CN103159582B - 一种用于丙烷或混合烷烃催化脱氢制丙烯中的低温分离系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于丙烷或混合烷烃催化脱氢制丙烯中的低温分离系统及方法，所述的系统由三只换热器、三只气液分离罐以及一只透平膨胀压缩机组成，其中第一进料经过进料通道连接于第一气液分离罐，第一气液分离罐连接于透平膨胀机的膨胀端，透平膨胀机的膨胀端连接于第二气液分离罐，第二气液分离罐连接于第二换热器的第一冷源通道，该第一冷源通道后面连接于第一分配器；第一气液分离罐和第二气液分离罐的各自底部相互连通后共接于第三气液分离罐，第三气液分离罐的顶部依次连通第二换热器和第三换热器，第三气液分离罐的底部出口连接一液体输送泵后也依次连通第二换热器和第三换热器；该方法具有工艺流程简易，可操作性强，设备投资小，能耗低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种用于丙烷或混合烷烃催化脱氢制丙烯中的低温分离系统及方法，主要适用于丙烷或混合烷烃催化脱氢制丙烯工艺流程中在低温下进行产品分离和保证产品质量的低温分离系统及方法。
背景技术
丙烯主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷等化工产品，是仅次于乙烯的一种重要基础化工原料。目前全球来自蒸汽裂解装置和催化裂化装置的丙烯产能逐年下降，其占总产能的比例已经从2001年的97%下降到88%左右，未来的比例还将会继续降低。然而，丙烷脱氢、烯烃歧化和甲醇制烯烃等以丙烯为产品的装置产能从2001年的3%上升到10%左右，其中来自丙烷脱氢装置的丙烯产能占总产能的5%以上，成为全球丙烯的第三大来源。丙烷脱氢制丙烯工艺主要有催化脱氢和氧化脱氢两种，其中丙烷催化脱氢制丙烯技术已经实现工业化。
丙烷催化脱氢制丙烯技术是在异丁烷脱氢制异丁烯的基础上发展而来的。目前工业化的丙烷催化脱氢工艺均由反应、产品压缩、低温分离等几个部分组成，其中低温分离系统是进行产品分离和保证产品质量的关键环节。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种流程简易，能耗低，设备的投资不大，具有很好经济性能的用于丙烷或混合烷烃催化脱氢制丙烯中的低温分离系统及方法，它能够充分利用膨胀机节流后的冷量，使得流程中的各个换热器的换热温差能够达到合理数值。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，本发明所述的低温分离系统，它主要由三只换热器、三只气液分离罐以及一只透平膨胀压缩机组成，所述的第一换热器中布置有两个冷流通道和一进料通道，其中第一进料经过进料通道连接于第一气液分离罐，该第一气液分离罐的上端出气口连接于所述透平膨胀机的膨胀端，该透平膨胀机的膨胀端连接于第二气液分离罐，第二气液分离罐的上端出气口连接于第二换热器的第一冷源通道，该第一冷源通道后面连接于可分配出三股冷源的第一分配器；第一气液分离罐和第二气液分离罐的各自底部相互连通后共接于第三气液分离罐，第三气液分离罐的顶部出气口依次连通第二换热器和第三换热器，并作为第二回收气体的接出通道，第三气液分离罐的底部出口连接一液体输送泵后也依次连通第二换热器和第三换热器，并作为液体物料的接出通道。
所述分配器之后的第一股冷源连接于第一换热器的第二冷流通道，第二股冷源与经过第三换热器后的第二进料混接后连通第一换热器的第一冷流通道，并作为混合物料的接出通道；第三股冷源通过第三换热器后与第一换热器的第二冷流通道汇合并接于所述透平膨胀机的压缩端，通过压缩端后接出作为第一回收气体通道。
