷剂流进行冷却且至少部分冷凝，然后进行汽化； 以及(f)将轻制冷剂流和重制冷剂流返回至压缩机。在(c)中获得的重制冷剂流的一部分优选地用于(b)中的冷却。可以通过重制冷剂流对轻制冷剂流进行部分冷凝，并且通过自制冷(self refrigeration)进一步冷凝。在一些情况下，压缩机包括中间级。所述方法有时还包括使用重制冷剂流用于乙烯分馏器、 脱乙烷塔冷凝器和脱丙烷塔冷凝器中的至少一个的冷却。压缩机末级排放物中丙烷的成分通常大于50mOl%。重液体制冷剂流中丙烯的成分有时大于SOmol %。在一些情况下，冷却方法用于增加采用级联制冷系统的现有烯烃工厂的总制冷能力，该级联制冷系统具有分离的丙烯和乙烯制冷系统。在一些情况下，所述方法包括使用轻液体流来提供额外制冷功能。在特定情况下，在低压下将轻制冷剂蒸气注入到进入阀的下游乙烯分馏器冷凝器的液体制冷剂流中， 所述阀调整注入到乙烯分馏器冷凝器中的液体制冷剂流的流量。可选地，通过在所述分馏塔的底部产生的至裂化加热器的再循环乙烷在减压之后与从所述分馏塔的顶部流出的总顶馏分蒸气之间的热交换，减轻了所述扩展二元制冷剂的直接制冷任务。在另一实施例中， 通过在所述分馏塔的底部产生的至裂化加热器的再循环乙烷在减压之后与流至乙烯分馏器冷凝器的所述制冷剂之间的热交换，减轻了所述扩展二元制冷剂的直接制冷任务。在一些情况下，第一轻碳氢化合物分离塔是脱丙烷塔，并且将脱丙烷分到两个塔中，其中一个塔在较高压力下。有时，在中间再沸器中至少部分冷凝较高压力塔的顶馏分蒸气，以便为高压力塔提供回流(reflux)。在一个实施例中，所述方法还包括对原料气进行脱乙烷的步骤，其中，不提供脱乙烷塔冷凝器，并且在接近于脱乙烷塔总顶馏分进入分馏塔的进料塔板(feed tray)处，提取针对脱乙烷塔的回流。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种方法，包括：使用扩展二元制冷剂对进料气进行冷却，所述扩展二元制冷剂包含甲烷与选自由丙烯和丙烷组成的组的Ｃ３碳氢化合物的混合物，在具有第一级和末级的多级压缩机中压缩所述扩展二元制冷剂，其中，末级具有包含至少６０ｍｏｌ％Ｃ３碳氢化合物的末级排放物，并且在压缩之后将所述扩展二元制冷剂分离成液体制冷剂流和气体制冷剂流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯·萨姆纳，
申请(专利权)人：鲁姆斯科技公司，
类型：发明
国别省市：US