CN104086346B - 一种含氧化合物制丙烯工艺的能量回收方法 - Google Patents

一种含氧化合物制丙烯工艺的能量回收方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含氧化合物制丙烯工艺的能量回收方法，主要解决现有技术中加热炉热负荷高，换热深度低，能效水平不高的问题。本发明通过采用包括以下步骤：（1）将含氧化合物制丙烯反应器出口产物经脱酸反应器脱除小分子有机酸，得到高温物流I；（2）将高温物流I经压缩机压缩升温，得到高温物流II；（3）将高温物流II依次通入原料气预热器、甲醇汽化器及循环水预热器分别预热原料气、汽化甲醇并预热循环水的技术方案，省去了传统工艺中加热炉的能耗，提高了工艺能效水平。同时，由于将产物的压缩工段提前，在进行相分离时得到了更好的效果，气相和油相中的水含量均大大降低。

Description

一种含氧化合物制丙烯工艺的能量回收方法
技术领域
本发明属丙烯生产领域，具体涉及一种含氧化合物制丙烯工艺的能量回收方法。
背景技术
丙烯是现代化学工业中一种重要的基础化工原料，其总量的95％来自石脑油蒸汽裂解联产及流化催化裂化(FCC)副产。受全球原油价格持续上涨，以及乙烯原料向乙烷等轻烃转移趋势的影响，全球丙烯需求缺口持续增长。同时，以煤基甲醇或天然气/页岩气基甲醇为原料生产丙烯的甲醇制丙烯(MTP)工艺日益受到各国青睐。针对我国“富煤、缺油、少气”的能源结构，开发以煤基甲醇为原料的MTP工艺具有较高的市场竞争力及深远的战略意义。
美国专利US2003/0139635公开了一种通过甲醇制备丙烯的方法。该方法将甲醇蒸汽首先在预反应器中转化成含二甲醚的蒸汽混合物，随后被加热至380～480℃后进入反应器内转化成富含丙烯的产物物流。该产物物流随后经过换热单元降温至100～200℃后进入激冷塔水洗急冷。该专利中需要设置加热炉对从预反应器中流出的含二甲醚的蒸汽混合物进行加热，使其满足含氧化合物制丙烯反应器的反应温度，加热炉负荷较高。同时，由于反应产物中有机酸和含氧化合物的影响，长周期运行中可能造成的设备腐蚀，换热器效率下降等问题均未被考虑到。
中国专利CN101172918A同样公开了一种从甲醇制备丙烯的方法。该方法将甲醇原料与稀释气在200～500℃下通过预反应器形成反应流出物I，反应流出物I再在400～600℃下反应生成富含丙烯的反应流出物II，预反应器和反应器之间同样需要设置加热炉加热，且其能耗较高。
上述文献中尽管都设置了产物能量回收单元，但仍存在对反应产物的能量利用不够彻底，加热炉负荷过高，工艺能效水平不高的问题。
本工艺通过将气烃产物压缩机前置，将反应器出口产物热流压缩升温以提高其能量品位，并经过三级热量回收单元逐步回收其能量，最终实现了对含氧化合物制丙烯反应器产物热量的充分利用。通过合理地安排压缩机位置，流程中不需设置加热炉，含氧化合物制丙烯反应器原料可经一次换热直接达到反应温度。且由于压缩机前置，产物相分离效率高，气相产物和油相产物中水含量明显降低。全流程能效水平高，产物能量利用充分。
发明内容
本发明所解决的技术问题是以往技术中含氧化合物制丙烯产物在后处理阶段能量利用率不高，反应物流在进入反应器前需经加热炉加热且加热炉负荷过大，工艺整体能效水平不高的问题，提供一种新的含氧化合物制丙烯工艺能量回收的方法。该方法具有分阶段的产物能量利用，反应原料无需加热炉加热，通过与产物的换热即可达到反应温度，工艺整体能效水平高，产物分离效率高的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
含氧化合物制丙烯工艺的能量回收方法包括以下步骤：
1)含氧化合物制丙烯反应器出口产物经脱酸反应器脱除小分子有机酸，得到高温物流I；所述的高温物流I为富含丙烯，不含甲酸、乙酸、丙酸，且包括C1～C10各碳数的烯烃、烷烃及芳烃的烃类混合物流；
2)将高温物流I经压缩机压缩升温，得到高温物流II；
3)将高温物流II依次通入原料气预热器、甲醇汽化器及循环水预热器分别预热原料气、汽化甲醇和循环水，最后进入空冷器冷却后进入相分离器分离出油、水、气三相。
所述的高温物流I的温度为400～600℃，所述的高温物流II的温度为500～700℃。
所述的步骤1)中产物经脱酸反应器脱除的小分子有机酸为甲酸、乙酸和丙酸。所述的步骤1)中脱酸反应器操作温度为400～600℃，操作压力以表压计0.1～0.5MPa。
所述的步骤2)中压缩机的操作压力以表压计0.3～0.8Mpa。所述的步骤2)中压缩机个数为1台。
所述的步骤3)中原料气温度为150～350℃，经换热器换热后温度为350～500℃，可直接进入含氧化合物制丙烯反应器进行反应，不需使用加热炉加热。所述的步骤3)中循环水预热器入口产物流股温度为200～300℃，出口产物流股温度为100～200℃。所述的步骤3)中空冷器入口产物流股温度为100～200℃，出口产物流股温度为20～50℃。所述的步骤3)中三相分离器出口气烃产物中水含量小于0.5wt％，油相产物中水含量小于1.0wt％。
