CN115322068B - 乙醇脱水制乙烯热耦合方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及乙醇脱水制乙烯热耦合方法及装置。包括乙醇脱水反应系统、急冷压缩系统、碱洗系统、分子筛干燥系统、乙烯提纯与丙烯制冷循环系统；乙醇脱水反应系统中乙醇脱水反应产物作为原料乙醇预热、汽化及过热的热源；急冷压缩系统中蒸发塔塔釜液作为蒸发塔进料流股预热及急冷塔塔顶气体加热的热源；碱洗系统中产品乙烯作为粗乙烯冷却的冷源；分子筛干燥系统中蒸发塔塔釜液凝液作为循环乙烯预热的热源；乙烯提纯与丙烯制冷循环系统中产品乙烯作为干燥的乙烯预冷的冷源；循环乙烯作为脱甲烷塔塔顶气体冷却及丙烯冷却的冷源；低温丙烯作为提纯塔塔顶气体冷却及乙烯进一步冷却的冷源；热丙烯作为脱甲烷塔塔釜液、提纯塔塔釜液及产品乙烯加热的热源。
Description
技术领域
本发明属于乙烯合成及精制领域，涉及一种乙醇脱水制乙烯的降低能耗的热耦合方法及装置。
背景技术
乙烯是最重要的有机化工原料，其工业规模、产量及技术水平成为一个国家化学工业发展的重要标志。从世界范围来看，工业化国家的乙烯原料普遍以轻质原料为主。采用石脑油作裂解原料的乙烯约占世界乙烯总产量的50％；乙烷是第二大类裂解原料，由乙烷裂解生产的乙烯约占世界乙烯总产量的28％；采用以上两种原料裂解生产的乙烯超过总产量的75％，其余乙烯主要以液化石油气(LPG)、凝析油和中间馏分油等为原料。
乙醇制乙烯是在适当的温度和催化剂作用下由乙醇脱水实现的，乙醇催化脱水制乙烯是工业上最早生产乙烯所采用的工艺方法。与化石原料生产乙烯不同，乙醇制乙烯的原料是乙醇，乙醇可以由生物质发酵得到。生物质具有可再生性、低污染性和广泛分布性的特点，较重要的能提供能量的生物质包括木材、木材废料、农作物、食品加工过程产生的废弃物和水生植物等。生物质乙醇制乙烯工艺路线还具有建设周期短、投资相对较少及生产过程条件较温和等优势；且由该工艺生产制乙烯减少了CO2排放，产品纯度高，组成较简单，分离提纯相对容易。
采用可再生的生物质原料生产乙醇，再脱水制乙烯的技术是调整能源结构、减少环境污染、促进国民经济和社会可持续发展的重要途径之一。对于乙醇脱水制乙烯，目前主要的研究目标是改进工艺流程，降低装置物耗能耗，增加效益。
现有的文献或专利中，很少有专门涉及能量综合利用方面的报道。专利CN103121898A提出了在乙烯第一、第二冷却器和乙烯脱轻塔再沸器之间设置一套冷冻液系统，利用乙烯压缩机出口物料热量作为乙烯脱轻塔再沸器热源的方式来降低能耗。然而在整个乙醇脱水制乙烯工艺中，乙烯脱轻塔的能耗在总能耗中所占比重很小，通过设置冷冻液系统取得的节能效果非常有限。专利CN106608787A提出了优化换热网络，利用高温反应产物加热原料乙醇和进料工艺水。但该方法仅限于乙醇反应制乙烯部分的热量利用，并未考虑到全局热量的补充和利用。因此，应全面考虑整个工艺流程的热量利用，才能真正达到降低能耗、节约运行成本的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种热耦合能量集成的生产装置和及其相应的工艺方法。应用该方法于乙醇脱水制乙烯工艺流程中，该方法合理安排系统中的热量交换，在得到高纯度的乙烯的前提下，大幅降低能耗。