CN114576928A - 一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统及方法，包括依次耦合连接的复叠制冷循环单元、多级冷却闪蒸分离单元和液体产品加压输送单元；多级冷却闪蒸分离单元通过多级换热器和多级闪蒸分离器相结合实现了反应产物分级冷却分离和原料新鲜丙烷的气化；复叠制冷循环单元向所述多级冷却闪蒸分离单元提供不同级别的冷量需求以及相应热量需求；液体产品加压输送单元将多级冷却闪蒸分离单元得到的液体产品汇聚、闪蒸并加压输送。本发明通过各单元间的耦合，实现了反应产物的分离工艺要求、反应进料完全气化以及冷量充分利用，流程简单、单位产品能耗低、反应产物回收率高、产品纯度高、可快速开停车，增强了装置对不同工况和产品规模的适应性。
Description
技术领域
本发明涉及富氢的轻烃混合物的深冷分离技术领域，尤其是涉及一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统及方法。
背景技术
丙烯是一种低碳烯烃，因其分子中具有双键，化学性质活泼，能与许多物质发生加成、共聚或自聚等反应，生成一系列重要的产物，主要用于生产聚丙烯、环氧丙烷、丙烯酸、丙烯腈等，因此，丙烯是一种重要石油化工基本原料。丙烷脱氢技术是一种重要的丙烯来源。
丙烷脱氢技术以丙烷为原料，通过催化脱氢得到丙烯。丙烷脱氢反应产物中以氢气和碳三为主，还含有少量的甲烷、乙烷、乙烯、氮气等。甲烷和部分碳二来自丙烷脱氢的副产物，部分来自原料丙烷，氮气来自再生过程。
因丙烷脱氢反应产物中含有大量氢气，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。减少富氢气中所含的碳三以及提高富氢气中的氢气纯度，可以提高碳三回收率以及丙烷脱氢装置整体经济性。
膨胀制冷是丙烷脱氢反应产物分离系统经常采用的一种制冷方法，膨胀制冷对反应产物进分离系统的界区压力要求较高，且无法适应反应联合进料中氢气含量大范围波动的分离要求，特别地，随着反应联合进料中氢气含量的减少以及反应产物进分离系统的压力逐渐降低，利用反应产物自身膨胀制冷无法提供足够冷量来满足反应产物分离系统的工艺分离要求，最终导致分离后的富氢气中碳三含量高、氢气纯度低，降低了碳三产品回收率、增大PSA分离负荷，减少装置整体经济性。此外，膨胀机必须采取相应的制动方式如发电机或增压机，设备转速高，系统投资和配套复杂，且易出现膨胀机进口气体带液导致整体机组损坏无法运行的风险，造成较大经济损失。此外，丙烷脱氢装置的其他冷量用户如脱乙烷塔冷凝器，还需要单独增设制冷机为其提供冷量。
CN108036583A和CN110173961A分别公开了一种混合烷烃反应产物膨胀制冷分离系统及其方法和一种基于高效板翅式换热器的氢气和轻烃深冷分离装置，均采用两台膨胀机制冷，膨胀机转速高达30000转/分钟左右，其制动方式为发电，并采用了复热膨胀机入口物流的方法尽量避免出现膨胀机进料带液的情况，膨胀后的气体产品压力为2～6公斤表压，此压力较低，间接增大了后续产品气净化提纯分离装置的能耗。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统及方法，增强了系统操作的稳定性和适应性，提高了碳三产品回收率和富氢气体中氢气纯度。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明中丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统，包括依次耦合连接的复叠制冷循环单元、多级冷却闪蒸分离单元和液体产品加压输送单元；
所述多级冷却闪蒸分离单元通过多级换热器和多级闪蒸分离器相结合实现了反应产物分级冷却分离和原料新鲜丙烷的气化；
所述复叠制冷循环单元向所述多级冷却闪蒸分离单元提供不同级别的冷量需求以及相应热量需求；
所述液体产品加压输送单元将多级冷却闪蒸分离单元得到的液体产品汇聚、闪蒸并加压输送。
进一步地，所述多级冷却闪蒸分离单元包括多级冷却换热器、多级闪蒸分离器，所述的冷却换热器与闪蒸分离器交替连接。
进一步地，所述多级冷却换热器的级数为1～12级，优选3～5级。
进一步地，所述多级闪蒸分离器的级数为1～12级，优选3～5级。
进一步地，所述冷却换热器为板翅式换热器，所述的闪蒸分离器中设有除沫装置，闪蒸分离器将冷却后的反应产品气闪蒸分离。
进一步地，所述多级冷却闪蒸分离单元中还包括：
丙烷分配调节阀，设置于新鲜丙烷输出多级冷却闪蒸分离单元的出料管线上，丙烷分配调节阀根据预设的氢/烃比设置为一级或多级，实现新鲜丙烷的分配；
氢气比例调节阀，设于末级闪蒸分离器顶部出口处，实现反应联合进料中的氢气比例调节；
液体产品流量调节阀，设于多级闪蒸分离器的底部出口，实现分离后液体产品流量调节。
进一步地，所述液体产品加压输送单元包括相互连接的：
液体产品缓冲罐，将多级冷却闪蒸分离单元得到的液体产品进行缓冲、汇聚、闪蒸，得到液体产品和液体产品低压闪蒸气；
液体产品闪蒸气冷却分离器，将所述液体产品缓冲罐中的液体产品低压闪蒸气冷却分离；所述闪蒸气冷却分离器为液体产品缓冲罐的附属设备。
液体产品加压输送设备，对液体产品缓冲罐中的液体产品进行加压输送。
进一步地，所述复叠制冷循环单元包括三种不同制冷剂的制冷循环系统；
所述复叠制冷循环单元包括依次并联的A制冷循环系统、B制冷循环系统和C制冷循环系统。
进一步地，所述A制冷循环系统中的制冷介质包括丙烯、丙烷中的一种或两种；
所述B制冷循环系统中的制冷介质包括乙烯、乙烷中的一种或两种；
所述C制冷循环系统中的制冷介质包括甲烷、氮气中的一种或两种。
