CN108586213A - 一种乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，包括反应器，还包括汽包和制冷机组，所述反应器的移热介质出口与所述汽包的移热介质气相进口连接，所述汽包的移热介质气相出口与所述制冷机组的移热介质进口连接，所述汽包的移热介质液相出口与所述反应器的移热介质进口相连，所述制冷机组的移热介质出口与所述汽包的移热介质液相进口相连。本发明还提供使用该装置的回收乙烯氢甲酰化反应过程中的余热的方法。本发明具有结构简单、操作稳定、运行成本低、高效经济的优点。

Description

一种乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置及其方法
技术领域
本发明涉及余热回收装置及其方法，具体涉及一种乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置及其方法。
背景技术
乙烯氢甲酰化反应是制备多种重要的有机溶剂和化工原料的主要方法，如正丙醛和正丙醇均以乙烯氢甲酰化法为主要合成方法，乙烯氢甲酰化法又名羰基合成法，是以乙烯、一氧化碳、氢气为原料，在催化剂的作用下生成丙醛的方法，该方法的主要特点是产品纯度高，无异构体产生，分离简便，是生产丙醛的主要方法和发展方向，而正丙醇的生产主要包括两部分：正丙醛与氢气反应制粗丙醇和粗丙醇的精制过程，其原料即为正丙醛和氢气。羰基合成是强放热反应，反应热大约为125kJ/mol,反应过程中热量的移除至关重要。乙烯氢甲酰化反应根据催化剂的不同分为均相催化剂工艺和多相催化剂工艺，如中国专利公开号CN105523891A、CN 105585437A、CN 104667976A、CN 102030622A、CN102336638A、美国专利US4072709等。其中均相催化剂工艺反应释放出的热量依靠溶剂带出反应器，反应过程中释放出的大量热量无法被利用。多相催化工艺反应温度低，同时反应放热量特别大，导致如水等寻常的移热介质，在换热过程中无法发生相变，移热效率低，反应器容易飞温；另外，移热介质中的热量难以有效的回收，一般都是与冷却水换热后再循环利用，这种方法造成了热量浪费，增加了装置的运行成本。
如中国专利公开号CN107266289A，发明名称：一种利用二氧化碳生产正丙醇的装置和方法。该发明公开了一种利用二氧化碳生产正丙醇的装置和方法，以二氧化碳为原料，包括原料混合单元、缓冲单元、反应单元、余热回收单元、急冷单元、压缩单元、分离单元、PSA单元、正丙醛生产单元以及正丙醇生产单元。该发明利用二氧化碳制取乙烯、一氧化碳、氢气并将其产物作为下游正丙醛、正丙醇生产的原料供应；利用工艺所产生的废气作燃料增发蒸汽。不足之处是移热介质中的热量无法进行回收，造成了热量浪费，增加了装置的运行成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种结构简单、操作稳定、运行成本低、高效经济的乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置及其方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，包括反应器，还汽包和制冷机组，所述反应器的移热介质出口与所述汽包的移热介质气相进口连接，所述汽包的移热介质气相出口与所述制冷机组的移热介质进口连接，所述汽包的移热介质液相出口与所述反应器的移热介质进口相连，所述制冷机组的移热介质出口与所述汽包的移热介质液相进口相连。
进一步的：
作为本发明的优选实施方式，所述反应器设置有至少一个移热介质出口。
作为本发明的优选实施方式，所述反应器优选为径向反应器。
作为本发明的优选实施方式，所述反应器优选为轴向反应器。
作为本发明的优选实施方式，所述制冷机组优选为溴化锂吸收式制冷机组。
作为本发明的优选实施方式，所述汽包设置有至少一个移热介质气相进口。
本发明还提供使用该装置的回收乙烯氢甲酰化反应过程中的余热的方法，包括以下步骤：
(1)原料乙烯和合成气进入反应器进行反应，反应过程中释放出的热量被进入反应器的液相移热介质吸收，液相移热介质吸收热量过程中，一部分液态的移热介质会相变成气态，得到气液相的移热介质；
(2)步骤(1)得到的气液相的移热介质离开反应器进入汽包进行气相和液相的分离，液相的移热介质重新进入反应器进行循环，气态的移热介质输送到制冷机组；
(3)进入制冷机组的气态移热介质经过换热，从气态移热介质变为液态移热介质后，重新返回汽包再进入反应器进行循环。
作为本发明的优选实施方式，所述移热介质优选选用烷烃类物质，更优选为异丁烷、正丁烷、己烷、正戊烷和异戊烷中的一种。
作为本发明的优选实施方式，所述制冷机组的冷剂水初始温度优选为12-35℃，流量优选为150-860吨/小时。
作为本发明的优选实施方式，所述汽包的压力优选控制为0.1-0.8Mpa，温度优选控制为60-160℃。
反应器中发生的乙烯氢甲酰化反应是强放热反应，反应温度在70—180℃。反应过程中产生的大量热量通过一部分烷烃类移热介质发生相变将热量带走到汽包。
