CN112029530A - 用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的工艺，属于化工领域。本发明的一个或多个具体实施例包括使用单个热交换器、多个气液分离器、多个膨胀器/压缩机组以及一个连着液体产物罐的整流器对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的方法。本发明减少了无效或非预期流动分配的设计偏离，获得了更佳的热力学效率和稳定性。此外，具有紧凑设计的单个热交换器占用较少的空间，这在工业环境中具有显着的益处。

Description

用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的工艺
本申请为申请号为201710517354.7、申请日为2017年06月29日、发明名称为“富烯烃压缩流出物蒸气流氢分离工艺”的发明专利的分案申请。
技术领域
本发明属于化工领域，具体涉及烯烃蒸气流氢分离相关工艺及系统。
背景技术
关于富烯烃压缩流出物蒸气流氢分离，已有多种工艺及系统提出并使用，包括在该专利封面上参考文献中公开的部分工艺和系统。然而，当前的工艺和系统中，由于使用的热交换器并非单一的，因此工艺或系统中存在无效或非预期流动分配的设计偏离，降低了热力学效率和稳定性；此类系统还存在空间占用大的问题，不利于在工业环境中使用。此外，现有的工艺和系统中，能量利用率和C3液体产物的回收率均存在一定的提高空间，有待于进一步完善。因此，基于现有技术中存在的问题，有必要设计一种通过丙烷、异丁烷或两者混合物进行脱氢来对流出物进行氢分离的改良工艺和系统。
本发明所涵盖的任何工艺和系统能够解决现有技术工艺和系统未能解决的许多问题，这对于本领域普通技术人员也是显而易见的。此外，本发明中的至少部分技术方案所涵盖的工艺和系统对基于本发明时现有技术的本领域普通技术人员而言具有令人惊奇和意想不到的益处。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种富烯烃压缩流出物蒸气流氢分离工艺。本发明公开的一个或多个具体实施例包括使用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的工艺，包括在热交换器中对压缩的流出物蒸气流进行冷却；在第一分离器中对冷却后的压缩流出物蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得一次蒸气流和一次液体流；在热交换器中对一次蒸气流进行冷却；在第二分离器中对冷却后的一次蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得二次蒸气流和二次液体流；在热交换器中对二次蒸气流进行加热；在高压膨胀器中对二次蒸气流进行等熵膨胀，二次蒸气流的压力和温度下降；在热交换器中对二次蒸气流进行加热；在高压压缩机中，对二次蒸气流进行压缩；在第一排气冷却器中将二次蒸气流进行冷却；将二次蒸气流分成气体产物和分流；抽出气体产物；在低压压缩机中对分流进行压缩；在第二排气冷却器中对分流进行冷却，然后在热交换器中对分流进行再次冷却；在低压膨胀器中对分流进行等熵膨胀，分流的压力和温度下降；在热交换器中对液体链烷流进行冷却；将冷却后的液体链烷流与膨胀后的分流进行混合，以获得混合进料；在热交换器中对混合进料进行蒸发；抽出蒸发后的混合进料；在控制阀中对一次液体流进行降压；在热交换器中对一次液体流进行局部蒸发；在液体产物罐中对局部蒸发的一次液体流进行闪蒸，以获得富氢气体，富氢气体流向连着液体产物罐的整流器；在整流器中，将富氢气体和二次液体流进行混合，以进一步净化富氢气体；在热交换器中对整流器中富氢气体进行加热，以获得闪蒸气流；从液体产物罐抽取第三次液体流到热交换器内进行加热；以及获得液体产物。
本发明公开的一个或多个具体实施例包括使用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的工艺，包括对压缩流出物蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得一次蒸气流和一次液体流；对一次蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得二次蒸气流和二次液体流；对二次蒸气流进行膨胀和压缩；将二次蒸气流分成气体产物和分流；对分流进行压缩和膨胀；对一次液体流进行降压；对一次液体流进行局部蒸发；在液体产物罐中对局部蒸发的一次液体流进行闪蒸，以获得富氢气体；以及在整流器中，将富氢气体和二次液体流进行混合。
本发明公开的一个或多个具体实施例包括使用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的工艺，包括对压缩流出物蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得一次蒸气流和一次液体流；对一次蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得二次蒸气流和二次液体流；在高压膨胀器中对二次蒸气流进行等熵膨胀；在高压压缩机中对二次蒸气流进行压缩；将二次蒸气流分成气体产物和分流；在低压压缩机中对分流进行压缩；以及在低压膨胀器中对分流进行等熵膨胀。
