WO2021143418A1 - 一种丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺 - Google Patents

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Abstract

一种用于丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，通过对脱氢反应产物气相产品进行深冷分离，对液体原料丙烷气化潜在冷量及循环氢气等能量进行回收利用，实现了整个深冷分离工艺不需要外界的制冷。

Description

[根据细则37.2由ISA制定的发明名称]　一种丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺 技术领域
本发明属于石油化工技术领域，具体涉及一种用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种半结晶的热塑性塑料，具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀，可用做工程塑料，主要用于制造塑料制品，如家用器具和电视设备、包装薄膜、可以消毒的塑料器皿等，也可用于合成纤维﹙丙纶﹚，其原料丙烯是石油化工的基础原料之一，可用以生产多种重要有机化工原料。受益于中国经济的发展，丙烯消费量快速增长，成为关系到民生及国家战略的重要化工原材料。
通常丙烯是在炼制成品油过程中或裂解生产乙烯过程中的副产品，但是由于全球成品油需求增速较缓，丙烯产能不足问题比较严重，市场逐渐关注丙烯替代生产工艺，丙烷直接脱氢制备丙烯(PDH)成为近年资本追逐的趋势。轻烃脱氢PDH技术路线短，能耗低，无污染，投资回报率高，越来越多的新项目落地，成为沿海政府争相引进的项目。目前国内采用UOP移动床催化脱氢更多，但是无论是哪种催化脱氢工艺，对产品气分离制冷都是采用深冷分离技术，UOP采用丙烯制冷+两级膨胀机的深冷技术，最低制冷温度-130℃，而氢气膨胀机造价高且制冷效果不好；膨胀降压后的粗氢去变压吸附制氢单元还要再次压缩。传统的乙烯分离工艺都是采用丙烯制冷+乙烯制冷的复叠制冷方法，这种复叠制冷需要一台丙烯制冷机组和一台乙烯制冷机组共同完成。工艺设备多、制冷效果差、分离效果不够理想。
中国专利CN105439793A公开了一种用于PDH项目的冷箱低温分离方法，此方法有一定的技术优势，但不足之处在于循环氢采用的不是高纯氢气，当冷箱波动或者运行负荷高时往往氢气纯度成为限制装置运行的一个关键因素，抗波动能力低，工艺操作影响大。
中国专利CN104296499A公开了一种双透平增压膨胀机丙烷脱氢冷箱分离系统及其工艺，此专利中涉及到深冷分离需要外界的冷源制冷，能耗比较高，不节能。而且此冷箱对于工艺波动的抵御能力很低，循环氢气中的纯度无法得到有效保障，当工艺波动时，冷箱的操作难度大，难以把握。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，该工艺不仅有效利用丙烷气化潜在冷量，还可以利用膨胀发电技术回收能量，增加制冷量，无需外接制冷，节约成本，高效绿色环保，此外该工艺还能够提高其连续运行能力，可以满足去反应器的气相原料中轻烃比在0.2-1的范围。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，反应气进入第一组换热器进行冷却、冷凝，随后进入第一级分液罐进行气液分离，从第一级分液罐顶部流出的气相进入第二组换热器冷却后送入下一级分液罐，如此依次逐级冷却和气液分离；从最后一级分液罐顶部流出的气相称为干气，干气进入第二组换热器复热后分成两组，分别进入第一组换热器和第三组换热器进行复热，随后汇集到一起进入PSA处理系统；在气相进入最后一级分液罐前经第一膨胀机膨胀制冷；
干气进入PSA系统后，进行变压吸附提纯氢气，提纯后的纯氢气纯度≥99.99％，一部分分成两路分别进入第一组换热器和第三组换热器进行冷却，经过第一组换热器和第三组换热器冷却的纯氢气汇集进入第二膨胀机进行膨胀制冷，随后进入第二组换热器与一部分液相丙烷预混，成为预混气，预混气从第二组换热器流出与另一部分液相丙烷共同进入预混罐；提纯后的另一部分纯氢气进入下游；
液相丙烷经第三组换热器冷却后分成两部分，一部分进入第二组换热器与纯氢气进行预混，形成预混气；另一部分同从第二组换热器出来的预混气一同进入预混罐进行第二次混合，从预混罐顶部和底部分别流出的气相和液相相继进入第一组换热器，在第一组换热器内进行第三次混合，混合后作为气相原料进入脱氢反应器；
反应气在各级分液罐进行气液分离后的液相分别从各分液罐底部流出，先后进入第二组换热器进行复热，随后进入产品罐进行气液分离，从产品罐底部流出的为液相产品，液相产品经过泵输送至第三组换热器复热，随后进入后续分离系统；从产品罐顶部流出的气相为闪蒸汽产品，闪蒸汽产品进入第三组换热器复热后进入产品气压缩机进行回收。
优选的，所述反应气经冷却器和分液罐逐级冷却和气液分离过程包括2-5级，优选3级。
优选的，所述预混气中丙烷含量为8.0％-30％，优选15-25％。
优选的，所述第一膨胀机和第二膨胀机均采用发电机制动的透平膨胀机。
优选的，所述第一组换热器由四台注液封条式换热器组成、第二组换热器由一台高效凹凸板式换热器组成、第三组换热器由两台板式换热器组成。
