CN108863702B - 用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统及方法 - Google Patents

用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统及方法，其中，异丁烷脱氢工艺热回收系统包括：透平压缩机，所述透平压缩机的蒸汽入口与所述热回收单元相连，其乏汽出口与所述分馏单元相连，其中：所述热回收单元包括反应气热能回收器、再生气热能回收器和蒸汽缓冲罐；用于异丁烷脱氢工艺的反应器与所述反应气热能回收器通过管线连接，反应器中产生的反应气在所述反应气热能回收器中换热并产生中压过热蒸汽；用于异丁烷脱氢工艺的再生器与所述再生气热能回收器通过管线连接，再生器中产生的再生气在所述再生气热能回收器中换热并产生中压过热蒸汽(4)；所述中压过热蒸汽被输入所述蒸汽缓冲罐中。本发明充分回收利用了余热，节约了资源。

Description

用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统及方法
技术领域
本发明涉及化工领域，尤其涉及一种用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统及方法。
背景技术
异丁烯是一种重要的有机化工原料，主要用于制备各种有机原料和精细化学品。在传统工艺中，异丁烯主要来源是石脑油蒸汽裂解制乙烯装置的副产C4馏分(四个碳原子的烃类混合物)、炼厂催化裂化(FCC)装置的副产C4馏分。随着异丁烯下游产品的开发利用，传统来源的异丁烯已不能满足需求，因此需扩大异丁烯的来源，增加异丁烯的产量。
异丁烷脱氢制异丁烯化学方程式如下：
Figure BDA0001291412370000011
异丁烷脱氢工艺装置以异丁烷为原料，在反应条件下，异丁烷发生脱氢反应生成反应气，其中包括异丁烯、氢气及其它副产物，通过旋风分离、热能回收、洗涤等工序后送至压缩机压缩液化，再根据反应气液化后馏分的饱和蒸汽压不同，经吸收塔、解析塔、脱轻塔、脱重塔，脱除其中的轻组分(氢气、C2、C3等)以及重组分(C5+)，得到混合碳四(主要是异丁烷、异丁烯)；失活后的催化剂送至再生器内氧化再生，再生气通过旋风分离、热能回收、除尘回收后经烟囱排往大气。
传统技术中，异丁烷脱氢装置中反应气体以及再生气体的余热采用热能回收器回收余热，副产1.6MPa的饱和蒸汽，送至全厂蒸汽管网，热能不能被充分利用；同时，反应气采用电力驱动的压缩机压缩，将反应气压缩至2.0MPa，使反应气发生液化。因反应气流量大，压力低，压缩到所需压力时消耗大量电能，使产品成本提高，降低了利润空间。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种能够充分利用反应气和再生气余热的系统和方法。
为实现上述目的，本发明提供一种用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统，包括热回收单元和分馏单元，其特征在于，还包括透平压缩机，所述透平压缩机的蒸汽入口与所述热回收单元相连，其乏汽出口与所述分馏单元相连，其中：
所述热回收单元包括反应气热能回收器、再生气热能回收器和蒸汽缓冲罐；
用于异丁烷脱氢工艺的反应器与所述反应气热能回收器通过管线连接，反应器中产生的反应气在所述反应气热能回收器中换热并产生中压过热蒸汽；
用于异丁烷脱氢工艺的再生器与所述再生气热能回收器通过管线连接，再生器中产生的再生气在所述再生气热能回收器中换热并产生中压过热蒸汽；
所述中压过热蒸汽被输送至所述蒸汽缓冲罐中。
根据本发明的一个方面，所述透平压缩机的蒸汽入口与所述蒸汽缓冲器相连接，并且所述透平压缩机通过所述蒸汽缓冲罐中的所述中压过热蒸汽驱动压缩换热后的反应气。
根据本发明的一个方面，所述透平压缩机乏汽出口通过管线与所述分馏单元的乏汽入口相连。