本发明的有益效果将通过后续实施例进行具体说明。
附图说明
图1为整个脱氢系统中一个氢分离系统的方块流程示意图。
图2为一个氢分离系统的流程示意图。
图2A是图2流程示意图的一部分，展示了增压压缩机的可选用途。
图2B是图2流程示意图的一部分，展示了无驱动器I-Compander的可选用途。
图2C是图2B的流程示意图，展示了电机驱动器I-Compander的可选用途。
图3是是图2的流程示意图，显示了膨胀器/发电机系统的可选用途。
具体实施方式
下面详细描述本发明的具体实现方式：
1.介绍
以下为详细描述，详细描述包括图纸。例如，详细描述包括由本发明技术方案中定义的有关发明的描述以及使本领域普通技术人员能够使用本发明的充分信息。在附图中，相同的元件通常用相似的参考号标记，而不管元件出现的视图或图形。附图旨在帮助描述并提供本发明所述主题某些方面的视觉表示。这些图形不一定完全按比例绘制，不显示系统的所有结构细节，也不限制本发明的范围。
所附的每一个技术方案中都界定了一个单独的发明，并被视作包含技术方案中规定的各个要素或限制因素的等效物，以便达到防止侵权的目的。但不同技术方案中的技术特征在没有冲突的情况下，可以进行相互组合，不构成限制。根据上下文的不同，以下关于“发明”的所有参考在某些情况下可以仅指某些特定实施例，而在其他情况下，可以指在一个或多个技术方案中叙述的主题，但不一定指全部技术方案中的主题。下面会更详细地描述每个发明，包括具体实施例、版本和实例，但是本发明不限于这些具体实施例、版本或实例。这些具体实施例、版本或实例的目的是使本领域普通技术人员能够结合本发明的信息与已有的信息和技术来应用该发明。本发明中使用的各种术语定义如下，在解释包括这些术语在内的技术方案时，应该基于这些术语的定义进行解释，但是在规范中或明确声明中给出了不同含义的情况除外。对于在以下技术方案中使用的术语，如未在下文或声明中进行定义的，应按本领域技术人员对任何印刷出版物、字典或已发行专利文献中出现的该术语所给予的最广泛的定义进行定义。
2.选定的定义
某些技术方案包括以下本发明所使用的术语中的一个或多个，其定义如下。
本发明所用术语“烯烃”的定义为含有至少一个碳-碳双键的不饱和烃。本发明所用术语“压缩流出物蒸气流”的定义为来自进料压缩机的烯烃-氢流出物气流。在本发明公开的某些实施例中，混合进料进入脱氢装置以产生含有氢气、烯烃和重烃组分的流出物气流。这些实施例中的流出物气流为低压流出物气流。脱氢装置的一个示例是OLEFLEXTM，是脱氢装置的品牌名称(OLEFLEXTM是Des Plaines公司旗下UOP Inc.公司的商标)。
在本发明公开的某些实施例中，压缩流出物蒸气流被称为反应器流出物。此外，在某些实施例中，反应器流出物在35℃至52℃和0.5-1.2MPa(g)的环境下进入氢分离过程。
本发明所用术语“压缩机”的定义为通过减小其体积来增加气体压力的机械装置。在本发明公开的某些实施例中，进料压缩机也称为反应器流出物压缩机单元。
本发明所用的术语“热交换器”的定义为将热量从一个物质转移或“交换”到另一物质的装置。在本发明公开的某些实施例中，热交换器被称为集成式主热交换器。此外，在本发明公开的某些实施例中，可以存在多个热交换器或仅一个热交换器。此外，在某些实施例中，热交换器可以由铝制钎焊式热交换器芯子组成。在本发明公开的至少一个具体实施例中，集成式主热交换器具有暖流通道，并且具有冷流通道。另外，在具有多于一个热交换器的某些实施例中，热交换器可以被串联或并联配置。
本发明所用的术语“分离器”定义为用于从烯烃和重链烷组分分离氢的装置。在本发明公开的某些实施例中，在垂直容器中通过重力使液体沉降到容器的底部，再从底部抽出液体。在相同的实施例中，混合物的气体部分行进通过容器顶部的气体出口。此外，在发明公开的某些实施例中，使用了多于一个的分离器。在本发明公开的某些实施例中，每个分离器都使大部分的烯烃和链烷组分被冷凝成液体和残留的氢蒸气。“链烷烃”是具有通式Cn H 2n+2的饱和烃。例如，在本发明公开的一个实施例中，出口流进入第二分离器，变成99.8％蒸气和0.2％液体。
本发明所用的术语“一次蒸气流”主要是氢气。在本发明公开的一个具体实施例中，一次蒸气流是来自一级冷气-液分离器的蒸气流。
本发明所用的术语“一次液体流”由冷凝烯烃和链烷组分组成。在本发明公开的某些实施例中，一次液体流为富烯烃液体流。此外，在本发明公开的某些实施例中，一次液体流是来自一级冷气-液分离器的液体流。
本发明所用的术语“二次蒸气流”主要由氢气组成。在本发明公开的某些实施例中，二次蒸气流温度为-115℃。此外，在本发明公开的某些实施例中，二次蒸气流为来自二级冷气-液分离器的蒸气流。
本发明所用的术语“二次液体流”由液体形式的烯烃和链烷组分组成。在本发明公开的一个具体实施例中，二次液体流为来自二级冷气-液分离器的液体流。
本发明所用的术语“膨胀器”被定义为离心式或轴流式涡轮机，该涡轮机将气体进行等熵膨胀。在本发明公开的一个具体实施例中，通过使用双级膨胀器将高压流出物气流进行膨胀来制冷，从而获得低温温度。本发明所用的术语“低温”是指非常低的温度或与之相关的形容词。本发明所用的术语“制冷”定义为在受控条件下将热量从一个位置移动到另一个位置的过程。
