CN103557597A - 一种mtp反应混合气热回收方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种MTP反应混合气热回收方法及系统，包括高压蒸汽发生的步骤，原料甲醇过热的步骤以及原料甲醇汽化的步骤，其中高压蒸汽发生的步骤利用MTP反应混合气高温过热段余热产生高压蒸汽；原料甲醇过热的步骤利用MTP反应混合气的中温过热段余热将原料甲醇过热到去反应单元所需的温度；原料甲醇汽化的步骤利用MTP反应混合气的低温过热段余热将原料甲醇完全汽化。本发明不仅能够有效提高MTP装置热回收系统的有效能效率，降低整个MTP装置的降耗，而且能够简化热回收系统的流程，减少设备数量。

Description

一种MTP反应混合气热回收方法及系统
技术领域
本发明涉及煤化工、天然气化工等领域，具体涉及一种MTP反应产物的热回收方法及系统。
背景技术
甲醇制丙烯（MTP）工艺是指以煤基或天然气基合成的甲醇为原料，通过催化反应，生产丙烯的化工工艺技术。MTP工艺提供了一种把具有低成本优势的原料(天然气或煤)转化为高附加值丙烯产品的途径。
德国鲁奇（Lurgi）公司的MTP工艺技术是世界上唯一实现工业化生产的甲醇制丙烯技术。2007年，Lurgi公司与神华宁煤集团签订了第一套MTP技术转让合同，设计规模为丙烯50万t/a。装置于2010年8月建成，并于2011年4月投产试运行成功。Lurgi的MTP技术是先将甲醇转化成二甲醚，配入适量的工艺蒸汽和循环C2/C4/C5/C6，采用德国南方提供的专有沸石催化剂MTP32，在460-480℃反应条件下，使混合物进一步转化成主要为丙烯同时得到副产物乙烯、液化石油气（LPG）、汽油以及燃料气等，丙烯的选择率达71%。MTP反应器采用中间冷激的固定床绝热反应器，以保证在相似的反应条件下得到最高的丙烯收率。
从MTP反应器出来的反应混合气温度高达480℃左右，而在进入烃压缩机之前温度要降低到40℃左右，因此充分合理的回收反应混合气的余热，对降低整个装置的能耗具有重要意义。从480℃到40℃的温度范围，可以分为两段：
①过热段。即高于露点的温度范围，从480℃到露点（约150℃）。过热段温度高，可以回收较高品位的热能。
②饱和段。即从露点温度到40℃。饱和段温度相对较低，只能回收较低品位的热能。
过热段温位高，可回收利用的价值远高于饱和段。本发明涉及的反应混合气余热回收仅针对过热段。
因原料甲醇进绝热式固定床DME反应器之前需要汽化并过热（需过热到260～280℃左右进DME反应器），因此可以利用反应混合气过热段余热来汽化原料甲醇。多余的余热还可以用来发生蒸汽。反应混合气在余热回收系统出口的温度须高于其露点并留一定余量（可留40℃余量，出口温度设为190℃），以防止设备发生露点腐蚀。
从现有的鲁奇MTP流程来看，其反应混合气余热回收系统不尽合理，不仅有效能效率偏低，而且流程复杂，设备数量多。鲁奇余热回收系统（见附图1）设置三段换热盘管，其中第一、三段盘管都用于甲醇汽化（温度159℃），二段用于发生中压蒸汽（3.4MPa，241℃），汽化后的甲醇蒸汽通入蒸汽发生器的盘管中过热到194℃后送出。但因DME反应器入口要求甲醇蒸汽温度为260～280℃，还要额外设置一台甲醇过热器，用高压蒸汽继续过热到所需温度。鲁奇余热回收系统不仅没有将甲醇过热到所需温度，而且发生的蒸汽品位较低，没有实现能量的合理利用、逐级利用，这也是整个MTP装置的能耗偏高的重要因素之一。
