一种Olefex工艺异丁烷脱氢制异丁烯的冷箱分离系统及方法与流程

一种olefex工艺异丁烷脱氢制异丁烯的冷箱分离系统及方法
技术领域
1.本发明涉及一种冷箱分离系统，具体涉及一种olefex工艺异丁烷脱氢制异丁烯的冷箱分离系统及方法，属于化工深冷分离技术领域。


背景技术：

2.异丁烯是重要的石油化工原料，高纯异丁烯能够合成多种高附加值的化工产品。通常，获得异丁烯的主要技术有蒸汽裂解、催化裂化(fcc)以及催化脱氢。前两种技术获得的产物是混合物，不能有效地获得高纯异丁烯，而且利用烷烃脱氢工艺生产的目标烯烃选择性高。因此，催化脱氢技术是生产异丁烯的有效路线。
3.目前国内使用的异丁烷脱氢制异丁烯装置广泛采用的技术是uop公司的oleflex工艺。其中，冷箱深冷分离技术对异丁烷脱氢产物分离起到了关键性作用，而目前的冷箱分离系统在实际使用中存在分离工艺收率低、分离物纯度不高、可操作性和适应性不足以及单位能耗较高的问题。


技术实现要素：

4.基于以上背景，本发明的目的在于提供一种提高收率和分离物纯度的olefex工艺异丁烷脱氢制异丁烯的冷箱分离系统，解决背景技术中所述的问题。
5.本发明的另一目的在于提供一种olefex工艺异丁烷脱氢制异丁烯的冷箱分离方法。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.一种olefex工艺异丁烷脱氢制异丁烯的冷箱分离系统，包括第一主换热器、第二主换热器、反应气一级气液分离器、反应气二级气液分离器、膨胀机、膨胀机出口气液分离器、液体产品缓冲罐、丙烯制冷单元和若干管道；
8.所述第一主换热器内设有反应气预冷通道、新鲜原料预冷通道、干气产品通道、第一联合物料通道、丙烯制冷通道、液体产品通道和闪蒸气通道；
9.所述第二主换热器内设有反应气深冷通道、新鲜原料深冷通道、气相反应气复温通道、液相反应气复温通道和第二联合物料通道；
10.第一主换热器的反应气预冷通道、反应气一级气液分离器进口、反应气一级气液分离器气相出口、第二主换热器的反应气深冷通道、反应气二级气液分离器进口、反应气二级气液分离器气相出口、第二主换热器的气相反应气复温通道和第一主换热器的干气产品通道通过管道依次连接；
11.反应气一级气液分离器液相出口、液体产品缓冲罐进口、液体产品缓冲罐液体出口和第一主换热器的液体产品通道通过管道依次连接；
12.反应气二级气液分离器液相出口、第二主换热器的液相反应气复温通道和液体产品缓冲罐进口通过管道依次连接；
13.第一主换热器的新鲜原料预冷通道、第二主换热器的新鲜原料深冷通道、第二主
换热器的第二联合物料通道和第一主换热器的第一联合物料通道通过管道依次连接；
14.第一主换热器的新鲜原料预冷通道中段和第一主换热器的第一联合物料通道通过管道连接；
15.第一主换热器的新鲜原料预冷通道和第二主换热器的新鲜原料深冷通道之间的管道与第一主换热器的第一联合物料通道通过管道连接；
16.第二主换热器的新鲜原料深冷通道中段、膨胀机、膨胀机出口气液分离器入口、膨胀机出口气液分离器气相出口和第二主换热器的液相反应气复温通道通过管道依次连接；
17.膨胀机出口气液分离器气相出口和第二主换热器的第二联合物料通道通过管道连接；
18.膨胀机出口气液分离器液相出口和第二主换热器的液相反应气复温通道通过管道连接；
19.液体产品缓冲罐闪蒸气出口和第一主换热器的闪蒸气通道通过管道连接；
20.丙烯制冷单元出口、第一主换热器的丙烯制冷通道和丙烯制冷单元入口通过管道依次连接。
21.通过有效利用异丁烷气化潜热提供的冷量，经过三次流量的分配高效的实现三个不同温位冷量的均匀分配，使得各换热器的换热性能得到增强，从而增强系统可操作性和适应性。