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种乙醇脱水制乙烯工艺的热耦合方法，包括乙醇脱水反应系统、急冷压缩系统、碱洗系统、分子筛干燥系统、乙烯提纯与丙烯制冷循环系统；其特征是，乙醇脱水反应系统中乙醇脱水反应产物作为原料乙醇预热、汽化及过热的热源；急冷压缩系统中蒸发塔塔釜液作为蒸发塔进料流股预热及急冷塔塔顶气体加热的热源；碱洗系统中产品乙烯作为粗乙烯冷却的冷源；分子筛干燥系统中蒸发塔塔釜液凝液作为循环乙烯预热的热源；乙烯提纯与丙烯制冷循环系统中产品乙烯作为干燥的乙烯预冷的冷源；循环乙烯作为脱甲烷塔塔顶气体冷却及丙烯冷却的冷源；低温丙烯作为提纯塔塔顶气体冷却及乙烯进一步冷却的冷源；热丙烯作为脱甲烷塔塔釜液、提纯塔塔釜液及产品乙烯加热的热源。
乙醇脱水反应系统包括乙醇预热器、乙醇蒸发器、乙醇蒸发罐、乙醇过热器、第一气液分离罐、第三反应器、加热炉；急冷压缩系统包括蒸发塔、蒸发塔进料预热器、蒸发塔再沸器、急冷塔、急冷塔塔顶气加热器、第二气液分离罐、蒸发塔釜水冷却器、工艺水罐；乙醇脱水反应产物进入乙醇过热器，使乙醇蒸汽过热；冷却后的反应产物进入乙醇蒸发器，使液相原料乙醇汽化，然后反应产物进入乙醇预热器，预热液相原料乙醇；多次冷却后的乙醇脱水反应产物送至第一气液分离罐；蒸发塔塔釜液进入蒸发塔进料预热器，预热蒸发塔的进料流股，冷却后的蒸发塔塔釜液进入急冷塔顶气加热器，对急冷塔的塔顶气体进行加热，随后蒸发塔塔釜液送至工艺水罐；蒸发塔再沸器凝液送至分子筛干燥系统。
碱洗系统包括碱洗塔、粗乙烯冷却器、第三气液分离罐；分子筛干燥系统包括干燥塔、循环乙烯预热器、蒸汽凝水闪蒸罐；来自乙烯提纯与丙烯制冷循环系统的产品乙烯进入粗乙烯冷却器，冷却碱洗塔产出的粗乙烯，随后产品乙烯送至产品乙烯加热器；来自急冷压缩系统的蒸发塔再沸器凝液进入循环乙烯预热器，对循环乙烯进行预热，冷却后的再沸器凝液送至蒸汽凝水闪蒸罐。
乙烯提纯与丙烯制冷循环系统包括乙烯预冷器、乙烯深冷器、脱甲烷塔、脱甲烷塔冷凝器、脱甲烷塔再沸器、提纯塔、提纯塔冷凝器、提纯塔再沸器、乙烯回流罐、丙烯冷却器、燃料气罐、产品乙烯加热器、丙烯一级闪蒸罐、丙烯收集罐、丙烯二级压缩器；循环乙烯进入脱甲烷塔冷凝器，冷却脱甲烷塔塔顶气体，加热后的循环乙烯送至丙烯冷却器，冷却丙烯，随后循环乙烯送至分子筛干燥系统；产品乙烯进入乙烯预冷器，冷却干燥后的粗乙烯，加热后的产品乙烯送至碱洗系统，然后经加热后送至界区外；低温丙烯进入提纯塔冷凝器，冷却提纯塔塔顶气体，加热后的低温丙烯送至乙烯深冷器，进一步冷却乙烯，随后低温丙烯送至丙烯一级闪蒸罐；来自界区外的热丙烯分别进入脱甲烷塔再沸器、提纯塔再沸器、产品乙烯加热器，加热脱甲烷塔釜液、提纯塔塔釜液、产品乙烯，冷却后的丙烯送至丙烯收集罐。
