CN104974004A - 一种减少丁烯氧化脱氢制丁二烯装置反应器蒸汽用量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少丁烯氧化脱氢制丁二烯装置反应器蒸汽用量的方法，所述方法包括：通过在III段反应器出口设置换热器，并将水注入到水蒸气中来控制进入反应器的进料温度。水蒸汽先与I段反应器出口的高温生成气换热，然后被汽水混合器注入的水冷却后，与II段反应器出口的高温生成气换热，再被汽水混合器注入的水冷却后，与III段反应器出口的高温生成气换热，再被汽水混合器注入的水冷却后，与预热后的空气和丁烯混合后进入I段反应器。本发明通过在III段反应器出口设置换热器，并将水注入到反应器蒸汽系统中以控制反应器进料温度，从而达到节省蒸汽和减少废水的目的，从而节省操作成本。
Description
技术领域
本发明涉及丁烯氧化脱氢制丁二烯领域，更进一步说，涉及一种减少丁烯氧化脱氢制丁二烯装置反应器蒸汽用量的方法。
背景技术
丁二烯是一种重要的石油化工基础有机原料和合成橡胶单体，在石油化工烯烃原料中的地位仅次于乙烯和丙烯，目前工业上主要是通过三种溶剂萃取精馏的方法，从蒸汽裂解制乙烯副产的混合C4馏分中抽提得到丁二烯产品，它们分别是乙腈法、DMF法和NMP法，这三种方法具有成本低和污染小的经济优势，但是随着轻烃裂解、乙烷脱氢、C1原料制乙烯等新乙烯生产新工艺的研发及推广应用，乙烯生产中副产的丁二烯将难以满足持续增长的市场需求。同时，为进一步对醚后C4中的丁烯加以利用而提高全厂性经济效益，采用丁烯氧化脱氢的方法制丁二烯的技术得到进一步推广和应用，并在近期得到迅猛的发展，但是丁烯氧化脱氢制丁二烯的方法具有能耗高、污染重和操作周期短的特点。丁烯氧化脱氢反应是强放热反应，而且由于丁二烯易发生聚合反应，因此在反应过程中必须注入大量的水蒸汽用于降温，这就导致废水量很大，因此如何降低注水量是装置节省能耗、减少废水量的关键。为了给第二段和第三段反应器进料进行降温，同时又为了给第一段反应器进料提升温度，一般是通过水蒸汽与反应出口的高温生成气进行换热后再与丁烯和空气混合进入第一段反应器，水蒸汽的用量很关键，决定着装置能耗水平，同时决定着装置的废水量。随着技术的发展，为了降低水蒸汽用量，同时为了降低废水产生量，有文献提出将水注入反应系统以降低水蒸汽用量，如专利CN102675027A公开了一种氧化脱氢制丁二烯工艺，其权利要求1和流程示意图显示是将水注入到反应器出口经换热后的生成气中以控制反应器进料温度。但是，这种做法只是仅仅起到降低进料温度的作用，不能真正地减少水蒸汽用量，因为根据催化剂性能要求，水蒸汽的注入量在保证降温的同时，必须保证第一段反应器的水烯比，而将水注入到生成气中并未降低水蒸汽用量，反而因为多注水而多产生了废水。
另外，反应器中的催化剂的再生周期是决定氧化脱氢制丁二烯装置运行周期的制约因素，而且催化剂的使用寿命也直接影响到装置的操作成本和经济效益，而影响催化剂的再生周期和使用寿命的关键因素是生成气中含有醛类有机物，遇到较低温度物料时因为激冷而发生缩聚反应，缩聚的产物会附着在催化剂表面或空隙中而导致催化剂发生积碳或结焦而堵塞催化剂，使得催化剂的比表面积大大减小，从而导致催化剂的活性或反应选择性大大减小。仍然以专利CN102675027A为例，将水注入到反应器出口经换热后的生成气中以控制反应器进料温度，这种注水方式会因为高温生成气突遇较低温度的水而发生醛类缩聚反应，从而会导致催化剂的活性和选择性逐渐下降，使得催化剂的再生周期和使用寿命缩短，进而增加装置的操作成本。
发明内容
为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种减少丁烯氧化脱氢制丁二烯装置反应器蒸汽用量的方法。通过在III段反应器出口设置换热器，并将水注入到反应器蒸汽系统中的方式控制反应器进料温度，达到节省反应器蒸汽用量和减少反应器产生废水的目的，同时也减少生成气中醛类缩聚物的形成，从而装置节省操作成本。