22.作为优选，反应气一级气液分离器液相出口和液体产品缓冲罐进口之间的管道上、反应气二级气液分离器液相出口和第二主换热器的液相反应气复温通道之间的管道上、第二主换热器的新鲜原料深冷通道和第二主换热器的第二联合物料通道之间的管道上、第一主换热器的新鲜原料预冷通道和第二主换热器的新鲜原料深冷通道之间的管道与第一主换热器的第一联合物料通道连接的管道上、第一主换热器的新鲜原料预冷通道中段和第一主换热器的第一联合物料通道之间的管道上、膨胀机出口气液分离器气相出口和第二主换热器的液相反应气复温通道之间的管道上、膨胀机出口气液分离器气相出口和第二主换热器的第二联合物料通道之间的管道上、膨胀机出口气液分离器液相出口和第二主换热器的液相反应气复温通道之间的管道上、丙烯制冷单元出口和第一主换热器的丙烯制冷通道之间的管道上均设有节流阀。
23.作为优选，液体产品缓冲罐液体出口和第一主换热器的液体产品通道之间的管道上设有液体产品泵。
24.作为优选，第一主换热器和第二主换热器均为板翅式换热器。采用板翅式换热器能够充分发挥多股物流同时换热的优势，减少系统设备的数量，整个冷箱分离系统的尺寸也可相应缩小，降低设备投资成本。
25.一种采用上述的冷箱分离系统进行olefex工艺异丁烷脱氢制异丁烯的冷箱分离方法，该方法包括以下步骤：
26.反应气进入第一主换热器的反应气预冷通道被预冷后进入反应气一级气液分离器进口，气相反应气从反应气一级气液分离器气相出口排出后进入第二主换热器的反应气深冷通道被深冷，之后进入反应气二级气液分离器进口，气相反应气从反应气二级气液分离器气相出口排出进入第二主换热器的气相反应气复温通道，分成两个流股，第一流股继续从第二主换热器的气相反应气复温通道排出后进入第一主换热器的干气产品通道复温
后作为干气产品离开冷箱分离系统，第二流股从第二主换热器的气相反应气复温通道中段排出至膨胀机，经膨胀机膨胀后进入膨胀机出口气液分离器，从膨胀机出口气液分离器气相出口排出的气相分成第三流股和第四流股，第三流股进入第二主换热器的液相反应气复温通道后排出至液体产品缓冲罐，第四流股进入第二主换热器的第二联合物料通道；
27.新鲜原料进入第一主换热器的新鲜原料预冷通道后分成第五流股和第六流股，第五流股出新鲜原料预冷通道后进入第一主换热器的第一联合物料通道，第六流股出新鲜原料预冷通道后分成第七流股和第八流股，第七流股进入第一主换热器的第一联合物料通道，第八流股进入第二主换热器的新鲜原料深冷通道，之后进入第二主换热器的第二联合物料通道与第四流股混合，之后进入第一主换热器的第一联合物料通道依次与第七流股和第五流股混合成最终的联合物料产品离开冷箱分离系统；
28.反应气一级气液分离器液相出口排出的液体进入液体产品缓冲罐，反应气二级气液分离器液相出口排出的液体和膨胀机出口气液分离器液相出口排出的液体进入第二主换热器的液相反应气复温通道与第三流股混合后排出至液体产品缓冲罐，液体产品缓冲罐的液体进入第一主换热器的液体产品通道复温后作为液体产品离开冷箱分离系统，液体产品缓冲罐的闪蒸气进入第一主换热器的闪蒸气通道复温后离开冷箱分离系统回收循环利用；
29.丙烯液体经过丙烯制冷单元压缩降温成为高压丙烯液体后进入第一主换热器的丙烯制冷通道为第一主换热器提供冷量，之后出第一主换热器进入丙烯制冷单元循环利用。
30.作为优选，所述反应气的压力设定范围为5～8bar g、温度设定范围为30～60℃。
31.作为优选，所述新鲜原料的压力设定范围为6～9bar g、温度设定范围为30～50℃。
32.作为优选，所述液体产品泵出口的压力设定范围为7～13bar g，所述第一主换热器的液体产品通道出口液体产品的温度设定范围为25～45℃。