一种利用如上所述低温分离系统进行丙烷或混合烷烃催化脱氢制丙烯的低温分离方法，该方法是：第一进料在第一换热器中与两股冷流进行热量交换被冷却，第一进料出第一换热器后为气液两相流体，然后进入第一气液分离罐进行气液分离；从第一气液分离罐分离出来的气体经过透平膨胀压缩机的膨胀端膨胀节流，其中部分气体被冷凝，然后进入第二气液分离罐再次进行气液分离，出第二气液分离罐的气相组分作为系统的冷源4，而出第二气液分离罐的液相组分与第一气液分离罐分离出的液相组分都通过阀门调整压力后一起混合进入第三气液分离罐；
第三气液分离罐中的气液两相经过分离，其中气体组分进入第二换热器被冷凝，液体组分经过液体输送泵增压进入第二换热器也被冷凝，其中第二换热器的冷流是来自第二气液分离罐分离出来的气相，即系统的冷源，冷源经过第二换热器后被复热；
系统的冷源4出第二换热器后通过分配器分配为三股流：冷源7，冷源8和冷源9，其中冷源9与来自第二换热器的两股热流（一股气相热流，一股液相热流）一起作为第三换热器的三股冷流对第二进料进行冷凝，气相和液相热流复热为常温后作为回收气体和液体物料出低温分离系统供下游工艺使用，第二进料被冷凝后与冷源8按下游工艺所需比例混合，混合后的物料和冷源7在第一换热器中一起作为冷流对第一进料进行冷凝，复热后的混合物料作为低温分离系统的产出物供下游工艺使用；从第三换热器和第一换热器出来的冷源9和冷源2被复热为常温后一同混合进入透平膨胀压缩机的压缩端进行压缩，作为回收气体供下游工艺使用。
本发明所述的第一进料在第一换热器中被冷凝到-75～-100℃后成为气液两相；
从第一气液分离罐分离出来的气体经过透平膨胀压缩机的膨胀端膨胀节流后，压力由1～2MPa变为0.3～0.7MPa，温度由-75～-100℃变为-125～-150℃，气体被部分冷凝；
所述第三气液分离罐中的气液两相经过分离，其中气体组分进入第二换热器被冷凝至-85～-110℃，液体组分经过液体输送泵增压进入换热器也被冷凝至-85～-110℃；
所述的冷源经过第二换热器后温度被复热至-85～-110℃；
第二进料温度被冷凝至-85～-110℃后与冷源按下游工艺所需比例混合。
本发明在满足丙烷或混合烷烃催化脱氢制丙烯工艺流程的低温分离系统要求的前提下，具有良好的可操作性，，特别是换热器设备在合理的换热温差下可以充分发挥设备本身优良的特性来适应多种工况的变化，具有流程简易，能耗低，设备的投资不大，具有很好经济性能等特点。
附图说明
图1是本发明所述工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明所述的低温分离系统，它主要由三只换热器、三只气液分离罐以及一只透平膨胀压缩机组成，所述的第一换热器E01中布置有两个冷流通道1、2和一进料通道3，其中第一进料J1经过进料通道3连接于第一气液分离罐V01，该第一气液分离罐V01的上端出气口连接于所述透平膨胀机的膨胀端T01，该透平膨胀机的膨胀端T01连接于第二气液分离罐V02，第二气液分离罐V02的上端出气口连接于第二换热器E02的第一冷源通道4，该第一冷源通道4后面连接于可分配出三股冷源的第一分配器F1；第一气液分离罐V01和第二气液分离罐V02的各自底部相互连通后共接于第三气液分离罐V03，第三气液分离罐V03的顶部出气口依次连通第二换热器E02和第三换热器E03，并作为第二回收气体H2的接出通道5，第三气液分离罐V03的底部出口连接一液体输送泵P01后也依次连通第二换热器E02和第三换热器E03，并作为液体物料Y的接出通道6。
所述分配器F1之后的第一股冷源7连接于第一换热器E01的第二冷流通道2，第二股冷源8与经过第三换热器E03后的第二进料J2混接后连通第一换热器E01的第一冷流通道1，并作为混合物料W的接出通道；第三股冷源9通过第三换热器E03后与第一换热器的第二冷流通道2汇合并接于所述透平膨胀机的压缩端C01，通过压缩端后接出作为第一回收气体H1通道。
