CN109791018A - 用于丙烷脱氢反应器流出物的低温以上的分离方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于分离来自丙烷脱氢反应器的流出物以回收丙烯的***和方法。该***和方法涉及在不低于‑140℃的冷却过程中使用透平膨胀机，并且还可以使用脱乙烷塔单元从丙烯流中除去乙烷和比乙烷更易挥发的组分。

Description

用于丙烷脱氢反应器流出物的低温以上的分离方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年8月25日提交的美国临时专利申请第62/379476号的优先权权益，其整体通过引用并入本文。
A.技术领域
本发明涉及从丙烷脱氢反应器流出物中回收丙烯和/或氢气的分离方法。
B.背景技术
丙烯是一种不饱和烃且是各种聚合物和中间体的关键的石油构建单元。制备丙烯的一种方法涉及使丙烷脱氢。顾名思义，脱氢涉及从化合物中除去氢原子。在丙烷脱氢中，根据以下反应从丙烷中除去氢以形成丙烯：
C3H8→C3H6+H2
丙烷脱氢反应形成丙烯通常在催化剂存在下在脱氢反应器中进行。来自脱氢反应器的流出物主要包含丙烯(C3H6，主要产物)、丙烷(C3H8，丙烷进料的未反应部分，其可以再循环回到脱氢反应器中以进一步使其脱氢以产生丙烯)、以及氢气(H2，脱氢反应产生的主要副产物)。丙烯和氢气都是脱氢反应器流出物的有价值组分。
与上述主要的脱氢反应一起发生的副反应可能导致其它烃的形成。可能包含在脱氢反应器流出物中的这些其它烃可能比丙烯和氢气的价值低，或者它们的浓度很低以至于不希望单独回收它们，或者两者。这些其它材料的实例包括甲烷、乙烷和乙烯，它们可以共同用作脱氢反应器的燃料。脱氢反应器流出物还可包含水和二氧化碳。
将丙烯与脱氢反应器流出物的其它组分分离通常涉及在热交换器中冷却流出物并在蒸馏塔中蒸馏经冷却的流出物。然而，由于脱氢反应器流出物中的氢气含量相对较高，大量丙烯将保留在来自蒸馏塔的气体馏分中，因此该气体馏分中的丙烯不会以纯的或基本上纯的形式被回收。下面讨论的预测模拟实例(实施例1)说明了这一点。实施例1表明，反应器流出物流冷却到的温度越低，丙烯的收率越高。因此，通常通过将丙烷脱氢反应器流出物流冷却至低温(即-100℃或低于-100℃的温度)来回收丙烯。丙烯回收中的挑战是有效地将反应器流出物冷却至足够低的温度以获得高的丙烯回收率。
参照图3，示出了用于回收丙烷和丙烯(总共99％或多于99％的反应器流出物)的现有技术***30。***30用一系列热交换器冷却反应器流出物至约-100℃(反应器流出物冷却到的实际温度至少部分地取决于其组成)。冷却由丙烯压缩机制冷循环和乙烯制冷循环提供。乙烯制冷循环将热量排放到丙烯制冷循环中。
可能已经预先压缩的反应器流出物气体3001在热交换器H-1中冷却至约-35℃至-40℃以形成经冷却的流出物3002。然后将经冷却的流出物3002在热交换器H-2中冷却至约-100℃以形成流3003。然后可以将流3003分离成主要包含丙烯的流和主要包含氢气的流。热交换器H-1使用丙烯制冷剂3007。通过热交换器H-1蒸发丙烯制冷剂3007，产生蒸气3008。蒸气3008与汽化的丙烯3016结合以形成流3004，通过压缩机K-1在条件下再压缩该流3004以形成流3005，使得流3005可以通过热交换器H-3中的冷却水冷凝以形成液体加压丙烯3006。液态加压丙烯3006分流以形成液态加压丙烯3006A和液态加压丙烯3006B。液态加压丙烯3006A流过阀V-1，这导致压力比液态加压丙烯3006A降低。结果，一部分液态加压丙烯3006A蒸发并冷却液态加压丙烯3006A的剩余部分。液态加压丙烯3006A的冷却的剩余部分形成用于热交换器H-1的丙烯制冷剂3007。H-1可以是在多个温度/压力水平接收丙烯制冷剂的一系列热交换器。K-1通常是多级压缩机，其在不同的压力水平接收丙烯蒸气，并将不同压力水平的丙烯制冷剂提供给H-1。
热交换器H-2使用乙烯制冷剂。热交换器H-2蒸发乙烯制冷剂3014以形成蒸发的乙烯制冷剂3015。蒸发的乙烯制冷剂3015处于低压并且被热交换器H-4用来冷却来自热交换器H-3的高压乙烯蒸气3012。来自热交换器H-4的乙烯流3010被压缩机K-2压缩，以在升高的温度下形成乙烯流3011。热交换器H-3冷却乙烯流3011以产生高压乙烯3012，其在热交换器H-4中被冷却为冷却的高压乙烯3013。
随后将冷却的高压乙烯3013在热交换器H-5中冷凝。经冷凝的冷却的高压乙烯3013流过阀V-2，从而降低其压力，之后在热交换器H-2处被用作乙烯制冷剂3014。通过蒸发丙烯3009(在其通过阀V-3之后)除去热交换器H-5中的冷凝热。蒸发的丙烯3009与蒸气3008结合以形成流3004，流3004从热交换器H-5流到压缩机K-1并在那里被再压缩。H-2可以是在不同压力水平下接收液态制冷剂的一系列热交换器，压缩机K-2可以是在不同压力水平下接收乙烯蒸气的几个压缩机级。
丙烯需求预计会增长。存在对丙烯制备和/或回收的替代方法的需求，该方法需要低资本投资、节能并且具有相对低的生产成本。
发明内容
已经发现了一种分离丙烷脱氢反应器流出物以回收丙烯和/或氢气的方法。该方法包括在不低于-140℃的冷却过程中使用透平膨胀机。该方法还可包括使用脱乙烷塔单元以实现高水平的丙烯回收。
本发明的实施方案包括从丙烷脱氢反应器的流出物中回收丙烯的分离方法。该方法可包括冷却流出物以产生气体流，其中氢气和丙烯共同组成了气体流的主要组分。该方法还可包括在包含一个或多于一个透平膨胀机的冷却单元中冷却气体流。一个或多于一个透平膨胀机不会在-140℃以下冷却任何部分的气体流。该方法可以进一步包括使冷凝物从冷却单元流动到脱乙烷塔单元，其中脱乙烷塔单元适用于在脱乙烷塔单元中的条件下除去乙烷和与乙烷挥发性相同或比乙烷更易挥发的组分。该方法还可包括从脱乙烷塔单元流出包含丙烯的液体流。
