CN111895723B - 一种丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离装置及分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工领域，公开了一种丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离装置及分离方法，该分离装置包括：混合冷剂压缩机、丙烯制冷系统，轻重冷剂分液罐、包括至少一个冷箱的冷箱序列；所述混合冷剂压缩机、丙烯制冷系统，轻重冷剂分液罐、冷箱序列顺次连接形成封闭回路。本发明提供的技术方案中，反应生成气本身不需节流膨胀制冷，仅通过调整合理的冷剂配比和操作参数，使反应生成气与混合冷剂换热，最终即可实现‑160℃到‑40℃的温度级位，在减少设备投资的提前下，达到充分回收丙烯产品的目的。

Description

一种丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离装置及分离方法
技术领域
本发明属于化工领域，更具体地，涉及一种丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离装置及分离方法。
背景技术
丙烯是总产量仅次于乙烯的重要的石油化工基本原料，下游产品主要有聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷、异丙苯/苯酚/丙酮/双酚A、丙烯酸及酯、环氧氯丙烷。世界上约70％的丙烯来自于蒸汽裂解装置的联产品和炼厂催化裂化装置副产。随着聚丙烯等下游产品需求的快速增长，以及以乙烷为原料的新建乙烯生产装置比例的增加，丙烯资源供应逐渐呈现出紧张态势。2014年全球包括聚合级丙烯产能为11065.4万吨/年，产量和消费量均为9234.0万吨，聚丙烯为主要消费领域，占丙烯总消费量的64％以上。2014年底，我国丙烯产能约2500万吨/年，产量为1895万吨，表观消费量2200万吨。
丙烷脱氢制丙烯技术是解决丙烯来源的重要途径。丙烷脱氢反应生成气中含有大量的轻组分气体如氢气、烷等，通常需要送到深冷处理单元进行低温分离，为保证足够的丙烯回收率，一般采用低温膨胀机，或低温制冷机如乙烯机或甲烷机等。
低温制冷机通常由丙烯机、乙烯机和甲烷机串联，动设备台数较多，且各设备功率较小。为保证回收率需要将温度降至-120℃以下，常常采用低温膨胀机。由于丙烷脱氢反应生成气中含有大量氢气，利用低温膨胀制冷实际上是反应生成气压缩机压缩氢气膨胀制冷，由于氢气的分子量较小，压缩难度大，因此作为-100℃到-160℃的冷剂能耗较大。
发明内容
发明人在研究中发现，在丙烷脱氢反应生成气分离氢气过程中，可以通过混合冷剂制冷的方法，将反应生成气中的氢气与丙烯产品分离。本发明的目的是提供一种丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离装置及分离方法，该技术方案中，反应生成气本身不需节流膨胀制冷，仅通过调整合理的冷剂配比和操作参数，使反应气与混合冷剂换热，最终实现-160℃到-40℃的温度级位，在减少设备投资的提前下，达到充分回收丙烯产品的目的。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离装置，该分离装置包括：混合冷剂压缩机、丙烯制冷系统，轻重冷剂分液罐、包括至少一个冷箱的冷箱序列；所述混合冷剂压缩机、丙烯制冷系统，轻重冷剂分液罐、冷箱序列顺次连接形成封闭回路；
所述轻重冷剂分液罐的罐顶设置有轻冷剂管线，所述轻冷剂管线依次连接冷箱序列中的每个冷箱后再反向连接所述冷箱序列中的每个冷箱，然后连接所述混合冷剂压缩机；所述轻重冷剂分液罐的罐底设置有重冷剂管线，所述重冷剂管线连接冷箱序列中的第一冷箱后与返回所述混合冷剂压缩机的轻冷剂管线混合；
每个冷箱出口连接气液分离装置，每个气液分离装置的气体出口与下一冷箱连接或与所对应的冷箱连接；当气液分离装置下游还有冷箱时，气体出口与下一冷箱连接，当气液分离装置下游没有冷箱时，即与该气液分离装置对应的冷箱为最后一个冷箱时，气体出口与所对应的冷箱即最后一个冷箱连接；
