CN114543444A - 一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***及工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冷量提供稳定且***总能耗较低的丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***及工艺方法。一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***，包括主换热器、多元冷剂压缩机、多元冷剂分离器、反应气一级气液分离器、反应气二级气液分离器、预冷冷剂分离器、深冷冷剂分离器、液体产品缓冲罐、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路和第六管路；主换热器内设有反应气预冷通道、反应气深冷通道、丙烷进料通道、丙烷气化通道、预冷冷剂通道、深冷冷剂通道、多元冷剂返流通道、净气产品通道、液体产品通道和闪蒸气通道。本发明克服现有***整体能耗过大的问题，在降低循环氢流量的条件下，满足净气产品氢气高纯度以及丙烯产品高回收率的要求。

Description

一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***及工艺方法
技术领域
本发明涉及化工深冷分离技术领域，具体涉及一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***及工艺方法。
背景技术
冷箱分离***是丙烷脱氢工厂中最重要也是最关键的装置之一，目前国内运行的冷箱分离***虽然能够满足工艺对于产品的基本要求，但还是存在着设备数量多、开车和运行工序繁琐、装置维护操作复杂、工厂整体能耗较高等缺点。随着丙烷脱氢领域新技术的不断发展，冷箱分离***以及配套的工艺技术也需要不断的改进优化，以适应新的技术发展。因此，研制先进的新型冷箱分离***及工艺方法能给丙烷脱氢工厂带来更优质的产品和更可观的经济效益。
发明内容
基于以上背景，本发明的目的在于提供一种冷量提供稳定且***总能耗较低的丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***，解决背景技术中所述的问题。
本发明的另一目的在于提供一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离工艺方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***，包括主换热器、多元冷剂压缩机、多元冷剂分离器、反应气一级气液分离器、反应气二级气液分离器、预冷冷剂分离器、深冷冷剂分离器、液体产品缓冲罐、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路和第六管路；
所述主换热器内设有反应气预冷通道、反应气深冷通道、丙烷进料通道、丙烷气化通道、预冷冷剂通道、深冷冷剂通道、多元冷剂返流通道、净气产品通道、液体产品通道和闪蒸气通道：
所述第一管路依次连接主换热器的反应气预冷通道、反应气一级气液分离器、主换热器的反应气深冷通道、反应气二级气液分离器和主换热器的净气产品通道；
所述第二管路分别连接反应气一级气液分离器和反应气二级气液分离器至液体产品缓冲罐进口，并连接液体产品缓冲罐液相出口至主换热器的液体产品通道；
所述第三管路连接液体产品缓冲罐气相出口至主换热器的闪蒸气通道；
所述第四管路依次连接多元冷剂分离器液相出口、主换热器的预冷冷剂通道、预冷冷剂分离器、主换热器的多元冷剂返流通道、多元冷剂压缩机和多元冷剂分离器进口；
所述第五管路依次连接多元冷剂分离器气相出口、主换热器的深冷冷剂通道、深冷冷剂分离器和主换热器的多元冷剂返流通道；
所述第六管路连接主换热器的丙烷进料通道和丙烷气化通道。
作为优选，所述第二管路在反应气一级气液分离器和液体产品缓冲罐进口之间设有第一节流阀，第二管路在反应气二级气液分离器和液体产品缓冲罐进口之间设有第二节流阀，第二管路在液体产品缓冲罐液相出口和主换热器的液体产品通道之间设有液体产品泵，第四管路在主换热器的预冷冷剂通道和预冷冷剂分离器之间设有第三节流阀，第五管路在主换热器的深冷冷剂通道和深冷冷剂分离器之间设有第四节流阀，第六管路在主换热器的丙烷进料通道和丙烷气化通道之间设有第五节流阀。
