一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法技术

本发明专利技术公开了一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法，包括如下步骤：(1)以丙烷脱氢制丙烯反应区的反应物混合气体为原料气体，经过预处理得原料气体A；(2)原料气体A进入操作温度为30‑160℃，操作压力为0.2‑4.0MPa的中高温PSA浓缩系统，得富氢气体的组分和富C2+浓缩气体；(3)富氢气体的组分一部分作为PDH反应区所需的循环氢气直接使用，另一部分进入PSA提氢工序，获得产品氢气，其解吸气直接作为燃料输出；(4)富C2+浓缩气体经冷却压缩和气液分离后，回收C2+并形成液体进入PDH产品分馏区获得丙烯产品，未反应完的丙烷返回到丙烷原料气混合后进入PDH反应区进行反应。通过预处理、中高温PSA浓缩及PSA提氢工序相结合，使综合能耗低，设备投资成本低，安全。

【技术实现步骤摘要】
一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法
本专利技术涉及石油化工丙烯与氢气制备与分离方法节能降耗领域，更具体的是涉及一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法。
技术介绍
丙烯是仅次于乙烯的重要石油化工基本原料，从长远看未来全球市场供应极度紧张状态将延续较长时间。不过，近年来随着世界非常规天然资源，诸如页岩气、石油伴生气、海洋可燃冰等资源的开发获得突破，尤其是大量的页岩气资源的商业开发成功，使得长期、稳定、相对低廉的丙烷资源成为可能，进而，以丙烷(页岩气中占比较大的成分)为原料，经过脱氢反应制取丙烯(PDH)项目具有较强的市场竞争力，并由此引发业界巨头纷纷投资。其中，在我国建设了十多套大型PDH装置，以满足日益增长的丙烯市场的需求，减少进口。传统的丙烯供应主要来自石脑油裂解制乙烯和石油炼制的催化裂化工艺。由于石油炼制方法产生的丙烯受制乙烯产能的增长，进而无法满足丙烯市场的增长需求。近几年，随着新型煤化工技术的成熟与发展，以甲醇为原料制备乙烯丙烯(MTO/MTP)规模日益增加，进一步填补石油炼制制备丙烯的不足。但由于环保及成本，MTO/MTP装置产生的丙烯成本较高而无法担当丙烯市场增长的主要途径。相反，随着页岩气大规模商业化开发的成功，使得以廉价的丙烷为原料制备丙烯(PDH)的方法成为满足丙烯增长的最重要的技术经济手段。目前，PDH工艺主要有两种，分别是美国UOP的Oleflex与ABBLummus的Catofin工艺。其中，Oleflex工业化装置比较普遍，包括在中国已建在建能力，其装置总产能接近400～500万吨。Oleflex工艺主要包括移动床反应区、催化剂连续再生区、产品分离区和分馏区组成。其中，在产品分离区工段中，反应产生的PDH混合气，经过预处理和干燥后进入操作温度为-180～-170℃的深冷步骤，包括冷箱与分离器等，将大量的丙烯，以及乙烯等C2+组分液化后进入后续的分馏区工段得到丙烯产品，未反应的丙烷返回到原料气中继续使用。深冷步骤产生的不凝气体主要包括浓度为92～98％的氢气(H2)、3～5％的甲烷、乙烷等烷烃及微量的CO等组分，大部分作为循环氢气与丙烷原料气混合直接进入到反应区进行反应。一部分不凝气体作为提氢的原料气或燃料气使用。其循环氢是Oleflex工艺中特殊的需求，与ABBLummus工艺仅需少量或不用循环氢步骤的重要区别性技术之一。该循环氢气中要求含烯烃总量小于0.05％，以防止反应中所使用的铂系催化剂结碳失活而产生飞温的安全问题的发生。