CN104826567B - 一种环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置，属于化工领域。该装置可以将苯催化加氢反应放出的热量用于环己醇脱氢反应所需的热量。通过该装置向脱氢反应供热，热效率很高，减少热能在各次转换中的损失。此外，该装置大大减小或消除了长途输送高温导热油的管路热损失以及燃油、燃煤或燃气导热油炉排出的热烟气带出大量热量，达到能量损耗减小，并能有效减少导热油炉运行时间，减少废气排放。

Description

一种环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的方法，更具体讲涉及一种苯气相铂催化加氢反应的反应热能用于环己醇脱氢反应工艺的装置。

背景技术

环己酮是一种重要的有机化工原料，主要作为生产己内酰胺与己二酸及其盐的中间体。环己醇脱氢反应生成环己酮是一个吸热的反应，每摩尔环己醇计反应吸热为60.7kJ。提供环己醇脱氢反应热，通常采用的方法是用导热油炉加热导热油，把加热后的导热油用循环泵打入环己醇脱氢反应器，提供环己醇脱氢反应所需要的热量，保持脱氢反应温度。

苯气相铂催化加氢方法是工业上广泛采用的方法，即在固定床内以铂为催化剂，气相的苯与氢气在一定压力下通过催化剂床层，进行加氢反应生成环己烷。苯气相铂催化加氢是一个强放热的反应，苯加氢生成环己烷的反应热以每摩尔苯计为206kJ，反应热的利用方法通常为由绕流于反应管周围的载热导热油移出，导热油移出反应热首先用于苯汽化器加热汽化苯，再进废热锅炉副产低压蒸汽。

但是目前尚没有一种装置可以将苯催化加氢反应放出的热量用于环乙醇脱氢反应所需的热量。

发明内容

现有技术的环己醇脱氢反应的供热装置存在如下不足：

①利用加热炉对导热油升温，加热炉通常布置在离环己醇脱氢反应器较远的位置，导热油循环泵需要高扬程来满足生产需要；

②由于长途输送高温导热油的管路热损失非常可观，通常约为导热油所载热量的10～15％；燃油、燃煤或燃气导热油炉排出的热烟气带出大量热量，导致能量损耗。总之，用加热油炉提供环己醇脱氢反应所需要能量的方法能量综合利用热效率低；

③燃油、燃煤或燃气导热油炉排出的烟气要进行处理达标排放，否则会带来环境污染；

本发明的目的是提供一种环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置，解决了现有技术中存在热能利用率低和减少废气排放的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种环己酮生产铂催化加氢产生的热能用于脱氢工艺的装置，该装置包括苯蒸发器、蒸汽发生器、加氢反应器、脱氢反应器、加氢热油循环泵和脱氢热油循环泵，其中：

苯蒸发器上部的导热油输出端与蒸汽发生器相连，所述蒸汽发生器的一个导热油输出端分别与加氢热油循环泵和脱氢热油循环泵相连；

所述加氢热油循环泵的导热油输出端与加氢反应器的壳层下部相连；所述加氢反应器的中上部设有壳层隔板，该壳层隔板下方的导热油输出端分为两个支路，一个支路与苯蒸发器下部相连，另一个支路通过流量调节器与加氢反应器壳层隔板上方的导热油输入端相连；

所述脱氢反应器上部的导热油输入端与所述壳层隔板上方的导热油输出端相连，脱氢反应器中部的导热油输出端依次通过管道和第一阀门与脱氢热油循环泵的输入端相连，所述脱氢反应器下部的导热油输出端依次通过管道和第一阀门与脱氢热油循环泵的输入端相连；

所述脱氢热油循环泵的输出端通过管道与加氢反应器壳层隔板上方的导热油输入端相连；

通过该装置可以将加氢反应器催化加氢获得的热能用于脱氢工艺。

在一些实施方案中，壳层隔板上方导热油输出端的管道上还设有两个支路，第一支路通过管道与苯蒸发器下部的导热油输入端相连，第二支路通过管道与脱氢热油循环泵的输出端相连。壳层隔板上方导热油输出端的管道上以及与管道相连的两个支路上均设有调节阀。

在一些实施方案中，壳层隔板上方导热油输出端管道上的调节阀和脱氢反应器上部的输入端之间还设有第二阀门。脱氢反应器还可以外接导热油，外接导热油是通过在第二阀门和脱氢反应器之间设有管道输送来自加热炉中的导热油，该管道上还设有第三阀门。