根据本发明的一个方面，还包括循环装置，所述循环装置入口与所述分馏单元的乏汽凝液出口相连，所述循环装置的出口与所述反应气热能回收器、所述再生气热能回收器和界区外的凝液入口相连。
根据本发明的一个方面，所述分馏单元包括解析塔再沸器、脱轻塔再沸器和脱重塔再沸器；
所述透平压缩机向所述解析塔再沸器、所述脱轻塔再沸器和所述脱重塔再沸器输出乏汽作为热源。
根据本发明的一个方面，所述蒸汽缓冲罐设有与界区外稳压蒸汽相连通的管线。
根据本发明的一个方面，所述透平压缩机与所述分馏单元之间设有与界区外补充蒸汽相连通的管线。
用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统的方法，该方法包括以下步骤：
a)用于异丁烷脱氢工艺的反应器中脱氢反应产生的反应气被送入到反应气热能回收器中，反应气热能回收器吸收反应气中的余热产生中压过热蒸汽；用于异丁烷脱氢工艺的再生器中催化剂再生后产生的再生气被送入到再生气热能回收器中，再生气热能回收器吸收再生气中的余热并产生中压过热蒸汽；
b)将反应气热能回收器和再生气热能回收器产生的中压过热蒸汽输入到蒸汽缓冲罐中；
c)将蒸汽缓冲罐中的中压过热蒸汽通过管线输入透平压缩机中，透平压缩机被中压过热蒸汽驱动并压缩经过反应气热能回收器换热后的反应气；
d)中压过热蒸汽驱动透平压缩机做功之后变为乏汽，乏汽通过管线输入到分馏单元中，分别为解析塔再沸器、脱轻塔再沸器和脱重塔再沸器提供热源；
e)被透平压缩机压缩的反应气，被输入分馏单元中，根据反应气馏分的饱和蒸气压不同，被解析塔再沸器、脱轻塔再沸器和脱重塔再沸器加热分离出不同的组分；
f)乏汽在通过分馏单元中换热之后凝结为凝液，被循环装置输送到热回收单元和界区外的凝液收集器。
根据本发明的一个方面，所述中压过热蒸汽压力为3.5～4.2MPaG，温度为380～450℃。
根据本发明的一个方面，所述乏汽压力为1.0～1.6MPaG，温度为185～220℃。
根据本发明的一种方案，采用透平压缩机能够充分利用由反应气热能回收器和再生气热能回收器产生的中压过热蒸汽，实现了整个系统的蒸汽自产自销，减少了对界区外蒸汽的依赖，避免了蒸汽在输送的过程中的资源浪费。通过透平压缩代替电动压缩机，不仅充分节约了电能，而且充分利用了反应气和再生气的余热，从而达到了节约能源、降低产品生产成本的目的。
根据本发明的一种方案，从透平压缩机排出的乏汽被用于分馏单元的热源，进一步的有效利用了蒸汽的热能，避免能源的浪费，提高了资源的利用率。同时，避免了分馏单元使用其它热源，进一步的节约了产品成本。
根据本发明的一种方案，在透平压缩机之前增加了蒸汽缓冲罐，有效地避免了反应气热能回收器和再生气热能回收器因生产负荷变化而产生的波动，保证了透平压缩机的平稳正常运行。
根据本发明的一种方案，蒸汽缓冲罐设有与界区外的稳压蒸汽相连接的管线，进一步保证了蒸汽缓冲罐能够稳定的输出中压过热蒸汽，更好的保证透平压缩机的工作稳定。
附图说明
图1是示意性表示根据本发明的用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统及方法的流程示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统及方法的流程示意图。如图所示，根据本发明的一种实施方式，异丁烷脱氢工艺热回收系统包括：热回收单元1、透平压缩机2、分馏单元3和循环装置6。在本实施方式中，热回收单元1、透平压缩机2、分馏单元3和循环装置6之间通过管线相互连通，形成一个循环系统。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，热回收单元1包括反应气热能回收器11、再生气热能回收器12和蒸汽缓冲罐13。在本实施方式中，用于异丁烷脱氢工艺的反应器的反应气出口与反应气热能回收器11的反应气进口通过管线相互连接，反应气热能回收器11的反应气出口与相应的下游工艺的气体进口通过管线连接。用于异丁烷脱氢工艺的再生器的再生气出口与再生气热能回收器12的再生气进口通过管线相互连接，再生气热能回收器12的再生气出口与相应的下游处理工艺的气体进口通过管线连接。反应气热能回收器11的蒸汽出口通过管线与蒸汽缓冲罐13的蒸汽入口相连接，再生气热能回收器12的蒸汽出口同样通过管线与蒸汽罐13的蒸汽入口相连接。