丙烷脱氢制丙烯反应生成气进气管线与所述丙烯制冷系统、冷箱序列依次连接。
本发明中，所述冷箱序列中的冷箱可以为一个或多个。本领域技术人员可根据需要确定冷箱数目。
根据本发明一种优选的具体实施方式，如图3所示，该分离装置包括：混合冷剂压缩机、丙烯制冷系统，轻重冷剂分液罐、一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱、第一分液罐、第二分液罐以及第三分液罐；
所述混合冷剂压缩机依次与所述丙烯制冷系统、所述轻重冷剂分液罐连接；所述轻重冷剂分液罐罐顶设置有轻冷剂管线，罐底设置有重冷剂管线，所述轻冷剂管线依次与所述一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱连接，再反向依次与所述三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱以及所述混合冷剂压缩机连接；所述重冷剂管线与所述一级冷箱连接后，再与返回混合冷剂压缩机的二级冷箱轻冷剂出口管线连接；
丙烷脱氢制丙烯反应生成气进气管线依次与所述丙烯制冷系统、所述一级冷箱连接；
所述一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱出口分别与第一分液罐、第二分液罐以及第三分液罐连接，所述第一分液罐、第二分液罐罐顶分别与所述二级冷箱、三级冷箱连接，第三分液罐罐顶依次与三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱连接；所述第一分液罐、第二分液罐、第三分液罐的罐底均与闪蒸罐或下游分离装置连接。
根据本发明另一种优选的具体实施方式，如图2所示，该分离装置包括：混合冷剂压缩机、丙烯制冷系统，轻重冷剂分液罐、一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱、第一分液罐、第三分液罐、预脱甲烷塔、脱甲烷塔；
所述混合冷剂压缩机依次与所述丙烯制冷系统、所述轻重冷剂分液罐连接；所述轻重冷剂分液罐罐顶置设有轻冷剂管线，罐底设置有重冷剂管线，所述轻冷剂管线依次与所述一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱连接，再反向依次与所述三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱以及所述混合冷剂压缩机连接；所述重冷剂管线与所述一级冷箱连接后，再与返回混合冷剂压缩机的二级冷箱轻冷剂出口管线连接；
丙烷脱氢制丙烯反应生成气进气管线依次与所述丙烯制冷系统、所述预脱甲烷塔连接；
所述预脱甲烷塔塔顶设有回流罐，所述预脱甲烷塔塔顶依次与所述丙烯制冷系统和所述回流罐相连，所述回流罐罐顶与所述一级冷箱相连，罐底与所述预脱甲烷塔顶部相连，所述预脱甲烷塔下部设有再沸器，塔釜与所述脱甲烷塔连接；
所述一级冷箱与所述第一分液罐连接，所述第一分液罐罐顶与所述二级冷箱连接，罐底与所述脱甲烷塔连接；
所述二级冷箱与所述脱甲烷塔连接，所述脱甲烷塔下部设有再沸器，塔釜与下游分离装置连接，塔顶与所述三级冷箱连接；
所述三级冷箱与所述第三分液罐连接，所述第三分液罐罐顶依次与所述三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱连接，罐底与所述脱甲烷塔上部连接。
本发明另一方面提供一种丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离方法，该分离方法在上述分离装置中进行，包括如下步骤：
混合冷剂经过混合冷剂压缩机压缩和丙烯制冷系统冷却后进入轻重冷剂分液罐，轻重冷剂分液罐罐顶得到气相轻冷剂，罐底得到液相重冷剂，所述轻冷剂与所述重冷剂分别送入冷箱序列不同流道，其中所述冷轻剂依次通过各级冷箱再反向经过各级冷箱后返回混合冷剂压缩机，所述重冷剂在通过一级冷箱后与返回所述混合冷剂压缩机的轻冷剂混合，通过冷箱序列实现-40℃至-160℃温度级位的混合冷剂制冷；