在另一些实施方案中，脱氢反应器中部和底部的导热油输出端均通过第四阀门与加热炉相连。

在一些实施方案中，所述脱氢反应器上部的导热油输入端与壳层隔板上方的导热油输出端相连的管道上设有升温器，该升温器外接热能。

本发明所述的环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置中，苯气相铂催化加氢方法反应温度范围为220～400℃，由于铂催化加氢反应压力高，反应温度高，且铂催化剂在氢气质量和苯质量较好的情况下寿命可以达到10～20年，反应器内热点移动慢，通常情况是，反应器内加氢反应热点在上部，其热点温度约380℃，控制范围360-390℃，在加氢反应器的中上部设置一块壳层隔板，将加氢反应器壳程分成上下两部分，从上部的出来的热油温度可以超过240℃。此热油可以根据脱氢反应使用催化剂的情况直接或升温后用于环己醇脱氢反应。

通常情况下，环己醇脱氢反应常使用铜系列催化剂，其中常用的铜镁催化剂使用温度约为200-250℃，铜锌催化剂使用温度为220-280℃，铜硅催化剂使用温度为220-270℃。可以看出，从加氢反应器上部出来的热油温度适合于常使用的铜系列脱氢催化剂环己醇脱氢反应的低温反应情况。其中常用的铜镁催化剂为低温型脱氢催化剂，低温反应情况为催化剂使用的前期、中期和部分后期；铜锌催化剂、铜硅催化剂低温反应情况为催化剂使用的前期和中期。

在环己醇脱氢催化剂使用后期，由于催化剂活性下降，需要升高加热用导热油的温度，这种情况下可以把加氢出来的导热油升温后用于脱氢反应(采用升温器加热)。当然也可以把加热系统切换到热油加热炉加热管道系统上来使用加热炉加热。

一套连续的成套环己酮装置，使用目前工业化使用的铜系列催化剂，环己醇脱氢反应需要的加热热量一般不超过苯气相加氢所放出热量的30％，所以环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺,热量完全满足要求。

本发明的有益效果：

①利用加氢反应热向脱氢反应供热，热效率很高，减少热能在各次转换中的损失。导热油循环泵扬程可以降低，电耗减小。

②大大减小或消除了长途输送高温导热油的管路热损失以及燃油、燃煤或燃气导热油炉排出的热烟气带出大量热量，达到能量损耗减小。大大减小或消除了燃油、燃煤或燃气导热油炉排出的烟气可能带来的环境污染。

附图说明

图1为本发明所述的环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置的示意图。

1为苯蒸发器，2为蒸汽发生器，3为加氢反应器，4为脱氢反应器，5为加氢热油循环泵，6为脱氢热油循环泵，7为升温器，8为第四阀门，9为第一阀门，10为第二阀门，11为第三阀门，12为壳层隔板，13-第五阀门。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：

如图1所示，一种环己酮生产铂催化加氢产生的热能用于脱氢工艺的装置，该装置包括苯蒸发器(1)、蒸汽发生器(2)、加氢反应器(3)、脱氢反应器(4)、加氢热油循环泵(5)和脱氢热油循环泵(6)，其中：

苯蒸发器(1)上部的导热油输出端与蒸汽发生器(2)相连，所述蒸汽发生器(2)的一个导热油输出端分别与加氢热油循环泵(5)和脱氢热油循环泵(6)相连；

所述加氢热油循环泵(5)的导热油输出端与加氢反应器(3)的壳层下部相连；所述加氢反应器(3)的中上部设有壳层隔板(12)，该壳层隔板(12)下方的导热油输出端分为两个支路，一个支路与苯蒸发器(1)下部相连，另一个支路通过流量调节器与加氢反应器(3)壳层隔板(12)上方的导热油输入端相连；

所述脱氢反应器(4)上部的导热油输入端与所述壳层隔板(12)上方的导热油输出端相连，脱氢反应器(4)的中部的导热油输出端依次通过管道和第一阀门(9)与脱氢热油循环泵(6)的输入端相连，所述脱氢反应器(4)下部的导热油输出端依次通过管道和第一阀门(9)与脱氢热油循环泵(6)的输入端相连；

