CN110740984A - 用于c3-c5链烷烃脱氢的设备的工艺布局(变形) - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过C3‑C5链烷烃的脱氢来生产烯烃的设备的两种变型,C3‑C5链烷烃的脱氢在反应器‑再生器系统中循环的细粒氧化铬‑氧化铝催化剂的流化床中进行,该设备包括:单元(3),其用于通过混合液体形式的新鲜的和再循环的链烷烃料流来制备进料;用于进料的蒸汽加热蒸发器(4)和用于所得进料蒸气的蒸汽加热预热器(预热热交换器);布置在脱氢接触气体管线(5)上的垂直管壳式热交换器(6),其中该热交换器被配置用于利用接触气体的热量来加热进料蒸气,其中待加热的进料蒸气供给到热交换器(6)的壳侧并与供给到管侧的接触气体逆流;其中,该设备还包括用于在将进料蒸气进料至脱氢反应器(10)之前使进料蒸气过热的炉(9)。该设备的一个变型的特征在于,在接触气体管线(5)上设置另一管壳式热交换器(7),形成具有两个进料蒸气加热级的系统,其中该系统构造成使得进料蒸气依序地送入热交换器(6)和(7)的壳侧。该设备还装备有管线(8),该管线(8)连接到第二高温进料蒸气加热级的热交换器(7)的壳体,以将液体形式的进料的一部分供应到热交换器(7)的壳侧中。与最接近的现有技术相比,所要求保护的发明的技术结果是提高了C3‑C5烃的脱氢设备的容量并且降低了操作成本。
Description
技术领域
本发明涉及石油化学领域,尤其涉及用于将C3-C5链烷烃脱氢成相应的用于生产聚丙烯、甲基叔丁基醚等的烯烃的设备。
背景技术
有一种已知的设备(I.L.Kirpichnikov,V.V.Beresnev,L.M.Popov,"Album oftechnology scheme of the main industries of the synthetic rubber industries",Khimia,Leningrad,1986,第8-12页),用于通过在反应器-再生器系统中循环的细粒氧化铬-氧化铝催化剂的流化床中正丁烷的脱氢来生产丁烯,该设备包括:用于通过混合液体形式的新鲜的链烷烃料流和再循环的链烷烃料流来制备进料的单元;进料蒸发器(feedevaporator);用于利用接触气体的热量来加热所获得的进料蒸气的骤冷盘管(quenchingcoil),该骤冷盘管在反应器的分离区中;炉子,其用于利用气体燃料的燃烧热使炉子盘管(furnace coil)中的进料蒸气过热,该气体燃料在将进料蒸气进料至脱氢反应器之前供应至炉子;以及热回收锅炉,该热回收锅炉设置在接触气体管线上,并且设置为用于利用冷凝水的蒸发使接触气体冷却以产生二次蒸汽(secondary steam);喷水洗涤器,该喷水洗涤器是用于冷凝和分离烷烃和烯烃的馏分的单元。然而,由于低传热系数,在该设备中使用骤冷盘管来加热进料蒸气需要大的传热表面,这决定了盘管的高金属消耗并限制了后者的性能。在已知设备中,用于进一步使进料蒸气过热的炉子的大容量导致当大量烟道气排放到大气中时的环境问题。