Oleflex工艺中的循环氢深冷技术，存在几个问题，第一，深冷分离所需的操作温度很低，约为-180～-170℃，能耗比较高，导致操作成本居高不下，并且反应混合气本身的温度处于中高温范围，深冷方法本身耗能较高，也没有充分利用反应混合气自身携带的热量，造成双重能耗的增加；第二，深冷(冷箱)所需的设备材料为不锈钢，且在原料气自身带压工况下，深冷所需的设备材料投资较大；第三，需要另加一套PSA装置从富余的不凝气体中提取较高纯度(大于等于99.99％)的氢气，实现PDH装置整体经济效益的提升，尤其是Oleflex工艺引进了高炔烃及丁二烯加氢(SHP)技术，本身需要纯度较高的氢气，其中CO含量小于10ppm，防止加氢催化剂发生糖基化反应而失活的问题；第四，深冷中产生的不凝气体中，仍有可能夹带出少量的烯烃杂质组分，对反应所用的催化剂使用寿命影响较大。事实上，Oleflex工艺所用的铂系催化剂使用寿命比较短，约为2年，这也是其工艺的主要缺陷之一，费用也极高。同样，Lummus公司的Catofin工艺中的产品分离区，也是采用深冷分离(冷箱)方法来获取富含丙烯的C2+组分与富含氢气的不凝气体，从而获得产品丙烯。自然也存在着深冷分离能耗高、设备投资大、操作成本高等问题。此外，对于丙烷(C3)、丁烷(C4)或丁烷(C4)、戊烷(C5)混合原料的脱氢制丙烯或脱氢醚化制甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)、甲基叔戊基醚(TAME)或乙基叔戊基醚(TAEE)过程脱氢混合气，也是采用深冷分离得到富含丙烯的C2+组分液体与富含氢气的不凝气体，同样存在能耗高、设备投资大、操作成本高等问题。
技术实现思路
针对上述PDH及烃类混合气脱氢制烯烃生产过程中的产品分离工段所存在的能耗高、防腐蚀、循环氢与产品氢规格不同等所导致的投资与操作成本过高的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法，通过预处理、中高温PSA浓缩及PSA提氢工序相结合，实现同时得到循环氢/产品氢与富含丙烯的C2+组分的分离与提取，综合能耗低，设备投资成本低，不存在安全隐患。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案概述如下：一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法，包括如下步骤：(1)以丙烷脱氢制丙烯反应区的反应物混合气体为原料气体，经过预处理得原料气体A；(2)原料气体A进入操作温度为30-160℃，操作压力为0.2-4.0MPa的中高温PSA浓缩系统，得富氢气体的组分和富C2+浓缩气体；(3)富氢气体的组分一部分作为PDH反应区所需的循环氢气直接使用，另一部分进入PSA提氢工序，获得产品氢气，其解吸气直接作为燃料输出；(4)富C2+浓缩气体经冷却压缩和气液分离后，回收C2+并形成液体进入PDH产品分馏区获得丙烯产品，未反应完的丙烷返回到丙烷原料气混合后进入PDH反应区进行反应。本申请的技术方案通过中高温PSA浓缩及PSA提氢工序相耦合，充分利用了原料气A自身的能量，耦合过程的操作温度可以维持不变，从中高温PSA浓缩逸出的富氢气体压力与PSA提氢工序的吸附压力也保持一致，整个分离过程的综合能耗低；采用中高温PSA浓缩及PSA提氢工序相耦合，所需的设备材料可以普通碳钢，设备投资成本低，同时又避免了传统深冷分离(冷箱)中的低温操作易发生的冷脆等安全隐患。PDH产品分馏区包括SHP，脱甲烷塔，脱乙烷塔及丙烯和丙烷的分离。丙烷经脱丙烷塔之后进入丙烷脱氢制丙烯反应区。优选的，步骤(1)中，所述预处理包括除尘、除氯、除油，以及/或换热、鼓风及/或压缩。预处理脱除包括固体颗粒物、绿油、碳六(C6+)杂质组分。优选的，步骤(1)中预处理中原料气A含一定量的二氧化碳时，需对步骤(2)中所述的中高温PSA浓缩系统产生的富C2+浓缩气体先进行脱碳。优选的，所述脱碳的方法包括机胺物理吸收、碱洗化学吸收及吸附。优选的，步骤(2)中，所述中高温PSA浓缩系统为至少由2个及以上的吸附塔串联或并联或串并联组成的变压吸附。多台吸附塔交替循环操作，保证原料气连续进入，1个或多个吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔为再生状态，在吸附塔内，透过床层由塔顶排出是富氢气体的组成。