CN103159583B - 一种吸收分离异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种吸收分离异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气的系统及方法。该系统包括吸收塔、解吸塔和脱碳四塔，其中在吸收塔及解吸塔之间设置有富气平衡罐；异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气在吸收塔经吸收剂吸收碳四组分，吸收塔塔釜液和解吸塔塔顶气在富气平衡罐混合，气液分相后，气相经冷却后进入吸收塔塔釜；液相用泵送至解吸塔顶，并通过解吸塔解吸后脱除碳三组分及更轻组分，解吸塔顶气相送至富气平衡罐，解吸塔塔釜液送至脱碳四塔，脱碳四塔塔顶得到系统主产品异丁烯；所述吸收剂为碳五至碳九组分中的一种或其中两种以上组分的混合物。本发明的系统及方法不使用低温冷剂，可不设置冷冻机组，降低能耗，节省设备投资。且不会降低产品收率及纯度。
Description
技术领域
本发明涉及异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气分离技术，进一步地，涉及用油吸收法代替传统精馏分离的吸收分离异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气的系统及方法。
背景技术
异丁烷脱氢制异丁烯装置是以纯度较高的异丁烷为原料，(异丁烷浓度在90％以上，且烯烃含量低于2％)，经催化反应生成异丁烯，经分离脱除碳三以下轻组分后，送至生产甲基叔丁基醚(MTBE)的装置。在MTBE装置中，异丁烯被反应转化，而未反应的异丁烷则循环回异丁烷脱氢装置反应单元，继续反应。
主要含有氢气、甲烷、碳二、碳三、碳四和少量碳五以上重组分的异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气一般通过增压并采用低温深冷的传统精馏方法进行分离。通常的做法是产品气首先经3～5级压缩，压缩至1.0MPa-3.7MPa，然后将出口气相送至冷箱分离得到甲烷氢，压缩机各段段间凝液混合后，送至脱轻塔，将碳二、碳三与碳四及更重组分进行分离，获得装置的主产品——异丁烯。这种常规的分离方法能耗较高且设备投资也较高，原因是：产品气需进行多段压缩，压缩比高，设备投资增加；同时，还需单独设置冷箱，尤其对于处理能力较小的装置，单位产品的能耗和投资都很高，可行性较差。如降低对异丁烯收率及产品纯度的要求，可采用压缩冷凝的方法，对产品气进行分离。典型方法是：将产品气压缩至1.0-2.0MPa，压缩机段间及出口气相均用5-10℃的低温水冷却至15℃，各段凝液收集后作为装置的主产品送出，不凝气为装置的副产品。此方法虽然可大大降低能耗和装置投资，但异丁烯损失较多，且产品异丁烯中含有较多乙烯丙烯，这些烯烃经过MTBE装置后不能与异丁烷分离，随异丁烷循环至反应单元，易结焦，不利于装置的长周期运行。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明采用油吸收的方法，对含有氢气、甲烷、碳二、碳三、碳四和少量碳五及更重组分的异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气进行有效分离，减少异丁烯损失，避免使用低温冷量，既降低能耗又可节省设备投资。
本发明的目的之一是提供一种吸收分离异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气的系统。该系统包括：吸收塔、解吸塔和脱碳四塔，其中在吸收塔及解吸塔之间设置有富气平衡罐。
异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气在吸收塔经吸收剂吸收碳四组分，吸收塔塔釜液和解吸塔塔顶气在富气平衡罐混合，气液分相后，气相经冷却后进入吸收塔塔釜；液相用泵送至解吸塔顶，并通过解吸塔解吸后脱除碳三组分及更轻组分，解吸塔顶气相送至富气平衡罐，解吸塔塔釜液送至脱碳四塔，脱碳四塔塔顶得到系统主产品异丁烯。