与所提出的技术要点最接近的设备是一种通过丙烷脱氢来生产丙烯的设备(专利RU 2523537,IPC B01J8/18;С07С5/333,公开日:07.20.2014),该设备包括:具有细粒氧化铝系催化剂的流化床的反应器和再生器;布置在脱氢接触气体管线上的垂直管壳式热交换器,其中该热交换器设置为用于利用接触气体的热量来加热进料蒸气,其中待加热的进料蒸气进料到热交换器的壳侧并与进料到管侧的接触气体逆流,其中该设备还包括用于在将进料蒸气进料至脱氢反应器之前使进料蒸气过热的炉。与类似物相比,该设备不包括在反应器中使用骤冷盘管来加热进料蒸气,并且也降低了用于使进料蒸气过热的炉子的容量。然而,在其长期操作期间,在使进料蒸气过热的高于450℃的温度下和在热交换器的壳侧中的长停留时间下,热交换器的壳侧的上部高温部分中的管的外表面经受热聚合物的沉积,随后形成热解焦炭。这对于大容量设备中的大型热交换器尤其如此,这是因为在热交换器的壳侧中、特别是在热交换器的壳侧的过热进料蒸气出口处的高温区中存在停滞区(stagnant zone)。随着高温区的温度、压力和停留时间的增加,热聚合物的形成速率增加。所有这些都导致热交换器中的热传递效率的逐渐降低,这是由于其热传递表面的一部分在上部高温区中被阻塞。同时,对气流的液压阻力增加,因此,从其机械强度的角度来看,由于型焦对热交换器的壳侧的阻塞流部分,壳侧的压力增加到热交换器壳体允许的最大值。这种情况还导致炉子和反应器的热模式紊乱(与供应到反应器的进料蒸气的过热不足相关),以及导致用于冷却和水洗接触气体的洗涤器的热模式紊乱(与在热交换器的出口处(以及因此在洗涤器的入口处)的接触气体的温度升高相关),接着导致在产物压缩机的入口处的温度和压力升高,结果是导致脱氢反应器中的压力增加。这些缺点导致脱氢工艺的技术和经济性能的劣化(导致反应器进料装载量的降低、目标产物的产率的降低,并因此导致性能的降低),以及导致以相关成本清洁热交换器的操作过早中断。
发明内容
本发明的目的是提高C3-C5链烷烃脱氢设备的生产率并降低生产成本。
为了解决这个问题,我们提出了一种通过C3-C5链烷烃的脱氢来生产烯烃的设备,C3-C5链烷烃的脱氢在反应器-再生器系统中循环的细粒氧化铬-氧化铝催化剂的流化床中进行,该设备包括:单元3,其用于通过混合液体形式的新鲜的链烷烃料流和再循环的链烷烃料流来制备进料;用于进料的蒸汽加热蒸发器4和用于所得进料蒸气的蒸汽加热预热器(预热热交换器);布置在脱氢接触气体管线5上的垂直管壳式热交换器6,其中该热交换器设置为用于利用接触气体的热量来加热进料蒸气,其中待加热的进料蒸气被送入到热交换器6的壳侧,与送入管侧的接触气体逆流,其中,该设备还包括用于在将进料蒸气送入脱氢反应器10之前使进料蒸气过热的炉9。同时,在接触气体管线5上设置另一管壳式热交换器7,形成具有两个进料蒸气加热级(feed vapor heating stage)的系统,该系统设置为将进料蒸气依序地送入热交换器6和7的壳侧。该设备还可以装备有管线8,该管线8连接到第二高温进料蒸气加热级的热交换器7的壳体,以将液体形式的进料的一部分供应到热交换器7的壳侧中。
热交换器7壳体内的阀门(tap)可以装备喷嘴21,该喷嘴21用于雾化在热交换器7壳侧的液体进料。
第二高温进料蒸气加热级可具有占加热系统总表面的15-50%的传热表面。
为了解决这个问题,还提出了一种通过C3-C5链烷烃的脱氢来生产烯烃的设备,C3-C5链烷烃的脱氢在反应器-再生器系统中循环的细粒氧化铬-氧化铝催化剂的流化床中进行,该设备包括:单元3,其用于通过混合液体形式的新鲜的链烷烃料流和再循环的链烷烃料流来制备进料;用于进料的蒸汽加热蒸发器4和用于所得进料蒸气的蒸汽加热预热器(预热热交换器)20;布置在脱氢接触气体管线5上的垂直管壳式热交换器6,其中该热交换器设置为用于利用接触气体的热量来加热进料蒸气,其中待加热的进料蒸气被送入热交换器6的壳侧,与送入管侧的接触气体逆流,其中,该设备还包括用于在进料蒸气送入脱氢反应器10之前使进料蒸气过热的炉9。该设备配备有管线8,该管线8用于将液体形式的进料的一部分供应到热交换器6,以在该设备中形成在一个管壳式热交换器6中具有两个进料蒸气加热级的组合系统,其中管线8连接到热交换器6的壳体的中部或上部,将热交换器6分成上部高温进料蒸气加热级和下部低温进料蒸气加热级。
