CN103833592B - 一种丙烯腈生产装置中的物流热量回收工艺及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种丙烯腈生产装置中的物流热量回收工艺，包括以下步骤：从吸收塔侧线采出具有第一温度的物流；通过吸收塔侧线循环泵将物流泵入到氨蒸发器中；通过氨蒸发器将第一温度的物流冷却至第二温度；通过丙烯蒸发器将第二温度的物流冷却至第三温度；以及通过冷却器将第三温度的物流冷却至第四温度。通过本发明提供的物流热量回收工艺，可以显著降低丙烯蒸发器和S5物流管线发生冻堵的概率，增大了丙烯腈装置生产的安全性；并且还显著增大了氨蒸发器和丙烯蒸发器的有效传热温差，减小了需要的换热面积，降低了设备的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种物流热量回收工艺及其装置，具体地，涉及一种丙烯腈生产装置中的物流热量回收工艺及其装置。
背景技术
丙烯腈是基本的有机化工产品，是三大合成材料-合成纤维、合成橡胶、塑料的基本原料，在日常生活的方方面面都可以见到以其为单体合成的各种化工材料。近年来石化工业的迅猛发展，提供了大量生产丙烯腈的原料。丙烯腈在传统应用的基础上，在精细化工和深加工领域也取得飞快发展，不断开发出新的应用领域。
目前世界上超过95%的丙烯腈生产采用氨、丙烯氧化法。目前我国（包括台湾）丙烯腈生产企业有12家，生产装置有16套，截止2012年我国年生产丙烯腈约180万吨。
目前国内丙烯腈生产装置均采用氨、丙烯氧化法，其回收精制流程由急冷塔、吸收塔、回收塔、乙腈塔、脱氰塔和成品塔6塔构成。目前国内丙烯腈装置主要通过氨蒸发器中氨的汽化、丙烯蒸发器中丙烯的汽化回收吸收塔侧线采出物流的热量，多余热量通过吸收塔侧线冷却器使用0℃冷冻水移出。具体工艺流程为，吸收塔侧线采出物流初始温度为28℃，经吸收塔侧线冷却器冷却至约18℃，后经氨蒸发器冷却至约9℃，再经丙烯汽化器冷却至约4℃后返回吸收塔中段。
然而，该工艺流程存在的主要问题为：
1、进入氨蒸发器的侧线采出物流温度为18℃，氨蒸发器中氨进料条件为0.35MPaG，5℃；进入丙烯蒸发器的侧线采出物流温度为9℃，丙烯蒸发器中丙烯进料条件为0.47MPaG，0℃，可看出，氨蒸发器和丙烯蒸发器冷热物流进口温度差小，经核算，氨蒸发器有效平均温差6.3℃，丙烯蒸发器有效传热温差5.5℃，造成氨蒸发器和丙烯蒸发器换热推动力小，需要换热面积较大，增加了设备制造成本；
2、吸收塔侧线采出物流主要成分为98.98%wt的水，其余组分为丙烯腈反应器中生成的重组分，该物流经丙烯汽化器冷却至约4℃，导致物流温度接近冰点0℃，易造成丙烯蒸发器换热管冻堵，成为丙烯腈装置生产安全的隐患。
因此，开发一种换热面积小、有效传热温差大、制造成本较低的丙烯腈生产装置中的吸收塔侧线采出物流热量回收工艺十分必要。
发明内容
针对现有技术中的丙烯腈生产装置中的吸收塔侧线采出物流热量回收工艺中换热面积较大、有效传热温差较小而制造成本较高的缺陷，本发明提供了一种换热面积小、有效传热温差大、制造成本较低的丙烯腈生产装置中的吸收塔侧线采出物流热量回收工艺及其装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种丙烯腈生产装置中的物流热量回收工艺，其包括以下步骤：从丙烯腈生产装置中的吸收塔侧线采出温度为28℃的物流；通过吸收塔侧线循环泵将该物流泵入到氨蒸发器中；通过氨蒸发器将28℃的该物流冷却至20～22℃；通过丙烯蒸发器将20～22℃的该物流冷却至14～16℃；以及通过冷却器将14～16℃的该物流冷却至3～6℃。其中上述冷却器为靠近吸收塔布置的吸收塔侧线冷却器，冷却器中冷冻水上水温度为0℃，冷冻水回水温度为5℃；并且以重量百分比计，物流中包括98.98%的水。
