CN111943800B - 一种对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法，本发明实际提供了一种利用丙烷脱氢装置的进料加热炉对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法，通过将丙烷脱氢进料加热炉分隔成两个炉膛，其中一个炉膛中布置加热管用来加热丙烷，另外一个炉膛中布置裂解管用来裂解轻烃的方式，使进料加热炉具有小型裂解炉的功能，可裂解丙烷脱氢装置副产的脱乙烷塔尾气和C4+副产物，得到高附加值的丙烯、乙烯，简化了丙烷脱氢装置的产品种类，提高了装置的丙烯收率，还能副产乙烯，有效的解决了下游配套的聚丙烯装置生产高附加值的共聚产品对乙烯原料的需求，提高了配套聚丙烯装置的市场竞争力，且流程简单、投资较少，经济效益明显。

Description

一种对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法

技术领域

本发明涉及一种对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法。

背景技术

丙烯是最重要的石油化工产品之一，也是多种大宗化工产品的主要原料，属于增长稳健、快速的大宗商品。目前，国内外对丙烯的需求缺口巨大，并且呈增长趋势，这也推动了丙烯行业及生产技术的发展。全球约64％的丙烯通过石脑油裂解得到，但该工艺主产乙烯，副产少量丙烯。炼厂催化裂化副产物是丙烯的第二大来源，虽然催化裂化工艺具有一定增产丙烯的潜力，但需要以牺牲气柴煤等成品油产量为代价，其装置经济性将受到影响。除了石脑油裂解与炼厂副产两种传统工艺以外，目前生产丙烯的新工艺有丙烷脱氢(PDH)、深度催化裂化(DCC)、甲醇制烯烃/丙烯(MTO/MTP)、高碳烯烃裂解和异位烯烃转化等。综合考虑成本、资源和技术成熟度，丙烷脱氢已成为目前最有竞争力的制丙烯工艺。

目前，全球已实现大规模工业化的丙烷脱氢工艺有UOP公司的Oleflex工艺和Lummus公司的Catofin工艺，两者均属于成熟工艺，全球范围内的现有装置均运营良好；另外，Uhde公司的STAR工艺和Snamprogetti/Yarsints公司的FBD工艺也有少量的工业化装置，Linde/BASF也宣称具有丙烷脱氢技术。近几年以来，国内丙烷脱氢发展迅速，短短几年内国内在建或规划中的丙烷脱氢装置已达十几套，主要采用的技术为UOP的Oleflex工艺和Lummus的Catofin工艺。

典型的丙烷脱氢装置流程通常包括：原料预处理、脱氢反应、产品压缩及干燥、低温分离、丙烯精馏等单元。丙烷脱氢装置的主要产品为丙烯，副产品包括富氢尾气、脱乙烷塔尾气以及C4+副产物。富氢尾气可通过PSA装置提纯得到高纯氢外售，而脱乙烷塔尾气及C4+往往只能作为燃料，得不到有效利用。目前已公开的丙烷脱氢专利或文献主要关注的为脱氢反应，包括催化剂反应机理及制备、催化剂再生、反应系统设计，而对于脱乙烷塔尾气及C4+副产物在丙烷脱氢装置内的利用鲜有公布或报道。

从丙烷脱氢反应器出来的物料主要是脱氢产物丙烯、氢气，未反应的丙烷，以及少量副产的C1、C2轻组分和C4+重组分。通过后续的降温，压缩和深冷分离等工序得到产品丙烯、氢气，同时副产脱乙烷塔尾气(C2等轻组分)和C4+。脱乙烷塔尾气的主要成分为乙烷、乙烯、甲烷等轻组分，C4+副产物主要成分为丁烷、丁烯、戊烷等重组分。现有工艺中，脱乙烷塔尾气一般作为丙烷脱氢装置加热炉的燃料气使用，C4+作为燃料油或者低价出售，两股产品都未得到有效的利用。并且，丙烷脱氢下游配套聚丙烯装置是目前应用较多的一种产业链规划，传统丙烷脱氢装置不产乙烯，如果项目没有规划乙烯裂解装置，受限于乙烯来源的问题，大部分配套的聚丙烯装置只能选择均聚产品而放弃更高端的共聚产品，从而导致产品单一，市场竞争力不强。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种通过使丙烷脱氢装置的进料加热炉兼具蒸汽裂解功能从而使丙烷脱氢的副产物得到有效利用、生产丙烯乙烯的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法，其特征在于：

