[发明专利]异丁烷脱氢反应气的氢气分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种异丁烷烷脱氢反应气的氢气分离方法。

背景技术

异丁烯是一种重要的化工原料，主要用于甲基叔丁基醚（MTBE）的合成，也可以用于生产丁基橡胶、异戊橡胶、聚异戊烯橡胶等弹性体，还可以用于生产各种精细化学品。1995年世界用于MTBE生产的异丁烯量达2000多万吨，2001-2006年MTBE产量世界年增长率47.6%。国内，至2008年底，共有MTBE生产装置50多套，总产能约255万吨，较2003年增长约1倍。随着异丁烯下游产品的开发利用，尤其是MTBE的大量生产，导致异丁烯的需求量剧增，异丁烯全球性资源不足的矛盾日益突出，扩大异丁烯来源，增加异丁烯产量，成为全球石油化工发展的一个重要课题。

异丁烷脱氢是增加异丁烯来源的重要途径之一，也是C₄资源综合利用的关键。目前已有美国Lummus、UOP、Phillips、德国Linde及意大利的Snameprogetti等5家公司掌握了生产专利，技术的关键是优良的催化剂。Lummus的Catofin工艺、UOP的Oleflex已经成为新建装置中的主导工艺，原苏联的大多数装置采用Snameprogetti公司的FBD-4工艺。具体文献见中国专利ZL9110898.X，美国专利US4996387。我国目前还没有异丁烷脱氢生产异丁烯工业化生产的报道。

Lummus的Catofin和UOP的Oleflex工艺中，为分离反应产物中的氢气和烃类，脱氢反应产物均经三级压缩机压缩至3.0~4.0MPaG，并深冷至-100~-165℃进行气液分离，在该压力和温度条件下，反应产物中的C₂及C₂以上的烃类被冷凝下来，气相物流氢气体积含量可达98%以上。虽然该工艺分离的氢气纯度较高，但仍然含少量烯烃，烯烃的存在会增加脱氢催化剂的表面积碳，缩短脱氢催化剂的再生周期和使用寿命，降低异丁烯的总收率，同时该工艺脱氢反应产物需要经三级压缩机压缩，并深冷至-100~-165℃，能耗和设备投资相当高，据报道：10万吨/年异丁烷脱氢制异丁烯装置需要的投资达6亿元人民币，其中20%~25%为三级压缩机和深冷冷箱的设备投资。

以往技术中，异丁烷脱氢反应后的气体中约含20%~30%（重量）的氢气，由于氢气的存在，如用常规冷凝（一级压缩至0.8~1.5MPaG，冷却至10~40℃）的方法，将有大量（约20%~30%（重量））的烃类不能冷凝下来，而和氢气一起仅作为燃料而损失，为避免异丁烷的大量损失，必须将反应后气体经压缩机至少三级压缩至3.5~4.0MPa，并且使用以甲烷或乙烷、乙烯为制冷剂的冷箱设备深冷到温度-100℃以下，在该温度和压力下，反应产物中的C₂及C₂以上的大部分烃类被冷凝下来，气相物流除包含氢气和少量甲烷、烯烃以外，氢气体积含量可达98%以上。虽然该分离工艺分离的氢气纯度较高，但仍然含少量烯烃，烯烃的存在会增加脱氢催化剂的表面积碳，缩短脱氢催化剂的再生周期和使用寿命，降低异丁烯的总收率，同时为达到这个目的，脱氢反应产物需要经三级压缩机压缩，并深冷至-100~-165℃，能耗和设备投资相当高，据报道：10万吨/年异丁烷脱氢制异丁烯装置需要的投资达6亿元人民币，其中20%~25%为三级压缩机和深冷冷箱的设备投资。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是以往异丁烷脱氢制异丁烯技术中循环氢气纯度低造成异丁烷脱氢反应异丁烯选择性低、催化剂再生周期短，同时设备投资和能耗高的问题。提供一种新的异丁烷脱氢反应气的氢气分离方法，该方法具有分离得到的循环氢气纯度高，几乎不含烯烃，有效提高了异丁烷脱氢反应异丁烯选择性，延长了催化剂再生周期和使用寿命，同时设备投资和能耗低的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种异丁烷脱氢反应气的氢气分离方法，将异丁烷脱氢反应气体在压力为0.5～1.5MPa，温度为0～45℃条件下，进行气液分离，分离后的气相经采用至少一种吸附剂的变压吸附装置，对该气相中的氢气和异丁烷、异丁烯等组分进行分离，分离后得到高纯度氢气，部分氢气返回反应系统，其他氢气送至界外，其中，所述吸附剂为硅酸盐类分子筛、具有大量小孔的高纯度活性炭类物质或者多孔的稳定态氧化铝中的至少一种。