丙烷脱氢制丙烯反应生成气通过所述丙烯制冷系统冷却至-40℃至-15℃后，进入冷箱序列进一步冷却，得到的氢气产品返回冷箱序列回收冷量，得到的液相送至下游装置。
本发明中涉及的丙烷脱氢制丙烯反应生成气均优选为深度净化的反应生成气，即经过升压、降温和净化后除去水分、二氧化碳、重金属等杂质的丙烷脱氢反应生成气。经过深度净化的反应生成气采用丙烯制冷系统与冷箱序列进行降温冷却，本发明中，丙烯制冷系统并没有特殊的限定，丙烯制冷级位在5℃、-22℃和-40℃左右，可以有多种选择。冷箱序列中用来与反应生成气换热的混合冷剂优选为氮气、甲烷、碳二(乙烯或乙烷)、碳三(丙烯或丙烷)、碳四中的至少两种，其中，碳二和碳三的选择可以依据不同的反应生成气组成进行调配，更进一步地优选为混合冷剂的摩尔组成为：氮气0-8％，甲烷14-8％，碳二43-66％，碳三15-30％，碳四5-15％。混合冷剂在经历一个循环后返回到压缩机的入口，在本发明中对压缩机的选择没有特别要求，一般选为两段式，所述混合冷剂压缩机优选入口压力为150-380kPaG，出口压力为2600-4100kPaG，压缩机出口采用循环水冷却，压缩机段间必要时可以采用循环水冷却，反应生成气经过压缩机增压后进入丙烯制冷系统，冷却至-40℃至-15℃后进入轻重冷剂分液罐，罐顶得到气相轻冷剂，罐底得到液相重冷剂，轻冷剂与重冷剂分别送入冷箱序列不同流道内进行换热。轻冷剂在冷箱序列末端节流，为冷箱序列提供最低级位的冷量，重冷剂在冷箱序列中部节流，与轻冷剂混合后，为冷箱序列提供中高级位的冷量。混合冷剂在冷箱序列末端抽出后进入混合冷剂压缩系统，再次进行压缩，完成整个制冷循环。
根据本发明一种优选的具体实施方式，所述的丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离方法包括如下步骤：
混合冷剂经过混合冷剂压缩机压缩和丙烯制冷系统冷却后进入轻重冷剂分液罐，轻重冷剂分液罐罐顶得到气相轻冷剂，罐底得到液相重冷剂，所述轻冷剂与所述重冷剂分别送入冷箱序列不同流道，其中所述冷轻剂依次通过一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱，在三级冷箱的末端节流后再反向依次通过三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱，然后返回混合冷剂压缩机，所述重冷剂在通过一级冷箱后，再与返回所述混合冷剂压缩机的轻冷剂在二级冷箱出口混合，重冷剂在通过一级冷箱后温度为-110℃至-80℃，轻冷剂与重冷剂混合后温度为-110℃至-40℃，混合冷剂经过一级冷箱后通过混合冷剂压缩机再次进行压缩，完成整个制冷循环；
丙烷脱氢制丙烯反应生成气通过所述丙烯制冷系统冷却至-40℃至-15℃，然后进入一级冷箱冷却至-100℃至-80℃后送入第一分液罐，第一分液罐罐顶气相送入二级冷箱继续冷却至-120℃至-100℃，罐底液相送入闪蒸罐/下游分离装置，经二级冷箱冷却后的气相送入第二分液罐，第二分液罐罐顶气相送入三级冷箱继续冷却至-140℃至-120℃，罐底液相送入闪蒸罐/下游分离装置，经三级冷箱冷却后的气相送入第三分液罐，第三分液罐罐顶为氢气产品，所述氢气产品返回冷箱序列回收冷量，罐底液相送入闪蒸罐/下游分离装置。其中，优选地，当第一分液罐、第二分液罐以及第三分液罐罐底液相送入闪蒸罐时，所述闪蒸罐罐顶气相通过冷箱序列回收冷量后返回反应器入口，罐底液相返回冷箱序列回收冷量。
根据本发明另一种优选的具体实施方式，所述的丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离方法包括如下步骤：
混合冷剂经过混合冷剂压缩机压缩和丙烯制冷系统冷却后进入轻重冷剂分液罐，轻重冷剂分液罐罐顶得到气相轻冷剂，罐底得到液相重冷剂，所述轻冷剂与所述重冷剂分别送入冷箱序列不同流道，其中所述冷轻剂依次通过一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱，在三级冷箱的末端节流后再反向依次通过三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱，然后返回混合冷剂压缩机，所述重冷剂在通过一级冷箱后，再与返回所述混合冷剂压缩机的轻冷剂在二级冷箱出口混合，重冷剂在通过一级冷箱后温度为-110℃至-80℃，轻冷剂与重冷剂混合后温度为-110℃至-40℃，混合冷剂经过一级冷箱后通过混合冷剂压缩机再次进行压缩，完成整个制冷循环；
