一种丙烷催化脱氢制丙烯的固定床系统的制作方法

技术领域

本发明涉及丙烷催化脱氢制丙烯领域，尤其涉及以分子筛为载体，负载铂等金属元素的固定床低碳烷烃催化脱氢制烯烃的技术，具体为一种丙烷催化脱氢制丙烯的固定床系统。

背景技术：

丙烯是一种重要的基础化工原料，主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷、丁醇、异丙苯等产品。但丙烯的来源主要是蒸汽裂解制乙烯的副产物，随着石化工业对丙烯产品需求的增加，传统的丙烯生产工艺，不能满足市场的需求。新型的丙烯合成技术中，有甲醇制烯烃-MTO工艺、甲醇制丙烯-MTP工艺、和丙烷脱氢制丙烯-PDH工艺，无论是MTO还是MTP工艺，生产过程水的使用量特别大，而产生的废水，因含有大量的有机物，处理十分困难，对环境不友好。而丙烷脱氢制PDH工艺，以资源丰富、较经济的丙烷为原料制备丙烯，反应过程不需要引入水，废水量大大降低，该技术已经成为当前石化领域的重点课题。

催化脱氢催化剂一般包含酸性载体入三氧化二铝或ZSM-5分子筛负载贵金属，采用移动床或者流化床工艺。无论是移动床还是流化床，其操作较固定床都复杂很多，而且由于前者催化剂在反应器内动态移动，相互的碰撞和摩擦，也极易导致催化剂破碎，影响装置长周期的运行，也增加了催化剂的使用量。另外，无论是移动床还是流化床，都需要一套较为复杂的催化剂再生装置，增加了前期设备投资和动力消耗。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的问题，提供一种丙烷催化脱氢制丙烯的固定床系统装置，该系统装置控制简单、催化剂破坏小、能够长周期稳定运转的丙烷催化脱氢制丙烯固定床工艺。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种丙烷催化脱氢制丙烯的固定床系统，主要包括原料丙烷净化与干燥单元、固定床反应器及再生单元、反应产物脱氯干燥单元、SHP选择加氢反应单元和分离提纯单元。

原料丙烷净化与干燥单元包括原料加热器、脱硫塔、脱杂保护塔、干燥塔、脱砷保护塔、脱磷保护塔、第一脱丙烷塔、第二脱丙烷塔、冷箱和热混合原料换热器，在原料加热器的前方原料进口处设置流量计，原料加热器与脱硫塔的塔顶相连，脱硫塔底与脱杂保护塔的塔顶相连，脱杂保护塔底与干燥塔的塔底相连，干燥塔的塔顶管线与脱砷保护塔的塔底相连，脱砷保护塔的塔顶与脱磷保护塔的塔底相连，脱磷保护塔的塔顶与循环丙烷流量计的管线汇合后，汇合管线与第一脱丙烷塔的塔中部相连，第一脱丙烷塔的塔底与第二脱丙烷塔的塔中相连，第二脱丙烷塔的塔底与LPG储罐相连，第一脱丙烷塔的塔顶与第二脱丙烷塔的塔顶汇合后与冷箱相连，冷箱的另一端与热混合原料换热器相连。

所述的固定床反应器及再生单元包括一号加热炉、一号反应器、二号加热炉、二号反应器、三号加热炉、三号反应器和空冷器，原料丙烷净化与干燥单元中热混合原料换热器的另一端与分别与一号反应器流量计、二号反应器流量计和三号反应器流量计相连，一号反应器流量计、二号反应器流量计和三号反应器流量计分别与一号反应器反应物控制阀、二号反应器反应物控制阀和三号反应器反应物控制阀相连，一号反应器反应物控制阀与一号加热炉相连、二号反应器反应物控制阀与二号加热炉相连、三号反应器反应物控制阀与三号加热炉相连，一号加热炉与一号反应器相连、二号加热炉与二号反应器相连、三号加热炉与三号反应器相连，一号反应器与一号反应器反应产物阀相连、二号反应器与二号反应器反应产物阀相连、三号反应器与三号反应器反应产物阀相连，一号反应器反应产物阀、二号反应器反应产物阀、三号反应器反应产物阀三者汇合后，与热混合原料换热器相连，热混合原料换热器再与空冷器相连，空冷器与压缩机相连。

所述的反应产物脱氯干燥单元包括分离罐、脱氯塔、反应产物干燥塔和PSA氢气回收器，固定床反应器及再生单元中的压缩机与分离罐相连，分离罐的顶部与PSA氢气回收器相连、分离罐底部与脱氯塔的塔顶相连，脱氯塔的塔底与反应产物干燥塔的塔顶相连，反应产物干燥塔的塔底与原料丙烷净化与干燥单元中的冷箱相连。

