CN115968363A - 用于分离进料流的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了用于分离进料流(1)的一种方法和一种设备(100)，该进料流含有至少氢和每个分子有三或四个碳原子的碳氢化合物，尤其是丙烷、丙烯、丙二烯、丁烷、1‑丁烯、2‑丁烯和/或1,3‑丁二烯。其中经过压缩的进料流(1)在至少两个热交换器(120,130)中通过多个冷却步骤被冷却，并且在每个冷却步骤之后被分成冷凝流(7,8,9)和残余气体流(3,5,11)。在此，至少两个热交换器(120,130)在至少两个不同的温度水平下运行，其中一个热热交换器(120)在中温水平下运行，一个冷热交换器(130)在低温水平下运行。为了从冷热交换器(130)中排出部分热量，使用由其中一个冷凝流(7,8,9)的一部分(13)和其中一个残余气体流(3,5,11)的一部分(14)形成的内部制冷剂(15)。

Description

用于分离进料流的方法和设备
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的用于分离进料流的一种方法和一种设备。
背景技术
在碳氢化合物和其他有机化学化合物的工业生产和加工中，通常需要在执行进一步的方法步骤之前将一个方法步骤的产品流分离成不同的组分，例如为了分离会干扰后续方法步骤的那些组分，或者为了提供具有所需纯度的产品。
对于这种分离，通常使用所谓的低温分离方法，在这种方法中，气体进料流被冷却，其中进料流至少部分液化。通过这种部分冷凝，可以根据各自的沸点或蒸汽压力，在各自的压力或温度下，将进料流中包含的各种组分彼此分离。为此，通常使用所谓的C2制冷剂，其由碳氢化合物混合物组成，这些碳氢化合物混合物基本上由每个分子有两个碳原子的化合物组成。也可以使用纯C2制冷剂，如乙烷或乙烯。
此外，不需要C2制冷剂的分离方法是已知的。例如，从US 6,333,445B1中已知这种低温分离方法。在这种方法中，来自烷烃脱氢工艺并且因此包含氢以及未反应的烷烃和由此产生的烯烃的气体进料流首先被压缩，然后使用两个热交换器冷却和部分冷凝。在此，作为冷却剂，含有脱氢工艺所需的烷烃的液体原料流被蒸发和加热。在下文中，“进料流”是指提供给分离程序的气体物质流。该气体物质流来自有机化学转化程序，该有机化学转化程序又被供给了在下文使用的说法中的“原料流”。因此，在所解释的实例中，原料流被送入烷烃脱氢工艺，并在其中转化为分离工艺的进料流。
从进料流中产生的冷凝物或液体流与剩余的残余气体流分离。冷却能力主要由液体原料流吸收的蒸发热量提供。工艺条件，特别是气体进料流和液体原料流之间的正压差，导致温差，从而允许传热和进料流的部分冷凝或原料流的蒸发。
根据烷烃脱氢工艺的设计方案，这可能会导致这样一种情况，即从原料流的蒸发中提取的热量不足以实现进料流的分离或部分冷凝。
因此，本发明的任务是给出一种改进的分离方法，该方法在不使用C2制冷剂的情况下，即使在与原料流的蒸发所提取的热量有关的不利情况下，也能确保相应的分离。
发明内容
该任务由根据各独立权利要求所述的方法和设备来完成。有利的设计方案和改进方案由从属权利要求的特征和下面的描述中得出。
在阐明本发明的特征和优点之前，先解释其基本原理和在本公开文件的框架内使用的术语。
“压缩机”是一种装置，该装置被适配成将至少一种气体流从其被供应给压缩机时的至少一个输入压力(也称为吸入压力)压缩到其从压缩机中被取出时的至少一个最终压力。压缩机形成一个结构单元，然而，该结构单元可以具有活塞、螺杆和/或叶片系列形式的多个“压缩机级”(即轴向或径向压缩机级)。特别地，相应的压缩机级借助例如通过公共轴的公共驱动来驱动。所述意义上的压缩机或这种压缩机的压缩机级执行本公开文件的说法中的“压缩步骤”。
