CN103708989A - 一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了化工生产装置领域内的一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统，其结构主要包括进料汽化器、进料换热器、第一脱氢反应器、第二脱氢反应器、废热锅炉、脱氢液冷却器、油水分离器，第一脱氢反应器和第二脱氢反应器串联连接，进料换热器设置在第二脱氢反应器底部，并与进料汽化器串联，废热锅炉则利用进料汽化器的余热生产蒸汽。该装置利用脱氢反应后的物料余热按温度分成不同梯度加热物料，同时还可以生产蒸汽，达到热能分配合理、高效利用的目的。

Description

一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统

技术领域

本发明涉及一种化工生产设备，特别涉及一种乙烯基甲苯生产装置。

背景技术

乙烯基甲苯是对位和间位异构体的混和物，熔点-82.5℃，沸点171.45℃。密度0.8970g/cm3，容易聚合，也能与其它单体共聚。 

英文名称： Vinyl Toluene 

分子量： 118.18 

分子式： C9H10 

结构式：　　 

                                                  

乙烯基甲苯常用于代替苯乙烯，为低毒低挥发单体，性质跟苯乙烯类似，用来制备树脂、塑料、橡胶和涂料等，可以提高树脂各项性能。广泛应用于树脂涂料、复合材料，乙烯基树脂及VPI绝缘浸渍漆中。 

现有技术中，乙烯基甲苯是利用如下两种方法进行制备的：其一，先用乙烯使甲苯烃化生成乙基甲苯三种异构体的混合物，然后分去邻位异构体，再脱氢而得。 在脱氢过程中需要用到脱氢反应器，脱氢反应中还需要消耗大量的热能及水蒸气，如何合理配置反应器及换热器，使其能更合理利用热能资源，成为行业内急需解决的技术问题。其二为，先使甲苯与乙炔反应生成二甲苯基乙烷，然后热裂而得。其不足之处在于：乙烯常温为危险气体，设备要求高，安全性能差；使用乙炔反应的收率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统，使其能合理利用生产过程中的热能及蒸汽，以降低能耗，同时减少排放。

本发明的目的是这样实现的：一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统，包括：

进料汽化器：用于加热甲乙苯使之汽化；其管程进口连接甲乙苯原料输送管及管网蒸汽支管；

进料换热器：直立设置并连接在第二脱氢反应器的底部，其管程顶部与第二脱氢反应器内腔相连，其底部的管程出口连接至进料汽化器的壳程进口；进料汽化器管程出口连接至进料换热器的壳程进口；

第一脱氢反应器：进料换热器的壳程出口与蒸汽加热炉的蒸汽出口管路一起连接在第一脱氢反应器顶部，第一脱氢反应器底部出口与第一脱氢换热器的管程进口相连，所述第一脱氢换热器的壳程与蒸汽加热炉的蒸汽管路相连；

第二脱氢反应器：其底部与进料换热器的管程直接通连；其顶部与第一脱氢换热器的管程出口相连；

废热锅炉：其壳程两端与汽包相连，汽包的出气口连接至蒸汽加热炉的蒸汽进口；废热锅炉的管程进口与进料汽化器壳程出口相连，废热锅炉的管程出口连接至脱氢液冷却器的管程进口；

脱氢液冷却器：卧式设置，其管程出口分为上下两路，脱氢液冷却器的管程出口向下一路连接至油水分离器下侧进液口，脱氢液冷却器的管程出口向上一路连接至气液分离器，气液分离器顶部连接真空泵进口；

