基于高效板翅式换热器的氢气和轻烃深冷分离装置的制作方法

本发明涉及一种基于高效板翅式换热器的氢气和轻烃深冷分离装置及方法，属于石化低温气体分离领域。

背景技术：

丙烯是重要的化工原料，可用于生产聚丙烯、丙烯酸、环氧丙烷等。传统丙烯来源是蒸汽热裂解装置和催化裂化装置，随着丙烷脱氢、甲醇制烯烃生产丙烯等新工艺技术的开发成熟，近年来采用相应技术的装置数量逐年增加，而丙烷催化脱氢制丙烯的装置由于流程短、投资成本低、原料成本低等特点，受到很多投资者的青睐。

国内的丙烷装置脱氢反应产物中包含乙烯等副产物，需要冷箱分离装置达到更低的分离温度；同时目前的冷箱分离装置中的膨胀机除承担膨胀机制冷的作用外，还需承担冷凝分离烃类的功能，这就使膨胀机有可能处于高转速、带液的的状态下工作，严重影响膨胀机的寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种基于高效板翅式换热器的氢气和轻烃深冷分离装置及方法，在进料高乙烯含量的条件下，能使干气产品和循环氢气中乙烯含量达到1000ppm以下；同时，膨胀机不需要承担冷凝分离烃类的功能，处于完全无液的状态下运行，保证了膨胀机的安全；在不需要膨胀机冷凝分离，使用针对气液两相高密度差工况的高效板翅式换热器，保证第一换热器和第二换热器的冷凝分离效果满足装置整体要求。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：一种基于高效板翅式换热器的氢气和轻烃深冷分离装置，它包括深冷分离冷箱（ⅰ），膨胀单元（ⅱ），泵加压单元（ⅲ）三部分组成，其特征在于所述深冷分离冷箱（ⅰ）入口与管道（1）连通，并经过第一换热器（e1）后与第一分离器（d1）相连，所述第一换热器（e1）与第一分离器（d1）相连，并第一分离器（d1）底部分离出的液相物流经节流阀（v1）和液体产品收集罐（d3）的入口管道（27）连通；所述第一分离器（d1）顶部分离出的气相物流通过管道（3，4），依次与第二换热器（e2）、第二分离器（d2）连通。

作为优选：所述第二分离器（d2）底部分离出的液相物流经节流阀（v1）和液体产品收集罐（d3）的入口管道（27）连通；所述第一分离器（d1）顶部分离出的气相物流通过管道（5）与第二换热器（e2）连接，所述第一分离器（d1）顶部出来的气相物流在第二换热器（e2）中复热后通过管道（6）与第一膨胀机（k1）连通；所述第一膨胀机（k1）出来的物流分成两股，一股通过管道（8）与第二换热器（e2）连通，再通过管道（17，18，19，20）分别经第一换热器（e1）、第三换热器（e3）后汇集于管道（21），作为富氢气产品（产品4）送出本装置；所述另一股通过管道（9）与第二换热器（e2）连通，在第二换热器（e2）稍微复热后通过管道（10，11）、第二膨胀机（k2）后与第二换热器（e2）连通，作为循环氢气。

作为优选：所述第三换热器（e3）连接含丙烷的原料工艺物流（进料2），并且第三换热器（e3）的入口与管道（22）连通，所述原料工艺物流（进料2）经换热后分成两股，一股连接管道（25，26）、第二换热器（e2）、节流阀（v4）后，返回第二换热器（e2）与管道（11）来的循环氢气混合，经第二换热器（e2）、管道（13）与第一换热器（e1）连通；所述另一股通过节流阀（v3）、管道（13）与第一换热器（e1）连通，在第一换热器（e1）中与管道（13）来的物流混合，作为联合进料产品（产品1），通过管道（15）送出本装置。

作为优选：所述的液体产品收集罐（d3）的顶部气相为闪蒸汽产品（产品3），通过管道（31，32）、第三换热器（e3）后送出本装置；所述底部分离出的液相为液体产品（产品2），并通过管道（28，29，30）、液体产品泵（p1）、第三换热器（e3）加压复热后送出本装置。

作为优选：所述的第一换热器（e1）、第二换热器（e2）、第三换热器（e3）均为适用于气液两相高密度差工况的高效板翅式换热器。

作为优选：所述的第一膨胀机（k1）、第二膨胀机（k2）均为采用发电机制动的透平膨胀机。

作为优选：所述的液体产品泵（p1）为采用电机驱动的立式离心筒袋泵。

作为优选：所述的第一分离器（d1）、第二分离器（d2）、液体产品收集罐（d3）均为采用高效丝网除雾器的重力分离器。

本发明的积极效果是：上述方案深冷分离装置设置第一换热器和第二换热器两级冷却，在第一换热器中将大部分碳三组分冷凝下来后，将液相分离出来，避免液相的进一步冷却而消耗冷量；第二换热器将工艺气冷却至足够低的温度后，使剩余的碳二组分能够冷凝分离出来，使第二分离器气相组分就能达到干气产品和循环氢气的纯度要求，其中氢气纯度达到94%以上，总烯烃含量小于1000ppm，装置的碳三烃类回收率达到99.96%。

