丙烷脱氢制丙烯气相产物中碳三馏分的分离装置及方法与流程

本发明属于化工领域，更具体地，涉及一种丙烷脱氢制丙烯气相产物中碳三馏分的分离装置及方法。

背景技术：

1、丙烯是重要的石油化工基本原料，下游产品主要包括聚丙烯、环氧丙烷、异丙苯/苯酚/丙酮/双酚a、丙烯酸及酯、环氧氯丙烷等。近年来全球丙烯需求增长迅速，石脑油裂解和炼厂催化裂化等传统工艺生产的丙烯难以跟上需求快速增长的步伐。在少数几个大规模生产丙烯的工艺中，丙烷脱氢(pdh)已被证明是解决丙烯来源的最有效途径。丙烷脱氢气相产物中含有大量的轻组分气体如氢气、烷等，通常需要送到深冷处理单元进行低温分离。

2、如何经济有效地将丙烷脱氢反应生成的碳三馏分从分离轻组分中分离出来，是整个丙烷脱氢分离流程的核心。低温深冷分离需要消耗大量能量，并需要使用尺寸巨大的低温换热器。通常采用膨胀制冷的方式，需要使用昂贵的低温膨胀机，由于轻组分流量大、分离温度低、转速快，给低温膨胀机的设计和制造带来了巨大的难度。

技术实现思路

1、发明人在研究中发现，在丙烷脱氢气相产物分离氢气过程中，可以通过类似混合冷剂制冷的方法，将反应稀释剂氢气与反应原料丙烷(含新鲜丙烷和循环丙烷)分批混合，为冷箱提供冷量，将气相产物中的氢气与丙烯产品分离，同时采用混合冷剂制冷为分离氢气提供冷量。本发明的目的是提供一种丙烷脱氢制丙烯气相产物的分离装置及分离方法，该技术方案中，充分利用气相产物和反应产物间的换热，同时采用混合冷剂制冷，实现气相产物的低温分离，达到充分回收丙烯产品的目的。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种丙烷脱氢制丙烯气相产物中碳三馏分的分离装置，所述的装置包括：冷箱序列、碳三增压泵、分液罐、轻组分闪蒸塔，分凝分馏塔；

3、所述冷箱序列包括一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱、四级冷箱；

4、所述分液罐包括第一分液罐、第二分液罐、分凝分馏塔；

5、气相产物进料管线依次与一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱、第一分液罐连接；

6、第一分液罐罐顶依次与四级冷箱、第二分液罐连接；罐底与轻组分闪蒸塔下部入口连接；

7、第二分液罐罐顶与分凝分馏塔塔下部连接，罐底与轻组分闪蒸塔中部相连；

8、分凝分馏塔塔顶连接四级冷箱后分为两支，一支依次与三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱、粗氢采出管线连接，另一支依次与三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱、反应器进料采出管线连接，塔底与轻组分闪蒸塔上部入口连接；

9、轻组分闪蒸塔塔顶设置气相采出管线，塔底依次与碳三增压泵、三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱、碳三馏分采出管线连接；

10、循环丙烷进料管线依次与一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱连接，其中至少两级冷箱出口的循环丙烷管线和入口的反应器进料管线通过互连管线连接，每个互连管线上均设置有混合器和循环丙烷补入口。

11、本发明的第二方面提供一种丙烷脱氢制丙烯气相产物中碳三馏分的分离方法，所述的方法包括以下步骤：

12、(1)将来自深度净化单元的气相产物经气相产物进料管线送入冷箱序列，在一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱逐级冷却至-90℃～-110℃得到冷却气相产物；

13、(2)将所述冷却气相产物在第一分液罐中进行气液分离，罐底液相送入轻组分闪蒸塔下部，罐顶气相送入四级冷箱，被冷却至-110℃～-130℃得到深冷气相产物；

14、(3)将所述深冷气相产物送入第二分液罐进行气液分离，罐底液相送入轻组分闪蒸塔中部，罐顶气相送入分凝分馏塔下部进行气液分离，经气液分离后塔底液相送入轻组分闪蒸塔上部，塔顶气相返回四级冷箱回收冷量后得到冷量回收气相；