丙烷脱氢制丙烯反应生成气通过所述丙烯制冷系统冷却至-40℃至-15℃后进入预脱甲烷塔，所述预脱甲烷塔塔顶的混合气体进入所述丙烯冷剂系统冷却至-40℃至-20℃后进入所述回流罐，所述回流罐罐顶气相进入所述一级冷箱，并在所述一级冷箱中进一步冷却至-100℃至-80℃后送入所述第一分液罐，罐底液相返回所述预脱甲烷塔顶部，所述第一分液罐罐顶气相送入所述二级冷箱继续冷却至-120℃至-100℃，罐底液相送入脱甲烷塔，经过所述二级冷箱冷却至-120℃至-100℃的混合气体送入所述脱甲烷塔，所述脱甲烷塔塔顶气相送入所述三级冷箱，经冷却至-140℃至-120℃后送入第三分液罐，所述第三分液罐罐顶得到氢气产品，所述氢气产品返回冷箱序列回收冷量，罐底液相送入所述脱甲烷塔，所述脱甲烷塔塔釜液相送至下游装置。其中，优选地，所述预脱甲烷塔塔釜物流的甲烷摩尔含量为0.005-0.3％，塔顶温度为-40℃至-20℃；所述甲烷塔塔釜物流的甲烷摩尔含量为0.005-0.3％，塔顶温度为-150℃至-120℃。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明中反应生成气在不同温度下的液化分率。液化率在-40℃温度以上变化较大，-40℃左右大部分碳三组分已经冷凝下来。继续降温后，由于气相中氢气含量较大，碳三组分分压较低，因此冷凝速率减慢，冷却至-130℃以下后，冷凝量变化不明显。
图2示出了本发明的实施例1中的丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离流程示意图。
图3示出了本发明的实施例2中的丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离流程示意图。
图4示出了本发明的对比例1的丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离流程示意图。
图5示出了本发明的对比例2的丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离流程示意图。
附图标记说明：
1、混合冷剂压缩机；2、冷却器；3、丙烯制冷系统；4、预脱甲烷塔再沸器；5、脱甲烷塔再沸器；6、一级冷箱；7、二级冷箱；8、三级冷箱；9、轻冷剂；10、重冷剂；11、高压氢气；12、残余氢气；13、碳三产品；14、反应气生成气；15、低压氢气；16、乙烯制冷系统；17、甲烷制冷系统；
T1、预脱甲烷塔；T2、脱甲烷塔；
D1、轻重冷剂分液罐；D2、第一分液罐；D3、第二分液罐；D4、第三分液罐；D5、碳三产品闪蒸罐；D6、预脱甲烷塔回流罐；
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例1
采用如图2所示丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离装置，该分离装置包括：混合冷剂压缩机1、丙烯制冷系统3，轻重冷剂分液罐D1、一级冷箱6、二级冷箱7、三级冷箱8、第一分液罐D2、第三分液罐D3、预脱甲烷塔T1、脱甲烷塔T2；混合冷剂压缩机1依次与丙烯制冷系统3、轻重冷剂分液罐D1连接；轻重冷剂分液罐D1罐顶设置有轻冷剂管线，罐底设置有重冷剂管线，轻冷剂管线依次与一级冷箱6、二级冷箱7、三级冷箱8连接，再反向依次与三级冷箱8、二级冷箱7、一级冷箱6以及混合冷剂压缩机1连接；重冷剂管线与一级冷箱6连接后，再与返回混合冷剂压缩机1的二级冷箱7轻冷剂出口管线连接；丙烷脱氢制丙烯反应生成气进气管线依次与丙烯制冷系统3、预脱甲烷塔T1连接；预脱甲烷塔T1塔顶设有回流罐D6，预脱甲烷塔T1塔顶依次与丙烯制冷系统3和回流罐D6相连，回流罐D6罐顶与一级冷箱6相连，罐底与预脱甲烷塔T1顶部相连，预脱甲烷塔T1下部设有再沸器4，塔釜与脱甲烷塔T2连接；一级冷箱6与第一分液罐D2连接，第一分液罐D2罐顶与二级冷箱7连接，罐底与脱甲烷塔T2连接；二级冷箱7与脱甲烷塔T2连接，脱甲烷塔T2下部设有再沸器5，塔釜与下游分离装置连接，塔顶与三级冷箱8连接；三级冷箱8与第三分液罐D4连接，第三分液罐D4罐顶依次与三级冷箱8、二级冷箱7、一级冷箱6连接，罐底与脱甲烷塔T2上部连接。
