CN106278844A - 一种降低丙烯羰基化过程中原料消耗的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低丙烯羰基化过程中原料消耗的装置，换热器和高压蒸发器收集槽连热交换器壳程，壳程出口连电加热炉、固定床反应器和第一冷却器，第一冷却器连热交换器管程，管程出口连第二冷却器、压缩机、空冷器和闪蒸罐，闪蒸罐顶连合成气输入管线，底部连脱丙烷塔，脱丙烷塔顶连丙烯输入管线，底部连热交换器壳程；方法：第二羰基合成反应器和高压蒸发器收集槽释放气输入热交换器，经电加热炉；进入固定床反应器；混合物料经第一冷却器进热交换器；经第二冷却器、压缩机、闪蒸罐，氢气送至第一羰基合成反应器；闪蒸罐底部物料送至脱丙烷塔，丙烯送至第一羰基合成反应器，丙烷回至热交换器壳程。本发明降低工业生产过程中的原料消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种装置及方法，更具体的说，是涉及一种降低丙烯羰基化过程中原料消耗的装置及方法。
背景技术
国内工业生产丁辛醇的装置，大部分都是采用DAVY/DDW的第二代丙烯铑法低压羰基合成——液相循环工艺技术。该羰基合成的反应原料主要是丙烯和合成气，首先是丙烯和合成气经过净化，然后送到羰基合成反应系统，在羰基合成反应器系统内丙烯与合成气在均相催化剂存在的情况下发生羰基化反应，生成丁醛。产生的丁醛与催化剂母液进入高压蒸发器中进行脱除轻组分(丙烯、丙烷、合成气等)。但是丙烯在发生羰基反应过程中会发生部分的副反应，例如丙烯与合成气中的氢气发生加成反应，生成丙烷。随着副反应的发生，产生的丙烷的量逐渐的增大，在反应过程中充当的是惰性气体，因此将会从羰基合成反应器的顶部进行释放，同时从高压蒸发器蒸发出来的气体汇同羰基合成反应器顶部的释放气一并进行放空送入燃料气总管中。其中这部分气体中丙烷的含量可以达到43.2％以上，丙烯的含量达到17.5％，氢气的含量约14.8％，一氧化碳的含量达到4.4％。因此排入燃料气总管中的有效气体达到80％以上，如果将此气体进行回收利用，将大大降低丙烯羰基化过程中的的原料消耗。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种降低丙烯羰基化过程中原料消耗的装置及方法，解决了生产过程中排放大量工业废气的问题，达到对环境零排放的标准的环保要求，降低工业生产过程中的原料消耗。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种降低丙烯羰基化过程中原料消耗的装置，包括依次连接的第一羰基合成反应器、第二羰基合成反应器和高压蒸发器收集槽，所述第一羰基合成反应器连接有丙烯输入管线和合成气输入管线，所述第二羰基合成反应器顶部连接有换热器，所述换热器顶部和高压蒸发器收集槽顶部的气体输出口均通过管线与热交换器的壳程入口相连通，所述热交换器的壳程出口通过管线依次连接有电加热炉、固定床反应器和第一冷却器，所述第一冷却器的出口与热交换器的管程进口相连接，所述热交换器的管程出口通过管线依次连接有第二冷却器、压缩机、空冷器和闪蒸罐，所述闪蒸罐顶部通过氢气输送管线与合成气输入管线相连通，所述闪蒸罐底部连接有脱丙烷塔，所述脱丙烷塔顶部通过管线与丙烯输入管线相连通，所述脱丙烷塔底部通过管线与热交换器的壳程进口相连通。
所述氢气输送管线连通有一氧化碳配入管线。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现。
一种基于降低丙烯羰基化过程中原料消耗的装置的方法，包括以下步骤：
(1)将第二羰基合成反应器的释放气和高压蒸发器收集槽的释放气一起输入热交换器壳程中进行第一次换热，换热后的混合物料进入电加热炉进行二次换热；