2.0MPaG的原料丙烷和来自丙烯精制塔塔釜的循环丙烷一起进入脱丙烷塔，经过脱丙烷塔分离，塔底得到碳四副产品，塔顶得到1.5MPaG、45℃的精制丙烷；

精制丙烷经进出料换热器预热、进料加热炉加热至脱氢反应所需温度后进入脱氢反应器，从脱氢反应器出来的出反应器产物依次通过产品气蒸汽发生器和进出料换热器回收热量后，经压缩机入口水冷器冷却至40℃后进入产品气压缩机，增压至1.21MPaG，增压后进入气液分离器进行气液分离，

从产品气压缩机段间抽出一股产品气通过碱洗塔去除酸性物质，再经冷却后经过气液分离器进行气液分离；

气液分离器的气相出料进入冷箱，在冷箱中与冷剂换热后逐步冷却、冷凝；冷箱中反应气体中的较重组分在冷箱中逐步冷凝，所得的汽液混合相从冷箱中部抽出，在气液分离器中进行汽液分离，气体返回冷箱进一步冷却、冷凝；

冷箱中反应气体与温度最低一级的冷剂换热后，大部分碳三及以上组分均已冷凝，最后得到的汽液混合物在气液分离器进行汽液分离，氢气含量较高的尾气富氢气经冷量回收后送至氢气提纯装置或直接作为燃料气送至燃料气管网，出冷箱的液相冷物料则经冷量回收后送至下游脱乙烷塔；

气液分离器的液相出料经干燥后直接送脱乙烷塔；脱乙烷塔底物料主要含丙烷、丙烯，作为丙烯精制塔进料送至丙烯精制塔，塔顶得到聚合级丙烯产品，塔底循环丙烷返回作为脱丙烷塔的原料；脱乙烷塔的塔顶出料主要为乙烷和乙烯，作为脱乙烷塔尾气经过乙烯精制塔分离后，塔顶得到乙烯产品，塔底得到乙烷；

进料加热炉中设置有能将加热炉膛一分为二的炉膛隔段，该炉膛隔段第一侧的炉膛中设置有用于加热丙烷的加热管，该炉膛隔段第二侧的炉膛中设置有用于裂解轻烃的裂解管；脱丙烷塔塔顶的精制丙烷经进出料换热器后作为进料加热炉入口丙烷进入炉膛隔段第一侧的炉膛中、输出物料作为脱氢反应器入口丙烷送入脱氢反应器；

脱丙烷塔塔底产物碳四副产品先经过加氢反应器将不饱和烃加氢饱和，再与乙烯精制塔塔底的乙烷一起作为热裂解原料送入炉膛隔段第二侧的炉膛中，在此通过蒸汽热裂解将碳四副产品及乙烷裂解得到乙烯、丙烯的高温裂解气，高温裂解气经过急冷油塔冷却后并入丙烷脱氢反应出料参与后续分离，得到丙烯、乙烯产品。

在本发明中，所述进料加热炉为方箱管式加热炉，所述炉膛隔段设于进料加热炉的中央部位且竖向布置从而将加热炉膛分隔为相对独立的第一炉膛、第二炉膛，所述加热管设于第一炉膛中且在竖向上呈S状螺旋盘绕，所述裂解管设于第二炉膛中且在竖向上呈S状螺旋盘绕。以提高换热效果。