作为优选，所述主换热器为铝制板翅式换热器，所述液体产品泵为立式筒袋泵。
一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离工艺方法，该方法至少包括以下步骤：
由外部反应气压缩机输出的高压反应气进入主换热器的反应气预冷通道被预冷冷却后，进入反应气一级气液分离器被分离为一级气相反应气和一级液相反应气，一级气相反应气从一级气液分离器气相出口排出后进入主换热器的反应气深冷通道被深冷冷却后，进入反应气二级气液分离器被分离为二级气相反应气和二级液相反应气，二级气相反应气从二级气液分离器气相出口排出后进入主换热器的净气产品通道被收集得到净气产品；
一级液相反应气和二级液相反应气分别从反应气一级气液分离器液相出口和反应气二级气液分离器液相出口排出后经过节流降压进入液体产品缓冲罐，然后经过加压进入主换热器的液体产品通道被复温得到液体产品；
液体产品缓冲罐产生的闪蒸气从体产品缓冲罐气相出口排出后进入主换热器的闪蒸气通道被复温，然后汇入外部反应气压缩机进行再循环；
液体丙烷原料进入主换热器的丙烷进料通道被冷却，出主换热器后经过节流降压再进入主换热器的丙烷气化通道被完全气化得到气体丙烷；
多元冷剂经过多元冷剂压缩机增压后被多元冷剂分离器分离为液相冷剂和气相冷剂；液相冷剂作为预冷冷剂进入主换热器的预冷冷剂通道被冷凝，出主换热器被节流降压后进入预冷冷剂分离器被气液分离均布后，进入主换热器的多元冷剂返流通道被复温，返回多元冷剂压缩机重新增压继续循环；气相冷剂作为深冷冷剂进入主换热器的深冷冷剂通道被冷凝，出主换热器被节流降压后进入深冷冷剂分离器被气液分离均布后，进入主换热器的多元冷剂返流通道被复温，返回多元冷剂压缩机重新增压继续循环。
作为优选，所述进入主换热器的反应气预冷通道的反应气的压力设定范围为0.8～1.5MPa、温度设定范围为30～55℃。
作为优选，所述进入主换热器的丙烷进料通道的液体丙烷原料的压力设定范围为1～2Mpa、温度设定范围为30～55℃。
作为优选，所述多元冷剂压缩机入口压力设定范围为0.05～0.3MPa、温度设定范围为25～50℃，多元冷剂压缩机出口压力设定范围为3～5MPa。
作为优选，所述从主换热器的液体产品通道排出的液体产品温度设定范围为-30～-10℃。
作为优选，所述净气产品的压力设定范围为0.6～1.3MPa、温度设定范围为25～50℃。
作为优选，所述气体丙烷的压力设定范围为0.1～0.5MPa、温度设定范围为25～50℃。
作为优选，所述从主换热器的闪蒸气通道排出的闪蒸气的压力设定范围为0.8～1.5MPa、温度设定范围为25～50℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***，采用多元冷剂制冷和液体丙烷原料气化制冷相结合的制冷方式为主换热器内的各通道提供冷量，通过合理的设备布置和工艺设计，克服现有***及工艺中循环氢流量过大而***整体能耗过大的问题，在降低循环氢流量的条件下，满足净气产品氢气高纯度以及丙烯产品高回收率的要求，并减少设备数量，保持更为稳定的冷量提供，并且在液体丙烷原料气化中没有混入循环气，反应气中也没有循环气，可降低外部反应气压缩机的能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***的示意图。
图中：1、多元冷剂压缩机；2、主换热器；3、反应气一级气液分离器；4、反应气二级气液分离器；5、液体产品缓冲罐；6、液体产品泵；7、预冷冷剂分离器；8、深冷冷剂分离器；9、多元冷剂分离器；10、第一管路；11、第二管路；12、第三管路；13、第四管路；14、第五管路；15、第六管路；16、第一节流阀；17、第二节流阀；18、第三节流阀；19、第四节流阀；20、第五节流阀。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。下述实施例中的部件或设备如无特别说明，均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
