CN102951982A - 一种降低含氧化合物制烯烃装置能耗的方法 - Google Patents

一种降低含氧化合物制烯烃装置能耗的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种降低含氧化合物制烯烃装置能耗的方法：液态含氧化合物原料首先经原料预热器预热到一定温度，然后分为两股，一股经原料汽化器加热气化，成为气相原料；另一股经雾化成为雾化的液相原料；气相原料与雾化的液相原料在原料/反应气换热器前混合，以雾状流的形式进入原料/反应气换热器，与来自反应器的高温反应生成油气充分换热以回收高温反应生成油气的高温位热量，回收高温位热量后的原料完全气化，成为高温气化原料气，高温气化原料气随后进入反应器反应；来自反应器的高温反应生成油气经原料/反应气换热器换热后送至后部急冷水洗系统；本发明的方法可以有效地提高换热器换热效果、缩小换热器体积、降低装置能耗。

Description

一种降低含氧化合物制烯烃装置能耗的方法
技术领域
本发明涉及一种以含氧化合物为原料、以低碳烯烃为主要生成物的连续反应和再生过程中降低装置能耗的方法。
背景技术
乙烯、丙烯、丁二烯等轻质烯烃和苯、甲苯、二甲苯等轻质芳烃是石油化工的基本原料。目前乙烯生产主要依靠以轻石脑油为原料的管式炉水蒸气裂解工艺。由于原油资源的短缺和价格的日益提高，石脑油资源已经越来越显得不足，低碳烯烃的生产成本越来越高，国内外正积极开发原料来源更丰富的乙烯生产路线。以甲醇、乙醇、二甲醚、C4～C10醇化合物或其混合物为原料的含氧化合物在催化剂磷酸硅铝分子筛(SAPO)的催化作用下生成以乙烯、丙烯为主要生成物的工艺路线正受到国内外的广泛重视。
以甲醇或二甲醚为代表的化合物是典型的含氧化合物，主要由煤基或天然气基的合成气生产。用以甲醇为代表的含氧化合物为原料生产以乙烯、丙烯为主的低碳烯烃的工艺(MTO)可参见US6166282、US5744680和CN1352627A。
衡量一种工艺的优劣的主要指标是设备投资、生产能耗和产品回收率，尤其是装置能耗最受关注。人们从MTO工艺技术加工流程、催化剂、工艺条件以及设备结构等方面进行了广泛的研究和探索，使MTO工艺日趋完善，但有关如何有效降低MTO装置能耗的文献报道不多。
在现有已开发的MTO工艺技术中，为了回收高温反应生成油气的高温热能，高温反应生成油气常常被用作过热甲醇气原料的热源，过热甲醇气原料与高温反应生成油气经原料/反应气换热器进行换热，但是，由于甲醇气原料与高温反应油气是气气换热，换热效果较差，换热器体积比较庞大。
发明内容
本发明要解决的是现有MTO工艺技术中，甲醇气原料与高温反应油气气气换热效果差、换热器体积比较庞大的技术问题。本发明提供的降低含氧化合物制烯烃装置能耗的方法可以有效地提高换热器换热效果、缩小换热器体积、降低装置能耗。
本发明提供的降低含氧化合物制烯烃装置能耗的方法，包括如下步骤：
1)来自装置外的液态含氧化合物原料首先预热到一定温度；
2)步骤1)中经预热的液态原料分为两股，一股经加热气化，成为气相原料；另一股升压后通过雾化喷嘴进行雾化，成为雾化的液相原料；
3)步骤2)中的气相原料与雾化的液相原料在原料/反应气换热器前混合，然后以雾状流的形式进入原料/反应气换热器，与来自反应器的高温反应生成油气充分换热以回收高温反应生成油气的高温位热量，回收高温位热量后的原料完全气化，成为高温气化原料气，高温气化原料气随后进入反应器反应；来自反应器的高温反应生成油气经原料/反应气换热器换热后送至后部急冷水洗系统；
所述步骤1)中的原料预热温度为20～150℃，优选40～120℃，最好为60～120℃；
所述步骤2)中雾化的液相原料的温度为20～150℃，优选40～120℃，最好为60～120℃；雾化的液相原料呈饱和状态，占进原料/反应气换热器原料总量的质量百分比为5～50％，优选15～35％；气相原料占进原料/反应气换热器原料总量的质量百分比为50～95％，优选65～85％；
所述步骤3)中高温反应生成油气的温度为300～650℃，优选400～550℃，操作压力为0.1～0.5MPaG，优选0.1～0.3MPaG。
所述的雾化喷嘴，安装在原料进料管线上，靠近原料/反应气换热器；雾化喷嘴数量根据装置规模确定，可以为一个、两个或多个，呈均匀布置；进料管线中雾化的液体颗粒粒径小于60微米。