本发明将含氧化合物制丙烯反应器出口产物分两阶段进行后处理。在第一阶段，通过脱酸反应器将含氧化合物制丙烯产物中的小分子有机酸脱除，防止其在冷却过程中对设备造成腐蚀；在第二阶段，首先通过压缩机将含氧化合物制丙烯产物压缩升温，提高其能量品位，再通过三级换热，分别对含氧化合物制丙烯反应器进料进行加热、汽化甲醇并预热循环工艺水。
与传统工艺相比，本发明由于设置了含氧化合物制丙烯产物压缩机，提高了含氧化合物制丙烯反应产物能量品位，加深了换热深度，可将含氧化合物制丙烯反应器进料直接预热至反应所需温度，省去了传统工艺中加热炉的能耗，提高了工艺能效水平。同时，由于将产物的压缩工段提前，在进行相分离时得到了更好的效果，气相和油相中的水含量均大大降低。
附图说明
图1是含氧化合物制丙烯工艺产物能量回收的方法的流程简图。
图中：1-甲醇原料，2-甲醇汽化器，3-预反应器，4-原料气预热器，5-含氧化合物制丙烯反应器，6-脱酸反应器，7-压缩机，8-循环水预热器，9-空冷器，10-相分离器，11-气相产物，12-油相产物，13-产物水，14-去循环水蒸发器水。
具体实施方式
如图1所示，常温下的甲醇原料1经泵送入甲醇汽化器2，被具有一定温度的产物气体加热蒸发，气化后的甲醇原料进入预反应器3中发生预反应，预反应器温度为150～350℃，压力以表压计0.1～1.0MPa。预反应器出口物流与经压缩机6压缩升温后的产物气体换热至反应温度，进入反应器5发生反应，反应器5温度为350～500℃，压力以表压计0.1～0.5MPa。反应器5出口物流在400～600℃，压力以表压计0.1～0.5MPa的条件下于脱酸反应器6中脱除甲酸、乙酸、丙酸等小分子有机酸。随后，再经压缩机7压缩至500～700℃，压力以表压计0.3～0.8MPa.反应产物一次换热后温度为300～400℃，二次换热后温度为200～300℃，进入循环水预热器8预热工艺循环水后温度降至100～200℃，最后进入空冷器9冷却至20～50℃。冷却后的产物流进入产物分离器10中分离出气相产物11、油相产物12和产物水13.其中出口气烃产物11中水含量小于0.5wt％，油相产物12中水含量小于1.0wt％。
实施例1
本实施例中，进料为纯度99.5％的工业甲醇，甲醇进料WHSV＝2.0h-1，采用如图1所示的工艺流程。反应器5入口气体温度为450℃，经压缩机压缩后反应产物温度为600℃，压力以表压计0.70MPa.反应产物首先与从预反应器3流出的物流换热，将其加热至450℃，后分别经过甲醇汽化器及循环水预热器两级热量回收单元，从循环水预热器流出的温度为130℃，进入空冷器冷却至30℃，最后进入相分离器分离出油、水、气三相。出口气烃产物中水含量为0.2wt％，油相产物中水含量为0.6wt％。
通过本方案，从预反应器3中流出的物流经一次换热被直接加热至450℃，达到反应器5的反应温度，中间不需再设置加热炉加热。流程总能量回收率为66％，其中各换热单元回收能量数据见表1.
表1各换热单元能量回收数据
换热单元 回收能量，MW
进料加热器4 3.8
甲醇汽化器2 1.5
循环水预热器8 1.3
总计 6.6
实施例2
本实施例中，进料为纯度99.5％的工业甲醇，甲醇进料WHSV＝1.0h-1，采用如图1所示的工艺流程。反应器5入口气体温度为400℃，经压缩机压缩后反应产物温度为550℃，压力以表压计0.60MPa.反应产物首先与从预反应器3流出的物流换热，将其加热至400℃，后分别经过甲醇汽化器及循环水预热器两级热量回收单元，从循环水预热器流出的温度为110℃，进入空冷器冷却至40℃，最后进入相分离器分离出油、水、气三相。出口气烃产物中水含量为0.3wt％，油相产物中水含量为0.7wt％。
通过本方案，从预反应器3中流出的物流经一次换热被直接加热至400℃，达到反应器5的反应温度，中间不需再设置加热炉加热。流程总能量回收率为63％，其中各换热单元回收能量数据见表2.
表2各换热单元能量回收数据
换热单元 回收能量，MW
进料加热器4 3.5
甲醇汽化器2 1.5
循环水预热器8 1.3
总计 6.3
实施例3
本实施例中，进料为纯度99.5％的工业甲醇，甲醇进料WHSV＝2.0h-1，采用如图1所示的工艺流程。反应器5入口气体温度为380℃，经压缩机压缩后反应产物温度为530℃，压力以表压计0.55MPa.反应产物首先与从预反应器3流出的物流换热，将其加热至380℃，后分别经过甲醇汽化器及循环水预热器两级热量回收单元，从循环水预热器流出的温度为100℃，进入空冷器冷却至40℃，最后进入相分离器分离出油、水、气三相。出口气烃产物中水含量为0.35wt％，油相产物中水含量为0.72wt％。
通过本方案，从预反应器3中流出的物流经一次换热被直接加热至380℃，达到反应器5的反应温度，中间不需再设置加热炉加热。流程总能量回收率为60％，其中各换热单元回收能量数据见表3.
表3各换热单元能量回收数据
换热单元 回收能量，MW
进料加热器4 3.2
甲醇汽化器2 1.5
循环水预热器8 1.3
总计 6.0