33.作为优选，所述干气产品的压力设定范围为4～7bar g，所述第一主换热器的干气产品通道出口干气产品的温度设定范围为25～50℃。
34.作为优选，所述联合物料的压力设定范围为1～3bar g，所述第一主换热器的第一联合物料通道出口联合物料的温度设定范围为25～50℃。
35.作为优选，所述闪蒸气的压力设定范围为0.8～1.5bar g，所述第一主换热器的闪蒸气通道出口闪蒸气的温度设定范围为25～50℃。
36.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
37.本发明的一种olefex工艺异丁烷脱氢制异丁烯的冷箱分离系统及方法，通过将反应气和新鲜原料两股进料在同一台换热器中与五股冷物流进行冷热量交换，特别是新鲜物料经过三次流量的分配高效的实现三个不同温位冷量的均匀分配，从而使换热器的换热性能得到增强，避免新鲜原料液体蒸发不完全的现象，保证了装置的长期稳定运行，增强了装置可操作性和适应性，实现了在保证干气产品氢气高纯度的同时减少设备数量，液体产品中c4的回收率高达99.9％以上。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
39.图1是本发明olefex工艺异丁烷脱氢制异丁烯的冷箱分离系统的示意图。
40.图中：1、第一主换热器；2、第二主换热器；3、反应气一级气液分离器；4、反应气二级气液分离器；5、膨胀机；6、膨胀机出口气液分离器；7、液体产品缓冲罐；8、丙烯制冷单元；9、液体产品泵；10、第一节流阀；11、第二节流阀；12、第三节流阀；13、第四节流阀；14、第五节流阀；15、第六节流阀；16、第七节流阀；17、第八节流阀；18、第九节流阀；101、反应气预冷通道；102、新鲜原料预冷通道；103、干气产品通道；104、第一联合物料通道；105、丙烯制冷通道；106、液体产品通道；107、闪蒸气通道；201、反应气深冷通道；202、新鲜原料深冷通道；203、气相反应气复温通道；204、液相反应气复温通道；205、第二联合物料通道；a、第一流股；b、第二流股；c、第三流股；d、第四流股；e、第五流股；f、第六流股；g、第七流股；h、第八流股。
具体实施方式
41.下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
42.在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。下述实施例中的部件或设备如无特别说明，均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
43.本发明的实施例公开了一种olefex工艺异丁烷脱氢制异丁烯的冷箱分离系统，通过有效利用异丁烷气化潜热提供的冷量，经过三次流量的分配高效的实现三个不同温位冷量的均匀分配，使得冷箱内换热器的换热性能得到增强，从而解决了目前的冷箱分离系统在实际使用中存在分离工艺收率低、分离物纯度不高、可操作性和适应性不足以及单位能耗较高的问题。以下结合附图对本发明的实施例做出详细说明。
44.如图1所示的一种olefex工艺异丁烷脱氢制异丁烯的冷箱分离系统，包括第一主换热器1、第二主换热器2、反应气一级气液分离器3、反应气二级气液分离器4、膨胀机5、膨胀机出口气液分离器6、液体产品缓冲罐7、丙烯制冷单元8、液体产品泵9、多条管道及配套的多个节流阀。第一主换热器1和第二主换热器2均为板翅式换热器。采用板翅式换热器能够充分发挥多股物流同时换热的优势，减少系统设备的数量，整个冷箱分离系统的尺寸也可相应缩小，降低设备投资成本。其中，第一主换热器1内设有反应气预冷通道101、新鲜原料预冷通道102、干气产品通道103、第一联合物料通道104、丙烯制冷通道105、液体产品通道106和闪蒸气通道107。第二主换热器2内设有反应气深冷通道201、新鲜原料深冷通道202、气相反应气复温通道203、液相反应气复温通道204和第二联合物料通道205。