优选的，所述第一组换热器、第二组换热器、第三组换热器的压降为35-100kPa。
优选的，所述预混罐与第一换热器组底部在同一水平面。
优选的，所述产品罐中压力为260-330kPa。
优选的，所述泵为常温或低温筒带泵。
预混气中丙烷含量在8.0-30％，优选15-25％，根据不同的运行工况进行调整，预混气中丙烷含量太高可能导致预混的气化效果不好，含量太低导致预混罐液位太高，操作难度大。预混气与另一部分循环氢在预混罐中进行第二次预混，之后从预混罐出来的气相与液相进入第一换热器进行第三次预混，预混后称为气相原料进入丙烷脱氢反应器参与反应。
预混罐与第一组换热器底部在同一个水平位置，且他们之间采用连通器的原理进行相连，预混罐的液位控制取决于第一组换热器的蒸发速度，有利于液体的均匀分布和气化。
产品罐的压力设计在200-330kPa；可以减少产品罐中闪蒸气的量降低产品气压缩机的功率，同时可以增加氢气在液体产品中的溶解度，后续的低温选择性加氢可以不注氢气或者少量氢气，压力越低氢气溶解度越低，压力越高，液体产品自压差压越小，流量越小。
各级分液罐进行气液分离后的液相通过自压的形式，进入第二组换热器进行复热回收冷量，最后进入产品罐进行气液分离，分离后的液相产品经泵组输送至第三组换热器中复热，进一步回收冷量，随后进入后续分离系统进一步分离。
本发明循环氢气的纯度≥99.99％，主要可以降低烃类在氢气中的分压，使液相丙烷能够与氢气预混后产生更好效果，能够减少氢气的用量，使循环氢气的用量下降15％，同时减少气相原料去反应器的循环量，减少反应气进入冷箱的量，更加节能，同时可以保证去反应器的气相原料满足氢烃比在0.2-1的范围要求，增加丙烯产品的选择性和收率。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明对该工艺不仅有效利用液体原料丙烷气化潜在冷量，还可以利用膨胀发电技术回收能量，增加制冷量，实现了整个深冷分离工艺不需要外界的制冷，绿色节能环保高效；循环氢采用高纯氢气可以把气相原料中的氢气分压降低15％，循环氢用量节约15％，最大化实现节能效果。
本发明关键在于循环氢采用99.99％的纯氢气，能够适应反应过程中由于反应器的加热炉，冷箱入口的压缩机，冷箱入口前的产品气干燥器或高低压膨胀机等对再生工艺的影响，不受工艺波动及开停车的影响，工艺操作简单，自动化程度高，流程简易，产品的回收率高，可以满足去反应器的气相原料中氢烃比在0.2-1的范围。循环氢采用高纯氢气可以实现低氢烃比的反应气的深冷分离，有利于丙烷脱氢装置反应区降低积碳，实现装置的长周期运行。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程图。
具体实施方式
参见图1，本发明所述的用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，
压力为1100～1500kPa，温度为35-53℃含有氢气和甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等轻烃的反应气进入第一组换热器E01冷却、冷凝至 -30℃～-60℃，随后进入第一级分液罐V01进行气液分离；从第一级分液罐顶部流出的气相进入第二组换热器E02冷却至-110℃～-130℃，随后进入第二分液罐V02进行气液分离，从第二级分液罐顶部流出的气相进入第一高压膨胀机ET01进行膨胀制冷，膨胀后压力为600～700kPa，温度为-125～-150℃，同时驱动发电机发电回收膨胀功，从第一高压膨胀机出来后的气相进入第三级分液罐V03进行气液分离，从第三级分液罐顶部流出的气相称为干气，干气进入第二组换热器E02进行复热，复热后温度为-100～-120℃，复热后的干气分成两部分，分别进入第一组换热器E01和第三组换热器E03中进行复热，复热后气相温度为35～50℃，随后汇集到一起进入PSA处理系统。
干气进入PSA系统后，进行变压吸附提纯氢气，提纯后的纯氢气，一部分作为循环氢气，分成两路分别进入第一组换热器E01和第三组换热器E03进行冷却，冷却至-25℃～-60℃，之后汇集进入第二高压膨胀机ET02进行膨胀制冷，制冷后温度为-45～-75℃，压力为25-40kPa，同时驱动发电机发电回收膨胀功，从第二高压膨胀机出来的纯氢气进入第二组换热器E02与一部分液相丙烷进行预混，形成预混气，预混气从第二组换热器E02流出与液相丙烷共同进入预混罐V05。另一部分纯氢气进入下游用户。
来自分离纯化系统的压力为2200-2500kPa，温度为35-50℃的液相丙烷经过第三组换热器E03冷却后分成两部分，一部分进入第二组换热器E02与纯氢气进行预混，构成预混气；另一部分同预混气一同进入预混罐V05进行第二次预混，从预混罐V05顶部和底部分别流出的气相和液相相继进入第一组换热器E01，在第一组换热器E01内进行第三次混合，混合后成为气相原料进入脱氢反应器。
反应气在第一分液罐E01、第二分液罐E02和第三分液罐E03进行气液分离后的液相分别从各分液罐底部流出，先后进入第二组换热器E02进行复热，复热后温度为-25～-45℃，随后进入产品罐V04进行气液分离，产品罐压力控制在200-330kPa，从产品罐V04底部流出的为液相产品，液相产品随后经过泵组P01输送至第三组换热器E03复热至常温，之后进入后续分离系统；从产品罐V04顶部流出的气相为闪蒸汽产品，闪蒸汽产品进入第三组换热器E03复热至常温后进入产品气压缩机进行回收。