进一步地，所述A制冷循环系统、B制冷循环系统和C制冷循环系统之间能够相互提供冷量，并能够向多级冷却闪蒸分离单元提供冷量和热量，以及满足液体产品闪蒸气冷却分离器冷量需求。
进一步地，A制冷循环系统、B制冷循环系统和C制冷循环系统可分别提供1～4级不同级别的冷量。
本发明中丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离方法，该方法包括以下步骤：
将丙烷脱氢反应产物送入多级冷却闪蒸单元，经过多级换热器逐级冷却到目标温度，将多级换热器之间部分冷凝后的反应产物抽出进行级间闪蒸分离；
经末级换热器冷却到目标温度的反应产物，进入末级闪蒸分离器进行闪蒸气液相分离，分离后的富氢气体根据预设的氢/烃比向原料新鲜丙烷中分配；
多级闪蒸分离器的分离得到的液相产品根据工艺需求进行部分复热，之后回收部分冷量并进入液相产品加压输送单元，在液体产品缓冲罐中进行低压闪蒸分离，分离出的低压闪蒸气经过闪蒸气冷却分离器再次冷却冷凝分离，之后进入多级换热器复热后，送出分离系统，液体产品缓冲罐中的液体产品经加压输送设备加压后进入多级换热器复热后，送出分离系统。
进一步地，末级闪蒸分离器分离后的富氢气体中一股流体作为冷流体，经多级换热器复热后作为干气产品送出分离系统；
另一股流体流量与预设氢/烃比呈正比匹配，作为联合进料的一部分和过冷后的新鲜丙烷进料多级混合作为多级换热器的冷流体，复热后送出分离系统。
当预设的氢/烃比为零时，分离后的富氢气体不向原料新鲜丙烷中分配，此时过冷后的新鲜丙烷进料直接作为多级换热器的冷流体，复热后送出分离系统。
进一步地，丙烷进料的过冷度和工艺需求的富氢气体流量密切相关。
进一步地，A制冷循环系统、B制冷循环系统和C制冷循环系统分别给多级冷却闪蒸分离单元的特定级数提供不同级别的冷量需求，此外，根据需求，A制冷循环系统给B制冷循环系统和C制冷循环系统提供相应冷量需求，B制冷循环系统给C制冷循环系统提供相应冷量需求。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
(1)本发明通过多级冷却闪蒸分离，提高反应产物分离效率，提高富氢气体中氢气纯度，以及提高液相产物中的碳三含量，并节约了系统能耗；
(2)本发明根据工艺需求，通过多级调节分配新鲜丙烷进料与富氢气体混合，实现原料的分级气化和冷量的梯级利用；
(3)本发明根据工艺需求，当反应所需富氢气体量较少或不需要富氢气体时，可以通过制冷系统提供所需热量，实现新鲜丙烷进料的气化；
(4)本发明通过复叠制冷循环系统，可以为多级闪蒸分离单元提供不同级别冷量需求以及相应热量需求，满足不同分离要求，操作方便，可以实现快速开停车，系统适应性强，操作弹性大，还可以在不影响分离系统负荷需求的同时，满足其他冷量用户需求，如丙烷脱氢装置中脱乙烷塔冷凝器的冷量需求；
(5)本发明通过采用复叠制冷循环系统，可以在装置停车时实现冷剂的回收，且冷剂的组分基本不变，避免冷剂不易回收导致排放而造成的经济损失。
(6)本发明通过减压闪蒸分离确保液体产品中轻组分含量满足分离要求，同时，增设闪蒸气冷却器以减少闪蒸气排放量，实现闪蒸汽二次部分冷凝分离，提高液体产品回收率；
(7)本发明采用多级高效板翅式换热器可以实现系统冷热物流充分耦合换热，实现系统冷量的充分有效利用，降低系统能耗。
附图说明
图1为本发明的一种工艺流程图。
图2为本发明的另一种工艺流程图。
图中，1、为多级冷却闪蒸分离单元，2、为液体产品加压输送单元，3、为复叠制冷循环单元，101为一级换热器、102为二级换热器、103为三级换热器、104为四级换热器、105为五级换热器、106为第一调节阀、107为第二调节阀、108为第三调节阀、109为第四调节阀、110为第五调节阀、111为第六调节阀、112为第一分离器、113为第二分离器、114为第三分离器、115为第四分离器、116为第五分离器、117为第七调节阀、118为第八调节阀、119为第九调节阀、120为第十调节阀、121为第十一调节阀、201为闪蒸气冷却分离器、202为液体产品缓冲罐、203为加压输送设备、301为A制冷循环系统、302为B制冷循环系统、303为C制冷循环系统。
具体实施方式
本发明丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离方法，包括以下步骤：
(a)反应产物(进料1)和新鲜丙烷(进料2)作为热流体进入一级换热器101，冷却后进料2的一部分经第一调节阀106(丙烷分配调节阀)与来自二级换热器102的联合进料(出料2)混合后作为冷流体进入一级换热器101，剩余部分进入二级换热器102；干气产品(出料3)、闪蒸气(出料4)以及液体产品(出料1)在一级换热器101中作为冷流体，一级换热器101中不足的冷量由A制冷循环系统301提供相应级别的冷量补充；经一级换热器101冷却后部分冷凝的反应产物(进料1)进入第一分离器112进行气液相分离；
(b)从第一分离器112(闪蒸分离器)顶部分离出来的气相和部分经一级换热器101冷却的新鲜丙烷(进料2)作为热流体进入二级换热器102；冷却后进料2的一部分经第二调节阀107(丙烷分配调节阀)与来自三级换热器103的联合进料(出料2)混合后作为冷流体进入二级换热器102，剩余部分进入三级换热器103；干气产品(出料3)、闪蒸气(出料4)以及混合后的第二分离器、第三分离器、第四分离器以及第五分离器的液相产品在二级换热器102中作为冷流体，二级换热器102中不足的冷量由A制冷循环系统301提供相应级别的冷量补充；经二级换热器102再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1)进入第二分离器113进行气液相分离；