本发明的实施方案包括从丙烷脱氢反应器的流出物中回收丙烯的分离方法。该方法可包括冷却流出物以产生气体流，其中氢气和丙烯共同组成气体流的主要组分。冷却流出物以产生气体流可包括在一系列单元中进行的传热和分离过程，其中每个单元包括冷却热交换器的流入物的热交换器和将热交换器的流出物分离成蒸气和冷凝物的容器。该方法还可包括在冷却单元中冷却气体流，该冷却单元包括冷箱、分离容器和一个或多于一个透平膨胀机。冷箱可以冷却气体流，使得一部分气体流冷凝，从而形成包括冷箱冷凝物和冷箱蒸气的流。该方法可以进一步包括使包含冷箱冷凝物和冷箱蒸气的流流到分离容器，并通过分离容器将包含冷箱冷凝物和冷箱蒸气的流分离成单独的冷箱冷凝物流和单独的冷箱蒸气流。该方法可以进一步包括在一个或多于一个透平膨胀机中膨胀单独的冷箱蒸气流并使膨胀的冷箱蒸气从一个或多于一个透平膨胀机流到冷箱以冷却冷箱，从而产生再加热的冷箱流。该方法可以进一步包括将一个或多于一个透平膨胀机中的再加热的冷箱流膨胀至-140℃或-140℃以上的温度，并使单独的冷箱冷凝物流流入脱乙烷塔，其中脱乙烷塔单元适用于在蒸馏塔中的条件下用蒸馏塔除去乙烷和与乙烷挥发性相同或比乙烷更易挥发的组分。从蒸馏塔中流出液体流，其包含存在于丙烷脱氢反应器的流出物中的大于98重量％的丙烯。
以下包括本说明书中使用的各种术语和短语的定义。
短语“低温”是-100℃或低于-100℃的温度。
短语“聚合物级丙烯”是具有至少97重量％至99重量％丙烯的产物。
术语“约”或“大约”定义为本领域普通技术人员所理解的接近于。在一个非限制性实施方案中，该术语定义为10％以内，优选5％以内，更优选1％以内，最优选0.5％以内。
术语“重量％”、“体积％”或“摩尔％”分别指基于包含组分的材料的总重量、总体积或总摩尔数的组分的重量百分比、体积百分比或摩尔百分比。在非限制性实例中，100摩尔材料中的10摩尔组分是10摩尔％的组分。
术语“基本上”及其变体被定义为包括10％以内、5％以内、1％以内或0.5％以内的范围。
当在权利要求和/或说明书中使用时，术语“抑制”或“减少”或“防止”或“避免”包括实现期望的结果的任何可测量的减少或完全抑制。
在说明书和/或权利要求中使用的术语“有效的”指足以实现所需的、期望的或预期的结果。
当在权利要求或说明书中与术语“包含”、“包括”、“含有”或“具有”结合使用时，在元素前不使用数字可以表示“一个”，但是它也符合“一个或更多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义。
词语“包含”、“包括”、“具有”或“含有”是包容性的或开放式的并且不排除其它未提及的元素或方法步骤。
本发明的方法可以“包含”在整个说明书中公开的特定成分、组分、组合物等、或“基本上由”或“由”在整个说明书中公开的特定成分、组分、组合物等“组成”。
根据以下附图、详细说明和实施例，本发明的其它目的、特征和优点将变得明显。然而，应该理解的是，附图、详细说明和实施例虽然表明了本发明的具体实施方案，但是仅以说明的方式给出并不旨在限制。另外，预期根据该详细描述，在本发明的精神和范围内的改变和修改对于本领域技术人员而言将变得明显。在其它实施方案中，来自特定实施方案的特征可以与来自其它实施方案的特征组合。例如，来自一个实施方案的特征可以与来自任何其它实施方案的特征组合。在其他实施方案中，可以将附加特征添加到本文描述的特定实施方案中。
附图说明
为了更完整地理解本发明，现结合附图参考以下描述，其中：
图1显示了根据本发明实施方案的用于从丙烷脱氢反应器流出物中分离丙烯的***；
图2显示了预测模拟实施例的图，以说明将氢气与丙烯分离的问题；
图3显示了用于分离丙烷脱氢反应器的流出物的现有技术***；
图4显示了用于纯化C3流的现有技术***；和
图5显示了用于纯化C3流的现有技术***。
具体实施方式
已经发现了用于分离丙烷脱氢反应器的反应器流出物的方法，其中反应器流出物包含丙烷和丙烯(作为主要组分)和氢气。反应器流出物还可包含乙烷、甲烷和其它烃。该方法可以将反应器流出物分离成富氢气流(例如，＞90体积％的氢气)、C1至C2烃馏分、聚合物级丙烯馏分、丙烷馏分、C4+馏分或其组合。该方法可包括闪蒸分离和蒸馏。该过程中的冷却可以由丙烷压缩机制冷循环和/或丙烯压缩机制冷循环和透平膨胀机-压缩机提供。在本发明的实施方案中，分离的馏分的温度可以是-140℃或高于-140℃、或-140℃至-135℃、或-135℃至-130℃、或-130℃至-125℃、或-125℃至-120℃，以及其间的所有范围和值，包括-139℃、-138℃、-137℃、-136℃、-135℃、-134℃、-133℃、-132℃、-131℃、-130℃、-129℃、-128℃、-127℃、-126℃、-125℃、-124℃、-123℃、-122℃或-121℃。在本发明的实施方案中，分离的馏分的温度可以保持在-120℃或高于-120℃、或-120℃至-115℃、或-115℃至-110℃、或-110℃至-105℃、或-105℃至-100℃，以及其间的所有范围和值，包括-119℃、-118℃、-117℃、-116℃、-115℃、-114℃、-113℃、-112℃、-111℃、-110℃、-109℃、-108℃、-107℃、-106℃、-105℃、-104℃、-103℃、-102℃或-101℃。在本发明的实施方案中，分离的馏分的温度可保持在-100℃或高于-100℃。