油水分离器：油水分离器上部设有溢流管连接至脱氢液储罐，油水分离器下侧的出水口经倒U形的出水管连接至工艺水储罐，所述倒U形的出水管顶部高度低于溢流管的高度。

本发明将脱氢反应分成两级进行，第一脱氢反应器和第二脱氢反应器中以钼和铈作为催化剂，第一脱氢反应器脱氢后的物料再次升温后送入第二脱氢反应器进行脱氢反应，在第一脱氢反应器中，蒸汽和甲乙苯有混合、温度平衡、压力平衡的过程，但其脱氢反应不够彻底，而进入第二脱氢反应器中时，物料的温度、压力相对稳定、均匀，可保证脱氢反应充分进行，其转化率达50%以上。蒸汽加热炉来的蒸汽，不仅可用于加热反应物料，同时提供适当的蒸汽分压，使得脱氢反应能在特定的压力下进行；反应物料的余热可以用来加热原料，加热原料后的余热还可以用来生产蒸汽，该蒸汽可进一步送入蒸汽加热炉加热后，作为传热介质使用。脱氢反应后的物料通过后续的精馏可以将乙烯基甲苯进一步分离提纯，该装置配置合理，充分利用了反应余热，同时，使得排放很少或没有排放。该装置专用于乙烯基甲苯的工业化生产中。

为保证系统内的压力平衡且能维持一定的真空度，所述脱氢液冷却器和气液分离器之间旁通连接有真空水封罐，真空水封罐的位置低于脱氢液冷却器和气液分离器。

为进一步保证真空泵工作可靠，所述真空泵出口连接至尾气缓冲罐，尾气缓冲罐出口连接至立式设置的氢气尾冷器顶部的管程进口，氢气尾冷器底部的管程出口有两路，一路为向上的氢气排出管道，另一路为向下连接到油水分离器进口的排液管道。尾气缓冲罐提供一个容腔，使压力波动小。

为进一步达到节能效果，所述蒸汽加热炉包括炉体，炉体下部分隔成并列设置的燃烧室一和燃烧室二，燃烧室一和燃烧室二之间的下部经隔墙隔开，燃烧室一和燃烧室二之间的上部连通，燃烧室一和燃烧室二之间的上部设有蒸汽预热器；蒸汽预热器的进口有两路，一路与管网蒸汽相连，另一路与汽包相连；蒸汽预热器与燃烧室一内设置的吸热盘管一相连，吸热盘管一的出口经第一脱氢换热器的壳程后与燃烧室二内设置的吸热盘管二的进口相连，吸热盘管二的出口连接第一脱氢反应器。该技术方案中，汽包的蒸汽可再次循环进入蒸汽预热器被再次利用，使余热利用更充分。 

作为本发明的进一步改进，燃烧室一和燃烧室二上的燃烧器的进口有两路，一路接通天然气，另一路与所述氢气排出管道接通。该方案使反应产生的氢气及少量其他不凝的可燃气体作为燃料燃烧，降低了排放。为进一步保证安全，防止氢气低压时造成回火，所述氢气排出管道上设有安全水封罐。

作为本发明的进一步改进，所述甲乙苯原料储存在甲乙苯储罐中，甲乙苯储罐的出料口经排液泵连接原料预热器，原料预热器的出口连接至进料汽化器的管程进口。原料预热器的可采用管网蒸汽或随后的分馏过程中的蒸汽回水作为热源进行加热。

对于油水分离器，其可以采用如下结构：该油水分离器包括壳体，壳体底部设有锥形底，出水口设置在锥形底的底部，油水分离器内部设有锥形的扩散器，扩散器内底部与所述进液口相连。进一步地，所述倒U形的出水管顶部设有连接壳体内气相空间的平衡管。该平衡管可维持压力平衡，方便出水。

附图说明

图1为本发明的工作流程图。

图2为蒸汽加热炉的结构示意图。

图3为油水分离器结构示意图。

其中，D108天然气缓冲罐，F101蒸汽加热炉，D107安全水封罐，R101第一脱氢反应器，E102第一脱氢换热器，E103进料换热器，R102第二脱氢反应器，E101进料汽化器，E104废热锅炉，E105脱氢液冷却器，D106 汽包，D101油水分离器，D103真空水封罐，D104气液分离器，M101真空泵，P101脱氢液泵，D105尾气缓冲罐，E106氢气尾冷器，D102脱氢液储罐，P102排液泵，D001甲乙苯储罐，D501原料预热器，1蒸汽预热器，2燃烧器二，3吸热盘管二，4燃烧室二，5隔墙，6吸热盘管一，7炉体，8燃烧室一，9燃烧器一，10平衡管，11倒U形的出水管，12溢流管，13油水分离器壳体，14进液扩散器，15进液口，16锥形底，17出水口。