本发明的目的是提供一种减少丁烯氧化脱氢制丁二烯装置反应器蒸汽用量的方法。
包括：III段反应器出口设置换热器；
将水注入到水蒸气中来控制进入反应器的进料温度。
水通过汽水混合器注入到水蒸气中。
水蒸汽先与I段反应器出口的高温生成气换热，然后被汽水混合器注入的水冷却后，与II段反应器出口的高温生成气换热，再被汽水混合器注入的水冷却后，与III段反应器出口的高温生成气换热，再被汽水混合器注入的水冷却后，与预热后的空气和丁烯混合后进入I段反应器。
空气和丁烯分别经压缩和预热后分成三股，一股与经过I段、II段和III段反应出口换热器换热后的水蒸汽混合进入I段反应器；一股与I段出口经过换热后的生成气混合进入II段反应器；一股与II段出口经过换热后的生成气混合进入III段反应器；
丁烯和氧气在催化剂的作用下进行氧化脱氢反应生成含有1,3-丁二烯、C4炔烃及副产物的生成气。
具体的技术方案如下：
空气经压缩机加压后再被空气加热器预热到一定的温度，丁烯经丁烯加热器预热到一定的温度，空气和丁烯按照一定的比例分别分成三股，一股与经过I段、II段和III段反应出口换热器换热后的水蒸汽混合进入I段反应器，一股与I段出口经过换热后的生成气混合进入II段反应器，一股与II段出口经过换热后的生成气混合进入III段反应器。水蒸汽先与I段反应器出口的高温生成气换热后，被汽水混合器注入的水冷却到既定的温度后，与II段反应器出口的高温生成气换热，再被汽水混合器注入的水以控制道既定的温度后，与III段反应器出口的高温生成气换热，再被汽水混合器注入的水冷却后，再与预热后的空气和丁烯按照一定的比例混合后进入I段反应器。丁烯和氧气在催化剂的作用下进行氧化脱氢反应生成含有1,3-丁二烯、C4炔烃及呋喃、醛、酸、CO2、CO等副产物的生成气。
其中，
丁烯和空气分别被预热，温度为150～300℃，优选200～250℃；
进入三段反应器的丁烯、空气和水蒸汽进料，总的水烯摩尔比为6～20，优选10～15，总的氧烯摩尔比0.1～1，优选0.5～0.8；
丁烯进入三段反应器比例为3～2：2～1：1～0.5，空气进入三段反应器的比例为2～1:1.5～0.8:1～0.5；
I段反应器入口进料温度为300～400℃，优选320～360℃；
II段反应器入口进料温度为300～400℃，优选340～370℃；
III段反应器入口进料温度为300～400℃，优选350～380℃。
将水注入到反应器水蒸汽中的方式同样适用于两段或多段丁烯氧化脱氢制丁二烯反应。
本发明的特点是：通过在III段反应器出口设置换热器，并将水注入到反应器蒸汽系统中以控制反应器进料温度，利用高温生成气与凝液换热而产生水蒸汽，大大减少了蒸汽用量，节省操作成本。
附图说明
图1本发明的减少丁烯氧化脱氢制丁二烯装置反应器蒸汽用量的方法流程示意图
附图标记说明：
1-空气，2-压缩机，3-空气缓冲罐，4-空气加热器，5-III段空气进料，6-II段空气进料，7-I段空气进料，8-I段反应器，9-II段反应器，10-III段反应器，11-I段反应器出口生成气，12-I段出口换热器，13-I段出口换热后的生成气，14-II段反应器出口生成气，15-II段出口换热器，16-II段出口换热后的生成气，17-III段出口换热后的生成气，18-水蒸汽，19-I段出口汽水混合器，20-II段出口汽水混合器，21-注水后水蒸汽，22-气相丁烯，23-丁烯加热器，24-I段丁烯进料，25-II段丁烯进料，26-III段丁烯进料，27-水，28-注入到I段出口水蒸汽的水，29-注入到II段出口水蒸汽的水，30-注入到III段出口水蒸汽的水，31-III段反应器出口生成气，32-II段出口换热器，33-III段出口汽水混合器，HS-高压蒸汽。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例：