在本发明的实施方案中，冷却丙烷脱氢反应器流出物流包括在串联布置的多个热交换器中冷却该流。使来自每个热交换器的冷却流流入分离容器，以将蒸气与通过冷却过程形成的冷凝物分离。来自每个分离容器的蒸气成为下一个热交换器的进料。以这种方式，当将较不易挥发的烃作为冷凝物冷凝和除去时，蒸气流变得氢气(和其它轻质烃)浓度更高以产生富氢气流。
在本发明的实施方案中，该富氢气流(来自最后一个分离容器)可以流动到具有一个或多于一个透平膨胀机和冷箱的冷却***，用于进一步冷却。在本发明的实施方案中，这些不同的冷却阶段不会将任何流冷却至低于-140℃并且可导致在液体流中回收超过90重量％的丙烯并回收90体积％或多于90体积％的作为蒸气流中副产物的氢气。本发明的实施方案还可以包括使用从一系列分离容器接收冷凝物的脱乙烷塔，以实现丙烷脱氢反应器的流出物中存在的大于97重量％或更多的丙烯的回收。
图1显示了根据本发明实施方案的用于分离和回收丙烷脱氢反应器流出物的组分的***10。***10包括分离和回收过程的四个主要阶段，即预冷却训练阶段S30、低温透平膨胀机-压缩机分离阶段S31、脱乙烷阶段S40和丙烯制冷循环阶段S50。在本发明的实施方案中，在阶段S30之前，反应器流出物预处理单元PU可压缩反应器流出物气体流301以及从反应器流出物气体流301中除去二氧化碳(CO2)和水以形成经处理的流出物气体流303。经处理的流出物气体流303流入预冷却训练阶段S30。
在预冷却训练阶段S30，热交换设备冷却并部分冷凝经处理的流出物气体流303。热交换设备可以将经处理的流出物气体流303冷却至约-35℃的温度，或冷却至-45℃至-25℃，以及其间的所有范围和值，包括-45℃、-44℃、-43℃、-42℃、-41℃、-40℃、-39℃、-38℃、-37℃、-36℃、-35℃、-34℃、-33℃、-32℃、-31℃、-30℃、-29℃、-28℃、-27℃、-26℃或-25℃。实现预冷却训练阶段S30的热交换设备可包括一个或多于一个热交换器和一个或多于一个分离容器。例如，如图1中所示，预冷却训练阶段S30可以通过包括串联布置的热交换器H-301、H-302、H-303和H-304的设备来实施，用于冷却经处理的流出物气体流303。预冷却训练阶段S30还可以包括分别从热交换器H-301、H-302、H-303和H-304分别接收冷却的热交换器流出物304、307、310和313的容器V-301、V-302、V-303和V-304。这样，在本发明的实施方案中，经处理的流出物气体流303可包含1重量％至7重量％及其间的范围和值的氢气，包括1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、或7重量％的氢气，并且当较不易挥发的烃冷凝并作为冷凝物除去时，氢气的浓度逐渐增加，使得分离器气体流314可包含20重量％至28重量％及其间的范围和值的氢气，包括20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、或28重量％的氢气。
容器V-301、V-302、V-303和V-304将冷却的热交换器流出物304、307、310和313分离成分离器气体流和分离器液体流。例如，V-301产生分离器液体流305和分离器气体流306，V-302产生分离器液体流308和分离器气体流309，V-303产生分离器液体流311和分离器气体流312，且V-304产生分离器液体流315和分离器气体流314。
将分离器液体流305、308、311和315输送至脱乙烷阶段S40的脱乙烷蒸馏塔。分离器液体流305、308、311和315可以主要包含丙烯和丙烷(丙烯通常是较多的组分)。例如，在本发明的实施方案中，分离器液体流305、308、311和315包含45重量％至60重量％及其间的范围和值的丙烯，包括45重量％、46重量％、47重量％、48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、55重量％、56重量％、57重量％、58重量％、59重量％或60重量％的丙烯。并且分离器液体流305、308、311和315可以包含40重量％至45重量％及其间的范围和值的丙烷，包括40重量％、41重量％、42重量％、43重量％、44重量％或45重量％的丙烷。
分离器气体流306、309和312各自由热交换器H-302、H-303和H-304冷却，以分别形成热交换器流出物307、310和313。每个热交换器流出物307、310和313具有冷凝的液体部分和气体部分。并且每个热交换器流出物307、310和313流至下一个分离容器(分别为容器V-302、V-303和V-304)。分离器气体流314从串联容器的最后一个容器(容器V-304)流到低温透平膨胀机-压缩机分离阶段S31的冷箱H-311。
在本发明的实施方案中，低温透平膨胀机-压缩机分离阶段S31可以冷却分离器气体流314。分离器气体流314通常主要包含氢气和丙烯。在本发明的实施方案中，分离器气体流314可以包含24重量％至32重量％及其间的范围和值的丙烯，包括24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％、31重量％或32重量％的丙烯。并且分离器气体流314可包含20重量％至28重量％及其间的范围和值的氢气，包括20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％或28重量％的氢气。在当氢气含量处于该水平或更多时，分离器气体流314可以被认为是富氢气流。分离器气体流314以约为-35℃，或-40℃至-30℃及其间的范围和值的温度，包括-40℃、-39℃、-38℃、-37℃、-36℃、-35℃、-34℃、-33℃、-32℃、-31℃或-30℃的温度从容器V-304流出。