在本实施方式中，用于异丁烷脱氢工艺的反应器中发生脱氢反应产生反应气，反应气通过管线进入反应气热能回收器11中。反应气在反应气热能回收器11中进行热交换，从而使反应气热能回收器11产生中压过热蒸汽4，产生的中压过热蒸汽4又通过管线被输送到蒸汽缓冲罐13中储存。用于异丁烷脱氢工艺的再生器中在催化剂活化过程中产生再生气，再生气通过管线被输送到再生气热能回收器12中。再生气在再生气热能回收器12中进行热交换，从而使再生气热能回收器12同样产生中压过热蒸汽4，产生的中压过热蒸汽4通过管线同样被输送到蒸汽缓冲罐13中稳压。通过对反应气和再生气的热能回收非常有效的提高了热能的使用率，避免了反应气和再生气所携带的热能被浪费，提高了能源的利用率，节约了生产成本。采用蒸汽缓冲罐13有效地避免了反应气热能回收器11和再生气热能回收器12因生产负荷变化而产生的波动，有效地保证了后续生产工艺中蒸汽量的充足，也保证了蒸汽压力的稳定。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，蒸汽缓冲罐13设有与界区外稳压蒸汽相连通的管线。在本实施方式中，蒸汽缓冲罐13与界区外稳压蒸汽连通的管线上设有控制蒸汽缓冲罐13与稳压蒸汽通断的控制阀。通过控制控制阀的通断，就能方便的控制蒸汽缓冲罐13与稳压蒸汽的连通或者断开。进一步保证了蒸汽缓冲罐13能够稳定的输出中压过热蒸汽，更好的保证输出压力稳定的蒸汽。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，透平压缩机2位于蒸汽缓冲罐13的下游。在本实施方式中，透平压缩机2的蒸汽入口通过管线与蒸汽缓冲罐13的蒸汽出口相连通，透平压缩机2的乏汽出口则与下游的分馏单元3通过管线连通。透平压缩机2被蒸汽缓冲罐13输出的中压过热蒸汽4驱动，从而压缩经过换热后的反应气。中压过热蒸汽4驱动透平压缩机2做功后变位乏汽5。乏汽5从透平压缩机2的乏汽出口排除，从而通过管线进入下游工序。采用透平压缩机2实现了整个系统的蒸汽自产自销，减少了对界区外蒸汽的依赖，避免了蒸汽在输送的过程中的资源浪费。同时，使用透平压缩机2代替电动压缩机，合理的利用了回收的热能做功，提高了资源利用率，并且节约了能源，降低了产品的生产成本。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，分馏单元3包括解析塔再沸器31、脱轻塔再沸器32和脱重塔再沸器33。在本实施方式中，解析塔再沸器31、脱轻塔再沸器32和脱重塔再沸器33的乏汽入口均分别与透平压缩机2的乏汽出口相连通。并且，解析塔再沸器31、脱轻塔再沸器32和脱重塔再沸器33的乏汽凝液出口则均与循环装置6的凝液入口通过管线相互连接。循环装置6的凝液出口通过管线与反应气热能回收器11和再生气热能回收器12的凝液入口相连接，同时，循环装置6的凝液出口通过管线与界区外凝液回收入口相连。通过循环装置6使分馏单元3中换热后产生的凝液能够被输送回热回收单元1和界区外的凝液收集器中，实现了整个系统热能回收过程中换热介质的循环，保证了整个热能回收系统的正常运行。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，乏汽5通过管线输入分馏单元3中。在本实施方式中，解析塔再沸器31、脱轻塔再沸器32和脱重塔再沸器33通过管线接收来自透平压缩机2输出的乏汽5，乏汽5为解析塔再沸器31、脱轻塔再沸器32和脱重塔再沸器33提供了热源。采用乏汽5为分馏单元3的热源进一步的提高了热能的回收利用率，避免了能量的浪费，节省了资源，进一步降低了生产成本。