所述脱氢热油循环泵(6)的输出端通过管道与加氢反应器(3)壳层隔板(12)上方的导热油输入端相连；

通过该装置可以将加氢反应器(3)铂催化加氢获得的热能用于脱氢工艺。

壳层隔板(12)上方导热油输出端的管道上还设有两个支路，第一支路通过管道与苯蒸发器(1)下部的导热油输入端相连，第二支路通过管道与脱氢热油循环泵(6)的输出端相连。壳层隔板(12)上方导热油输出端的管道上以及与管道相连的两个支路上均设有调节阀。壳层隔板(12)上方导热油输出端管道上的调节阀和脱氢反应器(4)上部的输入端之间还设有第二阀门(10)脱氢反应器(4)还可以外接导热油，外接导热油是通过在第二阀门(10)和脱氢反应器(4)之间设有管道输送来自加热炉中的导热油，该管道上还设有第三阀门(11)。

脱氢反应器(4)中部和底部的导热油输出端均通过第四阀门(8)与加热炉相连。所述脱氢反应器(4)上部的导热油输入端与壳层隔板(12)上方的导热油输出端相连的管道上设有升温器(7)，该升温器(7)可以外接热能。

第一阀门(9)和第二阀门(10)关闭时，加氢和脱氢导热油系统断开，第三阀门(11)和第四阀门(8)用于外界导热油炉来的导热油。

第一阀门(9)和第二阀门(10)关闭、第三阀门(11)和第四阀门(8)打开时，脱氢反应器(4)由外界导热油炉来的导热油提供热量，这时，第五阀门(13)必须打开，加氢反应器(3)壳程上部低温导热油来自蒸汽发生器(2)，经过脱氢热油循环泵(6)加压后用于移走加氢反应器(3)壳程上部反应热量，这时脱氢热油循环泵(6)为加氢热油循环泵，加氢导热油完成自循环。

具体过程如下：

来自蒸汽发生器(2)导热油进加氢热油循环泵(5)加压，加压后的导热油经管线送到加氢反应器(3)壳程下部，导热油向上流动，移出加氢反应器(3)壳程下部的反应热，导热油温度升高。出加氢反应器(3)壳程下部的导热油温度通常低于出加氢反应器(3)壳程上部的导热油温度。

该壳层隔板(12)下方的输出端分为两个支路，一个支路与苯蒸发器(1)下部相连，该支路将加氢反应器(3)壳程下部的导热油进入苯蒸发器(1)回收部分热量，用于蒸发苯。出苯蒸发器(1)的导热油进入蒸汽发生器(2)，回收剩余的热量，产生蒸汽，产生的蒸汽由蒸汽发生器(2)的另一个输出端排出。另一个支路通过流量调节器与加氢反应器(3)壳层隔板(12)上方的输入端相连，该支路用于将部分出加氢反应器(3)壳程下部的导热油加入加氢反应器(3)壳程的上部。

脱氢反应器(4)下部出来的导热油，被吸收了热量，温度较低。经过管道进脱氢热油循环泵(6)，加压后送入加氢反应器(3)壳程上部，吸收热量，温度升高，通常情况下，出加氢反应器(3)壳程上部的导热油温度超过240℃，出加氢反应器(3)壳程上部的导热油经管道循环返回脱氢反应器(4)上部，设置温度调节，

加氢反应器壳层隔板上方输出端的管道上还设有两个支路，第一支路通过管道与苯蒸发器(1)下部的输入端相连，第二支路通过管道与脱氢热油循环泵(6)的输出端相连。当进脱氢反应器(4)上部的热油温度高时，通过调节阀，减少第二支路管道热油的流量，减小壳层隔板上方输出端的管道中热油的流量，增大第一支路管道热油的流量，并且脱氢热油循环泵(6)出口返回脱氢反应器(4)的支路上的调节阀也开大，较多的低温油返回脱氢反应器(4)。当进脱氢反应器(4)上部的热油温度低时，通过调节阀，增大第二支路管道热油的流量，增大壳层隔板上方输出端的管道中热油的流量，减小第一支路管道热油的流量，并且脱氢热油循环泵(6)出口返回脱氢反应器(4)的支路上的调节阀也关小，较少的低温油返回脱氢反应器(4)。自动调节功能通过热油管上的温度测量(TI)以及调节阀实现。