本发明进一步的积极效果是：上述技术方案进膨胀机物料都为经换热器复热后的过热状态，膨胀机入口和出口都不带液，在30000转/分钟以上的高速运转下能够安全、长期稳定运行。

本发明进一步的积极效果是：上述技术方案采用工艺气自身压力膨胀制冷和原料丙烷的气化潜热给装置提供冷量，无需外部制冷循环系统提供冷量，而且膨胀机可驱动发电机输出电能，只有液体产品泵需电机驱动，装置整体能耗低，运行成本低，具有很好的经济性。

附图说明

图1是本发明的连接结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明用于分离含有氢气和甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等轻烃的脱氢反应产物工艺气体（进料1），包括深冷分离冷箱（ⅰ），膨胀单元（ⅱ），泵加压单元（ⅲ）。深冷分离冷箱包含第一换热器（e1）、第二换热器（e2）、第三换热器（e3）、第一分离器（d1）、第二分离器（d2）、液体产品收集罐（d3）。含有氢气（20~60%）、甲烷（2~5%）、乙烯（0.1~0.7%）、乙烷（1~3%）、丙烯（10~30%）、丙烷（20~50%）等轻烃的脱氢反应产物工艺气体（进料1，压力1.0~2.0mpag），与深冷分离冷箱（ⅰ）入口管道（1）连通，经过第一换热器（e1）冷却、冷凝至-30℃~-60℃后通过管道（2）与第一分离器（d1）入口连通，进行气液分离，从第一分离器（d1）底部分离出的液相物流经节流阀（v1）节流至0.2~1.0mpag后，和液体产品收集罐（d3）的入口管道（27）连通；从第一分离器（d1）顶部分离出的气相物流通过管道（3，4），依次与第二换热器（e2）、第二分离器（d2）连通。

经第二换热器（e2）进一步冷凝至-100℃~-130℃后，通过管道（4）与第二分离器（d2）入口连通，进行气液分离，从第二分离器（d2）底部分离出的液相物流经节流阀（v1）节流至0.2~1.0mpag后，和液体产品收集罐（d3）的入口管道（27）连通；从第一分离器（d1）顶部分离出的气相物流通过管道（5）与第二换热器（e2）连接，在第二换热器（e2）中稍微复热5℃~10℃后通过管道（6）与第一膨胀机（k1）连通，膨胀至压力0.6~0.8mpag，温度-105℃~-140℃，同时驱动发电机发电回收膨胀功。从第一膨胀机（k1）出来的物流分成两股，一股通过管道（8）与第二换热器（e2）连通，经第二换热器（e2）复热至-35℃~-65℃，再通过管道（17，18，19，20）分别经第一换热器（e1）、第三换热器（e3）复热至常温后汇集于管道（21），作为富氢气产品（产品4）送出本装置；另一股通过管道（9）与第二换热器（e2）连通，在第二换热器（e2）稍微复热5℃~10℃后通过管道（10）与第二膨胀机（k2）连通，膨胀至压力0.2~0.5mpag，温度-110℃~-140℃，同时驱动发电机发电回收膨胀功。从第二膨胀机（k2）出来的物流通过管道（11）与第二换热器（e2）连通，作为循环氢气。

主要含丙烷的原料工艺物流（进料2，压力1.7~2.5mpag）与第三换热器（e3）入口管道（22）连通，经第三换热器（e3）冷却至-25℃~-60℃后分成两股，一股通过管道（25，26）、第二换热器（e2）继续冷却以及节流阀（v4）后，返回第二换热器（e2）与管道（11）来的循环氢气进行气液混合，在第二换热器（e2）中吸收热物流的热量而使气液混合物蒸发，达到提供冷量的目的，蒸发完后的气相通过管道（13）与第一换热器（e1）连通；另一股通过节流阀（v3）、管道（13）与第一换热器（e1）连通，在第一换热器（e1）中与管道（13）来的物流进行气液混合，在第一换热器（e1）中吸收热物流的热量而使气液混合物蒸发，达到进一步提供冷量的目的，蒸发完并被加热至常温后的气相作为联合进料产品（产品1），通过管道（15）送出本装置。

液体产品收集罐（d3）顶部少量气相为闪蒸汽产品（产品3），通过管道（31，32）、第三换热器（e3）复热至常温后送出本装置；底部液相为液体产品（产品2），通过管道（28，29，30）、液体产品泵（p1）加压至3.0~5.0mpag、第三换热器（e3）复热至常温后送出本装置。

上述实施例是本发明的具体实施方式。对于分离含有氢气和甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等轻烃的脱氢反应产物工艺气体的深冷分离装置可以做出多种等同的组合或变化，均属于本发明的保护范围。