汽包接纳反应器来的移热介质，对气相和液相的移热介质进行分离，液相的移热介质重新回到反应器，饱和气态的移热介质输送到制冷机组。
制冷机组接收汽包过来的气态移热介质，吸收气态移热介质的热量，将气态移热介质冷却为液态移热介质后，重新返回汽包再进入反应器进行循环。本发明的制冷机组优选为溴化锂吸收式制冷机组，溴化锂吸收式制冷机组是以溴化锂溶液为吸收剂材料，以水为制冷剂溶液，利用水在高真空中蒸发吸热达到制冷的目的。冷剂水一般为15-35℃进入溴化锂机组，冷却至7-15℃输送至其他冷却设备作为冷源使用。
因为乙烯氢甲酰化反应反应器温度较低，同时反应过程中会释放出大量热量，当反应温度较低时采用水作为移热介质时100℃以下不会发生相变，无法将大量的反应热带出反应器，因此，本发明的装置采用烷烃类移热介质，移热介质选用烷烃类(如异丁烷、正丁烷、己烷、正戊烷、异戊烷等)可以在反应温度较低情况下发生相变的介质，可以有效的将大量的反应热带出反应器。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、结构简单、操作稳定，反应器设置有至少一个移热介质出口，汽包设置有至少一个移热介质气相进口，可以将反应过程中的热量有效移出；采用烷烃类移热介质可以在反应温度较低情况下发生相变，有效的将大量的反应热带出反应器，使反应平稳进行，反应过程无飞温现象。
2、高效经济，通过制冷机组可以将移热介质中的热量转换成冷水，用于后续其他需要冷量的设备，提高了装置整体的经济性，冷剂水温度降低8℃以上。
附图说明
图1是本发明的乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置的流程示意图。
图中，反应器1，汽包2，制冷机组3。
具体实施方式
如图1所示，本发明的乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，包括反应器1，还包括汽包2和制冷机组3，反应器1的移热介质出口与汽包2的移热介质气相进口连接，汽包2的移热介质气相出口与制冷机组3的移热介质进口连接，汽包2的移热介质液相出口与反应器1的移热介质进口相连，制冷机组3的移热介质出口与汽包2的移热介质液相进口相连。
生产流程为(以丙醛的合成为例)：原料乙烯和合成气进入反应器1进行反应生成丙醛及一些其他组分，反应过程中释放出的大量热量被进入反应器1的液相移热介质吸收，液相移热介质吸收热量过程中，一部分液态的移热介质会相变成气态，比例在2-20％；气液相的移热介质离开反应器1进入汽包2，进入汽包2的气液相的移热介质进行气相和液相的分离，液相的移热介质重新进入反应器1进行循环，饱和气态的移热介质输送到制冷机组3；进入制冷机组3的气态移热介质通过制冷机组3进行换热，从气态变为液态移热介质后，重新返回汽包2再进入反应器1进行循环。
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述，但本发明并不仅限于所述的实施例。
实施例1
一种乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，包括反应器1(轴向反应器，设置有一个移热介质出口)，还包括汽包2(设置有一个移热介质气相进口)和制冷机组3(溴化锂吸收式制冷机组)，反应器1的移热介质出口与汽包2的移热介质气相进口连接，汽包2的移热介质气相出口与制冷机组3的移热介质进口连接，汽包2的移热介质液相出口与反应器1的移热介质进口相连，制冷机组3的移热介质出口与汽包2的移热介质液相进口相连。
使用该装置回收乙烯氢甲酰化反应制备丙醛过程中的余热，参数控制如下：
移热介质为正丁烷；控制进入反应器1的液相移热介质的温度为70℃，压力为0.8Mpa，液相移热介质吸收热量过程中，一部分液态的移热介质会相变成气态，比例在8％；控制汽包2的压力为0.8Mpa，温度为70℃；控制制冷机组3的冷剂水初始温度为20℃，流量为450吨/小时。
结果：反应平稳进行，反应过程中反应器1无飞温现象；制冷机组3的冷剂水温度降至10℃。
实施例2
一种乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，包括反应器1(径向反应器，设置有两个移热介质出口)，还包括汽包2(设置有两个移热介质气相进口)和制冷机组3(溴化锂吸收式制冷机组)，反应器1的移热介质出口与汽包2的移热介质气相进口连接，汽包2的移热介质气相出口与制冷机组3的移热介质进口连接，汽包2的移热介质液相出口与反应器1的移热介质进口相连，制冷机组3的移热介质出口与汽包2的移热介质液相进口相连。
使用该装置回收乙烯氢甲酰化反应制备丙醛过程中的余热，参数控制如下：
移热介质为异丁烷；控制进入反应器1的液相移热介质的温度为60℃，压力为0.77Mpa，液相移热介质吸收热量过程中，一部分液态的移热介质会相变成气态，比例在7％；控制汽包2的压力为0.77Mpa，温度为60℃；控制制冷机组3的冷剂水初始温度为20℃，流量为470吨/小时。