本发明的实施例公开了一种冷量提供稳定且***总能耗较低的丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***。如图1所示，该丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***包括主换热器2、多元冷剂压缩机l、多元冷剂分离器9、反应气一级气液分离器3、反应气二级气液分离器4、预冷冷剂分离器7、深冷冷剂分离器8、液体产品缓冲罐5、第一管路10、第二管路11、第三管路12、第四管路13、第五管路14和第六管路15。其中，主换热器2为铝制板翅式换热器，主换热器2内设有反应气预冷通道、反应气深冷通道、丙烷进料通道、丙烷气化通道、预冷冷剂通道、深冷冷剂通道、多元冷剂返流通道、净气产品通道、液体产品通道和闪蒸气通道。
第一管路10依次连接主换热器2的反应气预冷通道、反应气一级气液分离器3、主换热器2的反应气深冷通道、反应气二级气液分离器4和主换热器2的净气产品通道。
第二管路11分别连接反应气一级气液分离器3和反应气二级气液分离器4至液体产品缓冲罐5进口，并连接液体产品缓冲罐5液相出口至主换热器2的液体产品通道。第二管路11在反应气一级气液分离器3和液体产品缓冲罐5进口之间设有第一节流阀16，第二管路11在反应气二级气液分离器4和液体产品缓冲罐5进口之间设有第二节流阀17，第二管路11在液体产品缓冲罐5液相出口和主换热器2的液体产品通道之间设有液体产品泵6，液体产品泵6为立式筒袋泵。
第三管路12连接液体产品缓冲罐5气相出口至主换热器2的闪蒸气通道。
第四管路13依次连接多元冷剂分离器9液相出口、主换热器2的预冷冷剂通道、预冷冷剂分离器7、主换热器2的多元冷剂返流通道、多元冷剂压缩机1和多元冷剂分离器9进口。第四管路13在主换热器2的预冷冷剂通道和预冷冷剂分离器7之间设有第三节流阀18
第五管路14依次连接多元冷剂分离器9气相出口、主换热器2的深冷冷剂通道、深冷冷剂分离器8和主换热器2的多元冷剂返流通道，之后汇入第四管路13在主换热器2的多元冷剂返流通道和多元冷剂分离器9进口之间的部分。第五管路14在主换热器2的深冷冷剂通道和深冷冷剂分离器8之间设有第四节流阀19。
第六管路15连接主换热器2的丙烷进料通道和丙烷气化通道。第六管路15在主换热器2的丙烷进料通道和丙烷气化通道之间设有第五节流阀20。
需要指出的是，如图1所示，上述第一管路10、第二管路11、第三管路12、第四管路13、第五管路14和第六管路15均分别由多个位于设备之间并连通相关设备的管道组合而成。
本发明的实施例还公开了一种基于上述丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***进行丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离工艺方法，该方法至少具有以下步骤：
由外部反应气压缩机输出的高压反应气进入主换热器2的反应气预冷通道被预冷冷却后，进入反应气一级气液分离器3被分离为一级气相反应气和一级液相反应气，一级气相反应气从一级气液分离器气相出口排出后进入主换热器2的反应气深冷通道被深冷冷却后，进入反应气二级气液分离器4被分离为二级气相反应气和二级液相反应气，二级气相反应气从二级气液分离器气相出口排出后进入主换热器2的净气产品通道被收集得到净气产品；
一级液相反应气和二级液相反应气分别从反应气一级气液分离器3液相出口和反应气二级气液分离器4液相出口排出后经过节流降压进入液体产品缓冲罐5，然后经过加压进入主换热器2的液体产品通道被复温得到液体产品；
液体产品缓冲罐5产生的闪蒸气从体产品缓冲罐气相出口排出后进入主换热器2的闪蒸气通道被复温，然后汇入外部反应气压缩机进行再循环；
液体丙烷原料进入主换热器2的丙烷进料通道被冷却，出主换热器2后经过节流降压再进入主换热器2的丙烷气化通道被完全气化得到气体丙烷；
多元冷剂经过多元冷剂压缩机1增压后被多元冷剂分离器9分离为液相冷剂和气相冷剂；液相冷剂作为预冷冷剂进入主换热器2的预冷冷剂通道被冷凝，出主换热器2被节流降压后进入预冷冷剂分离器7被气液分离均布后，进入主换热器2的多元冷剂返流通道被复温，返回多元冷剂压缩机1重新增压继续循环；气相冷剂作为深冷冷剂进入主换热器2的深冷冷剂通道被冷凝，出主换热器2被节流降压后进入深冷冷剂分离器8被气液分离均布后，进入主换热器2的多元冷剂返流通道被复温，返回多元冷剂压缩机1重新增压继续循环。