所述吸收剂为碳五至碳九组分中的一种或其中两种以上组分的混合物。在工业实际应用中，可采用工厂中得到的碳五抽余油、碳六抽余油、碳八抽余油等中的至少一种作为吸收剂。
所述吸收塔塔顶气相经冷凝器冷凝后，冷凝液回流吸收塔，剩余气相作为系统副产品干气送出界外。
所述吸收塔还可以在中上部设置中间冷却器，自吸收塔引出一股物料经中间冷却器冷却再返回吸收塔。在采用这种冷却方式时，吸收塔顶气相可以如上所述经冷凝器冷凝后，冷凝液回流吸收塔，剩余气相作为系统副产品干气送出界外；也可以不再经冷凝器冷凝，直接作为系统副产品干气送出界外。
所述脱碳四塔塔釜得到贫吸收剂，一部分作为循环吸收剂返回至吸收塔，一部分外排。
所述脱碳四塔塔釜得到贫吸收剂，作为循环吸收剂的部分分别与进入脱碳四塔的解吸塔塔釜液及进入解吸塔的富气平衡罐液相换热，之后冷却与新鲜吸收剂一起送入吸收塔塔顶。
所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气在进入吸收塔之前，经压缩机升压。
更具体地，本发明的系统如下：
异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气经压缩冷却后进入吸收塔塔釜；
吸收塔釜液用泵送至富气平衡罐，与解吸塔顶气混合后，气液分相，气相经冷却后进入吸收塔塔釜，液相用泵送至解吸塔顶；
所述吸收剂进入吸收塔塔顶，与塔釜上升气相接触，吸收其中碳四组分后，由塔釜采出，用泵送至富气平衡罐，塔顶气相经冷凝器冷凝后，冷凝液回流吸收塔，剩余气相作为系统副产品碳三及更轻组分送出界外；所述吸收塔在中上部设置中间冷却器，自吸收塔引出一股物料经中间冷却器冷却再返回吸收塔。
解吸塔顶采出碳三及更轻组分返回富气平衡罐，塔釜采出含有碳四组分的富吸收剂，用泵送至脱碳四塔中上部；
脱碳四塔将富吸收剂分离为塔顶的系统主产品异丁烯和塔釜液贫吸收剂。塔釜液一部分作为循环吸收剂分别与进入脱碳四塔的解吸塔塔釜液及进入解吸塔的富气平衡罐液相换热，之后冷却与新鲜吸收剂一起送入吸收塔塔顶，一部分外排。吸收剂循环建立后，只需补充少量的新鲜吸收剂，用来弥补干气带走的吸收剂；根据循环吸收剂中夹带碳四组分的含量，间歇或连续外排循环吸收剂，以避免循环吸收剂中碳四积累，造成吸收效果下降。
脱碳四塔根据操作压力不同，塔顶气相或液相采出碳四组分，为系统的主产品异丁烯，送至MTBE装置。
本发明的另一目的是提供一种吸收分离异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气的方法。
为达到上述目的，根据以上所述的本发明的系统，本发明方法的主要措施是采用所述吸收剂，对异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气进行吸收和解吸，将其分离为碳四组分和碳三及更轻组分，从而得到系统主产品异丁烯。
优选地，本发明的方法，其中：
所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气压缩升压至0.3-2.0MPa，并冷却至36-60℃；
所述吸收塔的操作压力为0.2-1.9MPa，塔顶温度为38-60℃，塔釜温度为40-80℃；
所述富气平衡罐的操作压力为0.2-1.9MPa，操作温度为40-95℃；
所述解吸塔的操作压力为0.3-2.2MPa，塔顶温度为40-95℃，塔釜温度为100-200℃；
所述脱碳四塔的操作压力为0.3-2.0MPa，塔顶温度为39-50℃，塔釜温度为100-200℃。
更优选：
自所述吸收塔中上部引出一股物料经冷却至36-60℃回流到吸收塔。
所述富气平衡罐顶气相经冷却至36-60℃后，送至吸收塔釜。
所述脱碳四塔塔釜的一部分贫吸收剂经过换热及冷却至36-60℃后，与新鲜吸收剂混合，返回吸收塔顶。贫吸收剂的余热利用不限于上述流程，本方法保留将其与其它物流换热的流程优化权利，如与异丁烷脱氢制异丁烯装置反应进料换热。