(2)二次换热后的混合物料进入固定床反应器，进行脱氢反应；
(3)脱氢反应后的混合物料经第一冷却器冷却后，进入热交换器的管程进行换热；
(4)从热交换器管程排出的混合物料经第二冷却器换热降温后，输送至压缩机中进行压缩，产生汽态冷凝物，经过空冷器冷却后，进入闪蒸罐中分离，闪蒸罐顶部排放的氢气与配入的一氧化碳一起输送至第一羰基合成反应器内；
(5)闪蒸罐底部排出的物料经干燥后，输送至脱丙烷塔，脱丙烷塔顶部排放的丙烯输送至第一羰基合成反应器内，脱丙烷塔底部排放的丙烷回流至热交换器的壳程内。
所述步骤(1)中第一次换热后混合物料的温度达到185℃-225℃，第二次换热在电加热炉内混合物料的温度达到590℃-605℃，压力达到0.05MPa-0.06MPa。
所述步骤(2)中固定床反应器内反应温度控制在590℃-650℃以内，压力在32KPa-49KPa之间。
所述步骤(3)中中混合物料经第一冷却器冷却至360℃-380℃,在热交换器的管程内进行换热至190℃-200℃。
所述步骤(4)中混合物料进入第二冷却器内进行换热降温至65℃-75℃，在空冷器内冷却降温至35℃-42℃。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明中，第二羰基合成反应器的释放气和高压蒸发器收集槽的释放气一起输入热交换器壳程进行一次热换，进入电加热炉进行二次换热，进入固定床反应器，进行脱氢反应，经第一冷却器进入热交换器的管程进行换热后，经第二冷却器换热降温，输送至压缩机中进行压缩，经过空冷器冷却后，进入闪蒸罐中分离，闪蒸罐顶部排放的氢气与配入的一氧化碳一起输送至第一羰基合成反应器内，闪蒸罐底部排出的物料输送至脱丙烷塔，脱丙烷塔顶部排放的丙烯输送至第一羰基合成反应器内，脱丙烷塔底部排放的丙烷回流至热交换器的壳程内，如此形成循环利用，解决了生产过程中排放大量工业废气的问题，达到对环境零排放的标准的环保要求，降低工业生产过程中的原料消耗，节约成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图标记:1第一羰基合成反应器；2第二羰基合成反应器；3丙烯输入管线；4合成气输入管线；5氮气输入管线；6第一外部循环水冷却器；7第二外部循环水冷却器；8换热器；10高压蒸发器；11高压蒸发器收集槽；13低压蒸发器；14分离器；15分液槽；16粗丁醛收集槽；17热交换器；18电加热炉；19固定床反应器；20第一冷却器；21第二冷却器；22压缩机；23空冷器；24闪蒸罐；25氢气输送管线；26脱丙烷塔；27一氧化碳配入管线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明的一种降低丙烯羰基化过程中原料消耗的装置，包括连接有丙烯输入管线3和合成气输入管线4的第一羰基合成反应器1，所述丙烯输入管线3和合成气输入管线4均连通有氮气输入管线5，其中丙烯来自工业装置且经过净化，合成气主要包含来自工业装置的一氧化碳和氢气，且经过净化，氮气输入管线5以10MPa的压强向第一羰基合成反应器1中输送氮气。所述第一羰基合成反应器1顶部出来的物料与来自工业装置的净化合成气一起进入第二羰基合成反应器2内，进行羰基化反应；所述第一羰基合成反应器1底部出来的物料分为两部分，一部分经第一外部循环水冷却器6冷却后，通过丙烯输入口返回至第一羰基合成反应器1，对第一羰基合成反应器1内反应系统进行降温，另一部分与第二羰基合成反应器2底部出来的经第二外部循环水冷却器7冷却后的物料一同进入第二羰基合成反应器2内，进行再次反应并保证第二羰基合成反应器2内的温度稳定。所述第二羰基合成反应器2顶部气相物料进入换热器8管程进行冷却，冷却后的冷凝液向下回流至第二羰基合成反应器2内继续参与反应，不凝气顺着管程向上从气体输出口排出，其中，所述换热器8的壳程通入冷却水。