根据本发明的一种实施方式，中压过热蒸汽4压力为3.5～4.2MPaG，温度为380～450℃。乏汽5压力为1.0～1.6MPaG，温度为185～220℃。采用中压过热蒸汽4不但充分的吸收了反应气和再生气中的余热，而且能够满足驱动透平压缩机2正常运行。同时，保证了中压过热蒸汽4驱动透平压缩机2做工后能够变成具有较高温度的乏汽5。进一步的，使乏汽5能够为分馏单元3提供足够的热量。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，透平压缩机2与分馏单元3之间设有与界区外补充蒸汽相连通的管线。在本实施方式中，透平压缩机2乏汽出口与解析塔再沸器31、脱轻塔再沸器32和脱重塔再沸器33相连接的管线上还设有与界区外的补充蒸汽相连通的管线，与补充蒸汽相连接的管线上设有开关阀门控制管线的通断。通过设置补充蒸汽管线能够起到透平压缩机2输出乏汽5不足时，能够保证分馏单元3能够有充足的热源输入，进一步保证分馏单元3的正常运行。
根据本发明，用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统的方法包括以下步骤：
a)用于异丁烷脱氢工艺的反应器中脱氢反应产生的反应气通过管线被输送到反应气热能回收器11中，反应气热能回收器11吸收反应气中的余热产生压力为3.5～4.2MPaG，温度为380～450℃的中压过热蒸汽4；用于异丁烷脱氢工艺的再生器中催化剂再生后产生的再生气通过管线被输入到再生气热能回收器12中，再生气热能回收器12吸收再生气中的余热并产生压力为3.5～4.2MPaG，温度为380～450℃的中压过热蒸汽4；
b)反应气热能回收器11和再生气热能回收器12产生的中压过热蒸汽4通过管线输入到蒸汽缓冲罐13中储存；
c)将蒸汽缓冲罐13中的中压过热蒸汽4通过管线输入透平压缩机2中，透平压缩机2被中压过热蒸汽4驱动并压缩经过反应气热能回收器11换热后的反应气；
d)中压过热蒸汽4驱动透平压缩机2做功之后变成压力为1.0～1.6MPaG，温度为185～220℃的乏汽5，乏汽5通过管线被输入到分馏单元3中，分别为解析塔再沸器31、脱轻塔再沸器32和脱重塔再沸器33提供热源；
e)被透平压缩机2压缩的反应气，通过管线被输入分馏单元3中，根据反应气馏分的饱和蒸气压不同，被解析塔再沸器31、脱轻塔再沸器32和脱重塔再沸器33加热分离出不同的组分；
f)乏汽5在通过分馏单元3中换热之后凝结为凝液，通过与循环装置6相连接的管线，循环装置6的凝液入口接收凝液，并且循环装置6通过与凝液出口相连的管线，将凝液输送到热回收单元1和界区外的凝液收集器中，使凝液能够进入反应气和再生气热回收的循环过程中。
上述内容仅为本发明的具体实施方式的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统，包括热回收单元(1)和分馏单元(3)，其特征在于，还包括透平压缩机(2)，所述透平压缩机(2)的蒸汽入口与所述热回收单元(1)相连，其乏汽出口与所述分馏单元(3)相连，其中：
所述热回收单元(1)包括反应气热能回收器(11)、再生气热能回收器(12)和蒸汽缓冲罐(13)；
用于异丁烷脱氢工艺的反应器与所述反应气热能回收器(11)通过管线连接，反应器中产生的反应气在所述反应气热能回收器(11)中换热并产生中压过热蒸汽(4)；
用于异丁烷脱氢工艺的再生器与所述再生气热能回收器(12)通过管线连接，再生器中产生的再生气在所述再生气热能回收器(12)中换热并产生中压过热蒸汽(4)；
所述中压过热蒸汽(4)被输送至所述蒸汽缓冲罐(13)中。