具体实施方式

如图所示，为一种乙烯基甲苯生产中的脱氢装置，其结构主要包括：

甲乙苯储罐D001：用于存放甲乙苯原料，甲乙苯储罐D001的出料口经排液泵P102连接原料预热器D501，原料预热器D501的出口经甲乙苯原料输送管连接至进料汽化器E101的管程进口。

进料汽化器E101：用于加热甲乙苯原料使之汽化；其管程进口连接甲乙苯原料输送管及管网蒸汽支管。

进料换热器E103：直立设置并连接在第一脱氢反应器R102的底部，其管程顶部与第一脱氢反应器R102内腔相连，其管程底部连接至进料汽化器E101的壳程进口；进料汽化器E101的管程出口连接至进料换热器E103的壳程进口。

第一脱氢反应器R101：进料换热器E103的壳程出口与蒸汽加热炉F101的蒸汽出口管路一起连接在第一脱氢反应器R101顶部，第一脱氢反应器R101底部出口与第一脱氢换热器E102的管程进口相连，所述第一脱氢换热器E102的壳程与蒸汽加热炉F101的蒸汽管路相连。

第二脱氢反应器R102：其底部与进料换热器E103的管程直接通连；其顶部与第一脱氢换热器E102的管程出口相连。

废热锅炉E104：其壳程两端与汽包D106相连，汽包D106的出气口连接至蒸汽加热炉F101的蒸汽进口；废热锅炉的管程进口与进料汽化器E101壳程出口相连，废热锅炉的管程出口连接至脱氢液冷却器E105的管程进口。

脱氢液冷却器E105：卧式设置，其管程出口分为上下两路，脱氢液冷却器E105的管程出口向下一路连接至油水分离器D101，脱氢液冷却器E105的管程出口向上一路连接至气液分离器D104，气液分离器D104顶部连接真空泵M101进口；脱氢液冷却器E105和气液分离器D104之间旁通连接有真空水封罐D103，真空水封罐D103的位置低于脱氢液冷却器E105和气液分离器D104的位置。

油水分离器D101：立式设置，包括壳体13，壳体13底部设有锥形底16，出水口17设置在锥形底16的底部，油水分离器D101上部设有溢流管12连接至脱氢液储罐D102，脱氢液冷却器E105的向下一路管程出口连接油水分离器D101下侧的进液口15，油水分离器下侧的出水口17经倒U形的出水管11连接至工艺水储罐，该倒U形的出水管11顶部高度低于溢流管12的高度；壳体13内部还设有锥形的扩散器14，扩散器14内底部与所述进液口15相连，倒U形的出水管10的顶部还设有连接壳体内气相空间的平衡管10。

真空泵M101及氢气尾冷器E106：真空泵M101出口连接至尾气缓冲罐D105，尾气缓冲罐D105出口连接至立式设置的氢气尾冷器E106的管程进口，氢气尾冷器E106的管程出口有两路，一路为向上的氢气排出管道，另一路为向下连接到油水分离器D101进液口15的排液管道。真空泵M101采用水环泵，尾气缓冲罐D105底部与水环泵相连，用液体密封并形成真空。

蒸汽加热炉F101：包括炉体7，炉体7下部分隔成并列设置的燃烧室一8和燃烧室二4，燃烧室一8和燃烧室二4之间的下部经隔墙5隔开，燃烧室一8和燃烧室二4之间的上部连通，燃烧室一8和燃烧室二4之间的上部设有蒸汽预热器1，蒸汽预热器1的进口有两路，一路与管网蒸汽相连，另一路与汽包D106相连；蒸汽预热器1与燃烧室一8内设置的吸热盘管一6相连，吸热盘管一6的出口经第一脱氢换热器E102的壳程后与燃烧室二4内设置的吸热盘管二3的进口相连，吸热盘管二3的出口连接第一脱氢反应器R101，燃烧室一8和燃烧室二4上对应设有燃烧器，分别为燃烧器一9和燃烧器二2，燃烧器一9和燃烧器二2的进口有两路，一路经天然气缓冲罐D108接通天然气气源，另一路与氢气尾冷器E106顶部的氢气排出管道接通，该氢气排出管道上设有安全水封罐D107。