所述第二羰基合成反应器2底部的一部分物料进入高压蒸发器10内，经加热后进入高压蒸发器收集槽11脱除催化剂混合液中的轻组分(丙烯、甲烷、合成气)等，脱除完轻组分后的物料从高压蒸发器收集槽11底部流出，进入低压蒸发器13进行加热后进入分离器14进行闪蒸分离，底部的催化剂母液回流至第一羰基合成反应器1内循环使用，所述分离器14顶部脱出丁醛，冷凝后的丁醛进入分液槽15，然后进入粗丁醛收集槽16，从粗丁醛收集槽16底部排出，未冷凝的粗丁醛从分液槽15顶部排出。
所述高压蒸发器收集槽11顶部和换热器8顶部的气体输出口均通过管线与热交换器17的壳程入口相连通，所述热交换器17的壳程出口通过管线依次连接有电加热炉18、固定床反应器19和第一冷却器20，所述第一冷却器20的出口与热交换器17的管程进口相连接。所述热交换器17的管程出口通过管线依次连接有第二冷却器21、压缩机22、空冷器23和闪蒸罐24，所述闪蒸罐24顶部通过氢气输送管线25与合成气输入管线4相连通，所述氢气输送管线25连通有一氧化碳配入管线27，所述闪蒸罐24底部连接有脱丙烷塔26，所述脱丙烷塔26顶部通过管线与丙烯输入管线3相连通，所述脱丙烷塔26底部通过管线与热交换器17的壳程进口相连通。根据实际需要，所述高压蒸发器收集槽11顶部和换热器8顶部的气体输出口均可连接流量计。
基于上述装置的降低丙烯羰基化过程中原料消耗的方法，包括以下步骤：
首先，将第二羰基合成反应器2顶部的释放气和高压蒸发器收集槽11顶部的释放气一起输入热交换器17壳程中进行第一次换热，使混合物料的温度达到185℃-225℃，换热后的混合物料进入电加热炉18进行二次换热，在电加热炉18内混合物料的温度达到590℃-605℃，压力达到0.05MPa-0.06MPa。
然后，保证二次换热后的混合物料在气态的条件下，进入固定床反应器19内，在催化剂Cr/Al2O3固载催化剂的作用下进行脱氢反应，在固定床反应器19内反应温度控制在590℃-650℃，压力控制在32KPa-49KPa。随着催化剂的使用，催化剂的催化活性降低，适当提高反应温度，保证丙烷的单程转化率在70％以上，丙烯的选择性在93％以上。
其次，固定床反应器19内经脱氢反应后的混合物料经第一冷却器20冷却至360℃-380℃后，进入热交换器17的管程内进行换热至190℃-200℃。
然后，从热交换器17管程排出的混合物料进入第二冷却器21内进行换热降温，降至65℃-75℃后，输送至压缩机22中，在压缩机22的作用下对混合物料进行压缩，产生的汽态冷凝物，经过空冷器23冷却至35℃-42℃后直接进入闪蒸罐24中，在闪蒸罐24中分离，闪蒸罐24顶部排放的主要是未冷凝的氢气，与配入的一氧化碳并入合成气输入管线4中，一起输送至第一羰基合成反应器1内。
最后，闪蒸罐24底部排出的物料经干燥后，输送至脱丙烷塔26，脱丙烷塔26顶部丙烯纯度可达到99.5％以上，通过管线并入丙烯输入管线3中，一起输送至第一羰基合成反应器1内，脱丙烷塔26底部排放的丙烷回流至热交换器17的壳程内，进行循环再利用。
实施例一
本发明的降低丙烯羰基化过程中原料消耗的方法中，首先，将第二羰基合成反应器2顶部的释放气和高压蒸发器收集槽11顶部的释放气一起输入热交换器17壳程中进行第一次换热，使混合物料的温度达到185℃，换热后的混合物料进入电加热炉18进行二次换热，在电加热炉18内混合物料的温度达到590℃，压力达到0.05MPa。
然后，保证二次换热后的混合物料在气态的条件下，进入固定床反应器19内，在催化剂Cr/Al2O3固载催化剂的作用下进行脱氢反应，在固定床反应器19内反应温度控制在590℃，压力控制在32KPa。随着催化剂的使用，催化剂的催化活性降低，适当提高反应温度，保证丙烷的单程转化率在70％以上，丙烯的选择性在93％以上。