45.第一主换热器1的反应气预冷通道101、反应气一级气液分离器3进口、反应气一级气液分离器3气相出口、第二主换热器2的反应气深冷通道201、反应气二级气液分离器4进口、反应气二级气液分离器4气相出口、第二主换热器2的气相反应气复温通道203和第一主换热器1的干气产品通道103通过管道依次连接。反应气一级气液分离器3液相出口、液体产品缓冲罐7进口、液体产品缓冲罐7液体出口和第一主换热器1的液体产品通道106通过管道依次连接。反应气二级气液分离器4液相出口、第二主换热器2的液相反应气复温通道204和液体产品缓冲罐7进口通过管道依次连接。
46.第一主换热器1的新鲜原料预冷通道102、第二主换热器2的新鲜原料深冷通道202、第二主换热器2的第二联合物料通道205和第一主换热器1的第一联合物料通道104通过管道依次连接。第一主换热器1的新鲜原料预冷通道102中段和第一主换热器1的第一联合物料通道104通过管道连接。第一主换热器1的新鲜原料预冷通道102和第二主换热器2的新鲜原料深冷通道202之间的管道与第一主换热器1的第一联合物料通道104通过管道连接。第二主换热器2的新鲜原料深冷通道202中段、膨胀机5、膨胀机出口气液分离器6入口、膨胀机出口气液分离器6气相出口和第二主换热器2的液相反应气复温通道204通过管道依次连接。膨胀机出口气液分离器6气相出口和第二主换热器2的第二联合物料通道205通过管道连接。膨胀机出口气液分离器6液相出口和第二主换热器2的液相反应气复温通道204通过管道连接。
47.液体产品缓冲罐7闪蒸气出口和第一主换热器1的闪蒸气通道107通过管道连接。
48.丙烯制冷单元8出口、第一主换热器1的丙烯制冷通道105和丙烯制冷单元8入口通过管道依次连接。
49.节流阀包括第一节流阀10、第二节流阀11、第三节流阀12、第四节流阀13、第五节流阀14、第六节流阀15、第七节流阀16、第八节流阀17和第九节流阀18。第一节流阀10设置在反应气一级气液分离器3液相出口和液体产品缓冲罐7进口之间的管道上，第二节流阀11设置在反应气二级气液分离器4液相出口和第二主换热器2的液相反应气复温通道204之间的管道上，第三节流阀12设置在第二主换热器2的新鲜原料深冷通道202和第二主换热器2的第二联合物料通道205之间的管道上，第四节流阀13设置在第一主换热器1的新鲜原料预冷通道102和第二主换热器2的新鲜原料深冷通道202之间的管道与第一主换热器1的第一联合物料通道104连接的管道上，第五节流阀14设置在第一主换热器1的新鲜原料预冷通道102中段和第一主换热器1的第一联合物料通道104之间的管道上，第六节流阀15设置在膨胀机出口气液分离器6气相出口和第二主换热器2的液相反应气复温通道204之间的管道上，第七节流阀16设置在膨胀机出口气液分离器6气相出口和第二主换热器2的第二联合物料通道205之间的管道上，第八节流阀17设置在膨胀机出口气液分离器6液相出口和第二主换热器2的液相反应气复温通道204之间的管道上，第九节流阀18设置在丙烯制冷单元8出口和第一主换热器1的丙烯制冷通道105之间的管道上。
50.液体产品泵9设置在液体产品缓冲罐7液体出口和第一主换热器1的液体产品通道106之间的管道上。
51.该冷箱分离系统将反应气和新鲜原料两股进料在同一台换热器中与五股冷物流进行冷热量交换，特别是新鲜物料经过三次流量的分配高效的实现三个不同温位冷量的均匀分配，从而使换热器的换热性能得到增强，避免新鲜原料液体蒸发不完全的现象，保证了