优选地，所述加热管包括位于上部的丙烷进料加热对流段及位于下部的丙烷进料加热辐射段，所述裂解管包括位于上部的裂解对流段及位于下部的裂解辐射段。

优选地，所述第一炉膛的顶部设置有第一烟气挡门，所述第二炉膛的顶部设置有第二烟气挡门。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供了一种利用丙烷脱氢装置的进料加热炉对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法，通过将丙烷脱氢进料加热炉分隔成两个炉膛，其中一个炉膛中布置加热管用来加热丙烷，另外一个炉膛中布置裂解管用来裂解轻烃的方式，使进料加热炉具有小型裂解炉的功能，可裂解丙烷脱氢装置副产的脱乙烷塔尾气和C4+副产物，得到高附加值的丙烯、乙烯，简化了丙烷脱氢装置的产品种类，提高了装置的丙烯收率，还能副产乙烯，有效的解决了下游配套的聚丙烯装置生产高附加值的共聚产品对乙烯原料的需求，提高了配套聚丙烯装置的市场竞争力，且流程简单、投资较少，经济效益明显。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺流程示意图，其中：

工艺设备：1-脱丙烷塔，2-进出料换热器，3-进料加热炉，4-脱氢反应器，5-产品气蒸汽发生器，6-压缩机入口水冷器，7-产品气压缩机，8-碱洗塔，9-产品气冷却器，10-气液分离器，11-冷箱，12-脱乙烷塔，13-乙烯精制塔，14-丙烯精制塔，15-加氢反应器，16-急冷油塔；

工艺物料：101-原料丙烷，102-精制丙烷，103-进料加热炉入口丙烷，104-脱氢反应器入口丙烷，105-出反应器产物，106-蒸汽发生器取热后的产品气，107-出进出料换热器的产品气，108-产品气压缩机入口物料，109-产品气压缩机出口物料，110-冷却后的产品气，111-气相物料，112-出冷箱的液相冷物料，113-富氢气，114-液相物料，115-脱乙烷塔进料，116-脱乙烷塔尾气，117-乙烯产品，118-乙烷，119-丙烯精制塔进料，120-丙烯产品，121-循环丙烷，122-碳四副产品，123-裂解进料，124-裂解出料，125-油洗后裂解气，126-产品气，127-碱洗后产品气；

图2为本发明实施例中的进料加热炉结构示意图，其中：

201-丙烷进料加热对流段，202-丙烷进料加热辐射段，203-裂解对流段，204-裂解辐射段，205-第一烟气挡门，206-第二烟气挡门，207-炉膛隔段，208-第一炉膛，209-第二炉膛。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例丙烷脱氢装置包括脱丙烷塔1，进出料换热器2，进料加热炉3，脱氢反应器4，产品气蒸汽发生器5，压缩机入口水冷器6，产品气压缩机7，碱洗塔8，产品气冷却器9，气液分离器10，冷箱11，脱乙烷塔12，乙烯精制塔13，丙烯精制塔14，加氢反应器15，急冷油塔16，各部分的上下游关系及连接关系与本实施例中下述对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法保持一致。

如图2所示，进料加热炉3中设置有能将加热炉膛一分为二的炉膛隔段207，该炉膛隔段207第一侧的炉膛中设置有用于加热丙烷的加热管，该炉膛隔段207第二侧的炉膛中设置有用于裂解轻烃的裂解管。具体的，本实施例的进料加热炉13为方箱管式加热炉，炉膛隔段207设于进料加热炉13的中央部位且竖向布置从而将加热炉膛分隔为相对独立的第一炉膛208、第二炉膛209，加热管设于第一炉膛208中且在竖向上呈S状螺旋盘绕，裂解管设于第二炉膛209中且在竖向上呈S状螺旋盘绕。加热管包括位于上部的丙烷进料加热对流段201及位于下部的丙烷进料加热辐射段202，裂解管包括位于上部的裂解对流段203及位于下部的裂解辐射段204。第一炉膛208的顶部设置有第一烟气挡门205，第二炉膛209的顶部设置有第二烟气挡门206。

燃料自进料加热炉3的底部进入，通过两个独立的控制回路来调节进入第一炉膛208和第二炉膛209的燃料气量，不同的燃料气量燃烧产生不同的热量，从而使实现两个炉膛各自达到所需的温度，其中第一炉膛208将丙烷加热到催化脱氢所需的温度(约600℃)，第二炉膛209将裂解原料加热至裂解温度(约850℃以上)。