“冷却器”是一种装置，该装置被适配成将流体流(例如气体或液体)从其被供应给冷却器时的至少一个输入温度冷却到其从冷却器中被取出时的至少一个最终温度。冷却器形成一个结构单元，然而，该结构单元可以具有(例如板式、管式、逆流式)热交换器和/或膨胀器(例如节流阀或涡轮机)形式的多个“冷却级”。特别地，可以使用单个热交换器来实现相应的冷却级。所述意义上的冷却器或其冷却级执行本公开文件的说法中的“冷却步骤”。
在本公开文件的说法中，“热分离”的特征在于，在该过程中，气体混合物在至少部分液化的情况下被分离，并且在其中使用合适的制冷剂。为此，使用已知的热交换器。分离是借助已知的相分离装置进行的，例如借助气体分离器。在热分离中，尤其是使用所谓的C3和/或C2制冷剂。这些制冷剂在不同的压力水平之间被引导，其中使用上述压缩机以及例如已知的膨胀涡轮机或膨胀阀或节流阀。
在本公开文件中，如果提及某种物质流或混合物相对于另一种物质流或另一种混合物“富集”一个或多个组分，则应理解为该(这些)组分在以这种方式富集的物质流或混合物中的浓度相对于参考物质流或参考混合物至少高出1.1、1.2、1.5、2、3、5、10、30、100、300或1000的系数。对应地，“贫化”物质流的浓度低于参考流，尤其是组分的浓度低于参考流，即不超过参考流中组分浓度的90％、80％、50％、30％、10％、3％、1％、0.3％或0.1％。
本公开文件使用“压力水平”和“温度水平”这两个术语来表征压力和温度，由此表示不必为了实现本发明的理念而在对应设备中使用以精确的压力或温度值的形式的相应压力和温度。然而，这些压力和温度通常在一定的范围内波动，例如在平均值周围的1％、5％、10％、20％甚至50％。在此，对应的压力水平和温度水平可在不相交的范围内，或者在相互重叠的范围内。特别地，例如压力水平包括不可避免的或预期的压力损失。对应的内容适用于温度水平。
如果本说明书中提及混合物包含至少一个液相，则应理解为混合物可包含一个或多个彼此完全、部分或不可混合的液相。
本发明的优点
下面将主要参照所述方法说明本发明的特征和优点。类似地，对应的实施方案也适用于根据本发明的设备及其有利的设计方案，这些设备和设计方案相应地受益于这些优点。例如，可以提及流经受一个方法步骤。参照对应的设备，这应被理解为设置被适配成执行对应的方法步骤的部件，并且提供用于将相应的流供入部件的装置，例如管道、阀门等。对应地，关于设备的解释反过来也适用于对应的方法。
根据本发明，提出了一种用于分离含有至少氢和每个分子有三个碳原子的碳氢化合物的进料流的方法。在压缩状态下，使用至少两个在彼此不同的温度水平下运行的冷却器，通过至少两个冷却步骤部分液化进料流，同时获得至少一个第一和第二冷凝流以及至少一个第一和第二残余气体流。冷却步骤的残余气体流各自被送入下一个冷却步骤。在部分液化的过程中，每个冷凝流相对于进料流贫化氢并富集碳氢化合物，每个残余气体流相对于进料流富集氢并贫化碳氢化合物。由冷凝流形成主要由碳氢化合物组成的液态C3产物流，并使用至少一个残余气体流形成主要由氢组成的气态气体产物流。至少一个冷凝流的一部分与至少一个残余气体流的一部分合并，并且在膨胀下用作至少一个冷却步骤(或冷却器)的内部制冷剂。在此，膨胀可以在合并之前和/或之后进行。
与上述方法类似，在根据本发明的方法中，原料流也在至少一个冷却器中进行过冷处理、与部分气体产物流结合、膨胀并用作冷却器的制冷剂。与传统方法相比，本发明的优点在于，无论原料流的数量、压力和组成成分如何，都可以进行进料流的分离，因为能量平衡可通过对冷却器上游的进料流进行压缩和冷却到自然环境温度水平来实现。有利地，可在压缩前将膨胀的内部制冷剂——必要时带其他气体提取流——送回进料流中。因此，该方法的灵活可控性比传统方法高得多，并且可以适应例如气体进料流和/或液体原料流方面波动的量以及其他波动工艺条件，例如不利的压力和/或温度水平，这些条件使得冷凝进料流和蒸发原料流之间的热交换变得困难。
