一种汽化潜热制冷的异丁烷脱氢冷箱系统分离设备的制作方法

本发明属于低温分离领域，特别涉及一种汽化潜热制冷的异丁烷脱氢冷箱系统分离方法和设备。

背景技术：

本发明基于uop的oleflex工艺的异丁烷催化脱氢制异丁烯装置，oleflex工艺的异丁烷脱氢制异丁烯工艺由反应、产品压缩、低温分离、产品精制等几个部分组成，其中低温分离系统是保证上、下游产品分离单元正常操作和产品质量的关键环节，也是异丁烷脱氢制异丁烯装置核心反应及分馏单元交汇中心，冷热集合流程非常集中。其主要分离经脱氢反应后的混合组份，利用物理降温冷却组份，使得异丁烷、异丁烯与氢气组份充分分离，获得异丁烷、异丁烯液体产品，干气产品等。冷箱系统的主要冷量来自异丁烷进出冷箱的汽化潜热，以及闪蒸物流中异丁烷、异丁烯的汽化潜热（约占冷箱系统总制冷量90%）；而闪蒸物流出冷箱后直接经反应产物压缩机压缩后返回冷箱循环利用（为冷箱系统的一路重要制冷方式，为冷箱的低温区提供冷量的作用），闪蒸物流的制冷与产品压缩机耦合程度高，两者相互影响。为解决上述影响因素、提高换热效率、降低能耗，研究设计出了设备少、制冷换热效率高、操作弹性大的冷箱系统低温分离方法和设备。

技术实现要素：

本发明的任务是，给出一种工艺安全可靠、制冷效率高、能耗低、操作方便、投资少的汽化潜热制冷的异丁烷脱氢冷箱系统的低温分离设备，该设备充分考虑冷箱低温区制冷、换热特点，等熵膨胀的高温高焓降原理，优化组织了冷箱分离系统与上下游工艺的关系，合理分配的低温冷量使得各个板翅式换热器具有理想的换热性能，很好地解决了闪蒸物流汽化制冷、换热分离，与反应产物压缩机耦合程度高的矛盾；弥补了冷箱系统在高负荷工况下系统冷量不足、热负荷匹配不足的问题；有效降低了整个工艺装置的能耗。为实现本技术的目的，本发明提供了如下技术方案：一种汽化潜热制冷的异丁烷脱氢冷箱系统分离设备，所述该异丁烷脱氢冷箱系统分离设备由冷联合进料换热器、二级冷却器、进料冷却器、第一气液分离器、第二气液分离器、闪蒸罐、压缩机组、膨胀机组、低温泵组成，所述冷联合进料换热器与进料冷却器通过管道相连接，并在连接管道上设有阀门，所述冷联合进料换热器与二级冷却器之间设有第一气液分离器，所述二级冷却器与膨胀机组连接，所述膨胀机组组与第二气液分离器相连接，并且第二气液分离器与二级冷却器相连形成第一回路，所述二级冷却器通过闪蒸罐分别与进料冷却器和低温泵相连接，所述低温泵与进料冷却器相连接形成第二回路，

作为优选：所述冷联合进料换热器内设有一个热流通道和三个冷流通道，其中一冷流通道为回流通道，并在通道上设有压缩机组和冷却器。

作为优选：所述二级冷却器设有两个热流通道和五个冷流通道，该通道分别连接冷联合进料换热器、进料冷却器、第二气液分离器、闪蒸罐、膨胀机组。

作为优选：所述进料冷却器设有一个热流通道和两个冷流通道，该通道分别连接、闪蒸罐、冷联合进料换热器和外部。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种汽化潜热制冷的异丁烷脱氢冷箱系统分离方法和设备，制冷效率高，调节范围广，弥补了冷箱系统在高负荷工况下系统冷量不足、换热效果不佳的问题；有效降低了整个工艺装置的能耗。该冷箱低温分离方法和设备产出的闪蒸物流能很好的平衡冷箱系统与反应产物压缩机组之间的关系；该冷箱低温分离方法和设备产出的液体产品、联合进料、干气产品都能满足异丁烷催化脱氢上下游工艺的要求，并且回收率高，能耗低，易控制，操作性强。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细介绍：图1所示一种汽化潜热制冷的异丁烷脱氢冷箱系统分离设备，其特征在于所述该异丁烷脱氢冷箱系统分离设备由冷联合进料换热器2、二级冷却器6、进料冷却器41、第一气液分离器4、第二气液分离器8、闪蒸罐24、压缩机组62、膨胀机组（12）、低温泵57组成，所述冷联合进料换热器2与进料冷却器41通过管道相连接，并在连接管道上设有阀门48，所述冷联合进料换热器2与二级冷却器6之间设有第一气液分离器4，所述二级冷却器6与膨胀机组12连接，所述膨胀机组12组与第二气液分离器8相连接，并且第二气液分离器8与二级冷却器6相连形成第一回路，所述二级冷却器6通过闪蒸罐24分别与进料冷却器41和低温泵57相连接，所述低温泵57与进料冷却器41相连接形成第二回路，所述冷联合进料换热器2内设有一个热流通道和三个冷流通道，其中一冷流通道为回流通道，并在通道上设有压缩机组62和冷却器64，所述二级冷却器6设有两个热流通道和五个冷流通道，该通道分别连接冷联合进料换热器2、进料冷却器41、第二气液分离器8、闪蒸罐24、膨胀机组12，所述进料冷却器41设有一个热流通道和两个冷流通道，该通道分别连接、闪蒸罐24、冷联合进料换热器2和外部。