所述的SHP选择加氢反应单元和分离提纯单元包括SHP选择加氢反应器、脱乙烷塔、C3分离塔和PSA氢气回收器，原料丙烷净化与干燥单元中的冷箱的另一侧与SHP选择加氢反应器相连，SHP选择加氢反应器与脱乙烷塔的塔中相连，脱乙烷塔的塔顶与LPG储罐相连、脱乙烷塔的塔底与C3分离塔的塔中相连，C3分离塔的塔顶去丙烯产品储存区、C3分离塔的塔底与循环丙烷流量计相连。

所述反应产物脱氯干燥单元中的PSA氢气回收器与SHP选择加氢反应单元和分离提纯单元中的SHP选择加氢反应器均和氢气存储设备相连。

本发明的积极效果体现在：

（一）、从固定资产投资和催化剂损耗上分析，采用固定床反应系统，反应器两开一备，这样的设计相比现有的移动床工艺，操作较简单、建设费用和运行成本也较低。同时，因采用的是固定床装置，反应过程催化剂相对静止，无需发生位移，这样的设计避免了移动床工艺引起的催化剂相互碰撞和摩擦，可大大减少催化剂的磨损，延长催化剂的使用寿命。另外，固定床工艺无需移动床工艺配置的催化剂提升装置、单独的催化剂再生反应器、以及对应的再生加热炉等配套装置，因此，减少了反应和再生单元的设备投资。

（二）、从长期运转上分析，本发明增加了原料脱硫、脱砷、脱磷等原料净化装置和SHP选择加氢装置，原料净化装置可以让催化剂更加长效的运行，达到延长催化剂使用寿命；SHP选择加氢装置可以减少双烯烃和炔烃产量，提升产品质量，同时也减少了双烯烃和炔烃随未反应丙烷循环回反应器的量，双烯烃和炔烃的存在，会使催化剂表面积碳严重，缩短催化剂的使用寿命，而SHP选择加氢反应器选择性将双烯烃和炔烃加氢为单烯烃，这种设计可以达到延长催化剂寿命和提升丙烯收率，实现更长期稳定运转和提升经济效益。

附图说明

图1 现有的丙烷催化脱氢制丙烯移动床工艺示意图

图2 为本发明的丙烷催化脱氢制丙烯固定床系统的结构示意图

其中，原料加热器—1、脱硫塔—2、脱杂保护塔—3、干燥塔—4、脱砷保护塔—5、脱磷保护塔—6、第一脱丙烷塔—7、第二脱丙烷塔—8、冷箱—9、热混合原料换热器—10、一号加热炉—11、一号反应器—12、二号加热炉—13、二号反应器—14、三号加热炉—15、三号反应器—16、空冷器—17、压缩机—18、分离罐—19、脱氯塔—20、反应产物干燥塔—21、SHP选择加氢反应器—22、脱乙烷塔—23、C3分离塔—24、PSA氢气回收器—25，一号反应器反应物控制阀—V-1、二号反应器反应物控制阀—V-2、三号反应器反应物控制阀—V-3，一号反应器催化剂再生气阀—V-4、二号反应器催化剂再生气阀—V-5、三号反应器催化剂再生气阀—V-6，一号反应器反应产物阀—V-7、二号反应器反应产物阀—V-8、三号反应器反应产物阀—V-9，一号反应器再生废气阀—V-10、二号反应器再生废气阀—V-11、三号反应器再生废气阀—V-12，原料流量计—F-1、循环丙烷流量计—F-2、一号反应器流量计—F-3、二号反应器流量计—F-4、三号反应器流量计—F-5、再生气流量计—F-6。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

一种丙烷催化脱氢制丙烯固定床系统，主要包括原料丙烷净化与干燥单元、固定床反应器及再生单元、反应产物脱氯干燥单元、SHP选择加氢反应单元和分离提纯单元。

原料丙烷净化与干燥单元包括原料加热器、脱硫塔、脱杂保护塔、干燥塔、脱砷保护塔、脱磷保护塔、第一脱丙烷塔、第二脱丙烷塔、冷箱和热混合原料换热器，在原料加热器的前方原料进口处设置流量计，原料加热器与脱硫塔的塔顶相连，脱硫塔底与脱杂保护塔的塔顶相连，脱杂保护塔底与干燥塔的塔底相连，干燥塔的塔顶管线与脱砷保护塔的塔底相连，脱砷保护塔的塔顶与脱磷保护塔的塔底相连，脱磷保护塔的塔顶与循环丙烷流量计的管线汇合后，汇合管线与第一脱丙烷塔的塔中部相连，第一脱丙烷塔的塔底与第二脱丙烷塔的塔中相连，第二脱丙烷塔的塔底与LPG储罐相连，第一脱丙烷塔的塔顶与第二脱丙烷塔的塔顶汇合后与冷箱相连，冷箱的另一端与热混合原料换热器相连。