膨胀器配置的一个实施例是膨胀器/压缩机配置，其可以是两个独立的膨胀器/压缩机组。在本膨胀器/压缩机配置的实施例中，可以是两组分开的磁轴承型膨胀器/压缩机组或共享一个通用润滑油系统的油轴承型机组。对于具有两个单独的膨胀器/压缩机组的膨胀器配置，其中一组可称为高压膨胀器/压缩机组，设置成“后压缩”，另一组可称为低压膨胀器/压缩机组，设置成“预压缩”。“后压缩”表示压缩机设置为膨胀后对气流进行压缩。“预压缩”是指压缩机设定为在膨胀之前对气流进行压缩。在本发明公开的某些实施例中，流向高压膨胀器和高压压缩机的气流的组成和质量流量基本保持不变。此外，在相同的实施例中，流向低压膨胀器和低压压缩机的气流的组成和质量流量基本上保持不变。
在其他实施例中，可以在高压压缩机的排放处添加增压压缩机。本发明所用的术语“增压压缩机”是指提供附加压力的附加压缩机。在本发明公开的一个具体实施例中，添加增压压缩机以实现流出物气流所需的制冷。此外，在同一实施例中，增压压缩机可以是由电动机或其他类型的驱动器驱动的独立压缩机。本发明所用的术语“电机”被定义为将电能转换成机械能的电动机械。
在其它实施例中，高压膨胀器、低压膨胀器、高压压缩机和低压压缩机被安装到共用的大齿轮(bull gear)上，以形成无驱动器I-Compander(结合式压缩膨胀器IntegratedCompander)。本发明所用的术语“大齿轮”被定义为较小齿轮中的任意大驱动齿轮。在另一个实施例中，可以将电动马达添加到大齿轮上，为压缩机提供额外的动力以增加气流的压力。
膨胀器配置的另一实施例是膨胀器/发电机配置。本发明所用的术语“发电机”被定义为将机械能转换成电能的装置。在本发明公开的某些实施例中，可以有两个单独的膨胀器/发电机组。此外，在这些实施例中，来自高压膨胀器的输出功率驱动其对应的发电机以产生电力。类似地，在这些相同的实施例中，来自低压膨胀器的输出功率驱动其相应的发电机以产生电力。
本发明所用的术语“气体产物”被定义为富氢气体产物流，其被送至下游生产设施。在本发明公开的一个具体实施例中，气体产物为净气体产物。在其中一个实施例中，气体产物主要包含氢气以及来自反应器流出物气流的甲烷和乙烷轻烃，去掉内部作为循环气体产生的物质。在这个实施例中，气体产物的规格如下：
Figure BDA0002638270970000051
本发明所用的术语“分流”是指富氢气流。在本发明公开的一个具体实施例中，分流为一种循环气体。在一个实例中，该循环气体符合以下规格：
Figure BDA0002638270970000052
本发明所用的术语“液体链烷流”是指主要由丙烷、异丁烷或主要由两者的混合物构成的液体烃流。丙烷是分子式为C3H8的三碳烷烃。异丁烷是具有叔碳的最简单烷烃，它的分子式为C4H10。在本发明公开的一个具体实施例中，液体链烷流是新鲜进料。在一个实例中，液体链烷流的温度为52℃，压力为2.06MPa(g)。
本发明所用的术语“控制阀”被定义为通过改变流动通道的尺寸来控制流体流动的阀。在本发明公开的一个具体实施例中，控制阀用于降低流体流的压力。本发明所用的术语“液体产物罐”被定义为用于分离气-液混合物的装置。在本发明公开的某些实施例中，液体产物罐被连接到整流器上。在这些实施例中，液体产物罐用于对局部蒸发的液体流进行闪蒸。本发明所用的术语“闪蒸”是指“快速蒸发”，被定义为当饱和液体流通过节流阀或其它节流装置导致压力降低时出现的局部蒸气。在一个实例中，液体产物罐的温度保持在0℃左右，使得液体产物罐可以由碳钢构成。
在一个具体实施例中，一旦进入液体产物罐中，氢、甲烷和乙烷等轻质组分从液体中闪蒸出来并通过位于液体产物罐顶部的整流器向上流动。本发明所用的术语“整流器”被定义为用于“整流”的填充柱。在“整流”中，蒸气和液体通过特殊装置(有时称为整流器)相互逆流，该特殊装置中两相之间存在多个接触点。逆流运动伴随着热量和质量交换。在一个实施例中，整流器是一个中空的垂直圆柱体，其中有不规则形状的物质，统称为填料，用于扩大气液界面。
本发明所用的术语“最终液体产物”是指富烯烃的液体产物流。在本发明公开的一个具体实施例中，最终液体产物为液体产物流307.在一个实例中，最终液体产物主要包含来自反应器流出物气流的丙烯和较重烃，并满足以下规格：
丙烷+丙烯回收率,％ 99.9
温度,C 50±5℃
压力,MPa(g) 4.0
“闪蒸气流”是来自于液体产物罐的蒸气。在本发明公开的某些实施例中，闪蒸气流可以循环利用，回到反应器流出物压缩机单元中，以回收闪蒸气流中的任何烃。
本发明所用的术语“低温冷箱”被定义为容纳低温设备和部件的盒子。在本发明公开的某些实施例中，低温冷箱装有绝缘材料，并用氮气吹扫以提供冷绝缘。
在某些实施例中，低温冷箱可以包含热交换器、分离器、液体产物罐和整流器，以及相关管道。在相同的实施例中，控制阀可以被封装在低温冷箱的内部或者安装在低温冷箱的外部。
3.部分具体实施例
以下描述了某些具体实施例，这些描述并非本发明的唯一描述。其它具体实施例，包括在附图中所提及的实施例，已包含在本申请书及其附带发出的任何专利中。