(c)从第二分离器113顶部分离出来的气相和部分经二级换热器102冷却的新鲜丙烷(进料2)作为热流体进入三级换热器103；冷却后进料2的一部分经第三调节阀108(丙烷分配调节阀)与来自四级换热器104的联合进料(出料2)混合后作为冷流体进入三级换热器103，剩余部分进入四级换热器104；干气产品(出料3)和混合后的第三分离器、第四分离器以及第五分离器的液相产品在三级换热器103中作为冷流体，三级换热器103中不足的冷量由B制冷循环系统302提供相应级别的冷量补充；经三级换热器103再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1)进入第三分离器114进行气液相分离；
(d)从第三分离器114顶部分离出来的气相和部分经三级换热器103冷却的新鲜丙烷(进料2)作为热流体进入四级换热器104；冷却后进料2的一部分经第四调节阀109(丙烷分配调节阀)与来自五级换热器105的联合进料(出料2)混合后作为冷流体进入四级换热器104，剩余部分进入五级换热器105；干气产品(出料3)和混合后的第四分离器以及第五分离器的液相产品在四级换热器104中作为冷流体，四级换热器104中不足的冷量由B制冷循环系统302提供相应级别的冷量补充；经四级换热器104再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1)进入第四分离器115进行气液相分离；
(e)从第四分离器115顶部分离出来的气相和部分经四级换热器104冷却的新鲜丙烷(进料2)作为热流体进入五级换热器105；冷却后进料2经第五调节阀110(丙烷分配调节阀)与经过第六调节阀111(氢气比例调节阀)的第五分离器116顶部部分气相混合后作为冷流体进入五级换热器105；第五分离器116顶部气相部分作为干气产品(出料3)，其和第五分离器的液相产品在五级换热器105中作为冷流体，五级换热器105中不足的冷量由C制冷循环系统303提供相应级别的冷量补充；经五级换热器105再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1)进入第五分离器116进行气液相分离。
(f)第一分离器112底部的液体经第七调节阀117(液体产品流量调节阀)与复热混合后的第二分离器113、第三分离器114、第四分离器115以及第五分离器116底部的液相汇入液体产品缓冲罐202，经低压闪蒸分离，闪蒸气经过冷却分离器201(冷量由制冷循环系统提供)的再次冷却部分冷凝分离后，闪蒸气依次经过二级换热器102和一级换热器101复热后出系统；液体产品经加压输送设备203增压后经一级换热器101复热后出系统。
(g)根据需求，A制冷循环系统可以分别给B制冷循环系统和C制冷循环系统提供相应级别的冷量，B制冷循环系统可以给C制冷循环系统提供相应级别的冷量。
本发明提供了一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统，该系统包括多级冷却闪蒸分离单元1、液体产品加压输送单元2和复叠制冷循环单元3。
其中，多级冷却闪蒸分离单元1分别与液体产品加压输送单元2和复叠制冷循环单元3相连。
多级冷却闪蒸分离单元包括用于逐级冷却的换热器101/102/103/104/105、用于新鲜丙烷(进料2)逐级分配的调节阀106/107/108/109/110、用于调节反应联合进料(出料2)中氢气比例的调节阀111、用于冷却后的反应产品气逐级闪蒸分离的分离器112/113/114/115/116、用于调节液体产品流量的调节阀117/118/119/120/121以及连接管道。
液体产品加压输送单元2包括液体产品缓冲罐202、液体产品闪蒸气冷却分离器201、液体产品加压输送设备203以及连接管道。
复叠制冷循环单元3包括三种不同制冷剂的制冷循环系统，分别为A制冷循环系统301、B制冷循环系统302、C制冷循环系统303以及连接管道。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统，该系统包括多级冷却闪蒸分离单元1、液体产品加压输送单元2和复叠制冷循环单元3，其中，多级冷却闪蒸分离单元1分别与液体产品加压输送单元2和复叠制冷循环单元3相连。
所述的多级冷却闪蒸分离单元1包括用于逐级冷却的换热器101/102/103/104/105、用于新鲜丙烷(进料2)逐级分配的调节阀106/107/108/109/110、用于调节反应联合进料(出料2)中氢气比例的调节阀111、用于冷却后的反应产品气逐级闪蒸分离的分离器112/113/114/115/116、用于调节液体产品流量的调节阀117/118/119/120/121以及连接管道。
所述的液体产品加压输送单元2包括液体产品缓冲罐202、液体产品闪蒸气冷却分离器201、液体产品加压输送设备203以及连接管道。
所述的复叠制冷循环单元3包括三种不同制冷剂的制冷循环系统，分别为A制冷循环系统301、B制冷循环系统302、C制冷循环系统303以及连接管道。
一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离方法，包括以下步骤：
(a)含有氢气(35mole.％)、甲烷(1mole.％)、乙烷(1mole.％)、丙烯(13mole.％)、丙烷(50mole.％)等组分的反应产物(进料1，温度为40℃，压力为0.6MPaG)和含有氢气(1mole.％)、乙烷(2mole.％)、丙烯(3mole.％)、丙烷(94mole.％)等组分的新鲜丙烷(进料2，温度30℃，压力为1.5MPaG)作为热流体进入一级换热器101，冷却后的新鲜丙烷(进料2，温度为-12℃)的一部分经第一调节阀106与来自二级换热器102的联合进料(出料2，温度为-15℃)混合后作为冷流体进入一级换热器101，剩余部分进入二级换热器102；干气产品(出料3，温度为-15℃)、闪蒸气(出料4，温度为-15℃)以及液体产品(出料1，温度为-15℃)在一级换热器101中作为冷流体，一级换热器101中不足的冷量由A制冷循环系统301提供相应级别(温度为-12℃)的冷量补充，制冷剂组分为丙烯或丙烷；经一级换热器101冷却后部分冷凝的反应产物(进料1，温度为-12℃)进入第一分离器112进行气液相分离；