其次，固定床反应器19内经脱氢反应后的混合物料经第一冷却器20冷却至360℃后，进入热交换器17的管程内进行换热至190℃。
然后，从热交换器17管程排出的混合物料进入第二冷却器21内进行换热降温，降至65℃后，输送至压缩机22中，在压缩机22的作用下对混合物料进行压缩，产生的汽态冷凝物，经过空冷器23冷却至35℃后直接进入闪蒸罐24中，在闪蒸罐24中分离，闪蒸罐24顶部排放的主要是未冷凝的氢气，与配入的一氧化碳并入合成气输入管线4中，一起输送至第一羰基合成反应器1内。
最后，闪蒸罐24底部排出的物料经干燥后，输送至脱丙烷塔26，脱丙烷塔26顶部可得到纯度为99.5％的丙烯，通过管线并入丙烯输入管线3中，一起输送至第一羰基合成反应器1内，脱丙烷塔26底部排放的丙烷回流至热交换器17的壳程内，进行循环再利用。
采用本方法可有效降低丙烯羰基化过程中的原料消耗，每生产一吨丁醛，丙烯消耗量可降低5KG,合成气消耗量可降低10NM3。
实施例二
本发明的降低丙烯羰基化过程中原料消耗的方法中，首先，将第二羰基合成反应器2顶部的释放气和高压蒸发器收集槽11顶部的释放气一起输入热交换器17壳程中进行第一次换热，使混合物料的温度达到200℃，换热后的混合物料进入电加热炉18进行二次换热，在电加热炉18内混合物料的温度达到600℃，压力达到0.055MPa。
然后，保证二次换热后的混合物料在气态的条件下，进入固定床反应器19内，在催化剂Cr/Al2O3固载催化剂的作用下进行脱氢反应，在固定床反应器19内反应温度控制在620℃，压力控制在40KPa。随着催化剂的使用，催化剂的催化活性降低，适当提高反应温度，保证丙烷的单程转化率在70％以上，丙烯的选择性在93％以上。
其次，固定床反应器19内经脱氢反应后的混合物料经第一冷却器20冷却至370℃后，进入热交换器17的管程内进行换热至195℃。
然后，从热交换器17管程排出的混合物料进入第二冷却器21内进行换热降温，降至70℃后，输送至压缩机22中，在压缩机22的作用下对混合物料进行压缩，产生的汽态冷凝物，经过空冷器23冷却至40℃后直接进入闪蒸罐24中，在闪蒸罐24中分离，闪蒸罐24顶部排放的主要是未冷凝的氢气，与配入的一氧化碳并入合成气输入管线4中，一起输送至第一羰基合成反应器1内。
最后，闪蒸罐24底部排出的物料经干燥后，输送至脱丙烷塔26，脱丙烷塔26顶部可得到纯度为99.53％的丙烯，通过管线并入丙烯输入管线3中，一起输送至第一羰基合成反应器1内，脱丙烷塔26底部排放的丙烷回流至热交换器17的壳程内，进行循环再利用。
采用本方法可有效降低丙烯羰基化过程中的原料消耗，每生产一吨丁醛，丙烯消耗量可降低5.9KG,合成气消耗量可降低12NM3。
实施例三
本发明的降低丙烯羰基化过程中原料消耗的方法中，首先，将第二羰基合成反应器2顶部的释放气和高压蒸发器收集槽11顶部的释放气一起输入热交换器17壳程中进行第一次换热，使混合物料的温度达到225℃，换热后的混合物料进入电加热炉18进行二次换热，在电加热炉18内混合物料的温度达到605℃，压力达到0.06MPa。
然后，保证二次换热后的混合物料在气态的条件下，进入固定床反应器19内，在催化剂Cr/Al2O3固载催化剂的作用下进行脱氢反应，在固定床反应器19内反应温度控制在650℃，压力控制在49KPa。随着催化剂的使用，催化剂的催化活性降低，适当提高反应温度，保证丙烷的单程转化率在70％以上，丙烯的选择性在93％以上。
其次，固定床反应器19内经脱氢反应后的混合物料经第一冷却器20冷却至380℃后，进入热交换器17的管程内进行换热至200℃。