如果分离器气体流含有约28重量％的丙烯，例如，则其可占反应器流出物气体流301中丙烯量的约10重量％。因此，为了回收反应器流出物气体流301中总丙烯的90％以上，需要从分离器气体流314中回收至少一些丙烯。为此，可以将分离器气体流314在冷箱H-311中冷却至约-88℃，或-93℃至-73℃及其间的范围和值的温度，包括-93℃、-92℃、-91℃、-90℃、-89℃、-88℃、-87℃、-86℃、-85℃、-84℃、-83℃、-82℃、-81℃、-80℃、-79℃、-78℃、-77℃、-76℃、-75℃、-74℃或-73℃的温度。这种冷却使分离器气体流314部分冷凝以产生部分冷凝的流317。容器V-311将流317分离成冷凝馏分318和气体馏分320。冷凝馏分318可主要包含丙烯和丙烷。在本发明的实施方案中，冷凝馏分318包含48重量％至56重量％及其间的范围和值的丙烯，包括48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、55重量％、或56重量％的丙烯。在本发明的实施方案中，冷凝馏分318包含28重量％至36重量％及其间的范围和值的丙烷，包括28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、或36重量％的丙烷。冷凝馏分318可在冷箱H-311中加热，以冷却冷箱H-311并形成流319，将该流319输送至脱乙烷塔阶段S40的脱乙烷蒸馏塔C-401。气体馏分320在透平膨胀机X-311-I中膨胀以产生冷气体321，该冷气体321用于冷却热交换器H-311。冷气体321的温度为-95℃至105℃及绝对压力为12巴至22巴。在热交换器H-311中向冷气体321的传热使冷气体321再加热并形成流322。流322可以在透平膨胀机X-311-II中膨胀以产生膨胀流323。膨胀流323用于进一步冷却冷箱H-311。膨胀流323的温度为-83℃至-102℃及绝对压力为2巴至10巴。在热交换器H-311中向膨胀流323的传热使膨胀流323再加热并形成流324。压缩机K-311压缩流324(富含氢气)以形成压缩的富氢气流325。在本发明的实施方案中，压缩的富氢气流325主要包含氢气和二氧化碳，例如，压缩的富氢气流325可以包含45重量％至55重量％及其间的范围和值的氢气，包括45重量％、46重量％、47重量％、48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、或55重量％的氢气。在约48重量％的氢气下，压缩的富氢气流325为约90体积％的纯氢气。压缩的富氢气流325包含25重量％至35重量％及其间范围和值的二氧化碳，包括25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、或35重量％的二氧化碳。富氢气流325的绝对压力为5巴至15巴。
由透平膨胀机X-311-I和透平膨胀机X-311-II产生的功驱动压缩机K-311重新压缩流324以形成富氢气流325。调整两个透平膨胀机阶段(透平膨胀机X-311-I和透平膨胀机X-311-II)，使它们的操作温度和V-311的操作温度高于-140℃。在一些实施方案中，调整两个透平膨胀机阶段(透平膨胀机X-311-I和透平膨胀机X-311-II)，使它们的操作温度和V-311的操作温度高于-140℃。在一些实施方案中，调整两个透平膨胀机阶段(透平膨胀机X-311-I和透平膨胀机X-311-II)，使它们的操作温度和V-311的操作温度高于-120℃。在一些实施方案中，调整两个透平膨胀机阶段(透平膨胀机X-311-I和透平膨胀机X-311-II)，使它们的操作温度和V-311的操作温度高于-100℃。在高于-100℃的温度下，包含在富氢气流325中的丙烯(因此回收损失)预计为约1重量％至5重量％。
在-100℃以上操作透平膨胀机X-311-I、透平膨胀机X-311-II和容器V-311可以提供与结构和安全性相关的优点。乙烯装置中由冷箱冷却的气体流可包含氮氧化物(NOx化合物)，特别是NO2。这些NOx化合物具有低的沸点并且可以在低温过程之前通过一些具有氢气的分离过程。NOx化合物可与不饱和烃(例如烯烃)反应形成具有胶状外观的聚合物(“NOx胶”)。NOx胶可以阻塞阀门、管线、孔口等，从而在装置中产生操作和安全问题。因此，装置设计和构造可能会考虑到这一点(可能增加与乙烯装置相关的资本和运营成本)。此外，在低温条件下形成的NOx胶不稳定并且可能***。据报道乙烯装置中***的情况是由NOx胶引起的。参见例如“NOx in the Cryogenic Hydrogen Recovery Section of an OlefinsProduction Unit,”W.H.Henstock,Plant/Operations Progress,第5卷，第4号1986年10月。解决NOx胶的上述操作和安全问题的一种方法是确保乙烯装置的原料不含或基本不含氮气和氧气。此外，例如冷箱的设备可以用例如甲醇的溶剂洗涤以除去NOx胶。本发明的实施方案可以提供解决由NOx胶引起的问题的其他或替代方法。具体地，参考图1，在本发明的实施方案中，调整两个透平膨胀机阶段(透平膨胀机X-311-I和透平膨胀机X-311-II)使得它们的操作温度和V-311的操作温度高于-100℃，与低于-100℃的温度下的操作相比，NOx胶在设备中积累较少。
在本发明的实施方案中，代替低温透平膨胀机-压缩机分离阶段S31，可以应用变压吸附单元来将氢气与烃分离。然而，利用这种变压吸附单元，烃在较低压力下排出且需要再压缩。