上述进料汽化器E101、第一脱氢换热器E102、进料换热器E103、废热锅炉E104、脱氢液冷却器E105及氢气尾冷器E106均为管壳式换热器。

该装置工作时，纯度98~99%、温度90~110℃、压力0.26~0.30MPa的甲乙苯原料和压力0.75~0.85Mpa的管网蒸汽按质量比10~20混合进入进料汽化器E101中，经进料汽化器E101加热使甲乙苯汽化，温度达到150℃、压力达到0.26~0.30Mpa，然后，物料进入进料换热器E103中，与脱氢反应后的物料换热，温度上升到480~520℃，随后物料与蒸汽加热炉F101来的温度730~760℃的过热蒸汽混合进入第一脱氢反应器R101中，进入第一脱氢反应器R101中的甲乙苯原料和蒸汽的质量比为：2.5~5；在第一脱氢反应器R101中进行初级脱氢反应，生成的物料温度下降到530~550℃、压力0.055~0.065MPa，然后，物料经第一脱氢换热器E102再次加热到600~650℃后进入第一脱氢反应器R102，在第一脱氢反应器R102内进行次级脱氢反应，使脱氢更加彻底，转化率达到45~55%，在第一脱氢反应器R101和第一脱氢反应器R102中，脱氢催化剂采用铁系催化剂进行催化反应；反应后的物料经进料换热器E103、进料汽化器E101、废热锅炉E104后，温度下降到170~190℃，在进入脱氢液冷凝器冷凝降温到40~50℃，部分气体凝结成液体后进入油水分离器D101，不凝气体如氢气、少量的芳烃等经真空泵M101抽走，再经氢气尾冷器E106尾冷，进一步将不凝气体中夹带的可凝液体去除，然后，不凝气体送入蒸汽加热炉F101作为燃料燃烧耗净；在油水分离器D101中，底部沉积的水送入工艺水储罐中，可再次作为蒸汽加热炉F101的工质循环使用，上部分离的甲乙苯、乙烯基甲苯等物质经溢流管流入脱氢液储罐D102中储存，可通过进一步的精馏将其中的乙烯基甲苯分离出来。

上述工作过程中，换热流程设计是达到节能效果的主要措施，饱和的管网蒸汽从蒸汽预热器1进入，燃烧室一8和燃烧室二4的烟气首先将蒸汽预热器1中的蒸汽加温，然后，蒸汽进一步在吸热盘管一6中被加温到700～750℃，再送到第一脱氢换热器E102中，对物料加温，使用后的蒸汽再次回到燃烧室二4内的吸热盘管二3中，经再次升温到700～750℃后向第一脱氢反应器R101中供入蒸汽，该蒸汽在脱氢反应中提供一定的蒸汽分压，保证脱氢反应在适当的压力条件下进行，燃烧器燃烧所需燃料一方面可用天然气，另一方面可将反应生成的氢气及少量芳烃燃烧，并将燃烧时产生的热量用于加热蒸汽，达到减少排放、回收热能的目的，可节约能源。换热过程中，进入蒸汽预热器1的蒸汽还可以通过废热锅炉E104的汽包D106供给，废热锅炉E104利用的是反应后物料的余热，此外，物料反应后的余热在进入废热锅炉前还用于将物料汽化并进一步升温到480~520℃，通过进料汽化器E101和进料换热器E103的两级串联设计，将带有混合、汽化的过程独立开来，避免汽化时剧烈的蒸腾作用夹带低温的液体颗粒，造成换热不均，同时，将物料的余热按温度分成不同梯度多级利用，达到热能分配合理、高效利用的目的。