装置的长期稳定运行，增强了装置可操作性和适应性，实现了在保证干气产品氢气高纯度的同时减少设备数量，液体产品中c4的回收率高达99.9％以上。
52.本发明的实施例还公开了一种采用上述的冷箱分离系统进行olefex工艺异丁烷脱氢制异丁烯的冷箱分离方法，该方法包括以下步骤：
53.反应气进入第一主换热器1的反应气预冷通道101被预冷后进入反应气一级气液分离器3进口，气相反应气从反应气一级气液分离器3气相出口排出后进入第二主换热器2的反应气深冷通道201被深冷，之后进入反应气二级气液分离器4进口，气相反应气从反应气二级气液分离器4气相出口排出进入第二主换热器2的气相反应气复温通道203，分成两个流股，第一流股a继续从第二主换热器2的气相反应气复温通道203排出后进入第一主换热器1的干气产品通道103复温后作为干气产品离开冷箱分离系统，第二流股b从第二主换热器2的气相反应气复温通道203中段排出至膨胀机5，经膨胀机5膨胀后进入膨胀机出口气液分离器6，从膨胀机出口气液分离器6气相出口排出的气相分成第三流股c和第四流股d，第三流股c进入第二主换热器2的液相反应气复温通道204后排出至液体产品缓冲罐7，第四流股d进入第二主换热器2的第二联合物料通道205；
54.新鲜原料进入第一主换热器1的新鲜原料预冷通道102后分成第五流股e和第六流股f，第五流股e出新鲜原料预冷通道102后进入第一主换热器1的第一联合物料通道104，第六流股f出新鲜原料预冷通道102后分成第七流股g和第八流股h，第七流股g进入第一主换热器1的第一联合物料通道104，第八流股h进入第二主换热器2的新鲜原料深冷通道202，之后进入第二主换热器2的第二联合物料通道205与第四流股d混合，之后进入第一主换热器1的第一联合物料通道104依次与第七流股g和第五流股e混合成最终的联合物料产品离开冷箱分离系统；
55.反应气一级气液分离器3液相出口排出的液体进入液体产品缓冲罐7，反应气二级气液分离器4液相出口排出的液体和膨胀机出口气液分离器6液相出口排出的液体进入第二主换热器2的液相反应气复温通道204与第三流股混合后排出至液体产品缓冲罐7，液体产品缓冲罐7的液体进入第一主换热器1的液体产品通道106复温后作为液体产品离开冷箱分离系统，液体产品缓冲罐7的闪蒸气进入第一主换热器1的闪蒸气通道107复温后离开冷箱分离系统回收循环利用；
56.丙烯液体经过丙烯制冷单元8压缩降温成为高压丙烯液体后进入第一主换热器1的丙烯制冷通道105为第一主换热器1提供冷量，之后出第一主换热器1进入丙烯制冷单元8循环利用。
57.其中，反应气的主要组分为氢气、甲烷、丙烷、异丁烷、异丁烯。新鲜原料的主要组分为异丁烷、丙烷、正丁烷。
58.其中，反应气的压力设定范围为5～8bar g、温度设定范围为30～60℃。新鲜原料的压力设定范围为6～9bar g、温度设定范围为30～50℃。液体产品泵9出口的压力设定范围为7～13bar g，所述第一主换热器1的液体产品通道106出口液体产品的温度设定范围为25～45℃。干气产品的压力设定范围为4～7bar g，所述第一主换热器1的干气产品通道103出口干气产品的温度设定范围为25～50℃。联合物料的压力设定范围为1～3bar g，所述第一主换热器1的第一联合物料通道104出口联合物料的温度设定范围为25～50℃。闪蒸气的压力设定范围为0.8～1.5bar g，所述第一主换热器1的闪蒸气通道107出口闪蒸气的温度
设定范围为25～50℃。
59.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。