优选地，进行至少第一冷却步骤，从高输入温度水平(例如自然大气或环境的温度，例如10℃至50℃)到介于-40℃至+10℃范围内，优选地介于-40℃至-10℃范围内的中温水平，以及至少第二冷却步骤，到介于-130℃至-80℃范围内，优选地介于-110℃至-90℃范围内的低温水平。这使得碳氢化合物能够在中温水平上，例如在第一冷凝流中，便与氢大范围分离。
在本发明的某些设计方案中，为了达到低温水平，只使用由液体原料流形成的物质流。为了达到中温水平，可以另外使用外部产生或外部供应的制冷剂。因此，必要时可以有利地集成现有的工艺冷却，并且以简单的方式实现能量平衡，而不需要低温水平上的制冷剂。
有利地，第一和第二冷却步骤通过逆流换热，特别是冷凝进料流和蒸发原料流的逆流换热来进行。由此可在很大程度上在程序内部实现能量平衡。
优选地，第二冷却步骤的第二残余气体流经受至少一次膨胀，同时获得进一步的冷凝流和残余气体流。因此，可以从该方法中提取能量，并以机械能的形式使用这些能量，例如驱动泵或压缩机。
内部制冷剂优选地由第二冷凝流的一部分和已经膨胀的残余气体流的一部分形成。因此，形成的内部制冷剂在温度和组成成分方面具有特别有利的工艺条件，并且可以最佳地用于第二冷凝流的辅助冷却。
有利地，将多个或全部冷凝流组合成整体流，并且整体流经受气体分离，同时形成闪发气体和C3产物流。由此在所需的管道、绝缘等方面产生了协同效应和节约潜力。
尤其是，C3产品流、气体产品流和闪发气体被加热到与进料流的温度水平相对应的温度水平。由此就不会有冷损失，这在能量方面特别有利。
由于对于闪发气体和内部制冷剂而言都希望将流体送回进料流中，以提高方法的产量，因此这两个流可以在适当的位置合并，并在进料流被压缩之前一起被送回进料流中。
优选地，至少部分地使用气体产物流来提供进料流，尤其是通过至少部分地将气体产物流混合到原料流中。如果在脱氢工艺过程中为了从原料流中产生进料流而需要氢作为稀释介质，则这是特别有利的。这种氢不需要从单独的来源供应，而是可以由本来已经产生的气体产物提供。此外，通过在最低温度水平(在原料流过冷之后)将部分气体产物流混合到原料流中，可以将原料流更有效地用于进料流的冷却。
根据本发明的用于分离含有至少氢和每个分子有三个碳原子的碳氢化合物的进料流的设备具有至少两个热交换器，其中至少一个可以在中温水平下运行，至少一个可以在低温水平下运行，并且这些热交换器被适配为根据逆流原理冷却进料流。此外，该设备包括：至少两个相分离装置，所述相分离装置各自被适配成将部分液化流分为冷凝流和残余气体流；以及装置，所述装置被适配为将至少一个冷凝流的一部分与至少一个残余气体流的一部分结合成内部制冷剂，并且在膨胀后将内部制冷剂供应给至少一个热交换器。膨胀发生在相应的冷凝流和残余气体流的合并或结合之前或之后。因此，该设备基本上适配为执行根据本发明的方法。
下面将参照附图详细说明本发明的优选设计方案和其他方面及其优点。
附图说明
图1示出了根据本发明的设备的有利设计方案。
本发明的设计方案
在图1中示意性地示出了被适配为执行根据本发明的方法的设备100。设备100主要具有热热交换器120、冷热交换器130以及多个气体分离器142、144、146、148。
此外，在所示的实例中，设备100包括提供单元110，所述提供单元被适配为产生包含至少氢和每个分子有三个或四个碳原子的碳氢化合物(在此和在下文中，该碳氢化合物示例性地参照每个分子有三个碳原子也被称为C3)的进料流1。特别地，该碳为丙烯。提供单元110例如可被设计为反应器，该反应器被适配为执行丙烷脱氢反应。为此，反应器110配备了催化剂，并被供给向反应器提供至少丙烷的一个或多个原料流18、19。
脱氢反应通常在例如50kPa至-500kPa的低压下在提供单元110中进行。进料流1在热交换器120上游通过可作为提供设备110的一部分的压缩机被压缩至1MPa至1.8MPa的最终压力。在适当时还会对气体进行一些纯化步骤，例如去除H2S、水和氯。
