CN108863703B - 脱氢系统及其脱除异丁烷脱氢产物中催化剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脱氢系统，包括再生器，反应器，催化剂分离装置，热能回收器以及水洗塔；所述催化剂分离装置设置在所述反应器和所述热能回收器之间；所述催化剂分离装置包括三级旋风分离器，位于所述三级旋风分离器之下的三旋中间罐，以及位于所述三旋中间罐之下的废催化剂罐。根据本发明的脱氢系统实现催化剂可以循环使用，延长热能回收器使用寿命，连续运行时间长，异丁烯纯度高等。

Description

脱氢系统及其脱除异丁烷脱氢产物中催化剂的方法
技术领域
本发明涉及异丁烷脱氢装置的工程设计领域，尤其涉及一种脱氢系统及其循环脱除异丁烷中氢气的方法。
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、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 BDA0001291516600000011
该反应属于吸热反应，受热力学平衡的限制，高温低压有利于脱氢，但是高温也有利于烯烃聚合，造成催化剂表面结焦而失活，催化剂需要定期再生循环使用。
按照脱氢反应器结构类型，异丁烷脱氢工艺可分为固定床反应器脱氢工艺和流化床反应器脱氢工艺，其中流化床反应器脱氢工艺具有流程简洁、仪表控制安全、投资规模小、操作方便、装置运行相对灵活的优势，因此国内异丁烷脱氢装置多采用该种技术，但是该种工艺技术也存在多种不足，尤其是催化剂损失较高、热能回收器换热管磨蚀严重等。本专利通过增设三级旋风分离器减少催化剂损失，使异丁烷脱氢装置满足安全、平稳、连续生产要求。
发明内容
针对现有技术中的技术问题，本发明提供一种脱氢系统及其脱除异丁烷中氢气的方法，实现催化剂可以循环使用，减少热能回收器的磨蚀，延长热能回收器使用寿命，连续运行时间长，异丁烯纯度高等。
为实现上述发明目的，本发明提供一种脱氢系统，包括再生器，反应器，催化剂分离装置，热能回收器以及水洗塔；
所述催化剂分离装置设置在所述反应器和所述热能回收器之间；
所述催化剂分离装置包括三级旋风分离器，位于所述三级旋风分离器之下的三旋中间罐，以及位于所述三旋中间罐之下的废催化剂罐。
根据本发明的一个方面，所述再生器的底部与所述反应器的底部之间利用第一U形管道和第二U形管道相互连通。
根据本发明的一个方面，所述废催化剂罐的出口端通过管道与所述再生器的中部连通。
根据本发明的一个方面，所述三旋中间罐内部设置有与所述三级旋风分离器结构相同或者相似的旋风分离器。
根据本发明的一个方面，所述三旋中间罐的上部设置有平衡管线；
所述平衡管线内设置有用于引流的临界流速喷嘴；
所述平衡管线与所述水洗塔的入口管线45°斜向相连。
根据本发明的一个方面，所述三级旋风分离器的上端设置有反应气体入口和净化气体出口。
根据本发明的一个方面，所述反应气体入口与所述反应器的上部气体出口相互连通；
所述净化气出口与所述热能回收器的上部气体入口相互连通；
所述热能回收器的下部气体出口与所述水洗塔相互连通。
根据本发明的一个方面，所述再生器、所述反应器和所述三级旋风分离器以及将三者相互连通的管道均设置有隔热耐磨衬里层。
根据本发明的一个方面，利用所述的脱氢系统脱除异丁烷脱氢产物中催化剂的方法，其具体步骤如下：
(a)异丁烷在反应器内催化剂的作用下发生脱氢反应生成气相异丁烯，催化剂失活；
(b)掺杂催化剂颗粒的异丁烯由反应器输送至催化剂分离装置分离催化剂颗粒；
(c)反应器中失活的催化剂通过第二U形管道从反应器输送至再生器(1)活化再生，再生后的催化剂经第一U形管道输送回反应器中循环使用；
(d)掺杂催化剂颗粒的异丁烯经催化剂分离装置将催化剂颗粒分离净化后进入热能回收器生产过热中压蒸汽；
(e)经过催化剂分离装置分离出的催化剂颗粒经过压缩气体输送至再生器再生，再生后的催化剂循环使用；
(f)异丁烯进入水洗塔洗涤净化。
根据本发明的一个方面，所述(d)步骤中，催化剂颗粒经过三级旋风分离器分离后落入三旋中间罐中再次分离净化。