(b)从第一分离器112顶部分离出来的气相(温度为-12℃)和部分经一级换热器101冷却的新鲜丙烷(进料2，温度为-12℃)作为热流体进入二级换热器102；冷却后新鲜丙烷(进料2，温度为-37℃)的一部分经第二调节阀107与来自三级换热器103的联合进料(出料2，温度为-40℃)混合后作为冷流体进入二级换热器102，剩余部分进入三级换热器103；干气产品(出料3，温度为-40℃)、闪蒸气(出料4，温度为-35℃)以及和混合后的第二分离器、第三分离器、第四分离器以及第五分离器的液相产品(温度为-40℃)在二级换热器102中作为冷流体，二级换热器102中不足的冷量由A制冷循环系统301提供相应级别(温度为-40℃)的冷量补充，制冷剂组分为丙烯或丙烷；经二级换热器102再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1，温度为-37℃)进入第二分离器113进行气液相分离；
(c)从第二分离器113顶部分离出来的气相(温度为-37℃)和部分经二级换热器102冷却的新鲜丙烷(进料2，温度为-37℃)作为热流体进入三级换热器103；冷却后新鲜丙烷(进料2，温度为-67℃)的一部分经第三调节阀108与来自四级换热器104的联合进料(出料2，温度为-70℃)混合后作为冷流体进入三级换热器103，剩余部分进入四级换热器104；干气产品(出料3，温度为-70℃)和混合后的第三分离器、第四分离器以及第五分离器的液相产品(温度为-70℃)在三级换热器103中作为冷流体，三级换热器103中不足的冷量由B制冷循环系统302提供相应级别(温度为-70℃)的冷量补充，制冷剂组分为乙烯或乙烷；经三级换热器(103)再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1，温度为-67℃)进入第三分离器114进行气液相分离；
(d)从第三分离器114顶部分离出来的气相(温度为-67℃)和部分经三级换热器103冷却的新鲜丙烷(进料2，温度为-67℃)作为热流体进入四级换热器104；冷却后新鲜丙烷(进料2，温度为-98℃)的一部分经第四调节阀109与来自五级换热器105的联合进料(出料2，温度为-101℃)混合后作为冷流体进入四级换热器104，剩余部分进入五级换热器105；干气产品(出料3，温度为-101℃)和混合后的第四分离器以及第五分离器的液相产品在四级换热器104中作为冷流体，四级换热器104中不足的冷量由B制冷循环系统302提供相应级别(温度为-101℃)的冷量补充，制冷剂组分为乙烯或乙烷；经四级换热器104再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1，温度为-98℃)进入第四分离器115进行气液相分离；
(e)从第四分离器115顶部分离出来的气相(温度为-98℃)和部分经四级换热器104冷却的新鲜丙烷(进料2，温度为-98℃)作为热流体进入五级换热器105；冷却后新鲜丙烷(进料2，温度为-120℃)经第五调节阀110与经过第六调节阀111的第五分离器116顶部部分气相(温度为-123℃)混合后作为冷流体进入五级换热器105；第五分离器116顶部气相部分作为干气产品(出料3，温度为-123℃)，其和第五分离器的液相产品(温度为-123℃)在五级换热器(105)中作为冷流体，五级换热器(105)中不足的冷量由C制冷循环系统303提供相应级别(温度为-123℃)的冷量补充，制冷剂组分为甲烷或氮气；经五级换热器105再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1)进入第五分离器116进行气液相分离。
(f)第一分离器112底部的液体(温度为-12℃)经第七调节阀117与复热混合后的第二分离器113、第三分离器114、第四分离器115以及第五分离器116底部的液相(温度为-20℃)汇入液体产品缓冲罐202，经低压闪蒸分离(压力为0.1MPaG)，闪蒸气经过冷却分离器201(由A制冷循环系统提供-40℃冷量)的再次冷却部分冷凝分离后，闪蒸气依次经过二级换热器102和一级换热器101复热后(温度为30℃)出系统；液体产品经加压输送设备203增压后(压力为3MPaG)经一级换热器101复热后(温度为30℃)出系统。
(g)根据需求，A制冷循环系统可以分别给B制冷循环系统和C制冷循环系统提供-15℃和-40℃的冷量，B制冷循环系统可以给C制冷循环系统提供-70℃和-101℃的冷量。
最终，本实施例得到符合分离工艺要求的液体产品(出料1，温度为30℃，压力为3MPaG，其中，氢气含量不大于0.1mole.％)；联合进料(出料2，温度为30℃，压力为0.3MPaG)、干气产品(出料3，温度为30℃，压力为0.4MPaG，其中，丙烯和丙烷含量均不大于0.03mole.％，氢气纯度不小于96mole.％)，闪蒸汽(出料4，温度为30℃，压力为0.1MPaG)，液体产品中碳三回收率不小于99.9mole.％。
实施例2
区别于实施例1，丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离方法，包括以下步骤：
