烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法
阅读说明：本技术 烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法 (Method for coupling hydrocarbon steam cracking sequential separation process and propane dehydrogenation process ) 是由 宋强波 娄俊毅 顾炯炯 要洁 李志禹 李网章 张仲利 卫涛 蔺伟 于 2020-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了石油化工技术领域一种烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法,针对烃类蒸汽裂解装置裂解气和丙烷脱氢装置反应气的特点,通过这两种工艺的耦合,实现降低设备投资、降低装置能耗、减少建设用地、延长炔烃加氢催化剂寿命的目的,并且有利于耦合装置长周期稳定生产。(The invention discloses a method for coupling a hydrocarbon steam cracking sequential separation process and a propane dehydrogenation process in the technical field of petrochemical industry, aiming at the characteristics of cracking gas of a hydrocarbon steam cracking device and reaction gas of a propane dehydrogenation device, the purposes of reducing equipment investment, reducing device energy consumption, reducing construction land and prolonging the service life of an alkyne hydrogenation catalyst are realized by coupling the two processes, and the method is favorable for long-period stable production of a coupling device.)
技术领域
本发明属于石油化工领域，具体涉及一种烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法。
背景技术
乙烯是石油化学工业中最重要的基础原料之一，其产量是衡量一个国家石油化工总体发展水平的标志。乙烯的生产技术包括烃类蒸汽裂解、甲醇制烯烃、烯烃转化等，其中烃类蒸汽裂解占主导地位。目前，世界上烃类蒸汽裂解技术专利商主要有：美国KBR公司、德国Linde公司、美国Lummus公司和法国Technip公司。这些技术均采用深冷分离工艺得到乙烯产品。针对不同的裂解原料，分离工艺可分为顺序分离工艺、前脱乙烷工艺和前脱丙烷工艺。
丙烯也是石油化学工业中最重要的基础原料之一，传统的丙烯来源主要依靠烃类蒸汽裂解联产和炼厂FCC副产。近年来，丙烷脱氢和甲醇制丙烯等专门生产丙烯的技术取得了较大发展。目前，世界上丙烷脱氢专利技术有：Lummus公司Catofin工艺、UOP公司Oleflex工艺、Uhde公司Star工艺、Linde公司PDH工艺以及Snamprogetti/Yarsintz公司FBD工艺。这些工艺普通采用深冷分离工艺来分离丙烷脱氢制丙烯的反应产物。
烃类蒸汽裂解和丙烷脱氢均为生产低碳烯烃并且采用深冷分离的工艺技术。蒸汽裂解原料广泛，产品种类较多；丙烷脱氢原料和产品单一。蒸汽裂解和丙烷脱氢的反应产物，即裂解气和反应气，两者组分相似：主要包括氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、碳四和芳烃。含量却存在明显差异：裂解气中甲烷、乙烷、乙烯、乙炔和丙炔含量较高，氢气和一氧化碳含量较低；反应气正好相反，前几种含量较低，氢气和一氧化碳含量较高。根据两种工艺反应产物的特点，将烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺进行耦合，实现降低设备投资、降低装置能耗、减少建设用地的目的，并且有利于耦合装置长周期稳定生产。
中国专利CN109761736A、CN109734549A、CN109809958A和CN109851460A分别公开了不同烃类原料蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法。这些方法通过对已有蒸汽裂解装置进行改造，提升部分设备负荷来耦合新建的丙烷脱氢装置。它们将裂解气和反应气直接混合后压缩、碱洗、干燥，再送往顺序分离系统进行深冷分离，并未考虑丙烷脱氢反应气中氢气较高的特点，这会导致氢气/甲烷分离和甲烷/乙烯分离所需的-101℃及以下温位的冷量负荷增加。