本发明的乙醇脱水制乙烯的热耦合方法的装置，乙醇脱水反应系统中乙醇预热器管程入口与原料罐区相连；乙醇预热器壳程入口与乙醇蒸发器壳程出口相连；乙醇预热器管程出口与乙醇蒸发罐入口相连；乙醇预热器壳程出口与第一气液分离罐入口相连；乙醇蒸发器管程入口与乙醇蒸发罐下方出口相连；乙醇蒸发器壳程入口与乙醇过热器壳程出口相连；乙醇蒸发器管程出口与乙醇蒸发罐右侧入口相连；乙醇过热器管程入口与乙醇蒸发罐上方出口相连；乙醇过热器壳程入口与第三反应器出口相连；乙醇过热器管程出口与加热炉入口相连；急冷压缩系统中蒸发塔塔釜出口与蒸发塔进料预热器壳程入口相连；急冷塔塔釜出口与蒸发塔进料预热器管程入口相连；蒸发塔进料预热器管程出口与蒸发塔塔顶入口相连；蒸发塔进料预热器壳程出口与急冷塔顶气加热器壳程入口相连；急冷塔塔顶蒸汽出口与急冷塔顶气加热器管程入口相连；急冷塔顶气加热器管程出口与第二气液分离罐入口相连；急冷塔顶气加热器壳程出口与蒸发塔釜水冷却器入口相连。
本发明的乙醇脱水制乙烯的热耦合方法的装置，碱洗系统中碱洗塔塔顶蒸汽出口与粗乙烯冷却器壳程入口相连；乙烯预冷器管程出口与粗乙烯冷却器管程入口相连；粗乙烯冷却器壳程出口与第三气液分离罐入口相连；粗乙烯冷却器管程出口与产品乙烯加热器管程入口相连；分子筛干燥系统中循环乙烯预热器壳程入口与蒸发塔再沸器壳程出口相连；循环乙烯预热器管程入口与丙烯冷却器管程出口相连；循环乙烯预热器管程出口与干燥塔入口相连；循环乙烯预热器壳程出口与蒸汽凝水闪蒸罐入口相连。
本发明的乙醇脱水制乙烯的热耦合方法的装置，乙烯提纯与丙烯制冷循环系统中乙烯预冷器壳程入口与干燥塔出口相连；乙烯预冷器管程入口与乙烯缓冲罐出口相连；乙烯预冷器壳程出口与乙烯深冷器壳程入口相连；乙烯深冷器管程入口与丙烯二级压缩器出口相连；乙烯深冷器管程出口与丙烯一级分离罐入口相连；乙烯深冷器壳程出口与脱甲烷塔入口相连；脱甲烷塔塔顶蒸汽出口与脱甲烷塔冷凝器壳程入口相连；脱甲烷塔冷凝器管程入口与乙烯回流罐出口相连；脱甲烷塔冷凝器管程出口与丙烯冷却器管程入口相连；脱甲烷塔冷凝器壳程出口与燃料气罐入口相连；脱甲烷塔塔釜出口与脱甲烷塔再沸器管程入口相连；脱甲烷塔再沸器管程出口与脱甲烷塔塔釜入口相连；脱甲烷塔再沸器壳程出口与丙烯收集罐入口相连；提纯塔塔顶蒸汽出口与提纯塔冷凝器壳程入口相连；提纯塔冷凝器管程入口与丙烯二级压缩器出口相连；提纯塔冷凝器壳程出口与乙烯回流罐入口相连；提纯塔冷凝器管程出口与丙烯一级闪蒸罐入口相连；提纯塔塔釜出口与提纯塔再沸器管程入口相连；提纯塔再沸器管程出口与提纯塔塔釜入口相连；提纯塔再沸器壳程出口与丙烯收集罐上方入口相连；丙烯冷却器壳程入口与丙烯收集罐下方出口相连；丙烯冷却器壳程出口与丙烯一级闪蒸罐入口相连；产品乙烯加热器壳程出口与丙烯收集罐上方入口相连。
本发明的换热器均采用管壳式换热器。
实现本发明的乙醇脱水制乙烯的热耦合方法的装置，乙醇脱水反应系统中乙醇预热器管程入口与原料罐区相连；乙醇预热器壳程入口与乙醇蒸发器壳程出口相连；乙醇预热器管程出口与乙醇蒸发罐入口相连；乙醇预热器壳程出口与第一气液分离罐入口相连；乙醇蒸发器管程入口与乙醇蒸发罐下方出口相连；乙醇蒸发器壳程入口与乙醇过热器壳程出口相连；乙醇蒸发器管程出口与乙醇蒸发罐右侧入口相连；乙醇过热器管程入口与乙醇蒸发罐上方出口相连；乙醇过热器壳程入口与第三反应器出口相连；乙醇过热器管程出口与加热炉入口相连。急冷压缩系统中蒸发塔塔釜出口与蒸发塔进料预热器壳程入口相连；急冷塔塔釜出口与蒸发塔进料预热器管程入口相连；蒸发塔进料预热器管程出口与蒸发塔塔顶入口相连；蒸发塔进料预热器壳程出口与急冷塔顶气加热器壳程入口相连；急冷塔塔顶蒸汽出口与急冷塔顶气加热器管程入口相连；急冷塔顶气加热器管程出口与第二气液分离罐入口相连；急冷塔顶气加热器壳程出口与蒸发塔釜水冷却器入口相连。