一种利用如上所述低温分离系统进行丙烷或混合烷烃催化脱氢制丙烯的低温分离方法，该方法是：
丙烷催化脱氢制丙烯工艺的反应系统产生的混合组分（主要包括氢气，丙烯，丙烷等）在进入低温分离系统之前，先与低温分离系统中产生的一股回收气体混合作为低温分离系统的第一进料J1，再经过压缩、净化和过滤单元深度脱除H2O、氯化氢、硫化氢进入低温分离系统。然后，第一进料J1在换热器E01中与两冷流进行热量交换。出换热器E01的进料部分冷凝成为气液两相，在气液分离罐V01中进行气液分离。气液分离罐V01分离出来的气体组分（主要成分为氢气）作为整个低温分离系统中的冷量载体，并通过透平膨胀机膨胀节流产生系统冷量。
来自气液分离罐V01的气体经过透平膨胀压缩机的膨胀端T01膨胀节流后，温度压力产生了变化，使得气体被部分冷凝，透平膨胀压缩机T01的出口处的物流为气液两相组分。此时，作为整个低温分离系统冷量载体的气液相进入另一个气液分离罐V02进行气液分离。分离出来的气相组分作为系统的冷源4，而分离出来的液相组分与气液分离罐V01分离出的液相组分都通过调节阀调压一致后一起进入气液分离罐V03。
气液分离罐V03中的气液两相经过分离后，气体组分进入换热器E02被冷凝，液体组分经过液体输送泵P01加压进入换热器E02被冷凝。换热器E02的冷源来自气液分离罐V02分离出来的气相，即系统的冷源。
系统的冷源经过换热器E02后通过分配器分配为三股流：冷源7，冷源8和冷源9。其中冷源9与来自换热器E02的两股热流（一股气相热流，一股液相热流）一起作为换热器E03的三股冷流对第二进料J2（主要成分为丙烷）进行冷凝，气相和液相热流复热为常温后出低温分离系统供下游工艺使用，第二进料J2被冷却后与冷源8按一定比例混合（此混合物料作为催化工艺中所需物料），第二进料J2与冷源8混合后的物料和冷源7在换热器E01中一起作为冷流对第一进料J1进行冷凝。
从换热器E03和换热器E01出来冷源9和冷源2被复热后一同混合进入透平膨胀压缩机的压缩端C01进行压缩，作为气体物料供下游工艺使用。
实施例：
第一进料J1在换热器E01中与两冷流进行热量交换被冷却。第一进料J1被冷凝到-75～-100℃温度后出换热器E01为气液两相，在气液分离罐V01中进行气液分离。气液分离罐V01分离出来的气体经过透平膨胀压缩机的膨胀端T01膨胀节流后压力由1～2MPa变为0.3～0.7MPa，温度由-75～-100℃变为-125～-150℃，气体被部分冷凝。然后进入另一气液分离罐V02进行气液分离，出气液分离罐V02后的气相组分作为系统的冷源，而出气液分离罐V02的液相组分与气液分离罐V01分离出的液相组分都通过阀门调整压力后一起混合进入气液分离罐V03。
气液分离罐V03中的气液两相经过分离后，气体组分进入换热器E02被冷凝至-85～-110℃，液体组分经过液体输送泵P01增压后进入换热器E02也被冷凝至-85～-110℃。其中换热器E02的冷流是来自气液分离罐V02分离出来的气相，即系统的冷源4，冷源经过换热器后温度被复热至-85～-110℃。
系统的冷源4出换热器E02后通过分配器分配为三股流：冷源7，冷源8和冷源9。其中冷源9与来自换热器E02的两股热流（一股气相热流，一股液相热流）一起作为换热器E03的三股冷流对第二进料J2（主要成分为丙烷）进行冷凝，气相和液相热流复热为常温后出低温分离系统供下游工艺使用，第二进料J2温度被冷凝至-85～-110℃后与冷源8按一定比例混合（此混合物料作为催化工艺中所需物料），第二进料J2与冷源8混合后的物料和冷源7在换热器E01中一起作为冷流对第一进料J1进行冷凝。
从换热器E03和换热器E01出来冷源9和冷源2被复热为常温后一同混合进入透平膨胀压缩机的压缩端C01进行气体压缩增压，作为气体物料供下游工艺使用。
Claims (4)