本发明公开的一个或多个具体实施例包括使用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的工艺，包括在热交换器中对压缩的流出物蒸气流进行冷却；在第一分离器中对冷却后的压缩流出物蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得一次蒸气流和一次液体流；在热交换器中对一次蒸气流进行冷却；在第二分离器中对冷却后的一次蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得二次蒸气流和二次液体流；在热交换器中对二次蒸气流进行加热；在高压膨胀器中对二次蒸气流进行等熵膨胀，二次蒸气流的压力和温度下降；在热交换器中对二次蒸气流进行加热；在高压压缩机中，对二次蒸气流进行压缩；在第一排气冷却器中将二次蒸气流进行冷却；将二次蒸气流分成气体产物和分流；抽出气体产物；在低压压缩机中对分流进行压缩；在第二排气冷却器中对分流进行冷却，然后在热交换器中对分流进行再次冷却；在低压膨胀器中对分流进行等熵膨胀，分流的压力和温度下降；在热交换器中对液体链烷流进行冷却；将冷却后的液体链烷流与膨胀后的分流进行混合，以获得混合进料；在热交换器中对混合进料进行蒸发；抽出蒸发后的混合进料；在控制阀中对一次液体流进行降压；在热交换器中对一次液体流进行局部蒸发；在液体产物罐中对局部蒸发的一次液体流进行闪蒸，以获得富氢气体，富氢气体流向连着液体产物罐的整流器；在整流器中，将富氢气体和二次液体流进行混合，以进一步净化富氢气体；在热交换器中对整流器中富氢气体进行加热，以获得闪蒸气流；从液体产物罐抽取第三次液体流到热交换器内进行加热；以及获得液体产物。
本发明公开的一个或多个具体实施例包括使用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的工艺，包括对压缩流出物蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得一次蒸气流和一次液体流；对一次蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得二次蒸气流和二次液体流；对二次蒸气流进行膨胀和压缩；将二次蒸气流分成气体产物和分流；对分流进行压缩和膨胀；对一次液体流进行降压；对一次液体流进行局部蒸发；在液体产物罐中对局部蒸发的一次液体流进行闪蒸，以获得富氢气体；以及在整流器中，将富氢气体和二次液体流进行混合。
本发明公开的一个或多个具体实施例包括使用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的工艺，包括对压缩流出物蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得一次蒸气流和一次液体流；对一次蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得二次蒸气流和二次液体流；在高压膨胀器中对二次蒸气流进行等熵膨胀；在高压压缩机中对二次蒸气流进行压缩；将二次蒸气流分成气体产物和分流；在低压压缩机中对分流进行压缩；以及在低压膨胀器中对分流进行等熵膨胀。
本发明公开的一个或多个具体实施例包括使用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的工艺，包括在热交换器中对压缩的流出物蒸气流进行冷却；对冷却后的压缩流出物蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得一次蒸气流和一次液体流；在热交换器中对一次蒸气流进行冷却；对冷却后的一次蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得二次蒸气流和二次液体流；在热交换器中对二次蒸气流进行加热；对二次蒸气流进行膨胀；在热交换器中对二次蒸气流进行加热；对二次蒸气流进行压缩；将二次蒸气流分成气体产物和分流；对分流进行压缩；在热交换器中对分流进行冷却；对分流进行膨胀；在热交换器中对液体链烷流进行冷却；将冷却后的液体链烷流与膨胀后的分流进行混合，以获得混合进料；在热交换器中对混合进料进行蒸发；在热交换器中对一次液体流进行局部蒸发；在液体产物罐中对局部蒸发的一次液体流进行闪蒸，以获得富氢气体；在热交换器中对富氢气体进行加热，以获得闪蒸气流；从液体产物罐抽取第三次液体流到热交换器内进行加热。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，热交换器可以是单个热交换器。
在本发明公开的任何一个工艺或系统中，热交换器可以由一个或多个铝制钎焊式热交换器芯子组成。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，压缩流出物蒸气流可以由氢、链烷烃和丙烯或异丁烯组成。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，压缩流出物蒸气流可以由氢、链烷烃以及丙烯和异丁烯的混合物组成。