在本发明的实施方案中，脱乙烷阶段S40从富丙烯流中除去乙烷和与乙烷挥发性相同或更易挥发的组分(例如乙烯和甲烷)。富丙烯流包含分别来自容器V-301、V-302、V-303和V-304的分离器液体流305、308、311和315。其它富丙烯流可包含来自冷箱H-311的流319。流319包含48重量％至56重量％及其间的范围和值的丙烯，包括48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、55重量％、或56重量％的丙烯。流319可以包含28重量％至36重量％及其间的范围和值的丙烷，包括28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、或36重量％的丙烷。脱乙烷塔阶段S40的主要设备可包括脱乙烷蒸馏塔C-401。在本发明的实施方案中，脱乙烷蒸馏塔C-401的进料是液体，并且在适合于它们的组成和温度的塔板处进入塔(尽管下面描述的模拟(实施例2)假设混合所有进入脱乙烷塔C-401的流以形成在同一塔板进入脱乙烷塔C-401的一个流)。
脱乙烷蒸馏塔C-401配备有底部再沸器H-401以向脱乙烷蒸馏塔C-401的底部提供热量。此外，脱乙烷蒸馏塔C-401配备有顶部冷凝器H-402以除去脱乙烷蒸馏塔C-401顶部的热量。顶部冷凝器H-402是一个部分冷凝器，操作温度约为-40℃至-15℃及其间的范围和值，包括-40℃、-39℃、-38℃、-37℃、-36℃、-35℃、-34℃、-33℃、-32℃、-31℃、-30℃、-29℃、-28℃、-27℃、-26℃、-25℃、-24℃、-23℃、-22℃、-21℃、-20℃、-19℃、-18℃、-17℃、-16℃、-15℃。在本发明的实施方案中，顶部冷凝器H-402中的冷却可以通过丙烯制冷剂(气体制冷剂532)实现。在本发明的实施方案中，顶部冷凝器H-402可以在-40℃至-20℃下操作，使得脱乙烷蒸馏塔C-401可以在较低的温度下操作，这可能是有利的。底部再沸器H-401可以使用来自热水循环的热量(例如，来自通过例如可以添加到设计中以提高能量效率的急冷塔使经处理的流出物气体流303中的水冷凝的热水)，因此，底部再沸器H-401可具有热水循环供应(HWCS)和热水循环返回(HWCR)。
来自脱乙烷蒸馏塔C-401顶部的馏出物在顶部冷凝器H-402中冷却，并在分离容器V-401中分离以形成流402，该流402可包含C1至C2烃(乙烷、乙烯和甲烷)。可以将流402输送至内部燃料气体网络(IFGN)。
从脱乙烷蒸馏塔C-401的底部流出的液体产物流403可包含作为其主要组分的丙烯和丙烷。在本发明的实施方案中，产物流403可以包含40重量％至70重量％和其间的范围和值的丙烯，包括40重量％、41重量％、42重量％、43重量％、44重量％、45重量％、46重量％、47重量％、48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、55重量％、56重量％、57重量％、58重量％、59重量％、60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、66重量％、67重量％、68重量％、69重量％、或70重量％的丙烯。在本发明的实施方案中，液体产物流403可以包含30重量％至60重量％及其间的范围和值的丙烷，包括30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、36重量％、37重量％、38重量％、39重量％、40重量％、41重量％、42重量％、43重量％、44重量％、45重量％、46重量％、47重量％、48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、55重量％、56重量％、57重量％、58重量％、59重量％、或60重量％的丙烷。在本发明的实施方案中，产物流403中丙烯的量包括在反应器流出物气体流301中进入***10的大部分丙烯。例如，可以在产物流403中回收反应器流出物气体流301中90重量％或多于90重量％的丙烯。在本发明的实施方案中，可以在产物流403中回收反应器流出物气体流301中97重量％或多于97重量％的丙烯。在本发明的实施方案中，可以在产物流403中回收反应器流出物气体流301中99重量％或多于99重量％的丙烯。
可能需要进一步处理产物流403以满足聚合物级丙烯的产物规格。这可以在C3分流塔中完成(例如，如图4和图5中所示)。下面的实施例3和实施例4分别示出了图4和图5的***40和***50是如何用于制备聚合物级丙烯的。
在本发明的实施方案中，丙烯制冷循环S50可包括使用四级丙烯压缩机K-501(包括K-501-1、K-501-11、K-501-111和K-501-1V)。加压的丙烯气体可以在热交换器H-501中相对冷却水冷凝，因此热交换器H-501具有图1所示的冷却水供应(CWS)和冷却水返回(CWR)。容器V-5-1、V-502、V-503、V-504可以接收一部分冷却的制冷剂501作为液体制冷剂513、523和526。容器V-5-1、V-502、V-503、V-504和V-505将液体丙烯制冷剂与蒸气丙烯制冷剂分离并提供液体制冷剂511、521、526和523的进料，该液体制冷剂的进料用于在S30预冷训练阶段冷却经处理的流出物气体流303及其部分。在H-301、H-302、H-303和H-304中加热和蒸发液体制冷剂511、521、526和533，以形成气体制冷剂512、522、527和534。在顶部冷凝器H-402中使用液体制冷剂531进行冷却，在顶部冷凝器H-402处将其再加热以形成气体制冷剂532。在本发明的实施方案中，乙烯制冷压缩机(通常用于在-40℃至100℃的温度下提供冷却)不包含在***中。将气体制冷剂512、522、527、534和532从热交换器输送至容器V-5-1、V-502、V-503、V-504和V-505，所述容器V-5-1、V-502、V-503、V-504和V-505依次提供流502、503、504、505、506和509用于在压缩机K-501中压缩。