因此，迫切需要对现有MTP反应混合气余热回收系统进行改进，以更合理的回收余热，得到有效能效率更高、流程更简单、设备数量少的MTP反应混合气余热回收系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种有效能效率更高、流程更简单、设备数量少的MTP反应混合气余热回收方法和系统。
本发明一种MTP反应混合气热回收方法，包括（1）高压蒸汽发生的步骤；（2）原料甲醇过热的步骤；（3）原料甲醇汽化的步骤，其中：
所述（1）步骤中，利用MTP反应混合气的高温过热段余热发生高压蒸汽，所述发生高压蒸汽的压力范围为8.5～10.5MPa；
所述（2）步骤中，利用MTP反应混合气的中温过热段余热将原料甲醇过热到去反应单元所需的温度，所述甲醇过热温度范围为260～280℃；
所述（3）步骤中，利用MTP反应混合气的低温过热段余热将原料甲醇完全汽化，所述甲醇汽化压力范围为1.5～1.9MPa；
所述（1）、（2）、（3）步骤按照MTP反应混合气的流向依次进行。
本发明一种MTP反应混合气热回收方法，其中在装置开车阶段，原料甲醇的汽化采用中压蒸汽作为热源，蒸汽压力范围为3.0～4.0Mpa。
本发明一种MTP反应混合气热回收系统，包括MTP反应混合气烟道、汽包、甲醇汽化罐、辅助甲醇汽化器、高压蒸汽发生器、甲醇过热器和甲醇汽化器，其特征在于：所述高压蒸汽发生器、所述甲醇过热器和所述甲醇汽化器按MTP反应混合气的流向依次布置在所述MTP反应混合气烟道中；所述汽包出水口和所述高压蒸汽发生器进水口相通，所述高压蒸汽发生器蒸汽出口连接所述汽包蒸汽入口，所述汽包蒸汽出口连到高压蒸汽去管网；所述甲醇汽化罐出液口和所述甲醇汽化器进液口相通，所述甲醇汽化器出汽口连接所述甲醇汽化罐进汽口，所述甲醇汽化罐出汽口与所述甲醇过热器进口相通，所述甲醇过热器出口连通去反应单元；所述辅助甲醇汽化器插入所述甲醇汽化器。
本发明一种MTP反应混合气热回收系统，其中所述高压蒸汽发生器、所述甲醇过热器和所述甲醇汽化器为换热盘管。
本发明一种MTP反应混合气热回收方法和系统，按照能量合理利用、逐级利用的原则，按反应混合气余热品位的高低，依次用于高压蒸汽发生、甲醇过热、和甲醇汽化器，不仅可以更合理的回收余热，将热回收过程的有效能效率提高4～5个百分点，而且可以直接将原料甲醇过热到下游反应所需温度，不需要额外设置甲醇过热器（用高压蒸汽加热），设备数量少，流程更简单。
附图说明
图1为现有（鲁奇）MTP反应混合气热回收方法流程示意图；
图2为本发明一种MTP反应混合气热回收方法流程示意图。
附图标记说明：1-MTP反应混合气烟道；2-第一甲醇汽化器；3-中压蒸汽发生器；4-汽包；5-第一甲醇过热器；6-第二甲醇汽化器；7-甲醇汽化罐；8-辅助甲醇汽化器；9-第二甲醇过热器；10-高压蒸汽发生器；11-甲醇过热器；12-甲醇汽化器。
具体实施方式
下面结合本发明具体的热回收方法和系统中装置的位置关系和连接关系进一步阐述本发明。
实施例1：50万吨/年丙烯规模的MTP装置，从MTP反应器产生的反应混合气温度480℃，经过热回收系统，温度降至190℃后送往下游，液态原料甲醇由107℃经汽化并过热到265℃去反应单元。