在本发明公开的任何工艺或系统中，液体链烷流可以由丙烷、异丁烷，或丙烷和异丁烷的混合物组成。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，可以不使用外部制冷。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，可以使用增压压缩机向高压压缩机的二次蒸气流提供额外的压力。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，高压膨胀器、低压膨胀器、高压压缩机和低压压缩机可安装在大齿轮上。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，可以使用马达驱动大齿轮。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，可以由高压膨胀器、低压膨胀器或两者产生的动力来驱动一个或多个发电机。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，高压膨胀器和低压膨胀器可以串联配置。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，高压压缩机和低压压缩机可以串联配置成两个或多个压缩机级。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，可以由高压膨胀器中产生的动力来驱动高压压缩机。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，可以由低压膨胀器中产生的动力来驱动低压压缩机。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，可以使用低温冷箱来放置所有低温设备和部件。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，抽出的混合进料可用作脱氢反应器的进料流。
在本发明公开的任何一个工艺或系统中，抽出的液体产物可以导入到产物储存系统中。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，闪蒸气流可以再循环回到进料压缩机。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，液体产物罐中的液体产品的温度保持在碳钢材料能够承受的温度范围内。液体产物罐可以保持在一定温度范围内，因而液体产物罐可以由碳钢组成，降低成本。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，流向高压膨胀器和高压压缩机的二次蒸气流的组成和质量流量可以保持基本不变。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，流向低压膨胀器和低压压缩机的分流的组成和质量流量可以保持基本不变。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，高压膨胀器和高压压缩机组以及低压膨胀器和低压压缩机组可以是磁轴承型膨胀器/压缩机组。
在本发明公开的任何一种工艺或系统中，高压膨胀器和高压压缩机组以及低压膨胀器和低压压缩机组可以是具有共同润滑油系统的油轴承机组。
本发明公开的一个或多个具体实施例包括一个使用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的分离系统，其组成如下：热交换器，用于压缩的流出物蒸气流的冷却、一次蒸气产物的冷却、二次蒸气产物的加热、二次蒸产物再加热、分流的冷却、反应器的液体链烷进料的冷却、组合流的蒸发、一次液体产物的局部蒸发、整流器富氢气体的加热，以及液体产物罐的闪蒸液体流的加热；第一分离器，对冷却后的压缩流出物蒸气流进行分离以获得一次蒸气产物和一次液体产物；第二分离器，对冷却后的一次蒸气产物进行分离以获得二次蒸气产物和二次液体产物；高压膨胀器，用于二次蒸气产物等熵膨胀；高压压缩机，用于压缩二次蒸气产物；低压压缩机，用于压缩分流；低压膨胀器，用于分流等熵膨胀；整流器，用于对局部蒸发的一次液体产物进行闪蒸，以获得富氢气体，并将富氢气体与二次液体产物进行混合。
4.图中具体实施例
本发明给出的附图仅用于说明的目的，并不意图限制本发明的范围。相反，附图旨在帮助本领域普通技术人员使用所要求保护的发明。
参考图1-3，展示了富烯烃压缩流出物蒸气流氢分离系统的一个具体实施例。这些图可以显示包括在本说明书所示的和未示出的各种具体实施例中找得到的特征。
图1示出了一个氢分离系统，处理单元100，包括一个脱氢装置102和一个反应器流出物压缩机单元104。新鲜进料200为主要由丙烷、异丁烷或者丙烷和异丁烷混合物组成的液体链烷流。新鲜进料200与在处理单元100内产生的再循环气体220(未示出)混合。再循环气体220主要包含氢气。新鲜进料200和再循环气体220的混合物在处理单元100内被蒸发，形成混合进料202。混合进料202进入脱氢装置102并进行脱氢，产生流出物气流204。流出物气流204是由氢、烯烃和其他烃组成的低压流出物气流。然后流出物气流204与主要为氢气的闪蒸罐蒸气206混合，形成进料气流208。进料气流208进入反应器流出物压缩机单元104，进料气流208的气压增加，随后其温度降低，并进入处理单元100。反应器流出物210离开反应器流出物压缩机单元104，含有氢气和烃混合物。从处理单元100产生了两种产物流，一种是富氢气体产物流，称为净气体产物212，另一种是增压的富烯烃液体产物流，称为液体产物214。