进入脱氢反应器(4)的壳程上部的导热油，向下流过脱氢反应器(4)，向列管中进行的脱氢反应提供热能。脱氢反应器(4)中部的管道是为了在脱氢反应器(4)中部短路部分导热油，防止脱氢反应器(4)下部催化剂寿命由于温度过高，终结过快。在脱氢反应器(4)中降温后的导热油进脱氢热油循环泵(6)加压，循环到加氢反应器(3)上部再次吸收热量。

在脱氢催化剂寿命后期，由于催化剂活性下降，需要较高的脱氢反应温度而加氢热油不能满足要求时，关闭第一阀门(9)和第二阀门(10)，打开第三阀门(11)、第四阀门(8)，加氢导热油系统和环己醇导热油系统脱开。脱氢反应器(4)使用外界高温导热油，同时打开阀门(13)，加氢反应器(3)壳程的上部使用来自蒸汽发生器(2)的低温导热油移走反应热量，这时脱氢热油循环泵(6)为加氢热油循环泵，加氢导热油系统也可以独立运行。

此外，所述第二支路和第二阀门(10)之间设有升温器(7)，该升温器(7)外接热能，从而可以将加氢反应器(3)的壳程上部的导热油温度略升高，使在不投用导热油加热炉的情况下，加氢热能可以更长时间用于脱氢反应。铜系催化剂在寿命中期，当所需要温度稍微升高时，可以投用升温器(7)，升温器(7)可用电能、蒸汽等热媒。

Claims (7)

1.一种环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置，其特征在于：该装置包括苯蒸发器（1）、蒸汽发生器（2）、加氢反应器（3）、脱氢反应器（4）、加氢热油循环泵（5）和脱氢热油循环泵（6），其中：

苯蒸发器（1）上部的导热油输出端与蒸汽发生器（2）相连，所述蒸汽发生器（2）的一个导热油输出端分别与加氢热油循环泵（5）和脱氢热油循环泵（6）相连；

所述加氢热油循环泵（5）的导热油输出端与加氢反应器（3）的壳层下部相连；所述加氢反应器（3）的中上部设有壳层隔板（12），该壳层隔板（12）下方的导热油输出端分为两个支路，一个支路与苯蒸发器（1）下部相连，另一个支路通过流量调节器与加氢反应器（3）壳层隔板（12）上方的导热油输入端相连；

所述脱氢反应器（4）上部的导热油输入端与所述壳层隔板（12）上方的导热油输出端相连，脱氢反应器（4）的中部的导热油输出端依次通过管道和第一阀门（9）与脱氢热油循环泵（6）的输入端相连，所述脱氢反应器（4）下部的导热油输出端依次通过管道和第一阀门（9）与脱氢热油循环泵（6）的输入端相连；

所述脱氢热油循环泵（6）的输出端通过管道与加氢反应器（3）壳层隔板（12）上方的导热油输入端相连；

通过该装置可以将加氢反应器（3）铂催化加氢获得的热能用于脱氢工艺。

2.根据权利要求1所述的环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置，其特征在于：壳层隔板（12）上方导热油输出端的管道上还设有两个支路，第一支路通过管道与苯蒸发器（1）下部的导热油输入端相连，第二支路通过管道与脱氢热油循环泵（6）的输出端相连。

3.根据权利要求2所述的环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置，其特征在于：壳层隔板（12）上方导热油输出端的管道上以及与管道相连的两个支路上均设有调节阀。

4.根据权利要求3所述的环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置，其特征在于：壳层隔板（12）上方导热油输出端管道上的调节阀和脱氢反应器（4）上部的输入端之间还设有第二阀门（10）。

5.根据权利要求4所述的环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置，其特征在于：脱氢反应器（4）还可以外接导热油，外接导热油是通过在第二阀门（10）和脱氢反应器（4）之间设有管道输送来自加热炉中的导热油，该管道上还设有第三阀门（11）。

6.根据权利要求1或5所述的环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置，其特征在于：脱氢反应器（4）中部和底部的导热油输出端均通过第四阀门（8）与加热炉相连。

7.根据权利要求1所述的环己酮生产铂催化加氢热能用于脱氢工艺的装置，其特征在于：所述脱氢反应器（4）上部的导热油输入端与壳层隔板（12）上方的导热油输出端相连的管道上设有升温器（7），该升温器（7）外接热能。