(a)含有氢气(20mole.％)、甲烷(15mole.％)、乙烷(15mole.％)、丙烯(10mole.％)、丙烷(40mole.％)等组分的反应产物(进料1，温度为60℃，压力为1.4MPaG)和含有氢气(1mole.％)、乙烷(2mole.％)、丙烯(2mole.％)、丙烷(95mole.％)等组分的新鲜丙烷(进料2，温度45℃，压力为2.0MPaG)作为热流体进入一级换热器101，冷却后的新鲜丙烷(进料2，温度为-21℃)的一部分经第一调节阀106与来自二级换热器102的联合进料(出料2，温度为-24℃)混合后作为冷流体进入一级换热器101，剩余部分进入二级换热器102；干气产品(出料3，温度为-24℃)、闪蒸气(出料4，温度为-24℃)以及液体产品(出料1，温度为-24℃)在一级换热器101中作为冷流体，一级换热器101中不足的冷量由A制冷循环系统301提供相应级别(温度为-24℃)的冷量补充，制冷剂组分为丙烯或丙烷；经一级换热器101冷却后部分冷凝的反应产物(进料1，温度为-21℃)进入第一分离器112进行气液相分离；
(b)从第一分离器112顶部分离出来的气相(温度为-21℃)和部分经一级换热器101冷却的新鲜丙烷(进料2，温度为-21℃)作为热流体进入二级换热器102；冷却后新鲜丙烷(进料2，温度为-42℃)的一部分经第二调节阀107与来自三级换热器103的联合进料(出料2，温度为-70℃)混合后作为冷流体进入二级换热器102，剩余部分进入三级换热器103；干气产品(出料3，温度为-70℃)、闪蒸气(出料4，温度为-40℃)以及和混合后的第二分离器、第三分离器、第四分离器以及第五分离器的液相产品(温度为-70℃)在二级换热器102中作为冷流体，二级换热器102中不足的冷量由A制冷循环系统301提供相应级别(温度为-45℃)的冷量补充，制冷剂组分为丙烯或丙烷；经二级换热器102再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1，温度为-42℃)进入第二分离器113进行气液相分离；
(c)从第二分离器113顶部分离出来的气相(温度为-42℃)和部分经二级换热器102冷却的新鲜丙烷(进料2，温度为-42℃)作为热流体进入三级换热器103；冷却后新鲜丙烷(进料2，温度为-70℃)的一部分经第三调节阀108与来自四级换热器104的联合进料(出料2，温度为-90℃)混合后作为冷流体进入三级换热器103，剩余部分进入四级换热器104；干气产品(出料3，温度为-90℃)和混合后的第三分离器、第四分离器以及第五分离器的液相产品(温度为-90℃)在三级换热器103中作为冷流体，三级换热器103中不足的冷量由B制冷循环系统302提供相应级别(温度为-90℃)的冷量补充，制冷剂组分为乙烯或乙烷；经三级换热器(103)再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1，温度为-70℃)进入第三分离器114进行气液相分离；
(d)从第三分离器114顶部分离出来的气相(温度为-70℃)和部分经三级换热器103冷却的新鲜丙烷(进料2，温度为-70℃)作为热流体进入四级换热器104；冷却后新鲜丙烷(进料2，温度为-101℃)的一部分经第四调节阀109与来自五级换热器105的联合进料(出料2，温度为-101℃)混合后作为冷流体进入四级换热器104，剩余部分进入五级换热器105；干气产品(出料3，温度为-160℃)和混合后的第四分离器以及第五分离器的液相产品在四级换热器104中作为冷流体，四级换热器104中不足的冷量由B制冷循环系统302提供相应级别(温度为-101℃)的冷量补充，制冷剂组分为乙烯或乙烷；经四级换热器104再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1，温度为-101℃)进入第四分离器115进行气液相分离；
(e)从第四分离器115顶部分离出来的气相(温度为-101℃)和部分经四级换热器104冷却的新鲜丙烷(进料2，温度为-101℃)作为热流体进入五级换热器105；冷却后新鲜丙烷(进料2，温度为-160℃)经第五调节阀110与经过第六调节阀111的第五分离器116顶部部分气相(温度为-160℃)混合后作为冷流体进入五级换热器105；第五分离器116顶部气相部分作为干气产品(出料3，温度为-160℃)，其和第五分离器的液相产品(温度为-160℃)在五级换热器(105)中作为冷流体，五级换热器(105)中不足的冷量由C制冷循环系统303提供相应级别(温度为-160℃)的冷量补充，制冷剂组分为甲烷或氮气；经五级换热器105再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1)进入第五分离器116进行气液相分离。
(f)第一分离器112底部的液体(温度为-21℃)经第七调节阀117与复热混合后的第二分离器113、第三分离器114、第四分离器115以及第五分离器116底部的液相(温度为-40℃)汇入液体产品缓冲罐202，经低压闪蒸分离(压力为0.3MPaG)，闪蒸气经过冷却分离器201(由B制冷循环系统提供-90或-101℃冷量)的再次冷却部分冷凝分离后，闪蒸气依次经过二级换热器102和一级换热器101复热后(温度为60℃)出系统；液体产品经加压输送设备203增压后(压力为5MPaG)经一级换热器101复热后(温度为60℃)出系统。
(g)根据需求，A制冷循环系统可以分别给B制冷循环系统和C制冷循环系统提供-24℃和-45℃的冷量，B制冷循环系统可以给C制冷循环系统提供-90℃和-101℃的冷量。