处理单元100是一个流动系统，其设计可以连接到丙烷脱氢(PDH)单元、异丁烷脱氢(BDH)单元或丙烷/异丁烷脱氢(PBDH)单元，用于对反应器流出物进行氢分离。PDH、BDH和PBDH的工艺条件(温度、压力、组成)不同，但其基本工艺流程图可以是相同的。关键点的工艺条件在下表中进行了说明：
表1：PDH设备关键流的工艺条件示例
Figure BDA0002638270970000111
表2：BDH设备关键流的工艺条件示例
Figure BDA0002638270970000121
表3：PBDH设备关键流程的工艺条件示例
Figure BDA0002638270970000131
图2示出处理单元100的详细结构，其由一个集成式的主热交换器106、两个单独的膨胀器/压缩机组(108/110和112/114)、一级冷气-液分离器116、二级冷气-液分离器118、液体产物罐120和液体产物泵122组成。根据不同的工艺条件，集成式主热交换器106也可以选择配置成串联或并联的两个或多个热交换器。
两个单独的膨胀器/压缩机组(108/110和112/114)可以是共享一个通用润滑油系统的两个独立磁轴承型或两组油轴承型机组。每组膨胀器/压缩机组(108/110和112/114)可以根据膨胀和压缩的压力比、流量和其它因素而被串联配置成两级或多级。
新鲜进料200从集成式主热交换器106的上部热端处进入暖流通道A1，新鲜进料200冷却至低温，并从集成式主热交换器106的下部冷端处离开通道A1，作为出口流216。然后通过流量控制阀124对出口流216进行降压，使其压力满足供给脱氢装置102(未示出)的混合进料202所需的压力。
然后流量控制阀124的出口流218经由通道B1返回集成式主热交换器，并与从低压膨胀器112排出的再循环气体220混合。再循环气体220和出口流218的混合气流沿着通道B1向上行进，并在此处冷流通道B1与暖流通道A1、A2、A3和A4之间发生热交换。在离开通道B1之前，混合气流完全蒸发并变成过热蒸气流。在离开通道B1之后，过热蒸气流被称为混合进料202。通过脱氢装置102(未示出)的进料将混合进料202的压力保持在恒定值。混合进料202为脱氢装置102(未示出)的反应器原料。
反应器流出物210为来自反应器流出物压缩机单元104(未示出)的烯烃-氢流出物流，从集成式主热交换器106上部热端进入通道A2，在行进中冷却至低温，并从集成式主热交换器106中部离开通道A2。反应器流出物210在通道A2行进时的冷却是由冷流通道B1至B6来实现的。来自通道A2的出口流222以低温进入一级冷气-液分离器116，此时出口流222中大部分的烯烃和重链烷组分(>95％)被冷凝成液体，并被分离出来作为液体流224。另外，出口流222的氢几乎全部(>99％)保持蒸气的形式，并被一级冷气-液分离器116分离成蒸气流226。
然后蒸气流226通过通道A3流回到集成式主热交换器106，当蒸气流226在集成式主热交换器106的下端通过通道A3时，其温度已冷却到较低的温度。通道A3的出口流228进入二级冷气-液分离器118，其烯烃和重链烷成分大部分(>85％)被冷凝成液体流230，同时几乎全部的氢(>99.95％)保留在蒸气流232中。蒸气流232离开二级冷气-液分离器118，并通过通道B4返回到集成式主热交换器106，在此加热，然后离开集成式主热交换器106的通道B4，作为出口流234。出口流234进行过热处理，并进入高压膨胀器108，做“等熵”气体膨胀处理，将其膨胀到较低的气压和温度以变成冷流236。高压膨胀器108的输出功率驱动高压压缩机110。高压膨胀器108配备有IGV(入口引导叶片)和旁通控制阀126，以在高压膨胀器108的入口处保持恒定压力。
冷流236可以包含或不包含液体。冷流236通过集成式主热交换器106的下部冷端直接流入通道B3，并通过通道B3向上行进，在此与热流通道A1、A2、A3和A4进行热交换。冷流236穿过通道B3时受热，当其在集成式主热交换器106上部热端处离开通道B3时，其温度接近通道A1、A2、A3和A4的入口处温度。然后通道B3的出口流238流向高压压缩机110，气压上升，以满足净气体产物212的压力要求。高压压缩机110的排出流240主要包含来自反应器流出物210的氢和其它轻质烃(例如甲烷和乙烷)，通过高压压缩机排气冷却器128对其进行冷却，然后分解成两股流。一股为净气产物212，送至下游生产设施中。净气体产物212的气压决定了高压压缩机110的排出压力。压力控制阀130保持高压压缩机110所需的最小排出压力，以便在净气体产物212压力丧失时对高压压缩机110进行保护。
高压压缩机排气冷却器128排出的二次流为分流242。分流242被引向低压压缩机114并进行增压。然后分流242由低压压缩机排气冷却器132进行冷却，再通过集成式主热交换器106的上部热端进入暖流通道A4。分流242在集成式主热交换器106中部流入并流出通道A4的过程中被冷却至低温。然后通道A4的出口流244回流到低压膨胀器112，经过“等熵”气体膨胀过程后变成较低的气压和温度。低压膨胀器112的输出功率驱动低压压缩机114。低压膨胀器112排出流是再循环气体220，其与出口流218混合成为混合进料202。