无论其来源如何，至少含有氢和C3的进料流1被送入热热交换器120，并在该热热交换器中相对于其他物质流进行冷却。例如，在基本上对应于例如10℃至40℃，尤其是15℃至25℃的自然环境温度的高温水平上，进料流1被送入热热交换器120，并且在-10℃至-40℃范围内，例如在-15℃、-25℃或-35℃的中温水平下，作为冷却后的进料流2从该热热交换器中被取出。通过在热交换器120中的冷却，进料流1的部分组分冷凝，使得冷却后的进料流是至少一种液体和一种气体的混合物。冷却后的进料流2被供给到气体分离器142，并在其中分离成第一残余气体流3和第一冷凝流7。第一残余气体流3由于氢和C3的蒸汽压力与进料流1相比不同而富集氢并贫化C3，而第一冷凝流7的表现正好相反。第一残余气体流3被送入冷热交换器130，并在其中从中温水平冷却到例如在-80℃至-140℃范围内的低温水平(在本公开文件的框架内，也称为低温水平)。在此，第一残余气体流3的部分组分进而被冷凝，并且因此从冷热交换器130中提取包含至少液相和气相的过冷残余气体流4。
过冷后的残余气体流4在第二气体分离器144中被分成第二残余气体流5和第二冷凝流8。第二残余气体流5相对于第一残余气体流3富集氢并贫化C3，而第二冷凝流8相对于第一残余气体流3贫化氢并富集C3。
在所示出的实例中，第二残余气体流5被供给到膨胀器或涡轮机，在此例如设计为涡轮机150。从涡轮机150中提取膨胀的残余气体流6，该残余气体流由于在涡轮机150中释放的能量进而部分液化。膨胀的残余气体流6在第三气体分离器146中进而分为第三残余气体流11和第三冷凝流9。与第二残余气体流5相比，第三冷凝流9进而贫化氢并富集C3，相应地，与第二残余气体流5相比，第三残余气体流11富集氢并贫化C3。然而，在本发明的意义上，膨胀器的使用是可选的。或者，不使用涡轮机150、气体分离器146和冷凝流9。对应地，残余气体流5和11将是相同的。作为另一种选择，膨胀器150可能仅设计为节流阀。
三种不同的冷凝流7、8和9在适当时在冷热交换器130中加热到中温水平时一起被送入第四气体分离器148，在该第四气体分离器中分离在设定条件下蒸发的第四残余气体流，在此其被称为闪发气体流12。在液相侧，提取基本上由C3组成的液体产物流10，并通过泵149至少通过热热交换器120输送。
主要由氢组成的第三残余气体流11的一部分被冷热交换器130和热热交换器120加热并作为气体产物20取出。在某些设计方案中，气体产物20的一部分可被送回提供单元，尤其是用于冲洗目的，例如在催化剂再生期间。第三残余气体流11的另一部分14在两个流的膨胀下与第二冷凝流8的一部分13重新混合，通过冷热交换器130作为内部制冷剂15加热/蒸发，在热热交换器120上游与闪发气体12重新混合，并在热热交换器120中作为混合流17进一步加热。混合流17优选地返回到进料流1中，以总体上提高液体产物流10中C3的产量。
如前所述，反应器110需要含有丙烷的原料流19。该原料流首先在示出的实例中作为液体原料流18提供。液体原料流18在热热交换器120中过冷，并且可选地也在冷热交换器130中过冷，并且与第三残余气体流11的第三部分16混合，然后作为混合原料流19再次通过热热交换器120或两个热交换器130和120加热并送入反应器110。特别地，在此在热热交换器120和/或冷热交换器130中过冷之后，例如通过一个或多个节流阀使液体原料流18膨胀。通过使过冷后的液体原料流18膨胀以及在低温下加入残余气体流16，来自液体原料流18的热能被转换成体积功，使得在加热之前，混合原料流19在各自的热交换器120、130中处于显著低于相应的过冷液体原料流18的温度水平。因此，液体原料流18的蒸发热被用作主冷源，用于进料流1和第一残余气体流3的部分冷凝。对于冷热交换器130，内部制冷剂15的附加有效冷却是决定性的，然而，在此蒸发热也可通过过冷的液体原料流18被提取。
例如，可以在1.5MPa至2.5MPa范围内的压力水平下提供液体原料流。在热交换器上游，气体原料流19例如具有200kPa至500kPa范围内的压力水平。