在本发明的实施方案中，可以将经处理的流出物气体流303压缩至更高的压力，使得可以提高温度以实现足够的丙烯回收，并且在低温透平膨胀机-压缩机分离阶段S31中，可以仅使用一个而非两个透平膨胀机。在本发明的实施方案中，可以将经处理的流出物气体流303压缩至15巴至40巴及其间的范围和值，包括15巴、16巴、17巴、18巴、19巴、20巴、21巴、22巴、23巴、24巴、25巴、26巴、27巴、28巴、29巴、30巴、31巴、32巴、33巴、34巴、35巴、36巴、37巴、38巴、39巴、或40巴。较低压力(例如15巴至25巴)的优点是经处理的流出物气体流303可能需要较少的压缩机功率并且设备的压力较低。较低压力(例如，15巴至25巴)的缺点是可能需要冷却至较低温度并且可能增加冷却负荷。较高压力(例如，25巴至40巴)的优点是温度可以更高并且可以降低冷却负荷，但是反应器气体将使用成本更高的压力设备和更大的压缩机功率。因此，本发明的实施方案可以考虑这些优点和缺点来配置。
如图2所示，基于简化的产物冷却和分离***的以下预测模拟实施例说明了回收丙烯的问题。
实施例
实施例1
(预测模拟实施例)
关于图2和表1和表2中讨论的预测模拟实施例是基于使用Aspen建模软件进行的计算。该模拟基于丙烷或丙烯压缩机制冷循环，其能够冷却至约-40℃的温度。模拟过程还包括一个蒸馏塔，其中部分冷凝器在22巴和-35℃下运行且再沸器在约60℃下运行。蒸馏塔可以用压缩机制冷***冷却并且能够将C2-组分与C3+组分分离。预测模拟实施例假设反应器流出物流201以100吨/小时(t/h)的速率流动。反应器流出物201是绝对压力为25巴且温度为30℃的5重量％氢气和95重量％丙烯的混合物。在模拟中，反应器流出物流201在热交换器H2-1中冷却至-35℃的温度以形成流202。此外，蒸馏塔V2-1将流202分离成蒸气馏分203和液体馏分204。蒸气馏分203的质量流量为14.2t/h，其中9.3t/h是丙烯。表1显示了如果热交换器H2-1冷却反应器流出物流201以使得流202的温度为-35℃，则根据模拟计算的流性质。
表1-冷却至-35℃的反应器流出物的流表
201 202 203 204
绝压 巴 25 25 25 25
温度 ℃ 30 -35 -35 -35
质量流量 t/h 100 100 14.2 85.8
氢质量流量 t/h 5 5 4.9 0.1
丙烯质量流量 t/h 95 95 9.3 85.7
表2显示了如果热交换器H2-1冷却反应器流出物流201以使流202的温度为-90℃时所计算的流性质
表2-冷却至-90℃的流出物的流表
单位 201 202 203 204
绝压 巴 25 25 25 25
温度 ℃ 30 -90 -90 -90
质量流量 t/h 100 100 5.5 94.5
氢质量流量 t/h 5 5 5.0 0.0
丙烯质量流量 t/h 95 95 0.5 94.5
如表1和表2所示，反应器流出物流冷却到的温度越低，丙烯的回收率越高。
实施例2
(预测模拟实施例)
使用Aspen8.2过程模拟软件来执行***10的实施方案的模拟。应当注意的是，在模拟中，假设将进入脱乙烷塔蒸馏塔C-401的所有流混合形成一个流，并假定该流在同一塔板处进入脱乙烷塔蒸馏塔C-401。表3和表4分别显示了基于该模拟的热量和质量平衡以及物质平衡。在模拟中做出以下假设：
1.假设蒸气和热水以90％的热效率(LHV)产生。
2.假设电能以50％的热效率(LHV)产生。
3.电动机的效率为95％
4.压缩机和膨胀机的等熵效率为75％
基于该模拟，使用所述分离方法回收的丙烯是流403中的丙烯，为75.1t/h。这是99.4％的丙烯回收率。应当注意的是，可以实施本发明的实施方案，使得表3和表4中所示的流的含量和性质不同于表中公开的含量和性质。例如，在本发明的实施方案中，表3和表4中的值可落在所示值的正负20％的范围内。
表3
表4
实施例3
(预测模拟实施例)
参照图4，显示了***40，一种现有技术***，其用于通过用来自急冷水的热输入分馏并相对冷却水冷却而纯化来自蒸气裂化器的C3流以形成聚合物级丙烯。丙烷可以再循环回反应器。
在***40中，20t/h的流4001(液体C3产物)含有5重量％的丙烷、5重量％的丙烯，将该流4001进料至蒸馏塔C-4001的第78级中(其具有160级且内径为4米)。蒸馏塔C-4001的压降为1.3巴。再沸器H-4001的负荷为18.8MWth并产生流4003，该流4003为235t/h流量的蒸气。蒸馏塔C-4001在顶部产生215t/h的蒸气，流4004，流4004在热交换器H-4002中相对冷却水冷凝以形成流4005。将流4005送至容器V-4001，其中196t/h以回流流4008被泵送回，并且产生19t/h的作为流4009的99％纯丙烯。流4010包含丙烷。冷凝器在16巴的压力下运行，这使得冷凝器H-4002的热量被排放到较冷的冷却水中。蒸馏塔C-4001在79％泛点速度的蒸气速度下操作。
***40的优点是它可以使用来自蒸气裂化过程的低价值废热(急冷水)作为热输入。***40的缺点是它可能必须在高压力下操作(使其成为资本密集型)并且较高的压力使蒸馏更难，从而需要更多的回流，这可能导致塔直径的增加。
实施例4
(预测模拟实施例)