热交换器6壳体内的阀门可以装备喷嘴21,该喷嘴21用于雾化在热交换器6壳侧的液体进料。
第二高温进料蒸气加热级可具有占加热系统总表面的15-50%的传热表面。
可以通过将进料供给管线8与热交换器的壳体中的阀门连接,来提供液体进料到热交换器的壳侧的供给,其中,阀门配备有用于雾化进料流的喷嘴21。
附图说明
图1示出了所提出的用于C3-C5链烷烃脱氢的设备的图。该设备包括:用于供应新鲜的链烷烃的管线1;用于供应再循环的链烷烃的管线2;用于制备液体形式的进料的单元3;用于进料的蒸发器4;用于预热进料蒸气的热交换器20;管壳式热交换器6和另一管壳式热交换器7,两者依次设置在脱氢接触气体管线5上用于对进料蒸气进行两级加热;用于将液体形式的进料的一部分供应到另一热交换器7中的管线8;用于在进料蒸气被送入反应器10之前使进料蒸气过热的炉9。该设备还包括:用于水洗和冷却接触气体的洗涤器11、产物压缩机12和用于冷凝和分离链烷烃和烯烃的馏分的单元13,该单元13具有用于将未反应的链烷烃排出进行再循环的管线2和用于取出所获得的烯烃的管线14。
用于C3-C5链烷烃脱氢的设备按如下操作。新鲜的链烷烃和再循环的链烷烃在600-900kPa的压力下以液体形式分别通过管线1和2供应到进料制备单元3中进行混合。进料进入蒸发器4,在蒸发器4中进料被蒸发,然后进料在热交换器20中被供应的蒸汽预热,并且在40至120℃的温度(取决于所用进料的类型)以蒸气形式通过管线18被输送以进行进一步加热,依序进入管壳式热交换器6和7的壳侧,通过接触气体的热量被加热,该接触气体流经管线5、依序进入所述热交换器的管侧并与待加热的进料蒸气流逆流。这些流的逆流运动模式决定了,与热交换器6(低温热交换器)相比,热交换器7(高温热交换器)中的进料蒸气的温度更高。在15至25℃的温度和600至900kPa的压力下,来自进料制备单元3的进料的一部分以液体形式经由管线8通过喷嘴21被输送至高温热交换器7的壳侧以进行蒸发,从而通过蒸发降低进料蒸气流的温度。在400至450℃的温度和300至450kPa的压力下的进料蒸气离开热交换器7,然后通过管线19进入炉9的盘管,在炉9中,该进料蒸气被源自气体燃料的烟道气过热至480至560℃的温度,通过管线15进料,在炉中燃烧,并进入具有氧化铬-氧化铝催化剂的流化床的脱氢反应器10,该氧化铬-氧化铝催化剂在反应器-再生器系统中循环:通过管线16从反应器到再生器,通过管线17从再生器到反应器。脱氢接触气体在530至590℃的温度下离开反应器10并通过管线5进入管壳式热交换器7。在连续通过热交换器7和6之后,将温度为150-250℃的接触气体送至洗涤器11以进行水洗和冷却,这之后被冷却至35-45℃温度的接触气体进入压缩机12,然后进入单元13以进行所得烯烃的冷凝和分离。
具体实施方式
对于通过异丁烷的脱氢来生产异丁烯的方法,以及随后使用所获得的异丁烯用于甲基叔丁基醚(MTBE)的合成,给出了设备操作的实施例1-4。