15、(4)所述冷量回收气相分为两部分，一部分气相依次通过三级冷箱、二级冷箱和一级冷箱逐级进行冷量回收得到粗氢并通过粗氢采出管线采出；另一部分气相依次送入三级冷箱、二级冷箱和一级冷箱，并在进入各冷箱入口之前与逆流的循环丙烷和可选由循环丙烷补入口加入的补入循环丙烷在混合器内混合，经过逐级冷量回收的冷量气体通过反应器进料管线采出；

16、(5)所述轻组分闪蒸塔塔顶气相通过气相采出管线采出，塔底液相由碳三增压泵增压后送入冷箱序列，在三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱逐级进行冷量回收得到碳三馏分，所述碳三馏分通过碳三馏分采出管线采出。

17、本发明的效果是：

18、(1)在本发明的技术方案中，不需要使用昂贵的膨胀机，充分利用气相产物和反应产物间的换热，实现气相产物的低温分离，分离不足的冷量由混合冷剂制冷机组提供，达到充分回收丙烯产品的目的。

19、(2)本发明提供的技术方案中，气相产物本身节流膨胀提供冷量气体所需的冷量，循环丙烷定量、分批与一部分冷量气体混合，为气相产物的碳三分离提供冷量，该技术方案可以减少换热面积约16％，并且能够提供更低的温度，在减少设备投资的提前下，达到充分回收丙烯产品的目的。

20、(3)在本发明中，通过冷量的合理分配，冷箱表现出优秀的传热性能，低温端最小传热温差大于3℃，热端传热温差大于3℃，传热面积(ua值)较小，减少换热面积16％。

21、(4)相对于丙烷仅有一次混合的制冷方案，本发明可以减小混合冷剂压缩机功耗27.8％。

22、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种丙烷脱氢制丙烯气相产物中碳三馏分的分离装置，其特征在于，所述的装置包括：冷箱序列、碳三增压泵、分液罐、轻组分闪蒸塔，分凝分馏塔；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括：混合冷剂制冷机；

3.根据权利要求1-2中任意一项所述的装置，其特征在于，每个所述互连管线设置有至少一个所述循环丙烷补入口和一个所述混合器，所述循环丙烷补入口和所述混合器均为各自独立控制；所述分液罐的底部设置有流量控制阀，所述流量控制阀为各自独立控制。

4.一种采用权利要求1-3中任意一项所述的装置的丙烷脱氢制丙烯气相产物中碳三馏分的分离方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

6.根据权利要求4-5中任意一项所述的方法，其特征在于，三级冷箱、二级冷箱、一级冷箱均加入补入循环丙烷；

7.根据权利要求4-5中任意一项所述的方法，其特征在于，三级冷箱和一级冷箱加入补入循环丙烷；

8.根据权利要求4-5中任意一项所述的方法，其特征在于，补入的循环丙烷质量与气相产物中冷凝下来的碳三馏分质量之比为0.5～2：1，优选为0.8～1.35：1。

9.根据权利要求4-5中任意一项所述的方法，其特征在于，

10.根据权利要求4-5中任意一项所述的方法，其特征在于，混合冷剂选自氮气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、异戊烷中的至少三种；优选为氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷组成的混合物，以混合物总摩尔数计，氮气占比为0.6-1.2mol％，甲烷占比为32-45mol％，乙烯占比为38-51mol％，丙烷占比为2-5mol％，异戊烷占比为9-15mol％。

技术总结
本发明公开了丙烷脱氢制丙烯气相产物中碳三馏分的分离装置及方法，该分离装置包括：冷箱序列、碳三增压泵、分液罐、轻组分闪蒸塔，分凝分馏塔；该装置连接成一个利用自身冷量分离气相产物的闭合回路；所述冷箱序列包括一级冷箱、二级冷箱、三级冷箱、四级冷箱，至少两级冷箱设置有混合器和循环丙烷补入口。本发明的技术方案中，气相产物本身节流膨胀提供冷量气体所需的冷量，循环丙烷定量、分批与一部分冷量气体混合，为气相产物的碳三分离提供冷量，同时设置混合冷剂制冷机为氢气分离补充冷量。该技术方案可以减少换热面积约16％，并能够有效降低混合冷剂压缩机功率27.8％，在减少设备投资的提前下，达到充分回收丙烯产品的目的。

技术研发人员：彭勃
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16