最终，本实施例得到符合分离工艺要求的液体产品(出料1，温度为60℃，压力为5MPaG，其中，氢气含量不大于0.1mole.％)；联合进料(出料2，温度为60℃，压力为0.6MPaG)、干气产品(出料3，温度为60℃，压力为1.3MPaG，其中，丙烯和丙烷含量均不大于0.03mole.％，氢气纯度不小于96mole.％)，闪蒸汽(出料4，温度为60℃，压力为0.3MPaG)，液体产品中碳三回收率不小于99.9mole.％。
实施例3
采用与实施例1相同的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统及其方法，实施方法与步骤与实施例1相同，反应产物(进料1，含有氢气(35mole.％)、甲烷(2mole.％)、乙烷(2mole.％)、丙烯(18mole.％)、丙烷(43mole.％)等组分。
最终，本实施例得到符合分离工艺要求的液体产品(出料1，温度为30℃，压力为3MPaG，其中，氢气含量不大于0.1mole.％)；联合进料(出料2，温度为30℃，压力为0.3MPaG)、干气产品(出料3，温度为30℃，压力为0.4MPaG，其中，丙烯和丙烷含量均不大于0.03mole.％，氢气纯度不小于96mole.％)，闪蒸汽(出料4，温度为30℃，压力为0.1MPaG)，液体产品中碳三回收率不小于99.9mole.％。
实施例4
采用与实施例1相同的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统及其方法，实施方法与步骤与实施例1相同，进料1的组成有所调整，反应产物(进料1，温度为40℃，压力为1.0MPaG)的组成调整为：包括氢气(30mole.％)、甲烷(5mole.％)、乙烷(5mole.％)、丙烯(15mole.％)、丙烷(45mole.％)等组分。
最终，本实施例得到符合分离工艺要求的液体产品(出料1，温度为60℃，压力为5MPaG，其中，氢气含量不大于0.1mole.％)；联合进料(出料2，温度为60℃，压力为0.6MPaG)、干气产品(出料3，温度为60℃，压力为0.8MPaG，其中，丙烯和丙烷含量均不大于0.03mole.％，氢气纯度不小于96mole.％)，闪蒸汽(出料4，温度为60℃，压力为0.3MPaG)，液体产品中碳三回收率不小于99.9mole.％。
实施例5
采用与实施例1相同的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统及其方法，实施方法与步骤与实施例1相同，进料1的组成有所调整，反应产物(进料1，含有氢气(35mole.％)、甲烷(10mole.％)、乙烷(10mole.％)、丙烯(10mole.％)、丙烷(35mole.％))等组分。
最终，本实施例得到符合分离工艺要求的液体产品(出料1，温度为30℃，压力为3MPaG，其中，氢气含量不大于0.1mole.％)；联合进料(出料2，温度为30℃，压力为0.3MPaG)、干气产品(出料3，温度为30℃，压力为0.4MPaG，其中，丙烯和丙烷含量均不大于0.03mole.％，氢气纯度不小于96mole.％)，闪蒸汽(出料4，温度为30℃，压力为0.1MPaG)，液体产品中碳三回收率不小于99.9mole.％。
实施例6
采用与实施例1相同的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统及其方法，实施方法与步骤与实施例1相同，进料1的组成有所调整，反应产物(进料1，温度为60℃，压力为1.4MPaG)的组成调整为：包括氢气(45mole.％)、甲烷(1mole.％)、乙烷(1mole.％)、丙烯(15mole.％)、丙烷(38mole.％)等组分。
最终，本实施例得到符合分离工艺要求的液体产品(出料1，温度为30℃，压力为3MPaG，其中，氢气含量不大于0.1mole.％)；联合进料(出料2，温度为60℃，压力为0.6MPaG)、干气产品(出料3，温度为60℃，压力为1.3MPaG，其中，丙烯和丙烷含量均不大于0.03mole.％，氢气纯度不小于96mole.％)，闪蒸汽(出料4，温度为60℃，压力为0.3MPaG)，液体产品中碳三回收率不小于99.9mole.％。
实施例7
如图2所示的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统，该系统包括多级冷却闪蒸分离单元1、液体产品加压输送单元2和复叠制冷循环单元3，其中，多级冷却闪蒸分离单元1分别与液体产品加压输送单元2和复叠制冷循环单元3相连。
所述的多级冷却闪蒸分离单元1包括用于逐级冷却的换热器101/102/103/104/105、用于新鲜丙烷(进料2)流量调节和减压的第一调节阀106、用于冷却后的反应产品气逐级闪蒸分离的分离器112/113/114/115/116、用于调节液体产品流量的调节阀117/118/119/120/121以及连接管道。
所述的液体产品加压输送单元2包括液体产品缓冲罐202、液体产品闪蒸气冷却分离器201、液体产品加压输送设备203以及连接管道。
所述的复叠制冷循环单元3包括三种不同制冷剂的制冷循环系统，分别为A制冷循环系统301、B制冷循环系统302、C制冷循环系统303以及连接管道。
一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离方法，包括以下步骤：
(a)含有氢气(1mole.％)、乙烷(2mole.％)、丙烯(3mole.％)、丙烷(94mole.％)等组分的新鲜丙烷(进料2，温度-40℃，压力为1.5MPaG)经第一调节阀106节流降压后(进料2，温度为-40℃，压力0.03MPaG)依次作为二级换热器102、一级换热器101的冷流体，复热后(温度为30℃，压力0.015MPaG)出系统。