如图2所示为本发明MTP反应混合气热回收方法：从MTP反应器产生的高温反应混合气体进入MTP反应混合气烟道1，所述MTP反应混合气温度为480℃，MTP反应混合气烟道1内设有按MTP反应气的流向依次布置的高压蒸汽发生器10、甲醇过热器11和甲醇汽化器12，所述MTP反应混合气首先经过高压蒸汽发生器10，与此同时，汽包4内引入高压锅炉给水系统的原水，所述原水经汽包4的出水口进入高压蒸汽发生器10与经过的所述MTP反应混合气发生热质交换，一方面所述MTP反应混合气温度降低至358℃，另一方面产生高压蒸汽，所述高压蒸汽从高压蒸汽发生器10进入汽包4，所述高压蒸汽经汽包4的蒸汽出口进入到高压蒸汽去管网，发生高压蒸汽的压力8.5MPa；
通过高压蒸汽发生器10初步降温后，所述MTP反应混合气流向甲醇过热器11与从甲醇汽化罐7出汽口排出进入甲醇过热器11的甲醇蒸汽进行热质交换后，所述甲醇过热温度达到265℃后去反应单元，所述MTP反应混合气进一步降温至325℃；
通过甲醇过热器11进一步降温后，所述MTP反应混合气流向甲醇汽化器12，107℃的液态原料甲醇进入甲醇汽化罐7并经甲醇汽化罐7出液口进入到甲醇汽化器12，所述甲醇与所述MTP反应混合气进行热质交换，一方面产生甲醇蒸汽，所述甲醇蒸汽经甲醇汽化罐7出汽口进入到所述甲醇汽化罐7内后又经甲醇汽化罐7的出汽口进入到甲醇过热器11中，另一方面所述MTP反应混合气降温至190℃后流出MTP反应混合气烟道1，所述甲醇汽化压力为1.7Mpa。甲醇汽化罐7内的辅助甲醇汽化罐8用于部分原料甲醇的汽化，热源采用中压蒸汽压力为3.4MPa。
采用本发明一种MTP反应混合气热回收方法和系统，发生高压蒸汽的压力8.5MPa，甲醇过热温度265℃，甲醇汽化压力1.7Mpa，所述辅助甲醇汽化器提供全部甲醇汽化热的25%时，可以副产高压蒸汽（8.5Mpa，299℃，）90.0t/h，回收有效能23.67MW；液态原料甲醇由107℃经汽化并过热到265℃，回收有效能25.63MW；总回收有效能49.30MW。反应混合气体温度由480℃降至190℃所提供的有效能为57.30MW，辅助甲醇汽化中压蒸汽提供的有效能为6.99MW，总提供有效能为64.29MW。过程的有效能效率为49.30/64.29＝76.7％。
如图1所示为现有（鲁奇）MTP反应混合气余热回收方法：从MTP反应器产生的高温反应混合气体进入MTP反应混合气烟道1，所述MTP反应混合气温度为480℃，MTP反应混合气烟道1内设有按MTP反应气的流向依次布置的第一甲醇汽化器2、中压蒸汽发生器3和第二甲醇汽化器6，所述MTP反应混合气首先经过第一甲醇汽化器2，于此同时，甲醇汽化罐7内引入107℃的液态原料甲醇，所述液态原料甲醇经甲醇汽化罐7的出液口进入第一甲醇汽化器2与所述MTP反应混合气发生热质交换，一方面所述MTP反应混合气降温至457℃，另一方面所述原料甲醇汽化后又进入甲醇汽化罐7并经甲醇汽化罐7出汽口进入汽包4内的第一甲醇过热器5，所述原料甲醇经第一甲醇过热器5过热到194℃后进入第二甲醇过热器9与高压蒸汽换热后继续过热至265℃，所述高压蒸汽的压力为8.5MPa；
通过第一甲醇汽化器2初步降温后，所述MTP反应混合气流向中压蒸汽发生器3，与此同时，汽包4内引入中压锅炉给水系统的原水，所述原水通过汽包4的出液口进入中压蒸汽发生器3与所述MTP反应混合气进行热质交换，一方面所述MTP反应混合气进一步降温至299℃，另一方面，所述原水汽化后进入汽包4并经汽包4出汽口今日中压蒸汽去管网，所述中压蒸汽压力为3.4MPa；