结果：反应平稳进行，反应过程中反应器1无飞温现象；制冷机组3的冷剂水温度降至12℃。
实施例3
一种乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，包括反应器1(径向反应器，设置有三个移热介质出口)，还包括汽包2(设置有三个移热介质气相进口)和制冷机组3(溴化锂吸收式制冷机组)，反应器1的移热介质出口与汽包2的移热介质气相进口连接，汽包2的移热介质气相出口与制冷机组3的移热介质进口连接，汽包2的移热介质液相出口与反应器1的移热介质进口相连，制冷机组3的移热介质出口与汽包2的移热介质液相进口相连。
使用该装置回收乙烯氢甲酰化反应制备丙醛过程中的余热，参数控制如下：
移热介质为己烷；控制进入反应器1的液相移热介质的温度为130℃，压力为0.5Mpa，液相移热介质吸收热量过程中，一部分液态的移热介质会相变成气态，比例在3％；控制汽包2的压力为0.5Mpa，温度为130℃；控制制冷机组3的冷剂水初始温度为35℃，流量为210吨/小时。
结果：反应平稳进行，反应过程中反应器1无飞温现象；制冷机组3的冷剂水温度降至15℃。
实施例4
一种乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，包括反应器1(径向反应器，设置有四个移热介质出口)，还包括汽包2(设置有四个移热介质气相进口)和制冷机组3(溴化锂吸收式制冷机组)，反应器1的移热介质出口与汽包2的移热介质气相进口连接，汽包2的移热介质气相出口与制冷机组3的移热介质进口连接，汽包2的移热介质液相出口与反应器1的移热介质进口相连，制冷机组3的移热介质出口与汽包2的移热介质液相进口相连。
使用该装置回收乙烯氢甲酰化反应制备丙醛过程中的余热，参数控制如下：
移热介质为异戊烷；控制进入反应器1的液相移热介质的温度为90℃，压力为0.5Mpa，液相移热介质吸收热量过程中，一部分液态的移热介质会相变成气态，比例在6％；控制汽包2的压力为0.5Mpa，温度为90℃；控制制冷机组3的冷剂水初始温度为15℃，流量为540吨/小时。
结果：反应平稳进行，反应过程中反应器无飞温现象；制冷机组3的冷剂水温度降至7℃。

Claims (10)

1.一种乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，包括反应器，其特征在于，还包括汽包和制冷机组，所述反应器的移热介质出口与所述汽包的移热介质气相进口连接，所述汽包的移热介质气相出口与所述制冷机组的移热介质进口连接，所述汽包的移热介质液相出口与所述反应器的移热介质进口相连，所述制冷机组的移热介质出口与所述汽包的移热介质液相进口相连。
2.根据权利要求1所述的乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，其特征在于，所述反应器设置有至少一个移热介质出口。
3.根据权利要求1所述的乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，其特征在于，所述反应器为径向反应器。
4.根据权利要求1所述的乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，其特征在于，所述反应器为轴向反应器。
5.根据权利要求1所述的乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，其特征在于，所述制冷机组为溴化锂吸收式制冷机组。
6.根据权利要求1所述的乙烯氢甲酰化反应过程中的余热回收装置，其特征在于，所述汽包设置有至少一个移热介质气相进口。
7.一种使用如权利要求1所述装置的回收乙烯氢甲酰化反应过程中的余热的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原料乙烯和合成气进入反应器进行反应，反应过程中释放出的热量被进入反应器的液相移热介质吸收，液相移热介质吸收热量过程中，一部分液态的移热介质会相变成气态，得到气液相的移热介质；
(2)步骤(1)得到的气液相的移热介质离开反应器进入汽包进行气相和液相的分离，液相的移热介质重新进入反应器进行循环，气态的移热介质输送到制冷机组；
(3)进入制冷机组的气态移热介质经过换热，从气态移热介质变为液态移热介质后，重新返回汽包再进入反应器进行循环。
8.根据权利要求7所述的回收乙烯氢甲酰化反应过程中的余热的方法，其特征在于，所述移热介质为异丁烷、正丁烷、己烷、正戊烷和异戊烷中的一种。
9.根据权利要求7所述的回收乙烯氢甲酰化反应过程中的余热的方法，其特征在于，所述制冷机组的冷剂水初始温度为12-35℃，流量为150-860吨/小时。
10.根据权利要求7所述的回收乙烯氢甲酰化反应过程中的余热的方法，其特征在于，所述汽包的压力控制为0.1-0.8Mpa，温度控制为60-160℃。
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