利用该分离装置的丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离方法包括：丙烷脱氢制丙烯反应生成气14通过所述丙烯制冷系统3冷却至-37℃后进入预脱甲烷塔T1，混合气体从预脱甲烷塔T1塔顶排出，进入丙烯制冷系统冷却至-40℃后进入回流罐D6，D6罐顶气相进入一级冷箱6，并在一级冷箱中进一步冷却至-90℃后送入第一分液罐D2，罐底液相返回预脱甲烷塔T1顶部，第一分液罐D2罐顶气相送入二级冷箱7继续冷却至-110℃，罐底液相送入脱甲烷塔T2，经过二级冷箱7冷却至-110℃的混合气体送入脱甲烷塔T2，脱甲烷塔T2塔顶气相送入三级冷箱8，经冷却至-130℃后送入第三分液罐D4，第三分液罐D4罐顶得到氢气产品，所述氢气产品返回冷箱序列回收冷量，罐底液相送入脱甲烷塔T2，脱甲烷塔T2塔釜液相送至下游装置。
混合冷剂经过混合冷剂压缩机1压缩和丙烯制冷系统3后进入轻重冷剂分液罐D1，轻重冷剂分液罐D1罐顶为轻冷剂，罐底为重冷剂，轻冷剂与重冷剂分别被送入到冷箱序列不同流道，冷轻剂依次通过一级冷箱6、二级冷箱7、三级冷箱8，在三级冷箱8的末端节流后，再反向依次通过三级冷箱8、二级冷箱7、一级冷箱6，重冷剂在通过一级冷箱6后，再与返回混合冷剂压缩机1的轻冷剂在二级冷箱7出口混合，重冷剂在通过一级冷箱6后温度为-110℃，轻冷剂与重冷剂混合后温度为-40℃，混合冷剂经过一级冷箱6后通过混合冷剂压缩机1再次进行压缩，完成整个制冷循环。
其中，混合冷剂压缩机入口压力为150-380kPaG；
混合冷剂压缩机出口压力为3200-4100kPaG；
混合冷剂摩尔组成：氮气0-8％，甲烷14-28％，碳二43-66％，碳三15-30％，碳四5-15％。
实施例2
采用如图3所示丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离装置，该分离装置包括：混合冷剂压缩机1、丙烯制冷系统3，轻重冷剂分液罐D1、一级冷箱6、二级冷箱7、三级冷箱8、第一分液罐D2、第二分液罐D3以及第三分液罐D4；混合冷剂压缩机1依次与丙烯制冷系统1、轻重冷剂分液罐D1连接；轻重冷剂分液罐D1罐顶设置有轻冷剂管线，罐底设置有重冷剂管线，轻冷剂管线依次与一级冷箱6、二级冷箱7、三级冷箱8连接，再反向依次与三级冷箱8、二级冷箱7、一级冷箱6以及混合冷剂压缩机1连接；重冷剂管线依次与一级冷箱6连接后、再与返回混合冷剂压缩机的二级冷箱7轻冷剂出口管线连接；丙烷脱氢制丙烯反应生成气进气管线依次与丙烯制冷系统1、一级冷箱6连接；一级冷箱6、二级冷箱7、三级冷箱8出口分别与第一分液罐D2、第二分液罐D3以及第三分液罐D4连接，第一分液罐D2、第二分液罐D2罐顶分别与二级冷箱7、三级冷箱8连接，第三分液罐D4罐顶依次与三级冷箱8、二级冷箱7、一级冷箱6连接；第一分液罐D2、第二分液罐D3、第三分液罐D4的罐底均与闪蒸罐连接。闪蒸罐D5罐顶与罐底分别依次与三级冷箱8、二级冷箱7、一级冷箱6连接。
用该分离装置的丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离方法包括：经过深度净化的反应生成气14采用丙烯制冷系统3冷却至-37℃，然后进入一级冷箱6冷却至-90℃后抽出送入第一分液罐D2，第一分液罐D2罐顶气相送入二级冷箱7继续冷却至-110℃，罐底液相送入闪蒸罐D5，经二级冷箱7冷却后的气相抽出后送入第二分液罐D3，第二分液罐D3罐顶气相送入三级冷箱8继续冷却至-130℃，罐底液相送入闪蒸罐D5，经三级冷箱8冷却后的气相送入第三分液罐D4，第三分液罐罐顶为氢气产品，所述氢气产品返回冷箱序列回收冷量，罐底液相送入闪蒸罐D5。闪蒸罐D5的液相产品，增压后回冷箱序列回收冷量，气相残余氢气去冷箱序列回收冷量后返回反应器入口。