碱洗系统中碱洗塔塔顶蒸汽出口与粗乙烯冷却器壳程入口相连；乙烯预冷器管程出口与粗乙烯冷却器管程入口相连；粗乙烯冷却器壳程出口与第三气液分离罐入口相连；粗乙烯冷却器管程出口与产品乙烯加热器管程入口相连；分子筛干燥系统中循环乙烯预热器壳程入口与蒸发塔再沸器壳程出口相连；循环乙烯预热器管程入口与丙烯冷却器管程出口相连；循环乙烯预热器管程出口与干燥塔入口相连；循环乙烯预热器壳程出口与蒸汽凝水闪蒸罐入口相连；乙烯提纯与丙烯制冷循环系统中乙烯预冷器壳程入口与干燥塔出口相连；乙烯预冷器管程入口与乙烯缓冲罐出口相连；乙烯预冷器壳程出口与乙烯深冷器壳程入口相连；乙烯深冷器管程入口与丙烯二级压缩器出口相连；乙烯深冷器管程出口与丙烯一级分离罐入口相连；乙烯深冷器壳程出口与脱甲烷塔入口相连；脱甲烷塔塔顶蒸汽出口与脱甲烷塔冷凝器壳程入口相连；脱甲烷塔冷凝器管程入口与乙烯回流罐出口相连；脱甲烷塔冷凝器管程出口与丙烯冷却器管程入口相连；脱甲烷塔冷凝器壳程出口与燃料气罐入口相连；脱甲烷塔塔釜出口与脱甲烷塔再沸器管程入口相连；脱甲烷塔再沸器管程出口与脱甲烷塔塔釜入口相连；脱甲烷塔再沸器壳程出口与丙烯收集罐入口相连；提纯塔塔顶蒸汽出口与提纯塔冷凝器壳程入口相连；提纯塔冷凝器管程入口与丙烯二级压缩器出口相连；提纯塔冷凝器壳程出口与乙烯回流罐入口相连；提纯塔冷凝器管程出口与丙烯一级闪蒸罐入口相连；提纯塔塔釜出口与提纯塔再沸器管程入口相连；提纯塔再沸器管程出口与提纯塔塔釜入口相连；提纯塔再沸器壳程出口与丙烯收集罐上方入口相连；丙烯冷却器壳程入口与丙烯收集罐下方出口相连；丙烯冷却器壳程出口与丙烯一级闪蒸罐入口相连；产品乙烯加热器壳程出口与丙烯收集罐上方入口相连。
具体根据附图说明如下：
原料罐区的乙醇进入乙醇预热器101加热后进入乙醇蒸发罐102，通过乙醇蒸发器108和109加热后进行蒸发。自乙醇蒸发罐102蒸出的乙醇蒸汽通过乙醇过热器103加热后送至反应器内进行反应。从第三反应器107出来的高温反应气体依次使乙醇蒸汽过热、使液相原料乙醇汽化、预热液相原料乙醇后，进入第一气液分离罐110，气液分离后送至急冷压缩系统。
第一气液分离罐气相、脱气罐气相和干燥塔排出气进入急冷塔113后，急冷塔塔顶气体加热后进入第二气液分离罐123。急冷塔塔釜液送至蒸发塔进料预热器117加热后进入蒸发塔119。蒸发塔釜水依次对蒸发塔的进料流股和急冷塔塔顶气体加热后，由蒸发塔釜水冷却器121冷却后进入工艺水罐122。
第二气液分离罐123排出的气体经过压缩冷却后进入碱洗塔126，塔顶排出的气体经过粗乙烯冷却器128由产品乙烯冷却后进入第三气液分离罐129。第三气液分离罐129分离的气相送至干燥塔脱除水分，脱水后的干乙烯送至乙烯提纯与丙烯制冷循环系统。
来自分子筛干燥系统的干燥粗乙烯先经过乙烯预冷器142冷却后送至乙烯深冷器144再次冷却，然后进入脱甲烷塔145。脱甲烷塔塔顶气体在脱甲烷塔冷凝器147降温后送至燃料气罐156。塔釜产出的乙烯送至提纯塔149，提纯塔塔顶产出的产品乙烯经过提纯塔冷凝器151冷却进入乙烯回流罐152，一部分产品乙烯作为循环乙烯用作脱甲烷塔冷凝器147和丙烯冷却器155的冷源，然后送至干燥塔作为解吸气。其余的产品乙烯送至乙烯缓冲罐153。乙烯缓冲罐153的乙烯部分作为回流送回提纯塔顶，其余作为产品乙烯经过乙烯预冷器142和粗乙烯冷却器128回收冷量后，最后经过产品乙烯加热器157由热丙烯加热后送出界区。