参照图5，显示了一种现有技术***，***50，其用于通过用蒸气再压缩***分馏而纯化来自蒸气裂化器的C3流以形成聚合物级丙烯。在***50中，将包含5重量％的丙烷、5重量％丙烯的25.3t/h的液体C3产物的流5001进料至蒸馏塔C-201(其具有160级)的第78级。塔的压降为1.3巴。蒸馏塔C-201在顶部产生214t/h的蒸气的流5004，将流5004压缩至约14巴以形成流5005。流5005可以在热交换器H-5001中冷凝成流5006，其中热量被排放到蒸馏塔C-201的底部产物5002中。底部产物5002沸腾以形成流5003。通过容器V-5001进料冷凝的液体5006成为返回的回流物5008(214t/h)和99重量％纯丙烯产物的流5009。流5010包含丙烷。
***50的一个优点是其在较低的压力(9巴)下操作且蒸馏更为容易，从而需要更少的塔板和/或更少的回流，这使设计的塔更便宜。***50的缺点在于其可能需要压缩机才能工作并且压缩机需要高价值能量例如电力(电动机驱动)或高压蒸气(蒸气透平机驱动)才能起作用。
尽管已经详细描述了本发明及其优点，但应该理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造品、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施方案。如本领域普通技术人员从本发明的公开内容中容易理解的，根据本发明，可以利用目前存在的或以后将要开发的、执行与这里描述的相应实施方案基本相同的功能或实现基本相同的结果的过程、机器、制造品、物质组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在在其范围内包括这样的过程、机器、制造品、物质组成、装置、方法或步骤。
此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造品、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施方案。

Claims (20)

1.一种从丙烷脱氢反应器的流出物中回收丙烯的分离方法，所述方法包括：
冷却流出物以产生气体流，其中氢气和丙烯共同组成所述气体流的主要组分；
在包括一个或多于一个透平膨胀机的冷却单元中冷却所述气体流，其中一个或多于一个透平膨胀机不将气体流的任何部分冷却至低于-140℃；
使冷凝物从冷却单元流到脱乙烷塔单元，所述脱乙烷塔单元适于除去乙烷；和
使包含丙烯的液体流从所述脱乙烷塔单元中流出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多于一个透平膨胀机不将气体流的任何部分冷却至低于-120℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多于一个透平膨胀机不将气体流的任何部分冷却至低于-100℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却单元还包含冷箱和分离容器。
5.根据权利要求4所述的方法，其中将所述气体流冷却至-25℃至-45℃的温度，然后通过所述冷箱将所述气体流的至少一部分冷却至-78℃至-98℃的温度。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的方法，其中所述冷箱冷却气体流，使得所述气体流的一部分冷凝，从而形成包含冷箱冷凝物和冷箱蒸气的流。
7.根据权利要求4所述的方法，其还包括：
使包含冷箱冷凝物和冷箱蒸气的流流至分离容器；
通过分离容器将所述包含冷箱冷凝物和冷箱蒸气的流分离成单独的冷箱冷凝物流和单独的冷箱蒸气流；
在一个或多于一个透平膨胀机中膨胀所述单独的冷箱蒸气流；
使膨胀的冷箱蒸气从所述一个或多于一个透平膨胀机流至冷箱以冷却所述冷箱，从而产生再加热的冷箱流；和
在所述一个或多于一个透平膨胀机中膨胀再加热的冷箱流。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述脱乙烷塔单元包括蒸馏塔。
9.根据权利要求1至5和7中任一项所述的方法，其中冷却所述流出物以产生气体流包括在一系列单元中进行的传热和分离过程，其中每个单元包括冷却热交换器的流入物的热交换器和将所述热交换器的流出物分离成蒸气和冷凝物的容器。
10.根据权利要求1至5和7中任一项所述的方法，其中在包含丙烯的所述液体流中回收存在于丙烷脱氢反应器的所述流出物中的90重量％或多于90重量％的丙烯。
11.根据权利要求1至5和7中任一项所述的方法，其中在包含丙烯的所述液体流中回收存在于丙烷脱氢反应器的所述流出物中的97重量％或多于97重量％的丙烯。
12.根据权利要求1至5和7中任一项所述的方法，其中在包含丙烯的所述液体流中回收存在于丙烷脱氢反应器的所述流出物中的99重量％或多于99重量％的丙烯。
13.根据权利要求1至5和7中任一项所述的方法，其中所述液体流还包含丙烷。
14.根据权利要求1至5和7中任一项所述的方法，其中所述丙烷脱氢反应器的流出物主要包含丙烯和丙烷。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述丙烷脱氢反应器的流出物还包含水(H2O)、二氧化碳(CO2)、氢气、乙烷、甲烷、乙烯。
16.根据权利要求1至5和7中任一项所述的方法，其还包括：
在冷却之前从所述丙烷脱氢反应器的流出物中除去水和二氧化碳(CO2)。
17.根据权利要求1至5和7中任一项所述的方法，其中在冷却之前压缩所述丙烷脱氢反应器的流出物。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却单元仅具有一个透平膨胀机。