更为优选的，每个所述吸附塔中装填有活性氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛的一种或多种吸附剂组合，吸附塔之间通过设置在连接管道上的调节阀或程序控制阀或其他阀门组成的控制系统进行PSA吸附与解吸循环操作过程中压力变化的控制与调节。更为优选的，所述解吸包括抽真空，或产品气冲洗，或抽真空+冲洗，或置换，或带压解吸，或几种方式组合。优选的，步骤(3)中，所述产品氢气一部分直接用于PDH产品分馏区中的炔烃丙二烯选择性加氢。优选的，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以丙烷脱氢制丙烯反应区的反应物混合气体为原料气体，经过预处理得原料气体A；(2)原料气体A进入操作温度为30‑160℃，操作压力为0.2‑4.0MPa的中高温PSA浓缩系统，得富氢气体的组分和富C2+浓缩气体；(3)富氢气体的组分一部分作为PDH反应区所需的循环氢气直接使用，另一部分进入PSA提氢工序，获得产品氢气，其解吸气直接作为燃料输出；(4)富C2+浓缩气体经冷却压缩和气液分离后，回收C2+并形成液体进入PDH产品分馏区获得丙烯产品，未反应完的丙烷返回到丙烷原料气混合后进入PDH反应区进行反应。

【技术特征摘要】
1.一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以丙烷脱氢制丙烯反应区的反应物混合气体为原料气体，经过预处理得原料气体A；(2)原料气体A进入操作温度为30-160℃，操作压力为0.2-4.0MPa的中高温PSA浓缩系统，得富氢气体的组分和富C2+浓缩气体；(3)富氢气体的组分一部分作为PDH反应区所需的循环氢气直接使用，另一部分进入PSA提氢工序，获得产品氢气，其解吸气直接作为燃料输出；(4)富C2+浓缩气体经冷却压缩和气液分离后，回收C2+并形成液体进入PDH产品分馏区获得丙烯产品，未反应完的丙烷返回到丙烷原料气混合后进入PDH反应区进行反应。2.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法，其特征在于，步骤(1)中预处理中原料气A含一定量的二氧化碳时，需对步骤(2)中所述的中高温PSA浓缩系统产生的富C2+浓缩气体先进行脱碳。3.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法，其特征在于，步骤(2)中，所述中高温PSA浓缩系统为至少由2个及以上的吸附塔串联或并联或串并联组成的变压吸附。4.根据权利要求3所述的一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法，其特征在于，每个所述吸附塔中装填有活性氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛的一种或多种吸附剂组合，吸附塔之间通过设置在连接管道上的调节阀或程序控制阀组成的控制系统进行PSA吸附与解吸循环操作过程中压力变化的控制与调节。5.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法，其特征在于，步骤(3)中，所述产品氢气一部分直接用于PDH产品分馏区中的炔烃丙二烯选择性加氢。6.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢制丙烯反应混合气FTrPSA分离方法，其特征在于，步骤(3)中，所述PSA提氢工序的操作温度为30～160℃、操作压力为0.2～4.0MPa；所述PSA提氢工序由多个串联或并联或串并联的吸附塔组成，吸附塔内装填有活性氧化铝、硅胶、活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟雨明，陈运，汪兰海，刘开莉，蔡跃明，
申请(专利权)人：四川天采科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51