本发明的优点和有益效果如下：
本发明中，通过优化换热网络，使乙醇脱水反应产物与原料乙醇进行了三次换热，充分利用了高温乙醇反应产物的热量各流股热量。将蒸发塔塔釜液作为蒸发塔进料预热器和急冷塔顶气加热器的换热介质进行热量回收利用。利用乙烯预冷器和粗乙烯冷却器回收产品乙烯的冷量，以及引入热丙烯作为加热蒸汽，避免了使用冷却水冷却热丙烯，充分实现丙烯的内循环来减少外部加热蒸汽的引用。通过不同物料间进行换热，合理安排了系统中的热量交换，减少了乙醇脱水制乙烯过程中的公用工程介质用量，在满足分离要求的前提下，使能量消耗降低了约48％。在同样的生产任务下，本发明充分利用各流股热量，合理安排了系统中的热量交换，大幅度减少了能耗，显著减少了设备投资，降低了乙烯生产的成本。
附图说明
图1乙醇脱水制乙烯工艺的热耦合方法的乙醇脱水系统和急冷压缩系统流程示意图。
图2乙醇脱水制乙烯工艺的热耦合方法的碱洗系统和分子筛干燥系统流程示意图。
图3乙醇脱水制乙烯工艺的热耦合方法的乙烯提纯与丙烯制冷循环系统流程示意图。
图4乙醇脱水制乙烯工艺的热耦合方法的全流程示意图。
具体实施方式
以下结合图1、图2、图3、图4并通过具体实施例对本发明作进一步详述。以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实现本发明的乙醇脱水制乙烯的热耦合方法的装置乙醇脱水反应系统中乙醇预热器管程入口与原料罐区相连；乙醇预热器壳程入口与乙醇蒸发器壳程出口相连；乙醇预热器管程出口与乙醇蒸发罐入口相连；乙醇预热器壳程出口与第一气液分离罐入口相连；乙醇蒸发器管程入口与乙醇蒸发罐下方出口相连；乙醇蒸发器壳程入口与乙醇过热器壳程出口相连；乙醇蒸发器管程出口与乙醇蒸发罐右侧入口相连；乙醇过热器管程入口与乙醇蒸发罐上方出口相连；乙醇过热器壳程入口与第三反应器出口相连；乙醇过热器管程出口与加热炉入口相连。急冷压缩系统中蒸发塔塔釜出口与蒸发塔进料预热器壳程入口相连；急冷塔塔釜出口与蒸发塔进料预热器管程入口相连；蒸发塔进料预热器管程出口与蒸发塔塔顶入口相连；蒸发塔进料预热器壳程出口与急冷塔顶气加热器壳程入口相连；急冷塔塔顶蒸汽出口与急冷塔顶气加热器管程入口相连；急冷塔顶气加热器管程出口与第二气液分离罐入口相连；急冷塔顶气加热器壳程出口与蒸发塔釜水冷却器入口相连。碱洗系统中碱洗塔塔顶蒸汽出口与粗乙烯冷却器壳程入口相连；乙烯预冷器管程出口与粗乙烯冷却器管程入口相连；粗乙烯冷却器壳程出口与第三气液分离罐入口相连；粗乙烯冷却器管程出口与产品乙烯加热器管程入口相连；分子筛干燥系统中循环乙烯预热器壳程入口与蒸发塔再沸器壳程出口相连；循环乙烯预热器管程入口与丙烯冷却器管程出口相连；循环乙烯预热器管程出口与干燥塔入口相连；循环乙烯预热器壳程出口与蒸汽凝水闪蒸罐入口相连；乙烯提纯与丙烯制冷循环系统中乙烯预冷器壳程入口与干燥塔出口相连；乙烯预冷器管程入口与乙烯缓冲罐出口相连；乙烯预冷器壳程出口与乙烯深冷器壳程入口相连；乙烯深冷器管程入口与丙烯二级压缩器出口相连；乙烯深冷器管程出口与丙烯一级分离罐入口相连；乙烯深冷器壳程出口与脱甲烷塔入口相连；脱甲烷塔塔