1.一种用于丙烷或混合烷烃催化脱氢制丙烯中的低温分离系统，它主要由三只换热器、三只气液分离罐以及一只透平膨胀压缩机组成，其特征在于：所述的第一换热器中布置有两个冷流通道和一进料通道，其中第一进料经过进料通道连接于第一气液分离罐，该第一气液分离罐的上端出气口连接于所述透平膨胀机的膨胀端，该透平膨胀机的膨胀端连接于第二气液分离罐，第二气液分离罐的上端出气口连接于第二换热器的第一冷源通道，该第一冷源通道后面连接于可分配出三股冷源的第一分配器；第一气液分离罐和第二气液分离罐的各自底部相互连通后共接于第三气液分离罐，第三气液分离罐的顶部出气口依次连通第二换热器和第三换热器，并作为第二回收气体的接出通道，第三气液分离罐的底部出口连接一液体输送泵后也依次连通第二换热器和第三换热器，并作为液体物料的接出通道。
2.根据权利要求1 所述的用于丙烷或混合烷烃催化脱氢制丙烯中的低温分离系统，其特征在于：所述分配器之后的第一股冷源连接于第一换热器的第二冷流通道，第二股冷源与经过第三换热器后的第二进料混接后连通第一换热器的第一冷流通道，并作为混合物料的接出通道；第三股冷源通过第三换热器后与第一换热器的第二冷流通道汇合并接于所述透平膨胀机的压缩端，通过压缩端后接出作为第一回收气体通道。
3.一种利用如权利要求1 或2 所述低温分离系统进行丙烷或混合烷烃催化脱氢制丙烯的低温分离方法，其特征在于第一进料在第一换热器中与两股冷流进行热量交换被冷却，第一进料出第一换热器后为气液两相流体，然后进入第一气液分离罐进行气液分离；从第一气液分离罐分离出来的气体经过透平膨胀压缩机的膨胀端膨胀节流，其中部分气体被冷凝，然后进入第二气液分离罐再次进行气液分离，出第二气液分离罐的气相组分作为系统的第二冷源（4），而出第二气液分离罐的液相组分与第一气液分离罐分离出的液相组分都通过阀门调整压力后一起混合进入第三气液分离罐；
第三气液分离罐中的气液两相经过分离，其中气体组分进入第二换热器被冷凝，液体组分经过液体输送泵增压进入第二换热器也被冷凝，其中第二换热器的冷流是来自第二气液分离罐分离出来的气相，即系统的第二冷源（4），第二冷源（4）经过第二换热器后被复热；
系统的第二冷源（4）出第二换热器后通过分配器分配为三股流：第三冷源（7）、第四冷源（8）和第五冷源（9），其中第五冷源（9）与来自第二换热器的两股热流，即一股气相热流，一股液相热流一起作为第三换热器的三股冷流对第二进料进行冷凝，气相和液相热流复热为常温后作为回收气体和液体物料出低温分离系统供下游工艺使用，第二进料被冷凝后与第四冷源（8）按下游工艺所需比例混合，混合后的物料和第三冷源（7）在第一换热器中一起作为冷流对第一进料进行冷凝，复热后的混合物料作为低温分离系统的产出物供下游工艺使用；从第三换热器和第一换热器出来的第五冷源（9）和第一冷源（2）被复热为常温后一同混合进入透平膨胀压缩机的压缩端进行压缩，作为回收气体供下游工艺使用。
4.根据权利要求3 所述的丙烷或混合烷烃催化脱氢制丙烯的低温分离方法，其特征在于第一进料在第一换热器中被冷凝到-75 ～ -100℃后成为气液两相；从第一气液分离罐分离出来的气体经过透平膨胀压缩机的膨胀端膨胀节流后，压力由1 ～ 2MPa 变为0.3 ～ 0.7MPa，温度由-75 ～ -100℃变为-125 ～ -150℃，气体被部分冷凝；
所述第三气液分离罐中的气液两相经过分离，其中气体组分进入第二换热器被冷凝至-85 ～ -110℃，液体组分经过液体输送泵增压进入换热器也被冷凝至-85 ～ -110℃；
所述的第二冷源（4）经过第二换热器后温度被复热至-85 ～ -110℃ ；
第二进料温度被冷凝至-85 ～ -110℃后与冷源按下游工艺所需比例混合。
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