如图1所示，空气经压缩机加压后再被空气加热器预热到一定的温度，丁烯经丁烯加热器预热到一定的温度，空气和丁烯按照一定的比例分别分成三股，一股与经过I段、II段和III段反应出口换热器换热后的水蒸汽混合进入I段反应器，一股与I段出口经过换热后的生成气混合进入II段反应器，一股与II段出口经过换热后的生成气混合进入III段反应器。低压水蒸汽先与I段反应器出口的高温生成气换热后，被汽水混合器注入的水冷却到既定的温度后，与II段反应器出口的高温生成气换热，再被汽水混合器注入的水以控制道既定的温度后，与III段反应器出口的高温生成气换热，再被汽水混合器注入的水冷却后，再与预热后的空气和丁烯按照一定的比例混合后进入I段反应器。丁烯和氧气在催化剂的作用下进行氧化脱氢反应生成含有1,3-丁二烯、C4炔烃及呋喃、醛、酸、CO2、CO等副产物的生成气。
丁烯和空气分别被预热后，温度为210℃；
三段反应器的丁烯、空气和水蒸汽进料，总的水烯摩尔比为10，总的氧烯摩尔比为0.6；
丁烯进入三段反应器比例为2：1：1，空气进入三段反应器的比例为1：1：1；
I段反应器入口进料温度为350℃；
II段反应器入口进料温度为355℃；
III段反应器入口进料温度为360℃；
反应器低压水蒸汽用量为：38438kg/h,水注入到I段出口水蒸汽系统的注入量为6400kg/h，注入到II段出口水蒸汽系统的注入量为5500kg/h，注入到III段出口水蒸汽系统的注入量为1000kg/h。
表1
从表1可以看出，相比现有技术，本发明通过在III段出口设置换热器，并将水注入到反应器水蒸汽系统中，节省了蒸汽近9吨/小时，废水产生量减少近4吨/小时，生气中的醛类缩聚物也有所减少，操作成本上的降低还是比较客观的。
Claims (8)
1.一种减少丁烯氧化脱氢制丁二烯装置反应器蒸汽用量的方法，其特征在于所述方法包括：
III段反应器出口设置换热器；
将水注入到水蒸气中来控制进入反应器的进料温度。
2.如权利要求1所述的减少蒸汽用量的方法，其特征在于：
水通过汽水混合器注入到水蒸气中。
3.如权利要求2所述的减少蒸汽用量的方法，其特征在于：
水蒸汽先与I段反应器出口的高温生成气换热，然后被汽水混合器注入的水冷却后，与II段反应器出口的高温生成气换热，再被汽水混合器注入的水冷却后，与III段反应器出口的高温生成气换热，再被汽水混合器注入的水冷却后，与预热后的空气和丁烯混合后进入I段反应器。
4.如权利要求3所述的减少蒸汽用量的方法，其特征在于：
空气和丁烯分别经压缩和预热后分成三股，一股与经过I段、II段和III段反应出口换热器换热后的水蒸汽混合进入I段反应器；一股与I段出口经过换热后的生成气混合进入II段反应器；一股与II段出口经过换热后的生成气混合进入III段反应器；
丁烯和氧气在催化剂的作用下进行氧化脱氢反应生成含有1,3-丁二烯、C4炔烃及副产物的生成气。
5.如权利要求4所述的减少蒸汽用量的方法，其特征在于：
丁烯和空气分别被预热至150～300℃；
进入三段反应器的丁烯、空气和水蒸汽进料，总的水烯摩尔比为6～20，总的氧烯摩尔比为0.1～1；
丁烯进入三段反应器比例为3～2：2～1：1～0.5，
空气进入三段反应器的比例为2～1:1.5～0.8:1～0.5。
6.如权利要求5所述的减少蒸汽用量的方法，其特征在于：
丁烯和空气分别被预热至200～250℃；
进入三段反应器的丁烯、空气和水蒸汽进料，总的水烯摩尔比为10～15，总的氧烯摩尔比为0.5～0.8。
7.如权利要求5所述的减少蒸汽用量的方法，其特征在于：
I段反应器入口进料温度为300～400℃；
II段反应器入口进料温度为300～400℃；
III段反应器入口进料温度为300～400℃。
8.如权利要求7所述的减少蒸汽用量的方法，其特征在于：
I段反应器入口进料温度为320～360℃；
II段反应器入口进料温度为340～370℃；
III段反应器入口进料温度为350～380℃。
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