顶蒸汽出口与脱甲烷塔冷凝器壳程入口相连；脱甲烷塔冷凝器管程入口与乙烯回流罐出口相连；脱甲烷塔冷凝器管程出口与丙烯冷却器管程入口相连；脱甲烷塔冷凝器壳程出口与燃料气罐入口相连；脱甲烷塔塔釜出口与脱甲烷塔再沸器管程入口相连；脱甲烷塔再沸器管程出口与脱甲烷塔塔釜入口相连；脱甲烷塔再沸器壳程出口与丙烯收集罐入口相连；提纯塔塔顶蒸汽出口与提纯塔冷凝器壳程入口相连；提纯塔冷凝器管程入口与丙烯二级压缩器出口相连；提纯塔冷凝器壳程出口与乙烯回流罐入口相连；提纯塔冷凝器管程出口与丙烯一级闪蒸罐入口相连；提纯塔塔釜出口与提纯塔再沸器管程入口相连；提纯塔再沸器管程出口与提纯塔塔釜入口相连；提纯塔再沸器壳程出口与丙烯收集罐上方入口相连；丙烯冷却器壳程入口与丙烯收集罐下方出口相连；丙烯冷却器壳程出口与丙烯一级闪蒸罐入口相连；产品乙烯加热器壳程出口与丙烯收集罐上方入口相连。
本发明提供了乙醇脱水制乙烯的生产工艺，具体实施方式如下：
原料罐区的乙醇进入乙醇预热器101经过高温脱水反应气加热至135～140℃后进入乙醇蒸发罐102，通过乙醇蒸发器108和109加热后进行蒸发，乙醇蒸发器108加热介质为高温脱水反应气。自乙醇蒸发罐102蒸出的乙醇蒸汽通过乙醇过热器103有高温脱水反应气加热至324～327℃后分为三股送至反应器内进行反应。从第三反应器107出来的高温反应气体依次通过乙醇过热器103、乙醇蒸发器108、乙醇预热器101回收热量后，进入第一气液分离罐110。分离出的液相由分离罐出料泵111送至蒸发塔119，气相经过冷却后送至急冷塔113。
第一气液分离罐气相、脱气罐气相和干燥塔排出气进入急冷塔113后，急冷塔塔顶气体经急冷塔顶气加热器120有蒸发塔釜液加热后进入第二气液分离罐123。急冷塔塔釜液送至蒸发塔进料预热器117，由蒸发塔塔釜液加热至110～114℃后进入蒸发塔119。蒸发塔塔顶产出的蒸汽返回脱水反应工段用作稀释蒸汽，蒸发塔釜水经过蒸发塔进料预热器117和急冷塔顶气加热器120回收热量后，由蒸发塔釜水冷却器121冷却后进入工艺水罐122。
第二气液分离罐123排出的气体经过压缩冷却后进入碱洗塔126，塔顶排出的气体经过粗乙烯冷却器128由低温的产品乙烯冷却至18～22℃后进入第三气液分离罐129。第三气液分离罐129分离的气相送至干燥塔脱除水分，脱水后的干乙烯送至脱甲烷塔145和提纯塔149进行低温精制。
来自分子筛干燥系统的干燥粗乙烯先经过乙烯预冷器142由液相产品乙烯冷却至-32～-28℃后送至乙烯深冷器144由低温丙烯再次冷却，将温度降至-40～35℃后进入脱甲烷塔145。脱甲烷塔塔顶气体在脱甲烷塔冷凝器147由减压后的循环乙烯降温至-68～-64℃后经过燃料气罐156汽化后送至加热炉104作为燃料气。塔釜产出的乙烯送至提纯塔149，提纯塔塔顶产出的产品乙烯经过提纯塔冷凝器151由低温丙烯冷却至-36～-34℃后进入乙烯回流罐152，一部分产品乙烯作为循环乙烯用作脱甲烷塔冷凝器147和丙烯冷却器155的冷源，然后送至干燥塔作为解吸气。其余的产品乙烯送至乙烯缓冲罐153。乙烯缓冲罐的乙烯部分作为回流送回提纯塔顶，其余作为产品乙烯经过乙烯预冷器142和粗乙烯冷却器128回收冷量后，最后经过产品乙烯加热器157由热丙烯加热至23～26℃后送出界区。脱甲烷塔再沸器146和提纯塔再沸器150用热丙烯进行加热，产生的丙烯凝液送至丙烯收集罐159。