中国专利CN110914225A公开了丙烷脱氢和蒸汽裂化法结合生产丙烯的工艺和设备，该专利将丙烷循环回蒸汽裂化法工艺而不是丙烷脱氢工艺，虽然提高了乙烯产率，但也提高了甲烷含量，导致后续分离能耗增加，丙烯产率也会降低。同时该专利未考虑反应气含有少量二氧化碳，如果不经碱洗脱除的话，存在堵塞冷箱的风险。
但是上述公开的专利中均未对丙烷脱氢装置的脱油塔进行优化应用，脱油塔可共用烃类蒸汽裂解装置的脱丙烷塔脱除重组分，实现进一步耦合。
发明内容
本发明公开了一种烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，针对烃类蒸汽裂解装置裂解气和丙烷脱氢装置反应气的特点，通过这两种工艺的耦合，实现降低设备投资、降低装置能耗、减少建设用地、延长炔烃加氢催化剂寿命的目的，并且有利于耦合装置长周期稳定生产。
本发明一种烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，包括如下步骤：
1)烃类原料与乙烯精馏塔釜来的循环乙烷加热后进入裂解单元进行蒸汽热裂解反应生成高温裂解气，高温裂解气急冷后经压缩、碱洗、干燥处理后送往脱甲烷塔；
2)丙烷原料与丙烯精馏塔釜来的循环丙烷混合，进入丙烷气化单元气化；气化后的气相丙烷进入脱氢反应单元进行脱氢反应生成高温反应气，反应气经压缩、干燥后，再经反应气冷箱单元冷凝闪蒸，冷凝下来的液相进入脱轻组分塔分离，脱轻组分塔顶不凝气相进入裂解气压缩单元，脱轻组分塔下部侧线抽出C3组分送往丙烯精馏塔，塔釜脱氢重组分送往脱丙烷塔；
3)步骤1)的裂解气与来自步骤2)的脱轻组分塔顶不凝气一起经过压缩、碱洗、干燥后，依次进入裂解气冷箱单元、脱甲烷塔和脱乙烷塔进行分离；
4)脱乙烷塔塔顶分离出C2组分，进入乙炔加氢反应器处理后进入乙烯精馏塔分离，乙烯精馏塔釜的循环乙烷返回裂解单元，其它产品送出界区外；脱乙烷塔釜液相和来自步骤2)的丙烷气化单元底部液相分别进入脱丙烷塔分离；
5)脱丙烷塔塔顶分离出C3组分，进入丙炔加氢反应器处理后和来自步骤2)的脱轻组分塔釜液相分别进入丙烯精馏塔分离，丙烯精馏塔釜的循环丙烷返回丙烷气化单元；脱丙烷塔釜液相进入脱丁烷塔。
本发明的烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，其进一步特征在于：在所述脱甲烷塔顶分离出氢气和甲烷产品，脱甲烷塔釜的C2及更重组分进入脱乙烷塔分离。
本发明的烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，其进一步特征在于：步骤5)丙烯精馏塔分离得到塔顶丙烯和塔釜循环丙烷，循环丙烷返回丙烷气化单元，丙烯产品送出界区外；所述脱丙烷塔釜液相进入脱丁烷塔，得到C4和C5及更重产品，分别送出界区外。
本发明的烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，其进一步特征在于：所述的烃类蒸汽裂解装置公称能力为30～150万吨/年。
本发明的烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，其进一步特征在于：所述的丙烷脱氢装置公称能力为15～90万吨/年。
本发明的烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，其进一步特征在于：所述的烃类蒸汽裂解单元裂解炉的操作条件为反应压力0.10～0.25MPaA，反应温度780～870℃。
本发明的烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，其进一步特征在于：所述的丙烷脱氢反应单元中反应器的操作条件为反应压力0.10～0.35MPaA，反应温度450～700℃。
本发明的烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，其进一步特征在于：所述烃类蒸汽裂解装置的原料包括轻烃、石脑油、柴油和加氢尾油。
本发明的烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，其进一步特征在于：所述的冷箱单元的操作压力为0.50～4.0MPaA，操作温度为-165～30℃。
本发明的烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，其进一步特征在于：所述裂解气冷箱单元的操作压力为0.50～4.0MPaA，操作温度为-165～30℃。
本发明的烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，其进一步特征在于：所述反应气冷箱单元的操作压力为0.50～1.3MPaA，操作温度为-101～30℃。
