CN111102868B - 丙烷脱氢装置废热再利用的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种丙烷脱氢装置废热再利用的系统和方法,该系统包括系统入口、反应器流出物冷却器、反应器流出物压缩机、分离装置和循环换热装置。本公开的系统和方法利用循环介质对压缩机一段入口和出口的废热进行取热并将循环介质送至分离装置的再沸器进行换热,构成循环介质换热回路,从而能够回收目前装置中无法回收的废热,节省了用于再沸器的大量低温热源,降低公用工程的消耗的同时降低了装置的能耗,且该系统和方法不必改变再沸器的位置,对装置运行的稳定性没有影响,能够提高丙烷脱氢装置的经济效益,具有较为明显的优越性。

Description

丙烷脱氢装置废热再利用的系统和方法
技术领域
本公开涉及丙烷脱氢生产装置领域,具体地,涉及一种丙烷脱氢装置废热再利用的系统和方法。
背景技术
丙烷脱氢生产中,丙烷脱氢反应器的出料组成主要是氢气、甲烷、丙烯和丙烷,其经反应器流出物压缩机(REC)压缩后送至后续的分离系统。
反应器流出物压缩机共有两段,脱氢反应器的出料先经过反应器流出物冷却器冷却到42℃后进入压缩机一段吸入罐,罐顶气相进入反应物压缩机一段压缩,一段出口压力约为0.32MPaG,一段出口温度约为131℃,一段出料再经过反应器流出物压缩机段间冷却器冷却到42℃后进入压缩机二段吸入罐,罐顶气相反应物压缩机二段压缩,二段出口压力约为1.37MPaG,二段出口温度约为129℃。
目前丙烷脱氢生产中仍然存在能耗和物耗较高的问题。
发明内容
本公开的目的是提供一种丙烷脱氢装置废热再利用的系统和方法,该系统和方法能够有效利用丙烷脱氢装置废热。
为了实现上述目的,本公开第一方面提供一种丙烷脱氢装置废热再利用的系统,该系统包括系统入口、反应器流出物冷却器、反应器流出物压缩机、分离装置和循环换热装置;
所述系统入口用于与丙烷脱氢装置的反应器流出物出口连通;所述反应器流出物压缩机包括依次连接的一段吸入罐、压缩机一段、段间冷却器、二段吸入罐和压缩机二段,所述一段吸入罐的入口与所述反应器流出物冷却器的出口连通,所述压缩机二段的出口与所述分离装置的入口连通;所述循环换热装置包括第一循环换热器和第二循环换热器;所述第一循环换热器设置于所述系统入口和所述反应器流出物冷却器之间,所述第二循环换热器设置于所述压缩机一段出口与所述段间冷却器之间;所述第一循环换热器的循环介质出口和所述第二循环换热器的循环介质出口分别与所述分离装置的再沸器加热介质入口连通,所述再沸器的加热介质出口分别与所述第一循环换热器的循环介质入口和所述第二循环换热器的循环介质入口连通。
可选地,所述循环换热装置还包括循环介质储罐,所述再沸器的加热介质出口与所述循环介质储罐的入口连通,所述循环介质储罐的出口分别与所述第一循环换热器的循环介质入口和所述第二循环换热器的循环介质入口连通。
可选地,所述循环换热装置还包括循环介质循环泵,所述循环介质循环泵的入口与所述循环介质储罐的出口连通,所述循环介质循环泵的出口分别与所述第一循环换热器的循环介质入口和所述第二循环换热器的循环介质入口连通。
可选地,所述再沸器包括脱乙烷塔再沸器和/或脱丙烷塔再沸器。
本公开第二方面提供一种丙烷脱氢装置废热再利用的方法,该方法包括:将丙烷脱氢装置的反应器流出物送入本公开第一方面所述的系统。
可选地,所述循环换热装置的循环介质为循环水,所述循环水的压力为0.5~0.6MPaG。
可选地,所述丙烷脱氢装置的反应器流出物的温度为130~140℃。
可选地,所述第一循环换热器的循环介质入口温度为60~80℃,循环介质出口温度为90~110℃;所述第二循环换热器的循环介质入口温度为60~80℃,循环介质出口温度为90~110℃。
可选地,所述第一循环换热器与所述反应器流出物冷却器的总压降不超过13kPa;所述第二循环换热器与所述段间冷却器的总压降不超过20kPa。
可选地,所述一段吸入罐的入口温度为40~43℃,所述二段吸入罐的入口温度为40~43℃。