混合冷剂经过混合冷剂压缩机1压缩和丙烯制冷系统3后进入轻重冷剂分液罐D1，轻重冷剂分液罐D1罐顶为轻冷剂，罐底为重冷剂，轻冷剂与重冷剂分别被送入到冷箱序列不同流道，冷轻剂依次通过一级冷箱6、二级冷箱7、三级冷箱8，在三级冷箱8的末端节流后，再反向依次通过三级冷箱8、二级冷箱7、一级冷箱6，重冷剂在通过一级冷箱6后与返回混合冷剂压缩机1的轻冷剂在二级冷箱7出口混合，重冷剂在通过一级冷箱6后温度为-110℃，轻冷剂与重冷剂混合后温度为-40℃，混合冷剂经过一级冷箱后通过混合冷剂压缩机1再次进行压缩，完成整个制冷循环。
其中，混合冷剂压缩机入口压力为150-380kPaG；
混合冷剂压缩机出口压力为3200-4100kPaG；
混合冷剂摩尔组成：氮气0-8％，甲烷14-28％，碳二43-66％，碳三15-30％，碳四5-15％。
对比例1
采用如图4所示的丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离装置，分离系统由常规的丙烯制冷系统3、乙烯制冷系统16和甲烷制冷系统17组成，三个制冷系统分别提供-40℃、-100℃和-130℃的冷剂级位。
对比例1与实施例1均设有丙烯制冷系统3，但对比例1的低温制冷系统采用甲烷制冷系统17和乙烯制冷系统16取代了实施例1中的混合冷剂压缩机1，其中，甲烷制冷系统17需要一台低温甲烷压缩机，且乙烯制冷系统16设计温度也要在-100℃以下。
与实施例1相比，对比例1的设备台数更多，设备投入很多，且采用混合冷剂制冷相对于采用乙烯制冷系统16和甲烷制冷系统17，冷热焓曲线距离更近，热力学效率更高，实施例1具有明显的优势。
对比例2
采用如图5所示的丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离装置，分离装置由丙烯制冷系统3、乙烯制冷系统16和反应生成气膨胀制冷系统组成。
对比例2与实施例2均设有丙烯制冷系统3，但对比例2的低温制冷系统采用乙烯制冷系统16和反应生成气膨胀制冷系统代替了实施例2中的混合冷剂压缩机，其中，低温反应生成气膨胀机价格高昂，而混合冷剂制冷乙烯制冷系统设计温度也要在-100℃以下。对比例2中主要的氢气产品需要送到下游PSA单元进行精制，在这个过程中要重新升压，氢气的压缩要消耗大量的压缩功，额外需要配置一台氢气压缩机。
与实施例2相比，对比例2不仅设备台数更多，设备投入很多，且反应生成气膨胀机实际上是依靠气相高压的氢气做功作为冷源，而混合冷剂制冷是依靠混合冷剂的相变，因此具有更高的热力学效率，能耗更低。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (11)

1.一种丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离装置，其特征在于，该分离装置包括：混合冷剂压缩机、丙烯制冷系统，轻重冷剂分液罐、包括至少一个冷箱的冷箱序列；所述混合冷剂压缩机、丙烯制冷系统，轻重冷剂分液罐、冷箱序列顺次连接形成封闭回路；
所述轻重冷剂分液罐的罐顶设置有轻冷剂管线，所述轻冷剂管线依次连接冷箱序列中的每个冷箱后再反向连接所述冷箱序列中的每个冷箱，然后连接所述混合冷剂压缩机；所述轻重冷剂分液罐的罐底设置有重冷剂管线，所述重冷剂管线连接冷箱序列中的第一冷箱后与返回所述混合冷剂压缩机的轻冷剂管线混合；
每个冷箱出口连接气液分离装置，每个气液分离装置的气体出口与下一冷箱连接或与所对应的冷箱连接；
丙烷脱氢制丙烯反应生成气进气管线与所述丙烯制冷系统、冷箱序列依次连接。
2.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，该分离装置包括：混合冷剂压缩机、丙烯制冷系统，轻重冷剂分液罐、一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱、第一分液罐、第二分液罐以及第三分液罐；