本发明所述的液态含氧化合物原料可以选自甲醇、乙醇、二甲醚和C4～C10醇化合物中一种或一种以上的混合物。
本发明所述的原料/反应气换热器，可以选自所有类型的换热器，优选管壳式换热器。使用的换热器可以并流、逆流或错流操作，优选逆流操作方式。
本发明的降低含氧化合物制烯烃装置能耗的方法通过调节雾化的液相原料的量，可以有效调节原料进反应器的温度，在保证原料在进原料/反应气换热器前的进料管线里呈雾状流的前提下，雾化的液相原料的量可以根据原料/反应气换热器原料出口温度进行调节，当温度较高时，可增加雾化的液相原料的量，反之，则减少雾化的液相原料的量，故可以作为有效调节反应温度的一种手段；而且通过调节雾化的液相原料的量可提高原料/反应气换热器的换热效果，进而缩小换热器的体积，降低装置投资；采用本发明所述的方法，一部分液相含氧化合物原料可以直接被汽化和过热，节省了汽化这部分液相含氧化合物原料所需要的蒸汽，故降低装置的总能耗。
作为进一步改进的方案，在进入反应器的高温气化原料气管线上引入第三股来自装置外液态含氧化合物原料，该股原料为急冷原料，急冷原料经预热或不经过预热，直接经急冷喷嘴雾化，与高温气化原料气混合后一同进入反应器反应。
所述的急冷原料为液相，温度为20～150℃，优选20～100℃；急冷原料占进反应器原料总量的质量百分比为0.5～50％，优选0.5～30％。
所述的急冷喷嘴，安装原料进料管线上，靠近反应器入口；喷嘴数量根据装置规模定，可以为一个、两个或多个，呈均匀布置；进料管线中雾化的液体颗粒粒径小于60微米。
在保证原料在进反应器前的进料管线里呈雾化的前提下，所述急冷原料占进反应器的原料总量的质量百分比可以根据原料进反应器的温度进行调节，当温度较高时，可增加此比例，反之，则减少此比例，故可以作为有效调节反应温度的一种手段。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明，但附图和具体实施方式并不限制本发明。
附图说明
图1是本发明的原料换热工艺原则流程图；
图中：1-来自装置外的液态含氧化合物原料，2-原料预热器，3-原料汽化器，4-高温反应生成油气，5-高温气化原料气，6-原料/反应气换热器，7-高温反应生成油气，8-雾化喷嘴，9-原料升压泵，10-第三股来自装置外液态含氧化合物原料，11-急冷喷嘴。
具体实施方式
如图1所示，来自装置外的液态含氧化合物原料1首先经过原料预热器2预热到适当的温度，温度在20～150℃范围内，优选40～120℃范围，最好60～120℃范围，原料呈饱和状态，然后分为两股：一股经原料汽化器3换热，使原料气化，成为气相原料；另一股经原料升压泵9升压后，再经雾化喷嘴8雾化，成为雾化的液相原料，雾化的液相原料与气相原料混合，然后以雾状流的形式进入原料/反应气换热器6，与来自反应器的高温反应生成油气4充分换热以回收高温位热量，回收高温位热量后的原料完全气化，成为高温气化原料气5，高温气化原料气5随后进入反应器反应；来自反应器的高温反应生成油气经原料/反应气换热器换热后送至后部急冷水洗系统；高温反应生成油气4经原料/反应气换热器6冷却后送至后部急冷水洗系统。这样既可以通过调节雾化的液相原料的量，有效的调节原料进反应器的温度，又提高了原料/反应气换热器的换热效果，缩小了换热器的体积，降低了装置投资，同时又节省了汽化原料的蒸汽用量，降低了装置能耗。
作为进一步改进的方案，如图1所示，第三股来自装置外的液态含氧化合物原料10，可以经过预热或未经预热，温度为20～100℃，直接经急冷喷嘴11雾化后与高温气化原料气5在进反应器的原料气管线上混合，随后进入反应器反应。这样既可以通过调节急冷原料的量，有效的调节原料进反应器的温度，又节省了汽化原料的蒸汽用量，降低了装置能耗。

Claims (26)

1.一种降低含氧化合物制烯烃装置能耗的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)来自装置外的液态含氧化合物原料首先预热到一定温度；
2)步骤1)中经预热的液态原料分为两股，一股经加热气化，成为气相原料；另一股经升压后通过雾化喷嘴进行雾化，成为雾化的液相原料；