由于有效温差与换热器冷热物流进出口温度及换热器结构有关，在本发明中，根据各换热器冷侧物流温度及热负荷，通过优化物流与各换热器换热的序列，显著增大了氨蒸发器和丙烯蒸发器的有效传热温差；并且通过丙烯蒸发器将20～22℃的物流冷却至14～16℃，显著降低了丙烯蒸发器换热管发生冻堵的可能性；并且通过使冷却器靠近吸收塔布置，减少了低温管线的长度，可以降低冷却器的物流管线出现冻堵的概率。
在上述工艺中，在通过冷却器将14～16℃的物流冷却至3～6℃的步骤之后，该工艺进一步包括：使该物流返回至吸收塔。
根据本发明的另一方面，提供了一种应用于上述工艺中的物流热量回收装置，该装置包括：
循环泵，与吸收塔侧线连接，用于将28℃的物流从吸收塔泵出；
氨蒸发器，与循环泵连接，用于将28℃的物流冷却至20～22℃；
丙烯蒸发器，与氨蒸发器连接，用于将20～22℃的物流冷却至14～16℃；以及
冷却器，与丙烯蒸发器连接，用于将14～16℃的物流冷却至3～6℃。在该装置中，冷却器为靠近吸收塔布置的吸收塔侧线冷却器，通过该冷却器将冷却后的3～6℃的物流返回至吸收塔，并且冷却器中冷冻水上水温度为0℃，冷冻水回水温度为5℃。
本发明提供的上述工艺具有以下有益效果：本发明一方面通过优化氨蒸发器、丙烯蒸发器和侧线冷却器与吸收塔侧线物流换热的次序，使物流依次流经氨蒸发器、丙烯蒸发器和吸收塔侧线冷却器，并且另一方面使吸收塔侧线冷却器靠近吸收塔布置，从而实现了丙烯蒸发器管程出口物流（水98.98%wt）温度从现有技术工艺中的4℃提高到14～16℃，显著降低了吸收塔侧线采出物流经氨蒸发器、丙烯蒸发器和吸收塔侧线冷却器回收热量后丙烯蒸发器和冷却器的物流管线发生冻堵的概率，使装置的运行更加稳定、安全和可靠，增大了丙烯腈装置生产的安全性；并且还显著增大了氨蒸发器和丙烯蒸发器的有效传热温差，减小了两台釜式蒸发器需要的换热面积，降低了设备的制造成本。本发明提供的新工艺中氨蒸发器的有效传热温差可达17.9℃，丙烯蒸发器有效传热温差可达17.8℃。
附图说明
图1为根据本发明的实施例1的丙烯腈装置吸收塔侧线采出物流热量回收工艺的示意性流程图；
E1 氨蒸发器；
E2 丙烯蒸发器；
E3 吸收塔侧线冷却器；
P1 吸收塔侧线循环泵；
TI 吸收塔；
S1 温度为28℃的物流；
S2 升压后的温度为28℃的物流；
S3 温度为20～22℃的物流；
S4 温度为14～16℃的物流；
S5 温度为3～6℃的物流；
LP 低压蒸汽；
SC 低压蒸汽凝液；
E31 冷冻水上水；
E32 冷冻水回水。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下将以年产26万吨丙烯腈装置的设计为例，阐述本发明的热量回收工艺。
实施例1
1、从吸收塔T1中段集液槽中侧线采出物流S1的操作条件及组成见表1。
表1
| 介质名称 | 单位 | S1 | 所占质量比例（%wt） |
| 乙腈 | kg/h | 0.5 | 0.0002 |
| 水 | kg/h | 262738.6 | 98.9828 |
| 重组分1 | kg/h | 1323.5 | 0.4986 |
| 重组分2 | kg/h | 732.8 | 0.2761 |
| 重组分3 | kg/h | 642.6 | 0.2421 |
| 氧气 | kg/h | 0.3 | 0.0001 |
| 氩气 | kg/h | 0.2 | 0.0001 |
| 总流率 | kg/h | 265438.7 | 100.0 |
| 操作温度 | ℃ | 28 | |
| 操作压力 | MPaA | 0.1184 |
2、参考图1，图1为根据本发明的实施例1的丙烯腈装置吸收塔侧线采出物流热量回收工艺的示意性流程图。如图1所示，物流S1（28℃）从吸收塔侧线采出后，经吸收塔侧线循环泵P1升压后得到物流S2，物流S2进入到氨蒸发器E1，氨蒸发器E1中氨的进料条件为：压力：0.35MPaG，温度：5℃，液氨蒸发温度为5℃，回收热量后，出口物流S3温度20～22℃，氨蒸发器有效传热温差为17.9℃，而原工艺流程中氨蒸发器有效传热温差为6.3℃，因此，本发明提供的新工艺显著提高了有效传热温差，减少了换热面积。
