[发明专利]一种耦合式烷烃催化脱氢反应产物的分离方法和装置

说明书

本发明涉及一种耦合式烷烃催化脱氢反应产物的分离方法和装置，将烷烃脱氢反应器出口的产品气输入冷箱系统，得到冷却后产品；将冷却后产品输入N级串联的气液分离罐进行气液分离，之后将第1～N‑1级得到的气相产品重新输入冷箱系统；将1～N级得到的液相产品收集后复热送出界区，之后通过分离塔实现液相产品不同碳数产物的分离；将第N级分离罐罐顶得到的循环气与新鲜丙烷按预设的氢/烃比经M级混合并在冷箱系统中经节流蒸发，向冷箱系统提供冷量；将脱乙烷塔塔顶尾气引入冷箱系统，向冷箱系统提供冷量；冷箱系统的冷量还来自外部制冷循环系统。本发明可降低分离能耗，减少产品损失，工艺流程简单、环保、设备紧凑、开/停车方便快捷。

技术领域

本发明涉及化工分离技术领域，尤其是涉及一种耦合式烷烃催化脱氢反应产物的分离方法和装置。

背景技术

烷烃在催化剂的参与下，可以发生脱氢反应，生成附加值更高的烯烃和氢气。在各类烯烃中，丙烯是一种重要的石油化工基本原料。主要用于生产聚丙烯、环氧丙烷、丙烯酸、丙烯腈、烷基化油、生产高辛烷值汽油调和料等数十种石油化工产品和原料。近年来，由于丙烯下游各类化工产品的迅猛发展，国内丙烯的需求量持续快速增长。

长久以来，丙烯主要来自石脑油蒸汽裂解工艺和石油炼制的催化裂解工艺。近年来，在丙烯下游市场需求不断增长的背景下，一些新的、具有经济性的生产丙烯的技术吸引了人们的注意，并已成功工业化。其中包括甲醇制烯烃工艺(MTO)、甲醇制丙烯工艺(MTP)、烯烃裂解工艺(OCP)及丙烷脱氢制丙烯工艺(PDH)。在以上各类生产丙烯的工艺中，采用丙烷定向生产丙烯的丙烷脱氢因其简单的工艺流程和优异的经济性，获得了巨大的成功。近几年国内新建和投产的丙烷脱氢装置多达二十余套，生产的丙烯规模超过1200万吨/年。因此，丙烷脱氢技术是目前最有竞争力的丙烯生产工艺，市场份额不断扩大。

丙烷脱氢反应产物中以氢气和碳三为主，还有少量的甲烷、碳二、氮气等。甲烷和部分碳二来自丙烷脱氢的副产物，部分碳二来自原料丙烷，氮气来自再生过程。反应器出口物料经过冷却、压缩、干燥后进入分离系统，丙烯和未反应的丙烷的混合物在冷箱中被逐步冷凝，并在下游精馏单元回收丙烯和再循环丙烷回反应器。因丙烷脱氢反应产物中含有大量的氢气，因此需要在深冷温度下，实现氢气和碳三的分离。富氢气复热后，经PSA提纯得到纯氢产品，PSA吸附下来的尾气作为燃料气外输。

现有工业化的丙烷脱氢反应产物分离过程均采用低温深冷工艺实现轻组分与碳三的分离，反应产物在板翅式换热器中经逐级冷却至-95～-125℃。根据不同工艺反应产物的组成差异情况，通常采用双膨胀制冷或外部单一组分制冷获得分离所需要的冷量，流程比较复杂、且碳三的回收率受限于反应产物的条件或外部制冷获得的最低制冷温度。整个分离装置的能耗和设备的投资都相当高。另外，经分离系统获得的碳三产品中必然含有一定量的氢气和碳二，需经脱乙烷塔分离出轻组分后送丙烯塔才能实现聚合级丙烯和丙烷的分离。目前工业上通过单独配置一套制冷机组给脱乙烷塔顶提供温位相匹配的冷量实现塔顶气相的部分冷凝。这样整个分离系统的机组复杂，且对装置的平稳操作提出了较高的要求。

发明内容

本发明提供了一种耦合式烷烃催化脱氢反应产物的分离方法和装置，克服了现有技术中丙烷脱氢反应气分离效果不佳、能耗高、碳三回收率不高且机组复杂等缺陷。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

发明人在研究中发现，丙烷脱氢装置的原料丙烷均采用低温液态储存，根据烷烃催化脱氢反应的特点及进料要求，需将液态原料丙烷气化后进入反应器，这部分原料的气化需要吸收大量的热量，因此可将原料丙烷的气化与分离系统进行耦合，向分离系统提供冷量，实现能量的优化匹配；另外，脱乙烷塔的塔顶尾气含有大量的碳二和甲烷及少量的氢气，且压力较高(可达到2.25MPaG～2.85MPaG)，经预冷并降压节流后能够产生-100℃～-160℃的冷量，因此也可将这部分冷量与分离系统进行耦合，实现能量的优化匹配，节约分离系统能耗。