通过中压蒸汽发生器3进一步降温后，所述MTP反应混合气流向第二甲醇汽化器6，107℃的液态原料甲醇进入甲醇汽化罐7并经甲醇汽化罐7出液口进入到第二甲醇汽化器6，所述甲醇与所述MTP反应混合气进行热质交换，一方面产生甲醇蒸汽，所述甲醇蒸汽经甲醇汽化罐7出汽口进入到所述甲醇汽化罐7内后又经甲醇汽化罐7的出汽口进入到汽包4内的第一甲醇过热器5，所述原料甲醇经第一甲醇过热器5过热到194℃后进入第二甲醇过热器9与高压蒸汽换热后继续过热至265℃，所述高压蒸汽的压力为8.5MPa，另一方面所述MTP反应混合气降温至190℃后流出MTP反应混合气烟道1，所述甲醇汽化压力为1.7Mpa；甲醇汽化罐7内的辅助甲醇汽化罐8用于部分原料甲醇的汽化，热源采用中压蒸汽压力为3.4MPa。
采用现有的MTP反应混合气余热回收方法，发生中压蒸汽的压力3.4MPa，甲醇过热温度194℃，甲醇汽化压力1.7Mpa，辅助甲醇汽化器提供全部甲醇汽化热的25%时，可以副产中压压蒸汽（3.4Mpa，241℃）98.4t/h，回收有效能24.05MW；液态原料甲醇由107℃经汽化并过热到265℃，回收有效能25.63MW；总回收有效能49.68MW。反应混合气体温度由480℃降至190℃所提供的有效能为57.30MW，辅助甲醇汽化中压蒸汽提供的有效能为6.99MW，第二甲醇过热器中高压蒸汽提供的有效能为4.19MW，总提供有效能为68.38MW。过程的有效能效率为49.68／68.48＝72.5％。
因此，在该实施例所述工业操作条件下，本发明一种MTP反应混合气热回收方法和系统，与现有技术相比，过程的有效能效率可以提高4.2个百分点。
实施例2：50万吨/年丙烯规模的MTP装置，从MTP反应器产生的反应混合气温度490℃，经过热回收系统，温度降至190℃后送往下游，液态原料甲醇由105℃经汽化并过热到275℃去反应单元。
如图2所示为本发明MTP反应混合气热回收方法：从MTP反应器产生的高温反应混合气体进入MTP反应混合气烟道1，所述MTP反应混合气温度为490℃，所述MTP反应混合气烟道1内设有按MTP反应气的流向依次布置的高压蒸汽发生器10、甲醇过热器11和甲醇汽化器12，所述MTP反应混合气首先经过所述高压蒸汽发生器10，与此同时，汽包4内引入高压锅炉给水系统的原水，所述原水经所述汽包4的出水口进入所述高压蒸汽发生器10与经过的所述MTP反应混合气发生热质交换，一方面所述MTP反应混合气温度降低至361℃，另一方面产生高压蒸汽，所述高压蒸汽从所述高压蒸汽发生器10进入所述汽包4，所述高压蒸汽经所述汽包4的蒸汽出口进入到高压蒸汽去管网，发生高压蒸汽的压力10.5MPa；
通过所述高压蒸汽发生器10初步降温后，所述MTP反应混合气流向所述甲醇过热器11与从甲醇汽化罐7出汽口排出进入所述甲醇过热器11的甲醇蒸汽进行热质交换后，所述甲醇过热温度达到275℃后去反应单元，所述MTP反应混合气进一步降温至325℃；
通过所述甲醇过热器11进一步降温后，所述MTP反应混合气流向所述甲醇汽化器12，105℃的液态原料甲醇进入甲醇汽化罐7并经甲醇汽化罐7出液口进入到甲醇汽化器12，所述甲醇与所述MTP反应混合气进行热质交换，一方面产生甲醇蒸汽，所述甲醇蒸汽经甲醇汽化罐7出汽口进入到甲醇汽化罐7内后又经甲醇汽化罐7的出汽口进入到甲醇过热器11中，另一方面所述MTP反应混合气降温至190℃后流出MTP反应混合气烟道1，所述甲醇汽化压力为1.8Mpa。其中当所述MTP反应混合气流经甲醇过热器11而未到达甲醇汽化器12时，甲醇汽化罐7内的辅助甲醇汽化罐8用于原料甲醇的汽化，使得甲醇蒸汽从甲醇汽化罐7出汽口进入甲醇过热器11中，热源采用中压蒸汽压力为3.4MPa。