所述混合冷剂压缩机依次与所述丙烯制冷系统、所述轻重冷剂分液罐连接；所述轻重冷剂分液罐罐顶设置有轻冷剂管线，罐底设置有重冷剂管线，所述轻冷剂管线依次与所述一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱连接，再反向依次与所述三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱以及所述混合冷剂压缩机连接；所述重冷剂管线与所述一级冷箱连接后，再与返回混合冷剂压缩机的二级冷箱轻冷剂出口管线连接；
丙烷脱氢制丙烯反应生成气进气管线依次与所述丙烯制冷系统、所述一级冷箱连接；
所述一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱出口分别与第一分液罐、第二分液罐以及第三分液罐连接，所述第一分液罐、第二分液罐罐顶分别与所述二级冷箱、三级冷箱连接，第三分液罐罐顶依次与三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱连接；所述第一分液罐、第二分液罐、第三分液罐的罐底均与闪蒸罐或下游分离装置连接。
3.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，该分离装置包括：混合冷剂压缩机、丙烯制冷系统，轻重冷剂分液罐、一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱、第一分液罐、第三分液罐、预脱甲烷塔、脱甲烷塔；
所述混合冷剂压缩机依次与所述丙烯制冷系统、所述轻重冷剂分液罐连接；所述轻重冷剂分液罐罐顶置设有轻冷剂管线，罐底设置有重冷剂管线，所述轻冷剂管线依次与所述一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱连接，再反向依次与所述三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱以及所述混合冷剂压缩机连接；所述重冷剂管线与所述一级冷箱连接后，再与返回混合冷剂压缩机的二级冷箱轻冷剂出口管线连接；
丙烷脱氢制丙烯反应生成气进气管线依次与所述丙烯制冷系统、所述预脱甲烷塔连接；
所述预脱甲烷塔塔顶设有回流罐，所述预脱甲烷塔塔顶依次与所述丙烯制冷系统和所述回流罐相连，所述回流罐罐顶与所述一级冷箱相连，罐底与所述预脱甲烷塔顶部相连，所述预脱甲烷塔下部设有再沸器，塔釜与所述脱甲烷塔连接；
所述一级冷箱与所述第一分液罐连接，所述第一分液罐罐顶与所述二级冷箱连接，罐底与所述脱甲烷塔连接；
所述二级冷箱与所述脱甲烷塔连接，所述脱甲烷塔下部设有再沸器，塔釜与下游分离装置连接，塔顶与所述三级冷箱连接；
所述三级冷箱与所述第三分液罐连接，所述第三分液罐罐顶依次与所述三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱连接，罐底与所述脱甲烷塔上部连接。
4.一种丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离方法，其特征在于，该分离方法在权利要求3所述的分离装置中进行，包括如下步骤：
混合冷剂经过混合冷剂压缩机压缩和丙烯制冷系统冷却后进入轻重冷剂分液罐，轻重冷剂分液罐罐顶得到气相轻冷剂，罐底得到液相重冷剂，所述轻冷剂与所述重冷剂分别送入冷箱序列不同流道，其中所述轻冷剂依次通过各级冷箱再反向经过各级冷箱后返回混合冷剂压缩机，所述重冷剂在通过一级冷箱后与返回所述混合冷剂压缩机的轻冷剂混合，通过冷箱序列实现-40℃至-160℃温度级位的混合冷剂制冷；
丙烷脱氢制丙烯反应生成气通过所述丙烯制冷系统冷却至-40℃至-15℃后，进入冷箱序列进一步冷却，得到的氢气产品返回冷箱序列回收冷量，得到的液相送至下游分离装置。
5.根据权利要求4所述的分离方法，其特征在于，该分离方法在权利要求2中所述的分离装置中进行，包括如下步骤：