在提供单元110的反应器下游和压缩机上游，进料流1处于例如约100kPa至200kPa范围内的压力水平，并且在压缩机下游和热热交换器120上游，该进料流处于例如约1MPa至1.8MPa的范围内的压力水平。
由于通过相应阀门带来的压力损失，所有流基本上在阀门上游都具有比相应阀门下游的相应流相应更高的压力。特别地，通过相应的阀门实现明确描述的压降或由相互汇合的流的不同压力水平产生的压降。
总体而言，至少冷热交换器130不需要外部冷却的制冷剂。因此，这里所需的冷却能力通过一侧的进料流1(或由此产生的剩余残余气体流3)与另一侧的混合原料流19以及内部制冷剂15之间的压差提供。为了给进料流1加压，可以在热热交换器120的上游设置一个或多个压缩机。
在中温水平上，如果需要，可以使用外部制冷剂21。因此，可以补偿进料流1和液体原料流18的可变的量和/或温度。
如前所述，设备100还可用于分离含有至少氢和每个分子有四个碳原子的碳氢化合物(C4)，尤其是1-丁烯、2-丁烯、1,3-丁二烯和/或丁烷的进料流。用于分离包括C3的进料流1的设备100的上述特征和优点对应地适用于C4。在此，然而，为此目的而设置的温度水平可能不同。
值得一提的是，根据能量平衡和能量需求，在每个冷却步骤中也可以使用多个交换器，也就是说相应的待冷却和加热的流也可分配给2个、3个、4个或更多个交换器。
此外，应当指出的是，该方法并不局限于此处所述的两个冷却步骤。也就是说，也可以另外再使用一个、两个或多个中间温度水平(例如约-50℃至-90℃)和一个、两个或多个其他的热交换器和对应的分离装置。

Claims (12)

1.一种用于分离含有至少氢和每个分子有三至四个碳原子的碳氢化合物的进料流(1)的方法，所述进料流由原料流(18)形成，其中所述进料流(1)在压缩状态下使用在彼此不同的温度水平上运行的至少两个冷却器(120,130)在至少两个冷却步骤中部分液化，同时获得至少两个冷凝流(7,8,9)和至少两个残余气体流(3,5,11)，
其中冷却步骤的所述残余气体流(3,5)各自被送入随后的冷却步骤中，并且其中每个冷凝流(7,8,9)相对于进料流(1)贫化氢并富集碳氢化合物，每个残余气体流(3,5,11)相对于所述进料流(1)富集氢并贫化碳氢化合物，
其特征在于，
至少一个所述冷凝流(7,8,9)的一部分(13)与至少一个所述残余气体流(11)的一部分(14)在膨胀下合并，并且作为内部制冷剂(15)用于至少一个冷却步骤或冷却器(120,130)，并且至少部分地被送回所述进料流(1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中至少进行第一冷却步骤，以达到在-40℃至+10℃范围内，优选地在-40℃至-10℃范围内的中温水平，以及至少进行第二冷却步骤，以达到在-130℃至-80℃范围内，优选地在-110℃至-90℃范围内的低温水平。
3.根据权利要求2所述的方法，其中为了至少达到低温水平，仅使用由所述原料流(18)形成的物质流(11，13,14,15,16,18)。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中使用非程序内部提供的制冷剂(21)来达到中温水平。
5.根据权利要求2至4中的一项所述的方法，其中所述第一和第二冷却步骤通过逆流热交换进行。
6.根据权利要求2至5中的一项所述的方法，其中所述第二冷却步骤的所述残余气体流(5)至少经受膨胀，同时获得进一步的冷凝流(9)和残余气体流(11)。
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述内部制冷剂(15)由至少一个所述冷凝流(8)的一部分(13)和至少一个所述残余气体流(11)的一部分(14)形成，其中所述冷凝流(8)在形成所述残余气体流(11)的方法步骤上游的方法步骤中形成。