Claims (6)

1.一种含氧化合物制丙烯工艺的能量回收方法，其特征在于包括以下步骤：
1）含氧化合物制丙烯反应器（5）出口产物经脱酸反应器（6）脱除小分子有机酸，得到高温物流I；所述的高温物流I的温度为400~600℃，所述的步骤1）中产物经脱酸反应器脱除的小分子有机酸为甲酸、乙酸和丙酸，所述的步骤1）中脱酸反应器操作温度为400~600℃，操作压力以表压计0.1~0.5MPa；
所述的高温物流I为富含丙烯，不含甲酸、乙酸、丙酸，且包括C1~C10各碳数的烯烃、烷烃及芳烃的烃类混合物流；
2）将高温物流I经压缩机（7）压缩升温，得到高温物流II；所述的高温物流II的温度为500~700℃；
3）将高温物流II依次通入原料气预热器（4）、甲醇汽化器（2）及循环水预热器（8）分别预热原料气、汽化甲醇和循环水，最后进入空冷器（9）冷却后进入相分离器（10）分离出油、水、气三相，所述的步骤3）中原料气温度为150~350℃，经换热器换热后温度为350~500℃，可直接进入含氧化合物制丙烯反应器进行反应，不需使用加热炉加热。
2.根据权利要求1所述能量回收方法，其特征在于所述的步骤2）中压缩机的操作压力以表压计0.3~0.8Mpa。
3.根据权利要求1所述能量回收方法，其特征在于所述的步骤2）中压缩机个数为1台。
4.根据权利要求1所述能量回收方法，其特征在于所述的步骤3）中循环水预热器入口产物流股温度为200~300℃，出口产物流股温度为100~200℃。
5.根据权利要求1所述能量回收方法，其特征在于所述的步骤3）中空冷器入口产物流股温度为100~200℃，出口产物流股温度为20~50℃。
6.根据权利要求1所述能量回收方法，其特征在于所述的步骤3）中三相分离器出口气烃产物中水含量小于0.5wt%，油相产物中水含量小于1.0wt%。
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