3)步骤2)中的气相原料与雾化的液相原料在原料/反应气换热器前混合，然后以雾状流的形式进入原料/反应气换热器，与来自反应器的高温反应生成油气充分换热以回收高温反应生成油气的高温位热量，回收高温位热量后的原料完全气化，成为高温气化原料气，高温气化原料气随后进入反应器反应；来自反应器的高温反应生成油气经原料/反应气换热器换热后送至后部急冷水洗系统；
所述步骤1)中的原料预热温度为20～150℃；
所述步骤2)中雾化的液相原料的温度为20～150℃；雾化的液相原料呈饱和状态，占进原料/反应气换热器原料总量的质量百分比为5～50％；气相原料占进原料/反应气换热器原料总量的质量百分比为50～95％；
所述步骤3)中高温反应生成油气的温度为300～650℃，操作压力为0.1～0.5MPaG。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述步骤1)中的原料预热温度为40～120℃；
所述步骤2)中雾化的液相原料的温度为40～120℃；雾化的液相原料呈饱和状态，占进原料/反应气换热器原料总量的质量百分比为15～35％；气相原料占进原料/反应气换热器原料总量的质量百分比为65～85％；
所述步骤3)中高温反应生成油气的温度为400～550℃，操作压力为0.1～0.3MPaG。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述步骤1)中的原料预热温度为60～120℃；
所述步骤2)中雾化的液相原料的温度为60～120℃。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：所述的雾化喷嘴，安装在原料进料管线上，靠近原料/反应气换热器；雾化喷嘴数量可以为一个、两个或多个，呈均匀布置，进料管线中雾化的液体颗粒粒径小于60微米。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：所述的液态含氧化合物原料为甲醇、乙醇、二甲醚或C4～C10醇化合物中一种或一种以上的混合物。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的液态含氧化合物原料为甲醇、乙醇、二甲醚或C4～C10醇化合物中一种或一种以上的混合物。
7.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：所述的原料/反应气换热器为管壳式换热器，换热器为并流、逆流或错流操作方式。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的原料/反应气换热器为管壳式换热器，换热器为并流、逆流或错流操作方式。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的原料/反应气换热器为管壳式换热器，换热器为并流、逆流或错流操作方式。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的原料/反应气换热器为管壳式换热器，换热器为并流、逆流或错流操作方式。
11.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：在进入所述的反应器的高温气化原料气管线上引入第三股来自装置外液态含氧化合物原料，该股原料为急冷原料，急冷原料经预热或不经过预热，直接经急冷喷嘴雾化，与高温气化原料气混合后一同进入反应器反应。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述的急冷喷嘴，安装在原料进料管线上，靠近反应器入口；急冷喷嘴数量可以为一个、两个或多个，呈均匀布置，进料管线中雾化的液体颗粒粒径小于60微米。
13.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在进入所述的反应器的高温气化原料气管线上引入第三股来自装置外液态含氧化合物原料，该股原料为急冷原料，急冷原料经预热或不经过预热，直接经急冷喷嘴雾化，与高温气化原料气混合后一同进入反应器反应。