冷联合进料换热器2设有一个热流通道和三个冷流通道，压力为～0.63mpa(g)、温度为～40℃的反应产物1经冷联合进料换热器2冷却到～－21℃，部分冷凝形成气液混合物流3进入气液分离器4，分离出来的气体物流5进入二级冷却器6进一步冷却至～－93℃后，部分冷凝形成气液混合物流7进入气液分离器8。

进料冷却器41设有一个热流通道和两个冷流通道，二级冷却器6设有两个热流通道和五个冷流通道；压力为～0.9mpa(g)、温度为～40℃的液体异丁烷40经进料冷却器41冷却到～－19℃后，得到进一步过冷的液体异丁烷42分支出两股物流，一股为占液体总流量～91%的液体物流47，另一股占液体总流量～9%的液体物流43经二级冷却器6冷却到～－93℃后，引出得到液体物流44经阀门45节流减压到～0.31mpa(g)，减压后的液体物流46与循环氢气14预混合，预混合后形成制冷物流50返回二级冷却器6复热至～－28℃汽化回收冷量，引出得到物流51。

液体物流47经阀门48节流减压到～0.31mpa(g)，得到的液体物流49与物流51混合，形成联合进料52经冷联合进料换热器2复热至～34℃出冷箱，作为联合进料53送下游工艺中。

外部气体丙烯61通过压缩机组62由0.1mpa(g)压缩到1.8mpa(g)，得到的气体丙烯63经冷却器64冷却至40℃，得到液体丙烯65经阀门66节流减压到～0.11mpa(g)、～－30℃，获得丙烯冷剂67进入冷联合进料换热器2给反应产物1物流提供冷量，丙烯冷剂67被复热至～34℃汽化为丙烯气体61，丙烯气体再返回经压缩机组增压、降温、节流减压，实现丙烯冷剂的循环利用。

气液分离器4分离出来的全部液体21经阀门22节流减压到～0.3mpa(g)，得到气液混合

物流23进入闪蒸罐24，气液分离器8分离出来的另一股液体物流31经阀门32节流减压到～0.3mpa(g)，得到液体物流33再经二级冷却器6复热至～－28℃，获得液体物流（34）进入闪蒸罐24；闪蒸罐24分离出的液体56经低温泵57加压到～1.0mpa(g)得到液体产品58，液体产品58经进料冷却器41复热至～34℃出冷箱，作为液体产品59送下游工艺中。

气液分离器8分离出来的气体物流9分支出气体物流10和干气物流18，两股物流均返

回二级冷却器6复热回收冷量；气体物流10在二级冷却器6复热至～－83℃后，成为过热气体物流11抽出进入膨胀机12等熵膨胀，压力由～0.60mpa(g)膨胀到～0.31mpa(g)，膨胀后的气体物流13温度为～－93℃。干气产品18先经二级冷却器6复热至～－28℃，再经冷联合进料换热器2复热至～34℃出冷箱，作为干气产品55送下游工艺中。

膨胀后的气体物流13分支出循环氢气14和气体物流15，气体物流15经阀门16节流减压到～0.05mpa(g)后得到气体物流17；所述气液分离器8分离出来的液体物流25分支出液体物流26和液体物流31，液体物流26经阀门27节流减压到～0.05mpa(g)后形成液体物流28。气体物流17与液体物流28混合组成制冷物流29返回二级冷却器6复热至～－28℃，引出得到液体物流30。

闪蒸罐24分离出的气体35经阀门36节流减压～0.04mpa(g)，得到的气体物流37与

经二级冷却器6复热后的制冷物流30混合组成闪蒸物流38，闪蒸物流38经进料冷却器41复热至～34℃出冷箱，作为闪蒸物流39送下游工艺中。

h2与c4h10混合降温、汽化制冷原理：

1）例如：1kmolh2(-20℃、500kpaa、过热气体)与1kmolc4h10(-20℃、500kpaa，过冷液体)混合，混合开始时气相中c4h10的分压力为0kpa，而气液相界面的分压力远远大于气相中的分压力，故c4h10会汽化，随着c4h10的汽化，气相中c4h10浓度增高、其分压力逐渐增高，同时，微量的h2被c4h10吸收，达到气液相平衡。由于汽化了的c4h10远大于被吸收的h2，根据能量守恒，c4h10汽化吸收了热量，只能是流体的温度降低，由于这种状态下c4h10的汽化潜热378kj/kg远远大于其定压比热2.15kj/kg，且c4h10（500kpaa时沸点为37.44℃）和h2（500kpaa时沸点为-246.1℃）的沸点相差太大，故导致异丁烷与氢气混合的温度降低至-33.27℃。

随着混合前的h2、c4h10温度的降低，混合后的温度也随之降低（但降低的幅度逐步减少），为换热分离提供换热温差（换热推动力）。

2）h2与c4h10组成的混合物（h2与c4h10、c4h8组成的混合物）流在板翅式换热器通道内经历复热、分离、混合、再复热、再分离、再混合…一种较为复杂的传质传热过程，h2助推液态c4h10、c4h8在板翅式换热器通道完全汽化，为反应产物（1）的冷却分离提供主要冷量。

3）c4h10、c4h8与h2混合后压力越低越有利于c4h10、c4h8的汽化，从而充分发挥其汽化潜热制冷的作用。