本发明的烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，其进一步特征在于：所述的烃类蒸汽裂解装置裂解气和丙烷脱氢装置反应气分别经反应、急冷、压缩、干燥。所述的丙烷脱氢装置反应气分别经反应、压缩、干燥处理后，经深冷脱除含氢尾气并经脱轻组分塔分离后，再与烃类蒸汽裂解装置耦合。耦合装置共用一套碱洗塔、丙烯精馏塔、脱丙烷塔、乙烯制冷压缩机和丙烯制冷压缩机。
本发明的烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合的方法，其进一步特征在于：所述的分离出的循环乙烷返回烃类蒸汽裂解装置裂解单元，分离出的循环丙烷返回丙烷脱氢装置丙烷气化单元。
本发明提供的耦合方法，具有以下有益效果：
1)裂解气和反应气分别压缩和干燥，有利于耦合装置长周期稳定生产。蒸汽裂解和丙烷脱氢均为高温反应，条件苛刻容易结焦，分别压缩避免互相干扰。
2)反应气深冷脱除绝大多数氢气，减少了耦合装置氢气/甲烷分离和甲烷/乙烯分离所需-101℃及以下温位的冷量负荷。
3)分离出的丙烷循环返回丙烷脱氢装置，提高了丙烯产率、降低了甲烷含量，耦合装置经济效益更好，能耗更低。
4)耦合装置回收丙烷脱氢反应气中的乙烯，提高了装置经济效益。
5)耦合装置共用一套碱洗塔、丙烯精馏塔、脱丙烷塔、乙烯制冷压缩机和丙烯制冷压缩机，降低设备投资，减少建设用地。
附图说明
图1是本发明一种烃类蒸汽裂解顺序分离工艺与丙烷脱氢工艺耦合后的流程示意图。
图中所示附图标记为：
1-烃类裂解原料，2-裂解产物，3-裂解气体，4-混合气体，5-精制气体，6-混合烃类，7-氢气，8-脱甲烷塔进料，9-甲烷，10-C2及更轻组分，11-C2组分，12-乙炔加氢产物，13-乙烯产品，14-循环乙烷，15-C3及更重组分，16-C3组分Ⅰ，17-丙炔加氢产物，18-丙烯产品，19-循环丙烷，20-C4及更重组分，21-C4组分，22-C5及更重组分，23-丙烷原料，24-气相丙烷，25-反应气体，26-压缩气体，27-脱氢产物，28-含氢尾气，29-脱轻组分塔进料，30-不凝气，31-C3组分Ⅱ，32-脱氢重组分，101-裂解单元，102-急冷单元，103-裂解气压缩单元，104-碱洗单元，105-裂解气干燥单元，106-裂解气冷箱单元，107-脱甲烷塔，108-脱乙烷塔，109-乙炔加氢反应器，110-乙烯精馏塔，111-脱丙烷塔，112-丙炔加氢反应器，113-丙烯精馏塔，114-脱丁烷塔；201-丙烷气化单元，202-脱氢反应单元，203-反应气压缩单元，204-反应气干燥单元，205-反应气冷箱单元，206-脱轻组分塔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。
如图1所示，烃类裂解原料1与乙烯精馏塔110塔釜来的循环乙烷14加热后进入裂解单元101进行蒸汽热裂解反应，生成裂解产物2送往急冷单元102，经油冷、水冷分离出重烃后得到裂解气体3。裂解气体3与脱轻组分塔206塔顶来的不凝气30混合后进入裂解气压缩单元103，升压后的混合气体4经碱洗单元104脱除酸性气为精制气体5，再经压缩后进入裂解气干燥单元105脱除水分为混合烃类6。混合烃类6进入裂解气冷箱单元106，分离出氢气7，冷凝后的多股脱甲烷塔进料8分别进入脱甲烷塔107，脱甲烷塔塔顶为甲烷9，塔釜为C2及更重组分10。C2及更重组分10进入脱乙烷塔108分离C2和C3，塔顶为C2组分11，塔釜为C3及更重组分15。C2组分11进入乙炔加氢反应器109，反应器出口乙炔加氢产物12进入乙烯精馏塔110分离乙烯和乙烷，塔顶为乙烯产品13，塔釜循环乙烷14返回裂解单元101。脱乙烷塔108塔釜C3及更重组分15送往脱丙烷塔111分离C3和C4及更重组分，塔顶为C3组分Ⅰ16，塔釜为C4及更重组分20。C3组分Ⅰ16进入丙炔加氢反应器112，反应器出口丙炔加氢产物17进入丙烯精馏塔113分离丙烯和丙烷，丙烯精馏塔顶为丙烯产品18，丙烯精馏塔釜循环丙烷19返回丙烷气化单元201。脱丙烷塔111塔釜C4及更重组分20送往脱丁烷塔114分离C4和C5及更重组分，脱丁烷塔顶为C4组分21，脱丁烷塔釜为C5及更重组分22。
丙烷原料23与丙烯精馏塔113塔釜来的循环丙烷19混合后进入丙烷气化单元201进行气化，气相丙烷24加热后进入脱氢反应单元202进行丙烷脱氢反应，反应后的反应气体25经冷却后进入反应气压缩单元203，升压后的压缩气体26进入反应气干燥单元204脱除水分，干燥后的脱氢产物27送往反应气冷箱单元205，经深冷分离得到含氢尾气28。冷凝后的多股脱轻组分塔进料29分别进入脱轻组分塔206，塔顶不凝气30送往裂解气压缩单元103，脱轻组分塔206下部侧线抽出C3组分Ⅱ31送往丙烯精馏塔113分离丙烯和丙烷，塔釜脱氢重组分32送往脱丙烷塔111分离重组分。
以上结合附图对本发明技术方案作详细说明，附图只是为了说明发明的基本内容而绘制的，它不限制本发明的内容和使用形式，实际上根据具体操作条件，一些管道上需要设置如泵、换热器等常规设备或管道元件。