上述方法中，进入主换热器2的反应气预冷通道的反应气的压力设定范围为0.8～1.5MPa、温度设定范围为30～55℃。进入主换热器2的丙烷进料通道的液体丙烷原料的压力设定范围为1～2Mpa、温度设定范围为30～55℃。多元冷剂压缩机1入口压力设定范围为0.05～0.3MPa、温度设定范围为25～50℃，多元冷剂压缩机1出口压力设定范围为3～5MPa。液体产品泵6的出口压力设定范围为1～4MPa。从主换热器2的液体产品通道排出的液体产品温度设定范围为-30～-10℃。净气产品的压力设定范围为0.6～1.3MPa、温度设定范围为25～50℃。气体丙烷的压力设定范围为0.1～0.5MPa、温度设定范围为25～50℃。从主换热器2的闪蒸气通道排出的闪蒸气的压力设定范围为0.8～1.5MPa、温度设定范围为25～50℃。
本发明的实施例采用多元冷剂制冷和液体丙烷原料气化制冷相结合的制冷方式为主换热器2内的各通道提供冷量，克服现有***及工艺中循环氢流量过大而***整体能耗过大的问题，在降低循环氢流量的条件下满足丙烯产品高纯度的要求，并减少设备数量，保持更为稳定的冷量提供，并且在液体丙烷原料气化中没有混入循环气，反应气中也没有循环气，可降低外部反应气压缩机的能耗。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***，其特征在于：该丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***包括主换热器(2)、多元冷剂压缩机(1)、多元冷剂分离器(9)、反应气一级气液分离器(3)、反应气二级气液分离器(4)、预冷冷剂分离器(7)、深冷冷剂分离器(8)、液体产品缓冲罐(5)、第一管路(10)、第二管路(11)、第三管路(12)、第四管路(13)、第五管路(14)和第六管路(15)；
所述主换热器(2)内设有反应气预冷通道、反应气深冷通道、丙烷进料通道、丙烷气化通道、预冷冷剂通道、深冷冷剂通道、多元冷剂返流通道、净气产品通道、液体产品通道和闪蒸气通道；
所述第一管路(10)依次连接主换热器(2)的反应气预冷通道、反应气一级气液分离器(3)、主换热器(2)的反应气深冷通道、反应气二级气液分离器(4)和主换热器(2)的净气产品通道；
所述第二管路(11)分别连接反应气一级气液分离器(3)和反应气二级气液分离器(4)至液体产品缓冲罐(5)进口，并连接液体产品缓冲罐(5)液相出口至主换热器(2)的液体产品通道；
所述第三管路(12)连接液体产品缓冲罐(5)气相出口至主换热器(2)的闪蒸气通道；
所述第四管路(13)依次连接多元冷剂分离器(9)液相出口、主换热器(2)的预冷冷剂通道、预冷冷剂分离器(7)、主换热器(2)的多元冷剂返流通道、多元冷剂压缩机(1)和多元冷剂分离器(9)进口；
所述第五管路(14)依次连接多元冷剂分离器(9)气相出口、主换热器(2)的深冷冷剂通道、深冷冷剂分离器(8)和主换热器(2)的多元冷剂返流通道；
所述第六管路(15)连接主换热器(2)的丙烷进料通道和丙烷气化通道。
2.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***，其特征在于：所述第二管路(11)在反应气一级气液分离器(3)和液体产品缓冲罐(5)进口之间设有第一节流阀(16)，第二管路(11)在反应气二级气液分离器(4)和液体产品缓冲罐(5)进口之间设有第二节流阀(17)，第二管路(11)在液体产品缓冲罐(5)液相出口和主换热器(2)的液体产品通道之间设有液体产品泵(6)，第四管路(13)在主换热器(2)的预冷冷剂通道和预冷冷剂分离器(7)之间设有第三节流阀(18)，第五管路(14)在主换热器(2)的深冷冷剂通道和深冷冷剂分离器(8)之间设有第四节流阀(19)，第六管路(15)在主换热器(2)的丙烷进料通道和丙烷气化通道之间设有第五节流阀(20)。