低压膨胀器112配备有IGV(入口引导叶片)和旁路控制阀134，以保持再循环气体220的恒定流量从而与出口流218混合，以满足混合进料202要求的H 2/烃摩尔比。H2/烃摩尔比定义为：(混合进料202中氢摩尔数)/(混合进料202中烃摩尔数)。该比例通常由脱氢反应器(如UOP的OLEFLEXTM脱氢反应器)的许可证规定。
混合进料202的压力决定了低压膨胀器112的排出压力。压力控制阀136保持低压膨胀器112所需的最小压力，以防在混合进料202压力丧失的情况下低压膨胀器112“飞出”。
富烯烃液体流224回到一级冷气-液分离器116，由液位控制阀138进行降压，然后进入集成式主热交换器106的通道B2，作为冷流246。冷流246在集成式主热交换器106下部冷端处进入通道B2，与暖流通道A1、A2和A4交换热量并局部蒸发。该局部蒸发流248在集成式主热交换器106中部离开通道B2并流向液体产物罐120。一旦进入液体产物罐120中，氢、甲烷和乙烷等主要轻质组分，也可能还有一些C3+组分，从液体中闪蒸出来并通过位于液体产物罐120顶部的整流器140向上流动。在作为填充柱的整流器140中向上运行的富氢气体与来自二级冷气-液分离器118的向下移动的较冷液体流230接触。整流器140中进行热和质量传递，因此整流器140中的富氢气体被进一步纯化，以满足闪蒸罐蒸气206最小氢含量的要求，然后作为蒸气流250从整流器140的顶部离开。
液体产物罐120的压力由蒸气流250上的压力控制阀142保持至恒定压力，以使液体产物214中烯烃和重烃组分的回收率最大化，并满足液体产物214中最大允许氢含量的规定。
经过压力控制阀142之后，冷流252除了氢、甲烷和乙烷等主要的轻组分之外还含有某些烯烃组分。冷流252在集成式主热交换器106的下部冷端处进入冷流通道B6。当冷流252沿着通道B6行进时，其与热流通道A1、A2、A3和A4进行热量交换，并且在离开通道B6时冷流252被加热至接近反应器流出物210或新鲜进料200的入口温度。然后来自通道B6的闪蒸罐蒸气206回流到反应器流出物压缩机单元104(未示出)的入口。
来自液体产物罐120的被分离的冷液流254由液体产物泵122加压到满足液体产物214所需压力。液体产物罐120的液面由液位控制阀144保持。
然后冷液体产物流256在集成式主热交换器106的中部进入通道B5。液体产物流256在通道B5中向上行进时，与暖流通道A1、A2和A4交换热量，并且在集成式主热交换器106的上部热端处离开通道B5时被加热到液体产物214规定的温度。然后液体产物214被送往生产设施。
液体产物罐120可以保持在大于-15℃的温度，因此，液体产物罐120和液体产物泵122可以由碳钢构成，用于节约额外成本。
将液体产物罐120升高以使液体产物泵122获得足够的NPSHa(有效气蚀余量)，以使液体产物泵122免受气蚀损伤。
此外，低温冷箱146的设计可容纳所有低温设备，包括集成式主热交换器106、一级冷气-液分离器116、二级冷气-液分离器118和液体产物罐120，以及相关的管道。控制阀138、119、142和124可以封装在低温冷箱146内或者安装在其外部。低温冷箱146通常用绝缘材料填充并用氮气吹扫以为低温设备和部件提供冷绝缘。
图2A示出了两个单独膨胀器/压缩机组(108/110和112/114)带一个位于高压压缩机110排放处的附加增压压缩机148的选项。图2和图2A之间唯一的区别是附加的增加压缩机148，用于为高压压缩机110排放流258提供额外压力。此外，增压压缩机148能够实现流出物气流所需的制冷，特别是在反应器流出物210和净气体产物212之间的压力差不足以达到所需制冷的情况下。增压压缩机148是由电动机或其他类型的驱动器驱动的独立压缩机。
图2B显示无驱动器I-Compander选项。图2和2B中唯一的区别是将高压膨胀器108、低压膨胀器112、高压压缩机110和低压压缩机114安装在共同的大齿轮150上，以形成无驱动器I-Compander 152。根据膨胀、流量等因素的压力比的不同，每台膨胀器也可以进行串联设置，并有多个级。根据压缩、流量等因素的压力比的不同，每台压缩机可以串联设置，有两个或多个级。
图2C显示了电机驱动器I-Compander选项。图2B和2C中唯一的区别是为I-Compander152的大齿轮150附加一个电动机154。驱动压缩机的动力来自高压膨胀器-108和低压膨胀器112，附加功率输入来自电动机154。“电机驱动器选项”和“无驱动器选项”之间的唯一区别是增加了电动机154，用于为压缩机提供额外功率，为排出流240和出口流244增压以便得到所需的制冷。当反应器流出物210和净气体产物212之间的压力差不足以达到所需的制冷时，特别需要电动机154对I-Compander 152的功率输入。
图3示出了图1中处理单元100的膨胀器/发电机选项。它示出了集成式主热交换器106、两个单独的膨胀器/发电机组(108/156和112/158)、一级冷气-液分离器116、二级冷气-液分离器118、液体产物罐120和液体产物泵122的配置。图3和图2的区别在于膨胀器组的配置以及下述细节。