Claims (9)

  1. 一种用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，其特征是，包括：
    反应气进入第一组换热器进行冷却、冷凝，随后进入第一级分液罐进行气液分离，从第一级分液罐顶部流出的气相进入第二组换热器冷却后送入下一级分液罐，如此依次逐级冷却和气液分离；从最后一级分液罐顶部流出的气相称为干气，干气进入第二组换热器复热后分成两组，分别进入第一组换热器和第三组换热器进行复热，随后汇集到一起进入PSA处理系统；在气相进入最后一级分液罐前经第一膨胀机膨胀制冷；
    干气进入PSA系统后，进行变压吸附提纯氢气，提纯后的纯氢气纯度≥99.99％，一部分分成两路分别进入第一组换热器和第三组换热器进行冷却，经过第一组换热器和第三组换热器冷却的纯氢气汇集进入第二膨胀机进行膨胀制冷，随后进入第二组换热器与一部分液相丙烷预混，成为预混气，预混气从第二组换热器流出与另一部分液相丙烷共同进入预混罐；提纯后的另一部分纯氢气进入下游；
    液相丙烷经第三组换热器冷却后分成两部分，一部分进入第二组换热器与纯氢气进行预混，形成预混气；另一部分同从第二组换热器出来的预混气一同进入预混罐进行第二次混合，从预混罐顶部和底部分别流出的气相和液相相继进入第一组换热器，在第一组换热器内进行第三次混合，混合后作为气相原料进入脱氢反应器；
    反应气在各级分液罐进行气液分离后的液相分别从各分液罐底部流出，先后进入第二组换热器进行复热，随后进入产品罐进行气液分离，从产品罐底部流出的为液相产品，液相产品经过泵输送至第三组换热器复热，随后进入后续分离系统；从产品罐顶部流出的气相为闪蒸汽产品，闪蒸汽产品进入第三组换热器复热后进入产品气压缩机进行回收。
  2. 如权利要求1所述的用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，其特征是，所述反应气经冷却器和分液罐逐级冷却和气液分离过程包括2-5级，优选3级。
  3. 如权利要求1所述的用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，其特征是，所述预混气中丙烷含量为8.0％-30％，优选15-25％。
  4. 如权利要求1所述的用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，其特征是，所述第一膨胀机和第二膨胀机均采用发电机制动的透平膨胀机。
  5. 如权利要求1所述的用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，其特征是，所述第一组换热器由四台注液封条式换热器组成，第二组换热器由一台凹凸板式换热器组成，第三组换热器由两台板式换热器组成。
  6. 如权利要求1或5所述的用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，其特征是，所述第一组换热器、第二组换热器、第三组换热器组的压降为35-100kPa。
  7. 如权利要求1所述的用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，其特征是，所述预混罐与第一组换热器底部在同一水平面。
  8. 如权利要求1所述的用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，其特征是，所述产品罐中压力为200kpa-330kPa。
  9. 如权利要求1所述的用于Olflex工艺丙烷脱氢制丙烯的深冷分离工艺，其特征是，所述泵为常温或低温筒带泵。
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