根据本发明的一种方案，将催化剂分离装置设置在反应器和热能回收器之间，可以使得反应气体先经过催化剂分离装置处理，再从催化剂分离装置进入热能回收器，这样可以有效地降低反应气体的温度，使得热能回收器中的换热管不会因为过高温度的反应气体的冲刷而产生损坏磨蚀等情况，有效地延长了热能回收器的使用寿命。同时，反应气体中掺杂着催化剂颗粒，由于反应气体先通过催化剂分离装置将催化剂进行分离，然后再通过热能回收器，由此有效地解决了热能回收器内积聚废催化剂的可能，使得热能回收器不会因为堵塞催化剂而使得工作效率降低或者是停止工作。
根据本发明的一种方案，再生器的底部通过两个U形管道与反应器的底部相互连通，如此设置可以使得失活的催化剂可以通过U形管道迅速地活化再生，活化再生后的催化剂可以迅速地再次参与反应，这样脱氢系统中的催化剂就可以循环使用，有效地减少了原料的消耗，降低了能耗，同时减少了成本。
根据本发明的一种方案，再生器，反应器以及催化剂分离装置的内部均设置有隔热耐磨衬里层，而且将三者相互连通的管道也均设置有隔热耐磨衬里层。因为通过再生器和反应器处理的反应的气体温度过高，同时反应气体具有较高的流速，过高的温度加上较高的流速会使得各个装置的内部产生不同程度的损坏和磨蚀，使用隔热耐磨衬里层可以有效地解决损坏和磨蚀的问题。同时，又因为催化剂分离装置设置在热能回收器之前，所以根据本发明的脱氢系统的使用寿命可以有效地提高，连续运行的时间可以更长。
根据本发明的一种方案，平衡管线的总长度控制在30m以内，这样可以有效地减小管道的阻力。临界流速喷嘴设置在平衡管线的尾部，利用临界流速喷嘴的引流效应，同时平衡管线与水洗塔的入口管线45°斜向连接，可以使得三旋中间罐内部的压力低于三级旋风分离器内部的压力，这样就可以使得三级旋风分离器内的催化剂颗粒流入至三旋中间罐中。同时，也有利于将三旋中间罐内的可燃气体抽出，防止可燃气体泄漏至废催化剂罐内。
根据本发明的一种方案，失活的催化剂分别由反应器和废催化剂罐收集，使得根据本发明的脱氢系统中的催化剂不会流失，使得产物纯度很高的同时也保证了催化剂的回收效率，使得催化剂可以更大程度的再次利用，循环利用。
根据本发明的一种方案，催化剂分离装置同时设置三级旋风分离器和三旋中间罐对掺杂催化剂颗粒的反应气体进行了两次分离。第一次分离主要是将反应气体的催化剂颗粒分离出来，分离效率可达99.9％，分离精度可达10μm，这样可以消除对后面热能回收器的磨蚀；而第二次分离主要是对三旋中间罐气体引流时将气体中的催化剂颗粒进行分离，这样可以有效地减少对平衡管线内的临界流速喷嘴堵塞，使得工作连续性更好，工作效率更高，通过催化剂分离装置分离净化后的异丁烯纯度更高。
附图说明
图1是示意性表示根据本发明的脱氢系统的结构布置的主视图。
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是示意性地表示了根据本发明的一种实施方式的脱氢系统的结构布置的主视图。如图1所示，根据本发明的脱氢系统包括再生器1，反应器2，催化剂分离装置3，热能回收器4以及水洗塔5。在本实施方式中，催化剂分离装置3设置在反应器2和热能回收器4之间，催化剂分离装置3通过管道分别与反应器2以及热能回收器4相互连接。在本实施方式中，将催化剂分离装置3设置在反应器2和热能回收器4之间，可以使得反应气体先经过催化剂分离装置3处理，再从催化剂分离装置3进入热能回收器4，这样可以有效地降低反应气体的温度，使得热能回收器4中的换热管不会因为过高温度的反应气体的冲刷而产生损坏磨蚀等情况，有效地延长了热能回收器4的使用寿命。同时，反应气体中掺杂着催化剂颗粒，由于反应气体先通过催化剂分离装置3将催化剂进行分离，然后再通过热能回收器4，由此有效地解决了热能回收器4内积聚废催化剂的可能，使得热能回收器4不会因为堵塞催化剂而使得工作效率降低或者是停止工作。