含有氢气(30mole.％)、甲烷(15mole.％)、乙烷(10mole.％)、丙烯(10mole.％)、丙烷(35mole.％)等组分的反应产物(进料1，温度为40℃，压力为0.6MPaG)作为热流体进入一级换热器101；
新鲜丙烷(进料2，温度为-40℃)、干气产品(出料3，温度为-15℃)、闪蒸气(出料4，温度为-15℃)以及液体产品(出料1，温度为-15℃)在一级换热器101中作为冷流体，一级换热器101中不足的冷量和热量分别由A制冷循环系统301提供相应级别(温度为-10℃)的冷量和(饱和温度为45℃，过热温度为90℃)的热量补充，制冷剂组分为丙烯或丙烷；经一级换热器101冷却后部分冷凝的反应产物(进料1，温度为-10℃)进入第一分离器112进行气液相分离；
(b)从第一分离器112顶部分离出来的气相(温度为-10℃)作为热流体进入二级换热器102；
新鲜丙烷(进料2，温度为-40℃)、干气产品(出料3，温度为-40℃)、闪蒸气(出料4，温度为-35℃)以及和混合后的第二分离器、第三分离器、第四分离器以及第五分离器的液相产品(温度为-40℃)在二级换热器102中作为冷流体，二级换热器102中不足的冷量和热量分别由A制冷循环系统301提供相应级别(温度为-43℃)冷量和(饱和温度为0℃，过热温度为10℃)的热量补充，制冷剂组分为丙烯或丙烷；经二级换热器102再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1，温度为-40℃)进入第二分离器113进行气液相分离；
(c)从第二分离器113顶部分离出来的气相(温度为-40℃)作为热流体进入三级换热器103；干气产品(出料3，温度为-70℃)和混合后的第三分离器、第四分离器以及第五分离器的液相产品(温度为-70℃)在三级换热器103中作为冷流体，三级换热器103中不足的冷量由B制冷循环系统302提供相应级别(温度为-75℃)的冷量补充，制冷剂组分为乙烯或乙烷；经三级换热器(103)再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1，温度为-70℃)进入第三分离器114进行气液相分离；
(d)从第三分离器114顶部分离出来的气相(温度为-70℃)作为热流体进入四级换热器104；干气产品(出料3，温度为-101℃)和混合后的第四分离器以及第五分离器的液相产品在四级换热器104中作为冷流体，四级换热器104中不足的冷量由B制冷循环系统302提供相应级别(温度为-101℃)的冷量补充，制冷剂组分为乙烯或乙烷；经四级换热器104再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1，温度为-98℃)进入第四分离器115进行气液相分离；
(e)从第四分离器115顶部分离出来的气相(温度为-98℃)作为热流体进入五级换热器105；第五分离器116顶部气相作为干气产品(出料3，温度为-125℃)，其和第五分离器的液相产品(温度为-125℃)在五级换热器(105)中作为冷流体，五级换热器(105)中不足的冷量由C制冷循环系统303提供相应级别(温度为-130℃)的冷量补充，制冷剂组分为甲烷或氮气；经五级换热器105再次冷却后部分冷凝的反应产物(进料1)进入第五分离器116进行气液相分离。
(f)第一分离器112底部的液体(温度为-10℃)经第七调节阀117与复热混合后的第二分离器113、第三分离器114、第四分离器115以及第五分离器116底部的液相(温度为-20℃)汇入液体产品缓冲罐202，经低压闪蒸分离(压力为0.1MPaG)，闪蒸气经过冷却分离器201(由C制冷循环系统提供-130℃冷量)的再次冷却部分冷凝分离后，闪蒸气依次经过二级换热器102和一级换热器101复热后(温度为360℃)出系统；液体产品经加压输送设备203增压后(压力为3MPaG)经一级换热器101复热后(温度为30℃)出系统。
(g)根据需求，A制冷循环系统可以分别给B制冷循环系统和C制冷循环系统提供-10℃和-43℃的冷量，B制冷循环系统可以给C制冷循环系统提供-75℃和-101℃的冷量。
最终，本实施例得到符合分离工艺要求的液体产品(出料1，温度为30℃，压力为3MPaG，其中，氢气含量不大于0.1mole.％)；联合进料(出料2，温度为30℃，压力为0.015MPaG)、干气产品(出料3，温度为30℃，压力为0.4MPaG，其中，丙烯和丙烷含量均不大于0.03mole.％，氢气纯度不小于96mole.％)，闪蒸汽(出料4，温度为60℃，压力为0.1MPaG)，液体产品中碳三回收率不小于99.9mole.％。
实施例8
采用与实施例7相同的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统及其方法，进料1的组成有所调整，反应产物(进料1，温度为40℃，压力为0.6MPaG)的组成调整为：包括氢气(39.97mole.％)、甲烷(0.01mole.％)、乙烷(0.01mole.％)、丙烯(0.01mole.％)、丙烷(60mole.％)等组分。
最终，本实施例得到符合分离工艺要求的液体产品(出料1，温度为30℃，压力为3MPaG，其中，氢气含量不大于0.1mole.％)；联合进料(出料2，温度为30℃，压力为0.19MPaG)、干气产品(出料3，温度为30℃，压力为0.4MPaG，其中，丙烯和丙烷含量均不大于0.03mole.％，氢气纯度不小于96mole.％)，闪蒸汽(出料4，温度为30℃，压力为0.1MPaG)，液体产品中碳三回收率不小于99.9mole.％。
实施例9
采用与实施例7相同的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统及其方法，进料1的组成有所调整，反应产物(进料1，温度为60℃，压力为1.4MPaG)的组成调整为：包括氢气(20mole.％)、甲烷(15mole.％)、乙烷(10mole.％)、丙烯(15mole.％)、丙烷(40mole.％)等组分。