通过上述技术方案,本公开的系统和方法利用循环介质对压缩机一段入口和出口的废热进行取热并将循环介质送至分离装置的再沸器进行换热,构成循环介质换热回路,从而能够回收目前装置中无法回收的废热用于分离装置的再沸器,节省了用于再沸器的大量低温热源,降低冷却水和低压蒸汽的消耗,同时降低装置的能耗,且该系统和方法不必改变再沸器的位置,对装置运行的稳定性没有影响,能够提高丙烷脱氢装置的经济效益,具有较为明显的优越性。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本公开,但并不构成对本公开的限制。在附图中:
图1是本公开的丙烷脱氢装置废热再利用的系统的一种具体实施方式的工艺流程图。
附图标记说明
A-第一循环换热器,B-反应器流出物冷却器,C-一段吸入罐,D-压缩机一段,E-第二循环换热器,F-段间冷却器,G-二段吸入罐,H-压缩机二段,I-再沸器,J-循环介质循环泵,K-循环介质储罐;
1-系统入口,2-循环介质,3-冷却水,4-循环介质,5-冷却水,6-压缩机二段的出口。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开,并不用于限制本公开。
在本公开中,在未作相反说明的情况下,使用的方位词如“上、下”通常是指装置在正常使用状态下的上和下。“内、外”是针对装置本身的轮廓而言的。
发明人通过分析研究,发现来自脱氢反应器出料管线和反应器流出物压缩机一段出口管线,液体流量大(大于350吨/小时)、操作压力低(如压缩机一段入口接近常压),管线尺寸大(管径1.2~2.0m)、允许压降小。所以这些大尺寸的管线不宜在装置中绕行很远,否则对节省投资和能耗降低都很不利。反应器流出物冷却器、反应器流出物压缩机一段出口冷却器均使用冷却水作为冷媒,由于上述工艺侧介质温度较高(130℃左右),冷却器负荷都很大(20MW以上,1MW约相当于87吨/小时循环冷却水或1.69吨/小时低压蒸汽),冷却水用量很大,也导致大量低温废热的浪费。分馏系统大量需要低温热源的地方主要是分离塔(如脱乙烷塔、脱丙烷塔)的再沸器,温度大多在50~80℃之间,但受热虹吸循环的限制,再沸器布置不宜离塔太远。所以反应器压缩机一段入口和出口的废热难以用于分馏系统的再沸器,目前只能使用低压蒸汽等其它外来热源加热,使装置的能耗增加。发明人发现,通过特定的热循环连接反应器流出物冷却系统和再沸器,既能利用废热还能能够保证再沸器保持在分离塔附近。发明人在此发现基础上完成了本发明。
如图1所示,本公开第一方面提供一种丙烷脱氢装置废热再利用的系统,该系统包括系统入口1、反应器流出物冷却器B、反应器流出物压缩机、分离装置和循环换热装置;系统入口1用于与丙烷脱氢装置的反应器流出物出口连通;反应器流出物压缩机包括依次连接的一段吸入罐C、压缩机一段D、段间冷却器F、二段吸入罐G和压缩机二段H,一段吸入罐C的入口与反应器流出物冷却器B的出口连通,压缩机二段的出口6与分离装置的入口连通;循环换热装置包括第一循环换热器A和第二循环换热器E;第一循环换热器A设置于系统入口1和反应器流出物冷却器B之间,第二循环换热器E设置于压缩机一段D的出口与段间冷却器F之间;第一循环换热器A的循环介质出口和第二循环换热器E的循环介质出口分别与分离装置的再沸器I的加热介质入口连通,再沸器I的加热介质出口分别与第一循环换热器A的循环介质入口和第二循环换热器E的循环介质入口连通。
本公开的系统和方法利用循环介质对压缩机一段入口和出口的废热进行取热并将循环介质送至分离装置的再沸器进行换热,构成循环介质换热回路,从而能够回收目前装置中无法回收的废热将其用于再沸器,节省了用于再沸器的大量低温热源,降低公用工程的消耗的同时降低了装置的能耗,且该系统和方法不必改变再沸器的位置,对装置运行的稳定性没有影响,能够提高丙烷脱氢装置的经济效益,具有较为明显的优越性。
根据本公开,为了便于调节循环介质的流量,在一种实施方式中,如图1所示,循环换热装置还可以包括循环介质储罐K,再沸器I的加热介质出口可以与循环介质储罐K的入口连通,循环介质储罐K的出口可以分别与第一循环换热器A的循环介质入口和第二循环换热器E的循环介质入口连通。
进一步地,在本公开的系统中,为了便于输送循环介质,循环换热装置还可以包括循环介质循环泵J,循环介质循环泵J可以设置于所述循环介质储罐K的出口处,例如循环介质循环泵J的入口可以与循环介质储罐K的出口连通,循环介质循环泵J的出口可以分别与第一循环换热器A的循环介质入口和第二循环换热器E的循环介质入口连通。进一步地,热循环介质输送线上可以设置有流量计、流量调节阀等。