2.根据权利要求1所述的用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统，其特征在于，所述透平压缩机(2)的蒸汽入口与所述蒸汽缓冲罐(13)相连接，并且所述透平压缩机(2)通过所述蒸汽缓冲罐(13)中的所述中压过热蒸汽(4)驱动压缩换热后的反应气。
3.根据权利要求2所述的用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统，其特征在于，所述透平压缩机(2)乏汽出口通过管线与所述分馏单元(3)的乏汽入口相连。
4.根据权利要求3所述的用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统，其特征在于，还包括循环装置(6)，所述循环装置(6)入口与所述分馏单元(3)的乏汽凝液出口相连，所述循环装置(6)的出口与所述反应气热能回收器(11)、所述再生气热能回收器(12)和界区外的凝液入口相连。
5.根据权利要求4所述的用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统，其特征在于，所述分馏单元(3)包括解析塔再沸器(31)、脱轻塔再沸器(32)和脱重塔再沸器(33)；
所述透平压缩机(2)向所述解析塔再沸器(31)、所述脱轻塔再沸器(32)和所述脱重塔再沸器(33)输出乏汽(5)作为热源。
6.根据权利要求5所述的用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统，其特征在于，所述蒸汽缓冲罐(13)设有与界区外稳压蒸汽相连通的管线。
7.根据权利要求6所述的用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统，其特征在于，所述透平压缩机(2)与所述分馏单元(3)之间设有与界区外补充蒸汽相连通的管线。
8.利用权利要求1-7之一所述的用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a)用于异丁烷脱氢工艺的反应器中脱氢反应产生的反应气被送入到反应气热能回收器(11)中，反应气热能回收器(11)吸收反应气中的余热产生中压过热蒸汽(4)；用于异丁烷脱氢工艺的再生器中催化剂再生后产生的再生气被送入到再生气热能回收器(12)中，再生气热能回收器(12)吸收再生气中的余热并产生中压过热蒸汽(4)；
b)将反应气热能回收器(11)和再生气热能回收器(12)产生的中压过热蒸汽(4)输入到蒸汽缓冲罐(13)中；
c)将蒸汽缓冲罐(13)中的中压过热蒸汽(4)通过管线输入透平压缩机(2)中，透平压缩机(2)被中压过热蒸汽(4)驱动并压缩经过反应气热能回收器(11)换热后的反应气；
d)中压过热蒸汽(4)驱动透平压缩机(2)做功之后变为乏汽(5)，乏汽(5)通过管线输入到分馏单元(3)中，分别为解析塔再沸器(31)、脱轻塔再沸器(32)和脱重塔再沸器(33)提供热源；
e)被透平压缩机(2)压缩的反应气，被输入分馏单元(3)中，根据反应气馏分的饱和蒸气压不同，被解析塔再沸器(31)、脱轻塔再沸器(32)和脱重塔再沸器(33)加热分离出不同的组分；
f)乏汽(5)在通过分馏单元(3)中换热之后凝结为凝液，被循环装置(6)输送到热回收单元(1)和界区外的凝液收集器。
9.根据权利要求8所述的用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统的方法，其特征在于，所述中压过热蒸汽(4)压力为3.5～4.2MPaG，温度为380～450℃。
10.根据权利要求9所述的用于异丁烷脱氢工艺的热回收系统的方法，其特征在于，所述乏汽(5)压力为1.0～1.6MPaG，温度为185～220℃。
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