本发明吸收分离异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气的系统及方法具有如下优点和效果：
1.降低能耗
本发明从如下几个方面减少了能耗：本发明采用吸收塔、解吸塔和脱碳四塔三塔油吸收方案，通过优化操作条件，上述三塔塔顶操作温度可控制在39-50℃，可使用循环冷却水进行冷却、冷凝，不需采用冷冻水甚至丙烯冷剂冷凝，因此本发明方法可以避免使用低温冷剂，大大降低能耗。
2.节省设备投资
①由于本发明方法可以避免使用低温冷剂，因此采用本发明方法的装置可不必设置冷冻机组，从而节省大量的设备投资。②本发明方法用吸收塔、解吸塔和脱碳四塔取代了传统分离方法所采用的冷箱，此三塔操作条件温和，可避免使用价格较贵的耐低温、高压的特种钢材，因此可以降低设备材料费。
3.更高的异丁烯回收率
本发明方法，异丁烯的回收率可达99wt％以上，异丁烯产品纯度达到传统冷箱分离方法水平，即采用本发明方法不会降低产品回收率及纯度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
图1是本发明的吸收分离异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气的系统流程示意图。
图1中装置及物流依次包括下述：异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气1，压缩机2，压缩机出口冷却器3，吸收剂4，吸收塔5，中间冷却器6，吸收塔釜泵8，系统副产品干气7，富气平衡罐9，富气平衡罐顶冷却器10，解吸塔进料泵11，换热器A12，解吸塔13，脱碳四塔进料泵14，换热器B15，脱碳四塔16，脱碳四塔釜泵17，系统主产品异丁烯18，循环吸收剂冷却器19，循环吸收剂20。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详细描述本发明方法的特点，但本发明不受这些实施例的限制。
本发明的系统和方法可采用化工工程技术领域通用的PROII或ASPENPLUS模拟软件进行模拟试验以得模拟试验结果。
如图1所示，异丁烷脱氢反应产品气1经压缩机2压缩至0.3MPa-2.0MPa，经压缩机出口冷却器3冷却至36-60℃，送至吸收塔5塔釜，用吸收剂4对产品气中的碳四组分进行吸收。吸收塔5塔釜液相用吸收塔釜泵8，送至富气平衡罐9，与解吸塔13塔顶气混合后，气液分相，气相经富气平衡罐顶冷却器10冷却后进入吸收塔5塔釜；液相用解吸塔进料泵11经换热器A12与脱碳四塔16釜液换热后，送至解吸塔13塔顶，在解吸塔13中脱除碳三及更轻组分。吸收塔5顶气相经冷凝器冷凝后，剩余气相作为装置副产品干气7送出界外。吸收塔5在中上部设置中间冷却器6，自吸收塔5引出一股物料经中间冷却器6冷却至36～60℃后再返回吸收塔。解吸塔13塔顶气相送至富气平衡罐9；塔釜液相由脱碳四塔进料泵14升压，经换热器B15与脱碳四塔16釜液换热后，送至脱碳四塔16中上部。脱碳四塔16根据操作压力不同，塔顶气相或液相采出系统主产品异丁烯(碳四组分)18，送至MTBE装置；脱碳四塔16塔釜液相由脱碳四塔釜泵17升压，经换热器B15、换热器A12、循环吸收剂冷却器19冷却至36-60℃，作为循环吸收剂与新鲜吸收剂4混合，返回吸收塔5。
工业实施例：对于年产处理10万吨异丁烷的异丁烷脱氢制异丁烯装置的反应产品气，其组成及流量见表一。
表一反应产品气组成
本实施例用碳六抽余液作为吸收剂，采用化工工程通用的流程模拟软件PROII，对利用如图1所示的本发明的系统及方法进行模拟试验，得到如表二所示的模拟试验结果。
其中处理方法所涉及的各步骤参数如下：
所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气压缩升压至1.3MPa，并冷却至45℃；
所述吸收塔的操作压力为1.0MPa，塔顶温度为46.9℃，塔釜温度为62℃；自所述吸收塔中上部引出一股物料经冷却至45℃回流到吸收塔。