本实施例对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法为：

2.0MPaG的原料丙烷101和来自丙烯精制塔14塔釜的循环丙烷121一起进入脱丙烷塔1，经过脱丙烷塔分离，塔底得到碳四副产品122，塔顶得到1.5MPaG、45℃的精制丙烷102；

精制丙烷102经进出料换热器2预热、进料加热炉3加热至脱氢反应所需温度(约600℃)后进入脱氢反应器4，从脱氢反应器出来的出反应器产物105依次通过产品气蒸汽发生器5和进出料换热器2回收热量后，经压缩机入口水冷器6冷却至40℃后进入产品气压缩机7，增压至1.21MPaG，增压后进入气液分离器10进行气液分离，

从产品气压缩机7段间抽出一股产品气126通过碱洗塔8去除酸性物质，再经冷却后经过气液分离器10进行气液分离；

气液分离器10的气相出料111进入冷箱11，在冷箱11中与冷剂换热后逐步冷却、冷凝；冷箱11中反应气体中的较重组分在冷箱中逐步冷凝，所得的汽液混合相从冷箱11中部抽出，在气液分离器10中进行汽液分离，气体返回冷箱11进一步冷却、冷凝；

冷箱11中反应气体与温度最低一级的冷剂换热后，大部分碳三及以上组分均已冷凝，最后得到的汽液混合物在气液分离器10进行汽液分离，氢气含量较高的尾气富氢气113经冷量回收后送至氢气提纯装置或直接作为燃料气送至燃料气管网，出冷箱的液相冷物料112则经冷量回收后送至下游脱乙烷塔12；

气液分离器10的液相出料114经干燥后直接送脱乙烷塔12；脱乙烷塔底物料主要含丙烷、丙烯，作为丙烯精制塔进料119送至丙烯精制塔14，塔顶得到聚合级丙烯产品120，塔底循环丙烷121返回作为脱丙烷塔1的原料；脱乙烷塔12的塔顶出料主要为乙烷和乙烯，作为脱乙烷塔尾气116经过乙烯精制塔13分离后，塔顶得到乙烯产品117，塔底得到乙烷118；

脱丙烷塔1塔顶的精制丙烷102经进出料换热器2后作为进料加热炉入口丙烷103进入炉膛隔段207第一侧的炉膛中、输出物料作为脱氢反应器入口丙烷104送入脱氢反应器4；

脱丙烷塔1塔底产物碳四副产品122先经过加氢反应器15将不饱和烃加氢饱和，再与乙烯精制塔13塔底的乙烷118一起作为热裂解原料送入炉膛隔段207第二侧的炉膛中，在此通过蒸汽热裂解将碳四副产品122及乙烷118裂解得到乙烯、丙烯的高温裂解气124，高温裂解气124经过急冷油塔16冷却后并入丙烷脱氢反应出料参与后续分离，得到丙烯、乙烯产品。

上述过程中，先将丙烷脱氢装置副产的碳四副产品122通过加氢反应器15进行加氢，将碳四副产品122中的不饱和烃转化成饱和烃，使之成为更合适的裂解原料，以减少碳四副产品122在裂解过程中结焦，并且，加氢后的碳四副产品122还可以通过精馏塔将其中的芳烃分离出来，使得裂解原料更优化。

以90万吨/年丙烷脱氢装置为例，传统的丙烷脱氢装置生产90万吨/年丙烯，副产2万吨/年脱乙烷塔尾气和3.8万吨/年C4+。按照本实施例的工艺流程，每年可多产6000吨丙烯和副产2万吨乙烯。

Claims (4)

1.一种对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法，其特征在于：

原料丙烷（101）和来自丙烯精制塔（14）塔釜的循环丙烷（121）一起进入脱丙烷塔（1），经过脱丙烷塔分离，塔底得到碳四副产品（122），塔顶得到精制丙烷（102）；