所述的固定床反应器及再生单元包括一号加热炉、一号反应器、二号加热炉、二号反应器、三号加热炉、三号反应器和空冷器，原料丙烷净化与干燥单元中热混合原料换热器的另一端与分别与一号反应器流量计、二号反应器流量计和三号反应器流量计相连，一号反应器流量计、二号反应器流量计和三号反应器流量计分别与一号反应器反应物控制阀、二号反应器反应物控制阀和三号反应器反应物控制阀相连，一号反应器反应物控制阀与一号加热炉相连、二号反应器反应物控制阀与二号加热炉相连、三号反应器反应物控制阀与三号加热炉相连，一号加热炉与一号反应器相连、二号加热炉与二号反应器相连、三号加热炉与三号反应器相连，一号反应器与一号反应器反应产物阀相连、二号反应器与二号反应器反应产物阀相连、三号反应器与三号反应器反应产物阀相连，一号反应器反应产物阀、二号反应器反应产物阀、三号反应器反应产物阀三者汇合后，与热混合原料换热器相连，热混合原料换热器再与空冷器相连，空冷器与压缩机相连。

所述的反应产物脱氯干燥单元包括分离罐、脱氯塔、反应产物干燥塔和PSA氢气回收器，固定床反应器及再生单元中的压缩机与分离罐相连，分离罐的顶部与PSA氢气回收器相连、分离罐底部与脱氯塔的塔顶相连，脱氯塔的塔底与反应产物干燥塔的塔顶相连，反应产物干燥塔的塔底与原料丙烷净化与干燥单元中的冷箱相连。

所述的SHP选择加氢反应单元和分离提纯单元包括SHP选择加氢反应器、脱乙烷塔、C3分离塔和PSA氢气回收器，原料丙烷净化与干燥单元中的冷箱的另一侧与SHP选择加氢反应器相连，SHP选择加氢反应器与脱乙烷塔的塔中相连，脱乙烷塔的塔顶与LPG储罐相连、脱乙烷塔的塔底与C3分离塔的塔中相连，C3分离塔的塔顶去丙烯产品储存区、C3分离塔的塔底与循环丙烷流量计相连。

所述反应产物脱氯干燥单元中的PSA氢气回收器与SHP选择加氢反应单元和分离提纯单元中的SHP选择加氢反应器均和氢气存储设备相连。

实施例1：

一种丙烷催化脱氢制丙烯固定床系统，包括三台固定床反应器，采取两开一备的方式生产，一般情况是两台反应器生产，另外一台完成催化剂再生（一号反应器、二号反应器正常生产，三号反应器进行催化剂再生）。

具体的操作如，原料丙烷由原料流量计F-1计量之后，先输送至原料加热器，升温至40℃，压力控制在2.7MPa左右，一次通过脱硫塔、脱杂保护塔、干燥塔、脱砷保护塔、脱磷保护塔，脱除原料中的无机或者有机硫化物、碱性氮化物、重金属、微量水、含砷、含磷等催化剂毒物，净化之后的原料，与C3分离塔循环回来由循环丙烷流量计F-2计量的丙烷物流混合后，进入第一、第二脱丙烷塔提纯，第二脱丙烷塔底的C4及以上的重组分，送至LPG储罐，生产成为LPG副产品。第一、第二脱丙烷塔顶的物料送至冷箱，与反应产物干燥塔送来的物料热交换后，送至热混合原料换热器与反应器出来的高温热物料换热，被加热之后的丙烷物料，分别送至一号加热炉和二号加热炉再次升温。其各自的流量分别由各自对应的反应物控制阀控制V-1、V-2调控流量，由各自对应的流量计F-3、F-4测量具体流量。升温至550-620℃的物料，分别送入一号反应器和二号反应器，实现部分丙烷催化脱氢制丙烯，反应温度520-580℃，压力控制在0.05MPa-0.3MPa。反应之后的高温物料通过阀门控制（V-7、V-8开，V-10、V-11关）物料流向热混合原料换热器加热丙烷原料，送至空冷器冷却至40-50℃，冷却的物料再送至压缩机，反应产物经压缩后，流向气液分离器，气相物料去PSA氢气回收器，回收提纯气相中的氢气。液相流向脱氯塔脱除含氯物质，液相物料经脱氯后再送至反应产物干燥塔，脱除水分，干燥后的物料送至SHP选择加氢反应器，将液相物料中的双烯烃和乙炔，选择性加氢成各自的烯烃配体。加氢之后的物料送至脱乙烷塔，塔顶的轻组分送至LPG储罐，塔底物料送至C3分离塔，实现丙烯、丙烷的分离。产品丙烯由塔顶采出，丙烷由塔底采出，经循环丙烷流量计F-2计量后，与新鲜丙烷混合，进入脱丙烷塔。

三号反应器进行催化剂再生，再生气经过再生气流量计F-6计量之后，流向三号加热炉，将再生气加热至450-600℃，通入三号反应器，实现催化剂的烧炭和再生。气体经过三号反应器再生废气阀V-12（V-9关闭），流向废气处理系统。

本发明并不局限于丙烷催化脱氢制丙烯固定床工艺。本发明可扩展到以分子筛或者三氧化二铝为载体的低碳烷烃催化脱氢制烯烃固定床工艺。也可扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。