最终，本实施例得到符合分离工艺要求的液体产品(出料1，温度为30℃，压力为5MPaG，其中，氢气含量不大于0.1mole.％)；联合进料(出料2，温度为60℃，压力为1.0MPaG)、干气产品(出料3，温度为60℃，压力为1.3MPaG，其中，丙烯和丙烷含量均不大于0.03mole.％，氢气纯度不小于96mole.％)，闪蒸汽(出料4，温度为60℃，压力为0.3MPaG)，液体产品中碳三回收率不小于99.9mole.％。
实施例10
当采用比实施例9少2级换热器及相应的闪蒸分离器，同可以得到符合分离工艺要求的液体产品、联合进料、干气产品、闪蒸气，液体产品中碳三回收率不小于99.9mole.％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统，其特征在于，包括依次耦合连接的复叠制冷循环单元(3)、多级冷却闪蒸分离单元(1)和液体产品加压输送单元(2)；
所述多级冷却闪蒸分离单元(1)通过多级换热器和多级闪蒸分离器相结合实现了反应产物分级冷却分离和原料新鲜丙烷的气化；
所述复叠制冷循环单元(3)向所述多级冷却闪蒸分离单元(1)提供不同级别的冷量需求以及相应热量需求；
所述液体产品加压输送单元(2)将多级冷却闪蒸分离单元(1)得到的液体产品汇聚、闪蒸并加压输送。
2.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统，其特征在于，所述多级冷却闪蒸分离单元(1)包括多级冷却换热器、多级闪蒸分离器，所述的冷却换热器与闪蒸分离器交替连接。
3.根据权利要求2所述的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统，其特征在于，所述冷却换热器为板翅式换热器，所述闪蒸分离器中设有除沫装置，闪蒸分离器将冷却后的反应产品气进行闪蒸分离。
4.根据权利要求2所述的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统，其特征在于，所述多级冷却闪蒸分离单元(1)中还包括：
丙烷分配调节阀，设置于新鲜丙烷输出多级冷却闪蒸分离单元(1)的出料管线上，丙烷分配调节阀根据预设的氢/烃比设置为一级或多级，实现新鲜丙烷的分配；
氢气比例调节阀，设于末级闪蒸分离器顶部出口处，实现反应联合进料中的氢气比例调节；
液体产品流量调节阀，设于多级闪蒸分离器的底部出口，实现分离后液体产品流量调节。
5.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统，其特征在于，所述液体产品加压输送单元(2)包括相互连接的：
液体产品缓冲罐(202)，将多级冷却闪蒸分离单元(1)得到的液体产品进行缓冲、汇聚、闪蒸，得到液体产品和液体产品低压闪蒸气；
液体产品闪蒸气冷却分离器(201)，将所述液体产品缓冲罐(202)中的液体产品低压闪蒸气冷却分离；
液体产品加压输送设备(203)，对液体产品缓冲罐(202)中的液体产品进行加压输送。
6.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统，其特征在于，所述复叠制冷循环单元(3)包括三种不同制冷剂的制冷循环系统；
所述复叠制冷循环单元(3)包括依次并联的A制冷循环系统(301)、B制冷循环系统(302)和C制冷循环系统(303)。
7.根据权利要求6所述的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统，其特征在于，所述A制冷循环系统(301)中的制冷介质包括丙烯、丙烷中的一种或两种；
所述B制冷循环系统(302)中的制冷介质包括乙烯、乙烷中的一种或两种；
所述C制冷循环系统(303)中的制冷介质包括甲烷、氮气中的一种或两种。
8.根据权利要求6所述的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离系统，其特征在于，所述A制冷循环系统(301)、B制冷循环系统(302)和C制冷循环系统(303)之间能够相互提供冷量，并能够向多级冷却闪蒸分离单元(1)提供冷量和热量，以及满足液体产品闪蒸气冷却分离器(201)冷量需求。
9.一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将丙烷脱氢反应产物送入多级冷却闪蒸单元(1)，经过多级换热器逐级冷却到目标温度，将多级换热器之间部分冷凝后的反应产物抽出进行级间闪蒸分离；
经末级换热器冷却到目标温度的反应产物，进入末级闪蒸分离器进行闪蒸气液相分离，分离后的富氢气体根据预设的氢/烃比向原料新鲜丙烷中分配；
多级闪蒸分离器的分离得到的液相产品根据工艺需求进行部分复热，之后回收部分冷量并进入液相产品加压输送单元(2)，在液体产品缓冲罐中进行低压闪蒸分离，分离出的低压闪蒸气经过闪蒸气冷却分离器再次冷却冷凝分离，之后进入多级换热器复热后，送出分离系统，液体产品缓冲罐中的液体产品经加压输送设备加压后进入多级换热器复热后，送出分离系统。
10.根据权利要求9所述的一种丙烷脱氢反应产物复叠制冷分离方法，其特征在于，末级闪蒸分离器分离后的富氢气体中一股流体作为冷流体，经多级换热器复热后作为干气产品送出分离系统；
另一股流体流量与预设氢/烃比呈正比匹配，作为联合进料的一部分和过冷后的新鲜丙烷进料多级混合作为多级换热器的冷流体，复热后送出分离系统。
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