采用本发明一种MTP反应混合气热回收方法和系统，发生高压蒸汽的压力10.5MPa，甲醇过热温度275℃，甲醇汽化压力1.8Mpa，辅助甲醇汽化器提供全部甲醇汽化热的25%时，可以副产高压蒸汽（10.5Mpa，315℃）96.7t/h，回收有效能25.43MW；液态原料甲醇由105℃经汽化并过热到275℃，回收有效能26.47MW；总回收有效能51.90MW。反应混合气体温度由490℃降至190℃所提供的有效能为59.92MW，辅助甲醇汽化中压蒸汽提供的有效能为7.03MW，总提供有效能为66.95MW。过程的有效能效率为51.90/66.95＝77.5％。
如图1所示为现有（鲁奇）MTP反应混合气余热回收方法：从MTP反应器产生的高温反应混合气体进入MTP反应混合气烟道1，所述MTP反应混合气温度为490℃，MTP反应混合气烟道1内设有按MTP反应气的流向依次布置的第一甲醇汽化器2、中压蒸汽发生器3和第二甲醇汽化器6，所述MTP反应混合气首先经过第一甲醇汽化器2，与此同时，甲醇汽化罐7内引入105℃的液态原料甲醇，所述液态原料甲醇经甲醇汽化罐7的出液口进入第一甲醇汽化器2与所述MTP反应混合气发生热质交换，一方面所述MTP反应混合气降温至467℃，另一方面所述原料甲醇汽化后又进入甲醇汽化罐7并经甲醇汽化罐7出汽口进入汽包4内的第一甲醇过热器5，所述原料甲醇经第一甲醇过热器5过热到194℃后进入第二甲醇过热器9与高压蒸汽换热后继续过热至265℃，所述高压蒸汽的压力为10.5MPa；
通过第一甲醇汽化器2初步降温后，所述MTP反应混合气流向中压蒸汽发生器3，与此同时，汽包4内引入中压锅炉给水系统的原水，所述原水通过汽包4的出液口进入中压蒸汽发生器3与所述MTP反应混合气进行热质交换，一方面所述MTP反应混合气进一步降温至299℃，另一方面，所述原水汽化后进入汽包4并经汽包4出汽口今日中压蒸汽去管网，所述中压蒸汽压力为3.4MPa；
通过中压蒸汽发生器3进一步降温后，所述MTP反应混合气流向第二甲醇汽化器6，105℃的液态原料甲醇进入甲醇汽化罐7并经甲醇汽化罐7出液口进入到第二甲醇汽化器6，所述甲醇与所述MTP反应混合气进行热质交换，一方面产生甲醇蒸汽，所述甲醇蒸汽经甲醇汽化罐7出汽口进入到所述甲醇汽化罐7内后又经甲醇汽化罐7的出汽口进入到汽包4内的第一甲醇过热器5，所述原料甲醇经第一甲醇过热器5过热到194℃后进入第二甲醇过热器9与高压蒸汽换热后继续过热至265℃，所述高压蒸汽的压力为10.5MPa，另一方面所述MTP反应混合气降温至190℃后流出MTP反应混合气烟道1，所述甲醇汽化压力为1.8Mpa；甲醇汽化罐7内的辅助甲醇汽化罐8用于部分原料甲醇的汽化，热源采用中压蒸汽压力为3.4MPa。