将含有Cr2O3(20%)、K2O(2%)、SiO2(2%)、Al2O3(76%)的细粒氧化铬-氧化铝催化剂装入反应器-再生器系统中。通过混合新鲜的异丁烯馏分和再循环的异丁烯馏分获得的进料的组成示于表1中。该设备包括:用于进料蒸气的蒸汽加热蒸发器4和蒸汽加热预热器20(预热热交换器),进料蒸气用压力为1320kPa的蒸汽在192℃的温度下加热;以及在接触气体管线上的一个垂直的管壳式热交换器6,其用于加热进料蒸气(图2)。热交换器壳体的直径为1.4m,具有1306个管并且管直径为25.4mm。热交换器管的长度为10.0m。在蒸发器中蒸发并预热的进料以70℃的温度和28.123t/h的量(所有实施例的基本流速)被进料到热交换器的壳侧,与以560℃的温度和29.47t/h的量被供应到管侧的接触气体逆流(考虑供应到催化剂的气动输送以使催化剂在反应器-再生器系统中循环的额外气体)。在19.3℃的温度和885kPa的压力下,将液体形式的进料的一部分通过喷嘴21注入壳侧的中部,使得位于喷嘴21上方的热交换器6的上部高温部分的传热表面为热交换器的总表面的30%。设备在每种模式下的操作时间为4000小时。在各种模式下设备中实现的工艺参数示于表2中。
在实施例1中,在设备运行结束时,在没有液体形式的进料供给到第二进料蒸汽加热级(最接近现有技术的操作条件)的情况下,注意到热交换器的壳侧的堵塞的证据。同时,观察到热交换器壳体内(在进料蒸气进入热交换器的入口处)的压力从运行开始时的423kPa增加到运行结束时的567kPa(接近观察设备强度的条件所允许的最大允许压力),这需要将反应器进料装载量降低到25.7t/h。同时,由于压缩机入口处的接触气体的温度升高,压缩机入口处的压力以及相应地在反应器上部的压力从137kPa增加到165kPa。所有这些都导致脱氢性能的降低(设备的生产率和根据分解的异丁烷得出的异丁烯的产率从88.2重量%降低到85.1重量%)。当在关闭之后打开热交换器时,在热交换器的壳侧的上部高温部分中发现了显著的聚合物沉积物。
在实施例2中,当将用于脱氢的进料的总供应量的15%的量的一部分液体进料供应到热交换器6的壳侧时,在设备运行结束时,在热交换器的壳体中观察到压力(在进料蒸气进入热交换器的入口处)增加到运行结束时的510kPa。与压缩机入口处的接触气体的温度的升高有关,压缩机入口处的压力和相应地在反应器上部的压力增加到152kPa。这导致根据分解的异丁烷得出的异丁烯的产率降低(与运行开始时的实施例1中的参数相比)至86.3重量%。当在关闭之后打开热交换器时,在热交换器的壳侧的上部高温部分中发现了显著的聚合物沉积物。
实施例3和4以最佳模式给出了本发明设备的运行结果。当一部分进料(其量为用于脱氢的进料总供应量的25-45%)以液体形式供应到第二高温进料蒸气加热级时,并且当热交换器的上部高温区的出口处的进料蒸气的温度达到410-441℃时,在总运行时间期间建立的设备模式是稳定的。在设备的运行过程中,没有观察到热交换器的外壳中的压力增加。反应器的进料装载量保持不变。异丁烯的产率没有降低(与运行开始时的实施例1中的性能相比),并且,以通过的异丁烷计,异丁烯的产率在41.5-41.2重量%的范围内;以分解的异丁烷计,异丁烯的产率在87.5-88.2重量%的范围内。随着进料中液体形式的进料的分数从25%增加到45%,并且蒸汽形式的进料的比例相应降低,与最接近的现有技术(实施例1)的平均运行性能相比,实施例3和4中用于蒸发和加热进料的蒸汽分别节约了总计1.3t/h和2.56t/h。当在设备运行结束时打开热交换器时,没有观察到壳侧的热聚合物沉积。
因此,与最接近的现有技术相比,所要求保护的发明的技术结果是增加了C3-C5烃的脱氢设备的容量并且降低了生产成本。
工业实用性
所提出的通过C3-C5链烷烃的脱氢来生产烯烃的设备被用于生产聚丙烯、甲基叔丁基醚等。
表1
组份 | 进料组成,重量% |