3、如图1所示，物流S3（20～22℃）进入到丙烯蒸发器E2，丙烯蒸发器E2中丙烯的进料条件为：压力：0.47MPaG，温度：0℃，液态丙烯蒸发温度为0℃，回收热量后，出口物流S4温度为14～16℃，丙烯蒸发器有效传热温差为17.8℃，而原工艺流程中丙烯蒸发器有效传热温差为5.5℃，因此，本发明提供的新工艺显著提高了有效传热温差，减少了换热面积；同时显著降低了丙烯蒸发器发生冻堵的可能性。
4、如图1所示，物流S4（14～16℃）进入到吸收塔侧线冷却器E3，经吸收塔侧线冷却器E3冷却后物流S5温度为3～6℃，并返回到吸收塔T1中段，冷冻水上水温度0℃，冷冻水回水温度5℃。
5、冷却后物流S5温度3～6℃，接近水的冰点，如图1所示，本发明中采用将吸收塔侧线冷却器E3靠近吸收塔T1布置，减少了低温管线的长度，从而降低了管线内结冰堵塞的概率。
6、如图1所示，在该流程图中还示出了一种丙烯腈生产装置中的吸收塔侧线采出物流热量回收装置，该装置包括：与吸收塔侧线连接的用于将28℃的物流从吸收塔泵出的循环泵、与循环泵连接的用于将28℃的物流冷却至20～22℃的氨蒸发器、与氨蒸发器连接的用于将20～22℃的物流冷却至14～16℃的丙烯蒸发器以及与丙烯蒸发器连接的用于将14～16℃的物流冷却至3～6℃的冷却器。在该装置中，冷却器为靠近吸收塔布置的吸收塔侧线冷却器，通过该冷却器将冷却后的3～6℃的物流返回至吸收塔。
综上所述，本发明一方面通过优化氨蒸发器、丙烯蒸发器和侧线冷却器与吸收塔侧线物流换热的次序，使物流依次流经氨蒸发器、丙烯蒸发器和吸收塔侧线冷却器，并且另一方面使吸收塔侧线冷却器靠近吸收塔布置，从而实现了丙烯蒸发器管程出口物流（水98.98%wt）温度从现工艺的4℃提高到14～16℃，显著降低了吸收塔侧线采出物流经氨蒸发器、丙烯蒸发器和吸收塔侧线冷却器回收热量后丙烯蒸发器和S5物流管线发生冻堵的概率，使装置的运行更加稳定、安全和可靠，增大了丙烯腈装置生产的安全性；并且还显著增大了氨蒸发器和丙烯蒸发器的有效传热温差，减小了两台釜式蒸发器需要的换热面积，降低了设备的制造成本。本发明提供的新工艺中氨蒸发器的有效传热温差可达17.9℃，丙烯蒸发器有效传热温差可达17.8℃。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种丙烯腈生产装置中的物流热量回收工艺，其特征在于，包括以下步骤：
从吸收塔侧线采出具有第一温度的物流；
通过吸收塔侧线循环泵将所述物流泵入到氨蒸发器中；
通过氨蒸发器将第一温度的所述物流冷却至第二温度；
通过丙烯蒸发器将第二温度的所述物流冷却至第三温度；以及
通过冷却器将第三温度的所述物流冷却至第四温度；
其中，所述第一温度为28℃，所述第二温度为20～22℃，所述第三温度为14～16℃，所述第四温度为3～6℃，所述冷却器中冷冻水上水温度为0℃，冷冻水回水温度为5℃。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述冷却器为靠近所述吸收塔布置的吸收塔侧线冷却器。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，在所述通过冷却器将第三温度的所述物流冷却至第四温度的步骤之后，使第四温度的所述物流返回至所述吸收塔。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，以重量百分比计，所述物流中包括98.98％的水。
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