所述富气平衡罐的操作压力为1.1MPa，操作温度为72℃；富气平衡罐顶气相经冷却至45℃后，送至吸收塔釜。
所述解吸塔的操作压力为1.2MPa，塔顶温度为90℃，塔釜温度为110℃；
所述脱碳四塔的操作压力为0.8MPa，塔顶温度为45℃，塔釜温度为140℃。所述脱碳四塔塔釜的一部分贫吸收剂经过换热及冷却至45℃后，与新鲜吸收剂混合，返回吸收塔顶。
表二吸收分离10万吨异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气模拟结果
| 物料名称 | 补充吸收剂 | 反应产品气 | 干气 | 碳四产品 |
| 相态 | Liquid | Vapor | Vapor | Liquid |
| 温度，℃ | 45 | 38.0 | 46.9 | 45.0 |
| 压力，Mpa | 0.30 | 0.11 | 1.00 | 0.80 |
| 组成，wt％ | ||||
| 氢气 | 0.00 | 2.90 | 17.41 | 0.00 |
| 甲烷 | 0.00 | 0.80 | 4.80 | 0.00 |
| 乙烷 | 0.00 | 0.30 | 1.80 | 0.00 |
| 乙烯 | 0.00 | 0.30 | 1.80 | 0.00 |
| 丙烷 | 0.00 | 1.20 | 5.52 | 0.30 |
| 丙烯 | 0.00 | 0.40 | 2.17 | 0.04 |
| 异丁烷 | 0.00 | 53.90 | 9.23 | 56.43 |
| 正丁烷 | 0.00 | 1.00 | 0.08 | 1.06 |
| 1丁烯 | 0.00 | 0.90 | 0.02 | 0.97 |
| 异丁烯 | 0.00 | 38.30 | 1.04 | 41.09 |
| 环戊烷 | 0.48 | 0.00 | 0.18 | 0.02 |
| 2，2-二甲基丁烷 | 0.66 | 0.00 | 0.31 | 0.01 |
| 2，3-二甲基丁烷 | 3.19 | 0.00 | 1.75 | 0.01 |
| 2-甲基戊烷 | 19.33 | 0.00 | 10.73 | 0.04 |
| 3-甲基戊烷 | 14.73 | 0.00 | 8.26 | 0.01 |
| 正己烷 | 24.84 | 0.00 | 14.03 | 0.01 |
| 甲基环戊烷 | 26.66 | 0.00 | 15.10 | 0.01 |
| 2，2-二甲基戊烷 | 1.85 | 0.00 | 1.06 | 0.00 |
| 2，4-二甲基戊烷 | 2.61 | 0.00 | 1.50 | 0.00 |
| 环己烷 | 4.94 | 0.00 | 2.83 | 0.00 |
| 苯 | 0.70 | 0.00 | 0.40 | 0.00 |
| 合计 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 分子量 | 86.0 | 31.4 | 9.9 | 57.2 |
| 质量流量，kg/h | 1201.4 | 12719.0 | 2119.2 | 11801.2 |
从上述模拟结果可知，采用本发明的方法对异丁烷脱氢产品气进行分离，异丁烯的回收率可达99wt％以上，异丁烯产品纯度可达40wt％以上。在保障产品收率及纯度的基础上，本发明的系统及方法不使用低温冷剂，可不设置冷冻机组，降低能耗，节省设备投资。
Claims (11)