根据本公开,分离装置可以为本领域常规种类,例如包括分离塔、压缩机、冷却器、吸入罐等,其中分离塔可以包括再沸器I,分离塔的再沸器也可以为常规种类的再沸器,例如再沸器可以包括脱乙烷塔再沸器和/或脱丙烷塔再沸器。
在本公开的方法中,热循环介质可以包括甲苯、二甲苯、热油等沸点高、粘度小、性能稳定的物质,都可作为循环介质,但这些化学品需要外购,往往易燃、易爆、有毒、有害,不符合健康、安全、环保等方面的要求。对于丙烷脱氢装置上的废热以及再沸需求,最高温度在130℃左右,对应水的饱和蒸汽压仅0.17MPaG,所以完全可以采用加压热水作为中间介质。即循环换热装置的循环介质优选为循环水,以方便获得价廉、无毒、无害的循环介质;热水循环泵优选提压至0.5MPaG以上,进一步地,循环水的压力优选为0.5~0.6MPaG,以保证循环水不汽化;热水储存罐压力优选保持在0.2MPaG以上,以保证热水不汽化。
本公开第二方面提供一种丙烷脱氢装置废热再利用的方法,该方法包括:将丙烷脱氢装置的反应器流出物送入本公开第一方面的系统。
根据本公开,丙烷脱氢装置的反应器流出物的温度可以为130~140℃,优选为130~135℃。
为了进一步提高系统内废热利用效率,优选地,第一循环换热器的循环介质入口温度可以为60~80℃,优选为70~80℃,循环介质出口温度可以为90~110℃,优选为100~110℃。
进一步地,第二循环换热器的循环介质入口温度可以为60~80℃,优选为70~80℃,循环介质出口温度可以为90~110℃,优选为100~110℃。
进一步地,一段吸入罐的入口温度可以为40~43℃,优选为41~43℃,二段吸入罐的入口温度可以为40~43℃,优选为41~43℃。
反应器流出物压缩机一段进/出口,两组热水冷却器与冷却水冷却器都串联操作,设计上要采取措施降低工艺侧阻力降,以保证系统压降不超过原工艺要求,进而不影响原压缩机的设计与运行性能。优选地,第一循环换热器与反应器流出物冷却器的总压降可以不超过13kPa;第二循环换热器与段间冷却器的总压降可以不超过20kPa。
根据本公开,循环换热装置优选设置新鲜循环介质补充线、污水排放置换线,定期检测,保证水质,保证换热效果。
初步计算,上述热水循环(即循环介质采用水),循环热水量仅需700多吨/小时,热水循环泵的出口压力优选为0.5~0.6MPaG以上,温度约为80℃。热水通过循环泵提压分别送至热水循环换热器1和热水循环换热器2,用以回收反应器出料的废热。其中,热水的温度在循环介质换热器中从80℃升高至110℃,然后去装置内的再沸器做热源后降温回80℃进入热水储存罐,再经热水循环泵升压循环使用。
尽量用循环热水回收脱氢反应器流出物压缩机一段进、出口的废热,不足的部分仍然使用冷却水进行冷却,最终工艺介质的冷却温度达到要求的42℃。对于工艺侧,新增的循环介质换热器与冷却水冷却器串联使用,设计上应采取措施,使两换热器及之间管线的阻力降之和,不超过原单冷却器之阻力降,以不影响压缩机的设计与操作性能。
反应器流出物压缩机一段进/出口,两组循环介质换热器与冷却水冷却器都串联操作,设计上优选采取措施降低工艺侧阻力降,以保证系统压降不超过原工艺要求,进而不影响原压缩机的设计与运行性能。
进一步地,热水循环系统可以设置新鲜水补充线、污水排放置换线,定期检测,保证水质,保证换热效果。
通过以上措施,可以借助引入外来热水的方法减少装置循环水的消耗,可以减少相应水冷器的尺寸和占地。同时热水取热后温度升高,足可以作为其它工艺用户再沸器的热源,进而减少原设计中这些再沸器低压蒸汽的消耗。
以下通过实施例进一步说明本公开,但是本公开并不因此而受到任何限制。
实施例
丙烷脱氢装置的反应器流出物的温度为140℃,将该反应器流出物送入如图1所示的丙烷脱氢装置废热再利用的系统中。80℃的热水来自循环热水储存罐(循环介质储罐K),经过热水循环泵(循环介质循环泵J)提压,分别送至第一循环换热器A和第二循环换热器E,用以最大限度地冷却脱氢反应器的出料和压缩机一段出口工艺气,冷却工艺介质的同时循环热水自身温度加热至110℃,然后送至分离单元的再沸器I作为热源,加热工艺介质后循环热水自身降温至80℃后返回热水储存罐,再经热水循环泵升压后,重复利用。第一循环换热器与反应器流出物冷却器的总压降为13kPa;第二循环换热器与段间冷却器的总压降为20kPa。