丙烷 | 0.9 |
丙烯 | 0.03 |
异丁烷 | 97.8 |
异丁烯 | 0.09 |
正丁烷 | 0.75 |
1-丁烯 | 0.13 |
反式-2-丁烯 | 0.07 |
顺式-2-丁烯 | 0.14 |
丁二烯 | 0.01 |
C5及以上 | 0.002 |
水 | 0.008 |
二甲醚 | 0.0068 |
甲醇 | 0.071 |
叔丁醇 | 0.0003 |
甲基叔丁基醚(MTBE) | 0.0003 |
总计 | 100 |
表2
Claims (6)
1.一种生产烯烃的设备,其通过C3-C5链烷烃的脱氢来生产烯烃,所述C3-C5链烷烃的脱氢通过在反应器-再生器系统中循环的细粒氧化铬-氧化铝催化剂的流化床进行,所述设备包括:单元(3),其用于通过混合液体形式的新鲜的链烷烃料流和再循环的链烷烃料流来制备进料;用于进料的蒸汽加热蒸发器(4)和用于所得进料蒸气的蒸汽加热预热器(预热热交换器)(20);布置在脱氢接触气体管线(5)上的垂直管壳式热交换器(6),所述热交换器设置为用于利用接触气体的热量来加热进料蒸气,待加热的进料蒸气被送入到热交换器(6)的壳侧,与送入管侧的接触气体逆流,所述设备还包括用于在将进料蒸气送入脱氢反应器(10)之前使进料蒸气过热的炉(9),其特征在于,在接触气体管线(5)上设置另一管壳式热交换器(7),形成具有两个进料蒸气加热级的系统,所述系统设置为将进料蒸气依序地送入热交换器(6)和(7)的壳侧,所述设备配备有管线(8),所述管线(8)连接到第二高温进料蒸汽加热级的热交换器(7)的壳体,以将液体形式的进料的一部分供应到热交换器(7)的壳侧中。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述热交换器(7)壳体内的阀门装备有喷嘴(21),所述喷嘴(21)用于雾化在热交换器(7)壳侧内的液体进料。
3.根据权利要求1或2所述的设备,其特征在于,第二高温进料蒸气加热级具有占加热系统总表面的15-50%的传热表面。
4.一种生产烯烃的设备,其通过C3-C5链烷烃的脱氢来生产烯烃,所述C3-C5链烷烃的脱氢通过在反应器-再生器系统中循环的细粒氧化铬-氧化铝催化剂的流化床进行,所述设备包括:单元(3),其用于通过混合液体形式的新鲜的链烷烃料流和再循环的链烷烃料流来制备进料;用于进料的蒸汽加热蒸发器(4)和用于所得进料蒸气的蒸汽加热预热器(预热热交换器)(20);布置在脱氢接触气体管线(5)上的垂直管壳式热交换器(6),所述热交换器设置为用于利用接触气体的热量来加热进料蒸气,待加热的所述进料蒸气被送入热交换器(6)的壳侧,与送入管侧的接触气体逆流,所述设备还包括用于在进料蒸气送入脱氢反应器(10)之前使进料蒸气过热的炉(9),其特征在于,所述设备配备有管线(8),所述管线(8)用于将液体形式的进料的一部分供应到热交换器(6)中,以在所述设备中形成在一个管壳式热交换器(6)中具有两个进料蒸气加热级的组合系统,所述管线(8)连接到所述热交换器(6)壳体的中部或上部,将热交换器(6)分成上部高温进料蒸气加热级和下部低温进料蒸汽加热级。
5.根据权利要求4所述的设备,其特征在于,所述热交换器(6)壳体内的阀门装备有喷嘴(21),所述喷嘴(21)用于雾化在热交换器(6)壳侧的液体进料。
6.根据权利要求4或5所述的设备,其特征在于,第二高温进料蒸气加热级具有占加热系统总表面的15-50%的传热表面。
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