精制丙烷（102）经进出料换热器（2）预热、进料加热炉（3）加热至脱氢反应所需温度后进入脱氢反应器（4），从脱氢反应器出来的出反应器产物（105）依次通过产品气蒸汽发生器（5）和进出料换热器（2）回收热量后，经压缩机入口水冷器（6）冷却后进入产品气压缩机（7），增压后进入气液分离器（10）进行气液分离，

气液分离器（10）的液相出料（114）经干燥后直接送脱乙烷塔（12）；脱乙烷塔底物料主要含丙烷、丙烯，作为丙烯精制塔进料（119）送至丙烯精制塔（14），塔顶得到聚合级丙烯产品（120），塔底循环丙烷（121）返回作为脱丙烷塔（1）的原料；脱乙烷塔（12）的塔顶出料主要为乙烷和乙烯，作为脱乙烷塔尾气（116）经过乙烯精制塔（13）分离后，塔顶得到乙烯产品（117），塔底得到乙烷（118）；

进料加热炉（3）中设置有能将加热炉膛一分为二的炉膛隔段（207），该炉膛隔段（207）第一侧的炉膛中设置有用于加热丙烷的加热管，该炉膛隔段（207）第二侧的炉膛中设置有用于裂解轻烃的裂解管；脱丙烷塔（1）塔顶的精制丙烷（102）经进出料换热器（2）后作为进料加热炉入口丙烷（103）进入炉膛隔段（207）第一侧的炉膛中、输出物料作为脱氢反应器入口丙烷（104）送入脱氢反应器（4）；

脱丙烷塔（1）塔底产物碳四副产品（122）先经过加氢反应器（15）将不饱和烃加氢饱和，再与乙烯精制塔（13）塔底的乙烷（118）一起作为热裂解原料送入炉膛隔段（207）第二侧的炉膛中，在此通过蒸汽热裂解将碳四副产品（122）及乙烷（118）裂解得到乙烯、丙烯的高温裂解气（124），高温裂解气（124）经过急冷油塔（16）冷却后并入丙烷脱氢反应出料参与后续分离，得到丙烯、乙烯产品；

所述进料加热炉（3）为方箱管式加热炉，所述炉膛隔段（207）设于进料加热炉（3）的中央部位且竖向布置从而将加热炉膛分隔为相对独立的第一炉膛（208）、第二炉膛（209），所述加热管设于第一炉膛（208）中且在竖向上呈S状螺旋盘绕，所述裂解管设于第二炉膛（209）中且在竖向上呈S状螺旋盘绕；

所述加热管包括位于上部的丙烷进料加热对流段（201）及位于下部的丙烷进料加热辐射段（202），所述裂解管包括位于上部的裂解对流段（203）及位于下部的裂解辐射段（204）；

所述第一炉膛（208）的顶部设置有第一烟气挡门（205），所述第二炉膛（209）的顶部设置有第二烟气挡门（206）。

2.根据权利要求1所述的对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法，其特征在于：从产品气压缩机（7）段间抽出一股产品气（126）通过碱洗塔（8）去除酸性物质，再经冷却后经过气液分离器（10）进行气液分离。

3.根据权利要求1或2所述的对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法，其特征在于：气液分离器（10）的气相出料（111）进入冷箱（11），在冷箱（11）中与冷剂换热后逐步冷却、冷凝；冷箱（11）中反应气体中的较重组分在冷箱中逐步冷凝，所得的汽液混合相从冷箱（11）中部抽出，在气液分离器（10）中进行汽液分离，气体返回冷箱（11）进一步冷却、冷凝。

4.根据权利要求3所述的对轻烃进行热裂解生产丙烯及乙烯的方法，其特征在于：冷箱（11）中反应气体与温度最低一级的冷剂换热后，大部分碳三及以上组分均已冷凝，最后得到的汽液混合物在气液分离器（10）进行汽液分离，氢气含量较高的尾气富氢气（113）经冷量回收后送至氢气提纯装置或直接作为燃料气送至燃料气管网，出冷箱的液相冷物料（112）则经冷量回收后送至下游脱乙烷塔（12）。

Images