此时,由于热水的入口温度为80℃,不能将脱氢反应器出料气体和压缩机出口气体冷却至要求的42℃(一段吸入罐和二段吸入罐的入口温度分别为42℃),因此仍然需要用冷却水作为冷媒进行冷却至达到原有的工艺要求。
热水循环泵应提压至0.5MPaG以上,热水储存罐压力保持在0.2MPaG以上,以保证热水不汽化。
利用此方法可以再回收反应器出料和压缩机一段出口气相中的废热约25.4MW。冷却水的消耗可以节省2200吨/小时,后续分离系统的低压蒸汽消耗(再沸器的低压蒸汽消耗)可以节省约42吨/小时。增加的热水循环泵的功率为89kW,增加的电量消耗仅为47万元/年。
通过增加热水循环,可以降低装置冷却水和低压蒸汽的消耗。冷却水的价格约为0.22元/吨,因此可以节省成本约387万元/年;低压蒸汽的价格约为150元/吨,因此节省成本约5040万元/年;通过增加热水循环,可以降低装置的能耗约36kg标油/t丙烯。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式,但是,本公开并不限于上述实施方式中的具体细节,在本公开的技术构思范围内,可以对本公开的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本公开的思想,其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种丙烷脱氢装置废热再利用的系统,其特征在于,该系统包括系统入口、反应器流出物冷却器、反应器流出物压缩机、分离装置和循环换热装置;
所述系统入口用于与丙烷脱氢装置的反应器流出物出口连通;所述反应器流出物压缩机包括依次连接的一段吸入罐、压缩机一段、段间冷却器、二段吸入罐和压缩机二段,所述一段吸入罐的入口与所述反应器流出物冷却器的出口连通,所述压缩机二段的出口与所述分离装置的入口连通;所述循环换热装置包括第一循环换热器和第二循环换热器;
所述第一循环换热器设置于所述系统入口和所述反应器流出物冷却器之间,所述第二循环换热器设置于所述压缩机一段出口与所述段间冷却器之间;所述第一循环换热器的循环介质出口和所述第二循环换热器的循环介质出口分别与所述分离装置的再沸器加热介质入口连通,所述再沸器的加热介质出口分别与所述第一循环换热器的循环介质入口和所述第二循环换热器的循环介质入口连通。
2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述循环换热装置还包括循环介质储罐,所述再沸器的加热介质出口与所述循环介质储罐的入口连通,所述循环介质储罐的出口分别与所述第一循环换热器的循环介质入口和所述第二循环换热器的循环介质入口连通。
3.根据权利要求2所述的系统,其中,所述循环换热装置还包括循环介质循环泵,所述循环介质循环泵的入口与所述循环介质储罐的出口连通,所述循环介质循环泵的出口分别与所述第一循环换热器的循环介质入口和所述第二循环换热器的循环介质入口连通。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的系统,其中,所述再沸器包括脱乙烷塔再沸器和/或脱丙烷塔再沸器。
5.一种丙烷脱氢装置废热再利用的方法,其特征在于,该方法包括:将丙烷脱氢装置的反应器流出物送入权利要求1~4中任意一项所述的系统。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述循环换热装置的循环介质为循环水,所述循环水的压力为0.5~0.6MPaG。
7.根据权利要求5所述的方法,其中,所述丙烷脱氢装置的反应器流出物的温度为130~140℃。
8.根据权利要求5所述的方法,其中,所述第一循环换热器的循环介质入口温度为60~80℃,循环介质出口温度为90~110℃;所述第二循环换热器的循环介质入口温度为60~80℃,循环介质出口温度为90~110℃。
9.根据权利要求5所述的方法,其中,所述第一循环换热器与所述反应器流出物冷却器的总压降不超过13kPa;所述第二循环换热器与所述段间冷却器的总压降不超过20kPa。
10.根据权利要求5或8所述的方法,其中,所述一段吸入罐的入口温度为40~43℃,所述二段吸入罐的入口温度为40~43℃。
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