一般而言，管壳式换热器的管程和壳程可以互换，在选择物料或工质走管程和壳程时，需考虑物料会不会因聚合反应堵塞管道，堵塞后清理是否方便，因此，本发明中，反应物料走管程是一个原则，除非原料同时经过同一换热器的管程和壳程。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统，其特征在于包括

进料汽化器：用于加热甲乙苯使之汽化；其管程进口连接甲乙苯原料输送管及管网蒸汽支管；

进料换热器：直立设置并连接在第二脱氢反应器的底部，其管程顶部与第二脱氢反应器内腔相连，其底部的管程出口连接至进料汽化器的壳程进口；进料汽化器管程出口连接至进料换热器的壳程进口；

第一脱氢反应器：进料换热器的壳程出口与蒸汽加热炉的蒸汽出口管路一起连接在第一脱氢反应器顶部，第一脱氢反应器底部出口与第一脱氢换热器的管程进口相连，所述第一脱氢换热器的壳程与蒸汽加热炉的蒸汽管路相连；

第二脱氢反应器：其底部与进料换热器的管程直接通连；其顶部与第一脱氢换热器的管程出口相连；

废热锅炉：其壳程两端与汽包相连，汽包的出气口连接至蒸汽加热炉的蒸汽进口；废热锅炉的管程进口与进料汽化器壳程出口相连，废热锅炉的管程出口连接至脱氢液冷却器的管程进口；

脱氢液冷却器：卧式设置，其管程出口分为上下两路，脱氢液冷却器的管程出口向下一路连接至油水分离器下侧进液口，脱氢液冷却器的管程出口向上一路连接至气液分离器，气液分离器顶部连接真空泵进口；

油水分离器：油水分离器上部设有溢流管连接至脱氢液储罐，油水分离器下侧的出水口经倒U形的出水管连接至工艺水储罐，所述倒U形的出水管顶部高度低于溢流管的高度。

2.根据权利要求1所述的一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统，其特征在于：所述气液分离器和脱氢液冷却器之间旁通连接有真空水封罐，真空水封罐的位置低于脱氢液冷却器和气液分离器的位置。

3.根据权利要求1所述的一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统，其特征在于：所述真空泵出口连接至尾气缓冲罐，尾气缓冲罐出口连接至立式设置的氢气尾冷器顶部的管程进口，氢气尾冷器底部的管程出口有两路，一路为向上的氢气排出管道，另一路为向下连接到油水分离器进口的排液管道。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统，其特征在于：所述蒸汽加热炉包括炉体，炉体下部分隔成并列设置的燃烧室一和燃烧室二，燃烧室一和燃烧室二之间的下部经隔墙隔开，燃烧室一和燃烧室二之间的上部连通，燃烧室一和燃烧室二之间的上部设有蒸汽预热器，蒸汽预热器的进口有两路，一路与管网蒸汽相连，另一路与所述汽包相连；蒸汽预热器与燃烧室一内设置的吸热盘管一相连，吸热盘管一的出口经第一脱氢换热器的壳程后与燃烧室二内设置的吸热盘管二的进口相连，吸热盘管二的出口连接第一脱氢反应器。

5.根据权利要求4所述的一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统，其特征在于：燃烧室一和燃烧室二上的燃烧器的进口有两路，一路接通天然气，另一路与所述氢气排出管道接通。

6.根据权利要求5所述的一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统，其特征在于：所述氢气排出管道上设有安全水封罐。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统，其特征在于：所述甲乙苯原料储存在甲乙苯储罐中，甲乙苯储罐的出料口经排液泵连接原料预热器，原料预热器的出口连接至进料汽化器的管程进口。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统，其特征在于：所述油水分离器包括壳体，壳体底部设有锥形底，所述出水口设置在锥形底的底部，油水分离器内部设有锥形的扩散器，扩散器内底部与所述进液口相连。

9.根据权利要求8所述的一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统，其特征在于：所述倒U形的出水管顶部设有连接壳体内气相空间的平衡管。

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