1.一种吸收分离异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气的系统，其特征在于主要由吸收塔、解吸塔和脱碳四塔构成，其中在吸收塔及解吸塔之间设置有富气平衡罐；异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气在吸收塔经吸收剂吸收碳四组分，吸收塔塔釜液和解吸塔塔顶气在富气平衡罐混合，气液分相后，气相经冷却后进入吸收塔塔釜；液相用泵送至解吸塔顶，并通过解吸塔解吸后脱除碳三组分及更轻组分，解吸塔顶气相送至富气平衡罐，解吸塔塔釜液送至脱碳四塔，脱碳四塔塔顶得到系统主产品异丁烯；所述吸收剂为碳五至碳九组分中的一种或其中两种以上组分的混合物；所述吸收塔塔顶气相经冷凝器冷凝后，冷凝液回流吸收塔，剩余气相作为系统副产品干气送出界外。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述吸收塔中上部设置中间冷却器，自吸收塔引出一股物料经中间冷却器冷却再返回吸收塔。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述脱碳四塔塔釜得到贫吸收剂，一部分作为循环吸收剂返回至吸收塔，一部分外排。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：
所述脱碳四塔塔釜得到贫吸收剂，作为循环吸收剂的部分分别与进入脱碳四塔的解吸塔塔釜液及进入解吸塔的富气平衡罐液相换热，之后经冷却与新鲜吸收剂一起送入吸收塔塔顶。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气在进入吸收塔之前，经压缩机升压。
6.如权利要求1～5之任一项所述的系统，其特征在于：
异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气经压缩冷却后进入吸收塔塔釜；
吸收塔釜液用泵送至富气平衡罐，与解吸塔顶气混合后，气液分相，气相经冷却后进入吸收塔塔釜，液相用泵送至解吸塔顶；
所述吸收剂进入吸收塔塔顶，与塔釜上升气相接触，吸收其中碳四组分后，由塔釜采出，用泵送至富气平衡罐，塔顶气相经冷凝器冷凝后，冷凝液回流吸收塔，剩余气相作为系统副产品碳三及更轻组分送出界外；所述吸收塔中上部设置中间冷却器，自吸收塔引出一股物料经中间冷却器冷却再返回吸收塔；
解吸塔顶采出碳三及更轻组分返回富气平衡罐，塔釜采出含有碳四组分的富吸收剂，用泵送至脱碳四塔中上部；
脱碳四塔将富吸收剂分离为塔顶的系统主产品异丁烯和塔釜液贫吸收剂，塔釜液一部分作为循环吸收剂分别与进入脱碳四塔的解吸塔塔釜液及进入解吸塔的富气平衡罐液相换热，之后冷却与新鲜吸收剂一起送入吸收塔塔顶。
7.采用如权利要求1～6之任一项所述的系统吸收分离异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气的方法，其特征在于：
采用所述吸收剂，对异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气进行吸收和解吸，将其分离为碳四组分和碳三及更轻组分，从而得到系统主产品异丁烯。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产品气压缩升压至0.3-2.0MPa，并冷却至36-60℃；
所述吸收塔的操作压力为0.2-1.9MPa，塔顶温度为38-60℃，塔釜温度为40-80℃；
所述富气平衡罐的操作压力为0.2-1.9MPa，操作温度为40-95℃；
所述解吸塔的操作压力为0.3-2.2MPa，塔顶温度为40-95℃，塔釜温度为100-200℃；
所述脱碳四塔的操作压力为0.3-2.0MPa，塔顶温度为39-50℃，塔釜温度为100-200℃。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：
自所述吸收塔中上部引出一股物料经冷却至36-60℃回流到吸收塔。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于：
所述富气平衡罐顶气相经冷却至36-60℃后，送至吸收塔釜。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于：
所述脱碳四塔塔釜的一部分贫吸收剂经过换热及冷却至36-60℃后，与新鲜吸收剂混合，返回吸收塔顶。
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