14.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在进入所述的反应器的高温气化原料气管线上引入第三股来自装置外液态含氧化合物原料，该股原料为急冷原料，急冷原料经预热或不经过预热，直接经急冷喷嘴雾化，与高温气化原料气混合后一同进入反应器反应。
15.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在进入所述的反应器的高温气化原料气管线上引入第三股来自装置外液态含氧化合物原料，该股原料为急冷原料，急冷原料经预热或不经过预热，直接经急冷喷嘴雾化，与高温气化原料气混合后一同进入反应器反应。
16.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在进入所述的反应器的高温气化原料气管线上引入第三股来自装置外液态含氧化合物原料，该股原料为急冷原料，急冷原料经预热或不经过预热，直接经急冷喷嘴雾化，与高温气化原料气混合后一同进入反应器反应。
17.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在进入所述的反应器的高温气化原料气管线上引入第三股来自装置外液态含氧化合物原料，该股原料为急冷原料，急冷原料经预热或不经过预热，直接经急冷喷嘴雾化，与高温气化原料气混合后一同进入反应器反应。
18.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在进入所述的反应器的高温气化原料气管线上引入第三股来自装置外液态含氧化合物原料，该股原料为急冷原料，急冷原料经预热或不经过预热，直接经急冷喷嘴雾化，与高温气化原料气混合后一同进入反应器反应。
19.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：在进入所述的反应器的高温气化原料气管线上引入第三股来自装置外液态含氧化合物原料，该股原料为急冷原料，急冷原料经预热或不经过预热，直接经急冷喷嘴雾化，与高温气化原料气混合后一同进入反应器反应。
20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述的急冷喷嘴，安装在原料进料管线上，靠近反应器入口；急冷喷嘴数量可以为一个、两个或多个，呈均匀布置，进料管线中雾化的液体颗粒粒径小于60微米。
21.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述的急冷喷嘴，安装在原料进料管线上，靠近反应器入口；急冷喷嘴数量可以为一个、两个或多个，呈均匀布置，进料管线中雾化的液体颗粒粒径小于60微米。
22.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：所述的急冷喷嘴，安装在原料进料管线上，靠近反应器入口；急冷喷嘴数量可以为一个、两个或多个，呈均匀布置，进料管线中雾化的液体颗粒粒径小于60微米。
23.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述的急冷喷嘴，安装在原料进料管线上，靠近反应器入口；急冷喷嘴数量可以为一个、两个或多个，呈均匀布置，进料管线中雾化的液体颗粒粒径小于60微米。
24.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述的急冷喷嘴，安装在原料进料管线上，靠近反应器入口；急冷喷嘴数量可以为一个、两个或多个，呈均匀布置，进料管线中雾化的液体颗粒粒径小于60微米。
25.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：所述的急冷喷嘴，安装在原料进料管线上，靠近反应器入口；急冷喷嘴数量可以为一个、两个或多个，呈均匀布置，进料管线中雾化的液体颗粒粒径小于60微米。
26.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：所述的急冷喷嘴，安装在原料进料管线上，靠近反应器入口；急冷喷嘴数量可以为一个、两个或多个，呈均匀布置，进料管线中雾化的液体颗粒粒径小于60微米。
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