流234在过热状态下离开集成式主热交换器106的通道B4，并进入高压膨胀器108，经过“等熵”气体膨胀过程后膨胀到较低的压力和温度。来自高压膨胀器108的输出功率驱动发电机156发电。高压膨胀器108配备有IGV(入口导向叶片)和旁通控制阀126，以使膨胀器入口保持恒定压力。
来自高压膨胀器108的冷出口流236可以含有或不含有液体。它直接流入位于集成式主热交换器106下部冷端的通道B3，并在通道B3中向上行进，与热流通道A1、A2和A3进行热量交换。侧流260从通道B3的中部抽出，作为低压膨胀器112的进料。
通道B3的出口流262流过压力控制阀130，作为净气体产物212流向下游生产设施。净气体产物212的压力决定了高压膨胀器108的排出压力。压力控制阀130将保持高压膨胀器108要求的最小排放压力，以便在净气体产物流的压力丧失时保护膨胀器免于“飞出”。
来自通道B3的侧流260被引向低压膨胀器112，经过“等熵”气体膨胀过程后变成较低的压力和温度。来自低压膨胀器112的输出功率驱动发电机158发电。
低压膨胀器112配备有IGV(入口导向叶片)和旁路控制阀134，以保持流264的恒定流量，其为要求的富氢循环气流，与液体链烷流218进行混合，以满足混合进料202规定的H2/HCBN摩尔比。H 2/HCBN摩尔比定义为：(混合进料202中氢摩尔数)/(混合进料202中烃摩尔数)。该比率通常由脱氢反应器(如UOP的OLEFLEXTM脱氢反应器)的许可证规定。
混合进料202的压力决定了低压膨胀器112的排出压力。安装压力控制阀136以保持低压膨胀器112所需的最小压力，以便在混合进料202压力丧失的情况下保护膨胀器免于“飞出”。如图2中所述，来自压力控制阀136的流220与流218混合。流220是与流218混合形成混合进料202的再循环气流。
以上大体地描述了通过丙烷、异丁烷或两者混合物进行脱氢来对流出物进行氢分离的改良工艺和系统。更具体地讲，使用单个热交换器使工艺更为均衡，减少了无效或非预期流动分配的设计偏离。这样就获得了更佳的热力学效率和稳定性。此外，具有紧凑设计的单个热交换器占用较少的空间，这在工业环境中具有显着的益处。
此外，两组膨胀器/压缩机的膨胀器配置改善了工艺流程。在上面的描述中，流向每组膨胀器/压缩机的气流的组成和质量流量基本上保持不变。这样就通过将膨胀器的功率回收至系统来提高能量效益。与此同时，整流器中的富氢气体被进一步纯化以满足闪蒸罐蒸气的最小氢含量要求，因而又提高C3液体产物的回收率。

Claims (10)

1.一种用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：
a.对压缩流出物蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得一次蒸气流和一次液体流；
b.对一次蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得二次蒸气流和二次液体流；
c.对二次蒸气流进行膨胀和压缩；
d.将二次蒸气流分成气体产物和分流；
e.对分流进行压缩和膨胀；
f.对一次液体流进行降压；
g.对一次液体流进行局部汽化；
h.在液体产物罐中对局部汽化的一次液体流进行闪蒸，以获得富氢气体；以及
i.在整流器中，将富氢气体和二次液体流进行混合。
2.一种用脱氢装置对富烯烃压缩流出物蒸气流进行氢分离的工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：
a.对压缩流出物蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得一次蒸气流和一次液体流；
b.对一次蒸气流中烯烃和重链烷组分进行氢分离，以获得二次蒸气流和二次液体流；
c.在高压膨胀机中对二次蒸气流进行等熵膨胀；
d.在高压压缩机中对二次蒸气流进行压缩；
e.将二次蒸气流分成气体产物和分流；
f.在低压压缩机中对分流进行压缩；以及
g.在低压膨胀机中对分流进行等熵膨胀。
3.如权利要求1或2任一所述的工艺，其特征在于，所述的压缩流出物蒸气流由氢、链烷烃和丙烯或异丁烯组成。
4.如权利要求1或2任一所述的工艺，其特征在于，所述的压缩流出物蒸气流由氢、链烷烃以及丙烯和异丁烯的混合物组成。
5.如权利要求1或2任一所述的工艺，其特征在于，使用增压压缩机对高压压缩机的二次蒸气流进行增压。
6.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，包括将高压压缩机和低压压缩机串联配置成两个或多个压缩机级。
7.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，包括通过高压膨胀机所产生的动力来驱动高压压缩机。
8.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，包括通过低压膨胀机所产生的动力来驱动低压压缩机。
9.如权利要求1或2任一所述的工艺，其特征在于，包括使用低温冷箱来放置所有低温设备和部件。
10.如权利要求1或2任一所述的工艺，其特征在于，包括液体产物罐中的液体产品的温度保持在碳钢材料能够承受的温度范围内。
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