在本实施方式中，如图1所示，再生器1设置在反应器2的另一侧，再生器1的底部通过两个U形管道与反应器2的底部相互连通，这两个U形管道分别为将失活的催化剂从反应器2输送至再生器1活化再生的第二U形管道102，以及将活化再生后的催化剂从再生器1输送至反应器2的第一U形管道101。如此设置可以使得失活的催化剂可以通过U形管道迅速地活化再生，活化再生后的催化剂可以迅速地再次参与反应，这样脱氢系统中的催化剂就可以循环使用，有效地减少了原料的消耗，降低了能耗，同时减少了成本。在本实施方式中，水洗塔5设置在热能回收器4的另一侧。再生器1，反应器2以及催化剂分离装置3的内部均设置有隔热耐磨衬里层，而且将三者相互连通的管道也均设置有隔热耐磨衬里层。因为通过再生器1和反应器2处理的反应的气体温度过高，同时反应气体具有较高的流速，过高的温度加上较高的流速会使得各个装置的内部产生不同程度的损坏和磨蚀，使用隔热耐磨衬里层可以有效地解决损坏和磨蚀的问题。同时，如上所述，又因为催化剂分离装置3设置在热能回收器4之前，所以根据本发明的脱氢系统的使用寿命可以有效地提高，连续运行的时间可以更长。
根据本发明的一种实施方式，如图1所示，催化剂分离装置3包括三级旋风分离器301，三旋中间罐302以及废催化剂罐303。在本实施方式中，三级旋风分离器301，三旋中间罐302和废催化剂罐303是从上到下依次设置的。在本实施方式中，三旋中间罐302的内部设置有与三级旋风分离器301结构相同或者相似的旋风分离器。三旋中间罐302的上部设置有平衡管线3021，这个平衡管线3021的内部还设置有用于引流的临界流速喷嘴，而且平衡管线3021与水洗塔5的入口管线相互连接，连接方式为45°斜向相连。
在本实施方式中，平衡管线3021的总长度控制在30m以内，这样可以有效地减小管道的阻力。临界流速喷嘴设置在平衡管线3021的尾部，利用临界流速喷嘴的引流效应，同时平衡管线3021与水洗塔5的入口管线45°斜向连接，可以使得三旋中间罐302内部的压力低于三级旋风分离器301内部的压力，这样就可以使得三级旋风分离器301内的催化剂颗粒流入至三旋中间罐302中。同时，也有利于将三旋中间罐302内的可燃气体抽出，防止可燃气体泄漏至废催化剂罐303内。当在三旋中间罐302内部的催化剂粉尘达到一定的高度(一般为三旋中间罐高度的1/3)时，即可将三级旋风分离器301与三旋中间罐302之间的阀门关闭，然后将三旋中间罐302内的可燃气体利用内置的旋风分离器抽出，然后再打开三旋中间罐302与废催化剂罐303之间的阀门，催化剂落入废催化剂罐303中，然后再将三旋中间罐302与废催化剂罐303之间的阀门关闭，利用压缩空气将废催化剂罐303中收集的失活催化剂送回再生器1活化再生。
在本实施方式中，废催化剂罐303的出口端利用管道与再生器1的中间位置连通，这样的设置可以使得从废催化剂罐303中分离出来的失活的催化剂与反应器2中排出的失活催化剂分两路进入到再生器1中，使得失活的催化剂在再生器1中的分布比较均匀，活化再生的效果更好，失活的催化剂分别由反应器2和废催化剂罐303收集，也使得根据本发明的脱氢系统中的催化剂不会流失，使得产物纯度很高的同时也保证了催化剂的回收效率，使得催化剂可以更大程度的再次利用，循环利用。
在本实施方式中，催化剂分离装置3同时设置三级旋风分离器301和三旋中间罐302对掺杂催化剂颗粒的反应气体进行了两次分离。第一次分离主要是将反应气体的催化剂颗粒分离出来，分离效率可达99.9％，分离精度可达10μm，这样可以消除对后面热能回收器的磨蚀；而第二次分离主要是对三旋中间罐302气体引流时将气体中的催化剂颗粒进行分离，这样可以有效地减少对平衡管线3021内的临界流速喷嘴堵塞，使得工作连续性更好，工作效率更高。
根据本发明的一种实施方式，如图1所示，三级旋风分离器301的上部位置设置有可以与反应器2的上部气体出口相互连通的反应气体入口3011，以及可以与热能回收器4的上部气体入口相互连通的净化气体出口3012。在本实施方式中，经过反应器2反应后的气体由反应气体入口3011进入到催化剂分离装置3中进行分离净化，净化后的反应气体由净化气体出口3012进入到热能回收器4进行后续操作或者反应。
根据上述设置，利用根据本发明的脱氢系统脱除异丁烷脱氢产物中催化剂的方法如下:
首先，异丁烷在反应器2内经过催化剂的作用，发生脱氢反应生成气相异丁烯，反应后催化剂失活。失活的催化剂通过第二U形管道102从反应器2输送至再生器活化再生，活化再生后的催化剂可以经过第一U形管道101输送至反应器2中循环使用，输送时可采用氮气吹送；
其次，由反应器2生成的异丁烯掺杂着少量的催化剂颗粒由反应器2上部的气体出口和三级旋风分离器301上端的反应气体入口3011进入到三级旋风分离器301。异丁烯在三级旋风分离器301中将催化剂颗粒分离净化，分离出来的催化剂颗粒因为三旋中间罐302上的平衡管线3021中的临界流速喷嘴的引流作用落入三旋中间罐302中。进入三旋中间罐302中的催化剂颗粒再次通过旋风分离器进行分离净化，旋风分离器将可燃气体抽出，净化后的催化剂颗粒落入废催化剂罐303中暂存，然后通过压缩空气将废催化剂罐303内的净化后失活的催化剂颗粒输送至再生器1中活化再生。
然后，净化后的异丁烯通过净化气体出口3012进入热能回收器4中，进入热能回收器4的富有余热的异丁烯，利用其余热在热能回收器4内产生过热中压蒸汽，之后异丁烯再由热能回收器4进入水洗塔5进行洗涤降温。
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 (8)

1.一种脱氢系统，其特征在于，包括再生器(1)，反应器(2)，催化剂分离装置(3)，热能回收器(4)以及水洗塔(5)；
所述催化剂分离装置(3)设置在所述反应器(2)和所述热能回收器(4)之间；
所述催化剂分离装置(3)包括三级旋风分离器(301)，位于所述三级旋风分离器(301)之下的三旋中间罐(302)，以及位于所述三旋中间罐(302)之下的废催化剂罐(303)；
所述三旋中间罐(302)内部设置有与所述三级旋风分离器(301)结构相同或者相似的旋风分离器；
所述三旋中间罐(302)的上部设置有平衡管线(3021)；
所述平衡管线(3021)内设置有用于引流的临界流速喷嘴；
所述平衡管线(3021)与所述水洗塔(5)的入口管线45°斜向相连。
2.根据权利要求1所述的脱氢系统，其特征在于，所述再生器(1)的底部与所述反应器(2)的底部之间利用第一U形管道(101)和第二U形管道(102)相互连通。
3.根据权利要求2所述的脱氢系统，其特征在于，所述废催化剂罐(303)的出口端通过管道与所述再生器(1)的中部连通。
4.根据权利要求3所述的脱氢系统，其特征在于，所述三级旋风分离器(301)的上端设置有反应气体入口(3011)和净化气体出口(3012)。
5.根据权利要求4所述的脱氢系统，其特征在于，所述反应气体入口(3011)与所述反应器(2)的上部气体出口相互连通；
所述净化气体出口(3012)与所述热能回收器(4)的上部气体入口相互连通；
所述热能回收器(4)的下部气体出口与所述水洗塔(5)相互连通。
6.根据权利要求5所述的脱氢系统，其特征在于，所述再生器(1)、所述反应器(2)和所述三级旋风分离器(301)以及将三者相互连通的管道均设置有隔热耐磨衬里层。
7.利用如权利要求1至6之一所述的脱氢系统脱除异丁烷脱氢产物中催化剂的方法，其具体步骤如下：
(a)异丁烷在反应器(2)内催化剂的作用下发生脱氢反应生成气相异丁烯，催化剂失活；
(b)掺杂催化剂颗粒的异丁烯由反应器(2)输送至催化剂分离装置(3)分离催化剂颗粒；
(c)反应器(2)中失活的催化剂通过第二U形管道(102)从反应器(2)输送至再生器(1)活化再生，再生后的催化剂经第一U形管道(101)输送回反应器(2)中循环使用；
(d)掺杂催化剂颗粒的异丁烯经催化剂分离装置(3)将催化剂颗粒分离净化后进入热能回收器(4)，利用其余热生产过热中压蒸汽；
(e)经过催化剂分离装置(3)分离出的催化剂颗粒经过压缩气体输送至再生器(1)再生，再生后的催化剂循环使用；
(f)异丁烯进入水洗塔(5)净化降温。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述(d)步骤中，催化剂颗粒经过三级旋风分离器(301)分离后落入三旋中间罐(302)中再次分离净化。
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