8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中多个或全部所述冷凝流(7,8,9)各自至少部分地组合成一个整体流，并且所述整体流经受气体分离，同时形成闪发气体(12)和液体产物流(10)。
9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述液体产物流(10)、由至少一个所述残余气体流的一部分形成的主要含氢的气体产物流(20)，以及所述闪发气体(12)被加热到与所述进料流(1)的温度水平相对应的温度水平。
10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述闪发气体(12)至少部分地被送回所述进料流(1)中。
11.一种用于分离含有至少氢和每个分子有三至四个碳原子的碳氢化合物的进料流(1)的设备(100)，
所述设备具有至少两个热交换器(120,130)，其中至少一个热交换器(120)可以在中温水平上运行，至少一个热交换器(130)可以在低温水平上运行，并且所述热交换器被适配为根据逆流原理冷却所述进料流(1)，并且
具有至少两个相分离装置(142,144,146,148)，所述相分离装置各自被适配为将部分液化流(2,4,6)分为冷凝流(7,8,9)和残余气体流(3,5,11)，
其特征在于
装置，所述装置被适配为将至少一个所述冷凝流(7,8,9)的一部分(13)与至少一个所述残余气体流(5,11)的一部分(14)在膨胀下结合成内部制冷剂(15)，并且将所述内部制冷剂(15)供应给至少一个热交换器(120,130)。
12.根据权利要求11所述的设备(100)，其还具有使所述设备(100)能够执行根据权利要求1至10中的一项所述的方法的装置。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12092392B2 (en) 2018-10-09 2024-09-17 Chart Energy & Chemicals, Inc. Dehydrogenation separation unit with mixed refrigerant cooling
KR20210120983A (ko) * 2018-10-09 2021-10-07 차트 에너지 앤드 케미칼즈 인코포레이티드 혼합 냉매 냉각을 갖는 탈수소화 분리 유닛
EP4344764A1 (de) * 2022-09-29 2024-04-03 Linde GmbH Verfahren und anlage zur trenntechnischen bearbeitung eines wasserstoffhaltigen einsatzstroms

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999044971A1 (en) 1998-03-02 1999-09-10 Chart Inc. Cryogenic separation process for the recovery of components from the products of a dehydrogenation reactor
DE102005024106A1 (de) * 2005-05-25 2006-11-30 Linde Ag Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung eines kohlenwasserstoffhaltigen Stoffstromes
CN106766674B (zh) * 2016-12-09 2019-03-08 杭州杭氧股份有限公司 一种异丁烷脱氢制异丁烯项目的冷箱深冷分离方法

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