然后，从热交换器17管程排出的混合物料进入第二冷却器21内进行换热降温，降至75℃后，输送至压缩机22中，在压缩机22的作用下对混合物料进行压缩，产生的汽态冷凝物，经过空冷器23冷却至42℃后直接进入闪蒸罐24中，在闪蒸罐24中分离，闪蒸罐24顶部排放的主要是未冷凝的氢气，与配入的一氧化碳并入合成气输入管线4中，一起输送至第一羰基合成反应器1内。
最后，闪蒸罐24底部排出的物料经干燥后，输送至脱丙烷塔26，脱丙烷塔26顶部可得到纯度为99.57％的丙烯，通过管线并入丙烯输入管线3中，一起输送至第一羰基合成反应器1内，脱丙烷塔26底部排放的丙烷回流至热交换器17的壳程内，进行循环再利用。
采用本方法可有效降低丙烯羰基化过程中的原料消耗，每生产一吨丁醛，丙烯消耗量可降低6.2KG,合成气消耗量可降低13NM3。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种降低丙烯羰基化过程中原料消耗的装置，包括依次连接的第一羰基合成反应器、第二羰基合成反应器和高压蒸发器收集槽，所述第一羰基合成反应器连接有丙烯输入管线和合成气输入管线，所述第二羰基合成反应器顶部连接有换热器，其特征在于，所述换热器顶部和高压蒸发器收集槽顶部的气体输出口均通过管线与热交换器的壳程入口相连通，所述热交换器的壳程出口通过管线依次连接有电加热炉、固定床反应器和第一冷却器，所述第一冷却器的出口与热交换器的管程进口相连接，所述热交换器的管程出口通过管线依次连接有第二冷却器、压缩机、空冷器和闪蒸罐，所述闪蒸罐顶部通过氢气输送管线与合成气输入管线相连通，所述闪蒸罐底部连接有脱丙烷塔，所述脱丙烷塔顶部通过管线与丙烯输入管线相连通，所述脱丙烷塔底部通过管线与热交换器的壳程进口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种降低丙烯羰基化过程中原料消耗的装置，其特征在于，所述氢气输送管线连通有一氧化碳配入管线。
3.一种基于权利要求1或2所述的降低丙烯羰基化过程中原料消耗的装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将第二羰基合成反应器的释放气和高压蒸发器收集槽的释放气一起输入热交换器壳程中进行第一次换热，换热后的混合物料进入电加热炉进行二次换热；
(2)二次换热后的混合物料进入固定床反应器，进行脱氢反应；
(3)脱氢反应后的混合物料经第一冷却器冷却后，进入热交换器的管程进行换热；
(4)从热交换器管程排出的混合物料经第二冷却器换热降温后，输送至压缩机中进行压缩，产生汽态冷凝物，经过空冷器冷却后，进入闪蒸罐中分离，闪蒸罐顶部排放的氢气与配入的一氧化碳一起输送至第一羰基合成反应器内；
(5)闪蒸罐底部排出的物料经干燥后，输送至脱丙烷塔，脱丙烷塔顶部排放的丙烯输送至第一羰基合成反应器内，脱丙烷塔底部排放的丙烷回流至热交换器的壳程内。
4.根据权利要求3所述的降低丙烯羰基化过程中原料消耗的方法，其特征在于，所述步骤(1)中第一次换热后混合物料的温度达到185℃-225℃，第二次换热在电加热炉内混合物料的温度达到590℃-605℃，压力达到0.05MPa-0.06MPa。
5.根据权利要求3所述的降低丙烯羰基化过程中原料消耗的方法，其特征在于，所述步骤(2)中固定床反应器内反应温度控制在590℃-650℃以内，压力在32KPa-49KPa之间。
6.根据权利要求3所述的降低丙烯羰基化过程中原料消耗的方法，其特征在于，所述步骤(3)中混合物料经第一冷却器冷却至360℃-380℃,在热交换器的管程内进行换热至190℃-200℃。
7.根据权利要求3所述的降低丙烯羰基化过程中原料消耗的方法，其特征在于，所述步骤(4)中混合物料进入第二冷却器内进行换热降温至65℃-75℃，在空冷器内冷却降温至35℃-42℃。
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