采用现有的MTP反应混合气余热回收方法，发生中压蒸汽的压力3.4MPa，甲醇过热温度194℃，甲醇汽化压力1.8Mpa，辅助甲醇汽化器提供全部甲醇汽化热的25%时，可以副产中压压蒸汽（3.4Mpa，241℃）106.7t/h，回收有效能26.07MW；液态原料甲醇由105℃经汽化并过热到275℃，回收有效能26.47MW；总回收有效能52.54MW。反应混合气体温度由490℃降至190℃所提供的有效能为59.92MW，辅助甲醇汽化中压蒸汽提供的有效能为7.03MW，第二甲醇过热器中高压蒸汽提供的有效能为4.94MW，总提供有效能为71.89MW。过程的有效能效率为52.54/71.89＝73.1％。
因此，在该实施例所述工业操作条件下，本发明一种MTP反应混合气热回收方法和系统，与现有技术相比，过程的有效能效率可以提高4.4个百分点。
实施例3：如图2所示，本发明一种MTP反应混合气热回收系统，包括MTP反应混合气烟道1、汽包4、甲醇汽化罐7、辅助甲醇汽化器8、高压蒸汽发生器10、甲醇过热器11和甲醇汽化器12，高压蒸汽发生器10、甲醇过热器11和甲醇汽化器12按MTP反应混合气的流向依次布置在述MTP反应混合气烟道1中；汽包4出水口和高压蒸汽发生器10进水口相通，高压蒸汽发生器10蒸汽出口连接汽包4蒸汽入口，汽包4蒸汽出口连到高压蒸汽去管网；甲醇汽化罐7出液口和甲醇汽化器12进液口相通，甲醇汽化器12出汽口连接甲醇汽化罐7进汽口，甲醇汽化罐7出汽口与甲醇过热器11进口相通，甲醇过热器11出口连通去反应单元；辅助甲醇汽化器8插入甲醇汽化器7。其中汽包4设有排污出口，高压蒸汽发生器10、甲醇过热器11和甲醇汽化器12为换热盘管。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种MTP反应混合气热回收方法，包括（1）高压蒸汽发生的步骤；（2）原料甲醇过热的步骤；（3）原料甲醇汽化的步骤，其特征在于：
所述（1）步骤中，利用MTP反应混合气的高温过热段余热发生高压蒸汽，所述发生高压蒸汽的压力范围为8.5～10.5MPa；
所述（2）步骤中，利用MTP反应混合气的中温过热段余热将原料甲醇过热到去反应单元所需的温度，所述甲醇过热温度范围为260～280℃；
所述（3）步骤中，利用MTP反应混合气的低温过热段余热将原料甲醇完全汽化，所述甲醇汽化压力范围为1.5～1.9MPa；
所述（1）、（2）、（3）步骤按照MTP反应混合气的流向依次进行。
2.一种MTP反应混合气热回收系统，包括MTP反应混合气烟道（1）、汽包（4）、甲醇汽化罐（7）、辅助甲醇汽化器（8）、高压蒸汽发生器（10）、甲醇过热器（11）和甲醇汽化器（12），其特征在于：所述高压蒸汽发生器（10）、所述甲醇过热器（11）和所述甲醇汽化器（12）按MTP反应混合气的流向依次布置在所述MTP反应混合气烟道（1）中；所述汽包（4）出水口和所述高压蒸汽发生器（10）进水口相通，所述高压蒸汽发生器（10）蒸汽出口连接所述汽包（4）蒸汽入口，所述汽包（4）蒸汽出口连到高压蒸汽去管网；所述甲醇汽化罐（7）出液口和所述甲醇汽化器（12）进液口相通，所述甲醇汽化器（12）出汽口连接所述甲醇汽化罐（7）进汽口，所述甲醇汽化罐（7）出汽口与所述甲醇过热器（11）进口相通，所述甲醇过热器（11）出口连通去反应单元；所述辅助甲醇汽化器（8）插入所述甲醇汽化器（12）。
3.根据权利要求2所述的MTP反应混合气热回收系统，其特征在于：所述高压蒸汽发生器（10）、所述甲醇过热器（11）和所述甲醇汽化器（12）为换热盘管。
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