混合冷剂经过混合冷剂压缩机压缩和丙烯制冷系统冷却后进入轻重冷剂分液罐，轻重冷剂分液罐罐顶得到气相轻冷剂，罐底得到液相重冷剂，所述轻冷剂与所述重冷剂分别送入冷箱序列不同流道，其中所述轻冷剂依次通过一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱，在三级冷箱的末端节流后再反向依次通过三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱，然后返回混合冷剂压缩机，所述重冷剂在通过一级冷箱后，再与返回所述混合冷剂压缩机的轻冷剂在二级冷箱出口混合，重冷剂在通过一级冷箱后温度为-110℃至-80℃，轻冷剂与重冷剂混合后温度为-110℃至-40℃，混合冷剂经过一级冷箱后通过混合冷剂压缩机再次进行压缩，完成整个制冷循环；
丙烷脱氢制丙烯反应生成气通过所述丙烯制冷系统冷却至-40℃至-15℃，然后进入一级冷箱冷却至-100℃至-80℃后送入第一分液罐，第一分液罐罐顶气相送入二级冷箱继续冷却至-120℃至-100℃，罐底液相送入闪蒸罐/下游分离装置，经二级冷箱冷却后的气相送入第二分液罐，第二分液罐罐顶气相送入三级冷箱继续冷却至-140℃至-120℃，罐底液相送入闪蒸罐/下游分离装置，经三级冷箱冷却后的气相送入第三分液罐，第三分液罐罐顶为氢气产品，所述氢气产品返回冷箱序列回收冷量，罐底液相送入闪蒸罐/下游分离装置。
6.根据权利要求5所述的分离方法，其中，当第一分液罐、第二分液罐以及第三分液罐罐底液相送入闪蒸罐时，所述闪蒸罐罐顶气相通过冷箱序列回收冷量后返回反应器入口，罐底液相返回冷箱序列回收冷量。
7.根据权利要求4所述的分离方法，其特征在于，该分离方法在权利要求3所述的分离装置中进行，包括如下步骤：
混合冷剂经过混合冷剂压缩机压缩和丙烯制冷系统冷却后进入轻重冷剂分液罐，轻重冷剂分液罐罐顶得到气相轻冷剂，罐底得到液相重冷剂，所述轻冷剂与所述重冷剂分别送入冷箱序列不同流道，其中所述轻冷剂依次通过一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱，在三级冷箱的末端节流后再反向依次通过三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱，然后返回混合冷剂压缩机，所述重冷剂在通过一级冷箱后，再与返回所述混合冷剂压缩机的轻冷剂在二级冷箱出口混合，重冷剂在通过一级冷箱后温度为-110℃至-80℃，轻冷剂与重冷剂混合后温度为-110℃至-40℃，混合冷剂经过一级冷箱后通过混合冷剂压缩机再次进行压缩，完成整个制冷循环；
丙烷脱氢制丙烯反应生成气通过所述丙烯制冷系统冷却至-40℃至-15℃后进入预脱甲烷塔，所述预脱甲烷塔塔顶的混合气体进入所述丙烯制冷系统冷却至-40℃至-20℃后进入所述回流罐，所述回流罐罐顶气相进入所述一级冷箱，并在所述一级冷箱中进一步冷却至-100℃至-80℃后送入所述第一分液罐，罐底液相返回所述预脱甲烷塔顶部，所述第一分液罐罐顶气相送入所述二级冷箱继续冷却至-120℃至-100℃，罐底液相送入脱甲烷塔，经过所述二级冷箱冷却至-120℃至-100℃的混合气体送入所述脱甲烷塔，所述脱甲烷塔塔顶气相送入所述三级冷箱，经冷却至-140℃至-120℃后送入第三分液罐，所述第三分液罐罐顶得到氢气产品，所述氢气产品返回冷箱序列回收冷量，罐底液相送入所述脱甲烷塔，所述脱甲烷塔塔釜液相送至下游分离装置。
8.根据权利要求7所述的分离方法，其中，所述预脱甲烷塔塔釜物流的甲烷摩尔含量为0.005-0.3％，塔顶温度为-40℃至-20℃；所述甲烷塔塔釜物流的甲烷摩尔含量为0.005-0.3％，塔顶温度为-150℃至-120℃。
9.根据权利要求4-8中任意一项所述的分离方法，其中，所述混合冷剂为氮气、甲烷、碳二、碳三、碳四中的至少两种；所述混合冷剂压缩机入口压力为150-380kPaG，出口压力为2600-4100kPaG。
10.根据权利要求9所述的分离方法，其中，所述混合冷剂的摩尔组成为：氮气0-8％，甲烷14-8％，碳二43-66％，碳三15-30％，碳四5-15％。
11.根据权利要求4-8中任意一项所述的分离方法，其中，所述丙烷脱氢制丙烯反应生成气为深度净化的反应生成气。
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