3.根据权利要求2所述的一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***，其特征在于：所述主换热器(2)为铝制板翅式换热器，所述液体产品泵(6)为立式筒袋泵。
4.一种采用权利要求1-3任一所述的丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离***进行丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离工艺方法，其特征在于：该方法至少包括以下步骤：
由外部反应气压缩机输出的高压反应气进入主换热器(2)的反应气预冷通道被预冷冷却后，进入反应气一级气液分离器(3)被分离为一级气相反应气和一级液相反应气，一级气相反应气从一级气液分离器气相出口排出后进入主换热器(2)的反应气深冷通道被深冷冷却后，进入反应气二级气液分离器(4)被分离为二级气相反应气和二级液相反应气，二级气相反应气从二级气液分离器气相出口排出后进入主换热器(2)的净气产品通道被收集得到净气产品；
一级液相反应气和二级液相反应气分别从反应气一级气液分离器(3)液相出口和反应气二级气液分离器(4)液相出口排出后经过节流降压进入液体产品缓冲罐(5)，然后经过加压进入主换热器(2)的液体产品通道被复温得到液体产品；
液体产品缓冲罐(5)产生的闪蒸气从体产品缓冲罐气相出口排出后进入主换热器(2)的闪蒸气通道被复温，然后汇入外部反应气压缩机进行再循环；
液体丙烷原料进入主换热器(2)的丙烷进料通道被冷却，出主换热器(2)后经过节流降压再进入主换热器(2)的丙烷气化通道被完全气化得到气体丙烷；
多元冷剂经过多元冷剂压缩机(1)增压后被多元冷剂分离器(9)分离为液相冷剂和气相冷剂；液相冷剂作为预冷冷剂进入主换热器(2)的预冷冷剂通道被冷凝，出主换热器(2)被节流降压后进入预冷冷剂分离器(7)被气液分离均布后，进入主换热器(2)的多元冷剂返流通道被复温，返回多元冷剂压缩机(1)重新增压继续循环；气相冷剂作为深冷冷剂进入主换热器(2)的深冷冷剂通道被冷凝，出主换热器(2)被节流降压后进入深冷冷剂分离器(8)被气液分离均布后，进入主换热器(2)的多元冷剂返流通道被复温，返回多元冷剂压缩机(1)重新增压继续循环。
5.根据权利要求4所述的一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离工艺方法，其特征在于：所述进入主换热器(2)的反应气预冷通道的反应气的压力设定范围为0.8～1.5MPa、温度设定范围为30～55℃。
6.根据权利要求4所述的一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离工艺方法，其特征在于：所述进入主换热器(2)的丙烷进料通道的液体丙烷原料的压力设定范围为1～2Mpa、温度设定范围为30～55℃。
7.根据权利要求4所述的一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离工艺方法，其特征在于：所述多元冷剂压缩机(1)入口压力设定范围为0.05～0.3MPa、温度设定范围为25～50℃，多元冷剂压缩机(1)出口压力设定范围为3～5MPa。
8.根据权利要求4所述的一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离工艺方法，其特征在于：所述从主换热器(2)的液体产品通道排出的液体产品温度设定范围为-30～-10℃，所述净气产品的压力设定范围为0.6～1.3MPa、温度设定范围为25～50℃。
9.根据权利要求4所述的一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离工艺方法，其特征在于：所述气体丙烷的压力设定范围为0.1～0.5MPa、温度设定范围为25～50℃。
10.根据权利要求4所述的一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离工艺方法，其特征在于：所述从主换热器(2)的闪蒸气通道排出的闪蒸气的压力设定范围为0.8～1.5MPa、温度设定范围为25～50℃。
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