19.根据权利要求1至5和7中任一项所述的方法，其中所述脱乙烷塔单元适于从来自冷却单元的冷凝物中除去乙烷、甲烷、乙烯或其组合。
20.根据权利要求1至5和7中任一项所述的方法，其中将所述气体流的一部分回收为45重量％至55重量％的氢气。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118009629A (zh) * 2018-10-09 2024-05-10 查特能源化工股份有限公司 具有混合制冷剂冷却的脱氢分离装置
US11198661B2 (en) * 2019-09-10 2021-12-14 Kellogg Brown & Root Llc Process for recovery of propylene from a propane dehydrogenation process
KR20220088417A (ko) * 2019-09-10 2022-06-27 켈로그 브라운 앤드 루트 엘엘씨 프로판 탈수소 프로세스로부터 프로필렌의 회수를 위한 프로세스
CN114616043A (zh) * 2019-09-10 2022-06-10 凯洛格·布朗及鲁特有限公司 丙烷脱氢***中反应器进料的制冷回收
US11117108B2 (en) * 2019-09-13 2021-09-14 Kellogg Brown & Root Llc Use of a fuel oil wash to remove catalyst from a fluidized-bed propane dehydrogenation reactor effluent

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4707170A (en) * 1986-07-23 1987-11-17 Air Products And Chemicals, Inc. Staged multicomponent refrigerant cycle for a process for recovery of C+ hydrocarbons
US4734115A (en) * 1986-03-24 1988-03-29 Air Products And Chemicals, Inc. Low pressure process for C3+ liquids recovery from process product gas
CN1318619A (zh) * 2000-04-19 2001-10-24 气体产品与化学公司 回收c2+烃的氮制冷方法
CN104923029A (zh) * 2015-06-01 2015-09-23 中国寰球工程公司 气相法聚烯烃排放尾气的回收方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4714487A (en) * 1986-05-23 1987-12-22 Air Products And Chemicals, Inc. Process for recovery and purification of C3 -C4+ hydrocarbons using segregated phase separation and dephlegmation
DE102005047342A1 (de) * 2005-09-30 2007-04-12 Linde Ag Verfahren zur Trennung von Kohlenwasserstoffgemischen
DE102007063347A1 (de) * 2007-12-28 2009-07-02 Uhde Gmbh Verfahren zur Abtrennung von leichtsiedenden Komponenten aus einem Kohlenwasserstoffstrom
KR102448446B1 (ko) * 2014-09-30 2022-09-30 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 프로필렌 플랜트로부터 에틸렌 및 프로필렌 수율을 증가시키기 위한 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4734115A (en) * 1986-03-24 1988-03-29 Air Products And Chemicals, Inc. Low pressure process for C3+ liquids recovery from process product gas
US4707170A (en) * 1986-07-23 1987-11-17 Air Products And Chemicals, Inc. Staged multicomponent refrigerant cycle for a process for recovery of C+ hydrocarbons
CN1318619A (zh) * 2000-04-19 2001-10-24 气体产品与化学公司 回收c2+烃的氮制冷方法
CN104923029A (zh) * 2015-06-01 2015-09-23 中国寰球工程公司 气相法聚烯烃排放尾气的回收方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
盛在行: ""氮氧化物在深冷分离过程中的危险性分析"", 《石油化工安全环保技术》 *

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