上述技术方案中涉及的装置包括乙醇预热器101、乙醇过热器103、加热炉104、第三反应器107、乙醇蒸发器108、第一气液分离罐110、蒸发塔进料预热器112、急冷塔113、蒸发塔119、急冷塔塔顶气加热器120、蒸发塔釜水冷却器121、工艺水罐122、第二气液分离罐123、碱洗塔126、粗乙烯冷却器128、第三气液分离罐129、干燥塔130-133、循环乙烯预热器136、蒸汽凝水闪蒸罐141、乙烯预冷器142、乙烯深冷器144、脱甲烷塔145、脱甲烷塔再沸器146、脱甲烷塔冷凝器147、提纯塔149、提纯塔再沸器150、提纯塔冷凝器151、乙烯回流罐153、丙烯冷却器155、燃料气罐156、产品乙烯加热器157、丙烯收集罐159、丙烯一级闪蒸罐160、丙烯二级压缩器163。
以下采用具体说明的实施例来说本申请方法的具体实施过程。
实施例一
原料罐区的乙醇进入乙醇预热器101经过高温脱水反应气加热至135℃后进入乙醇蒸发罐102，通过乙醇蒸发器108和109加热后进行蒸发，乙醇蒸发器108加热介质为高温脱水反应气。自乙醇蒸发罐102蒸出的乙醇蒸汽通过乙醇过热器103有高温脱水反应气加热至324℃后分为三股送至反应器内进行反应。从第三反应器107出来的高温反应气体依次通过乙醇过热器103、乙醇蒸发器108、乙醇预热器101回收热量后，进入第一气液分离罐110。分离出的液相由分离罐出料泵111送至蒸发塔119，气相经过冷却后送至急冷塔113。
第一气液分离罐气相、脱气罐气相和干燥塔排出气进入急冷塔113后，急冷塔塔顶气体经急冷塔顶气加热器120有蒸发塔釜液加热后进入第二气液分离罐123。急冷塔塔釜液送至蒸发塔进料预热器117，由蒸发塔塔釜液加热至110℃后进入蒸发塔119。蒸发塔塔顶产出的蒸汽返回脱水反应工段用作稀释蒸汽，蒸发塔釜水经过蒸发塔进料预热器117和急冷塔顶气加热器120回收热量后，由蒸发塔釜水冷却器121冷却后进入工艺水罐122。
第二气液分离罐123排出的气体经过压缩冷却后进入碱洗塔126，塔顶排出的气体经过粗乙烯冷却器128由低温的产品乙烯冷却至18℃后进入第三气液分离罐129。第三气液分离罐129分离的气相送至干燥塔脱除水分，脱水后的干乙烯送至脱甲烷塔145和提纯塔149进行低温精制。
来自分子筛干燥系统的干燥粗乙烯先经过乙烯预冷器142由液相产品乙烯冷却至-32℃后送至乙烯深冷器144由低温丙烯再次冷却，将温度降至-40℃后进入脱甲烷塔145。脱甲烷塔塔顶气体在脱甲烷塔冷凝器147由减压后的循环乙烯降温至-68℃后经过燃料气罐156汽化后送至加热炉104作为燃料气。塔釜产出的乙烯送至提纯塔149，提纯塔塔顶产出的产品乙烯经过提纯塔冷凝器151由低温丙烯冷却至-36℃后进入乙烯回流罐152，一部分产品乙烯作为循环乙烯用作脱甲烷塔冷凝器147和丙烯冷却器155的冷源，然后送至干燥塔作为解吸气。其余的产品乙烯送至乙烯缓冲罐153。乙烯缓冲罐的乙烯部分作为回流送回提纯塔顶，其余作为产品乙烯经过乙烯预冷器142和粗乙烯冷却器128回收冷量后，最后经过产品乙烯加热器157由热丙烯加热至23℃后送出界区。脱甲烷塔再沸器146和提纯塔再沸器150用热丙烯进行加热，产生的丙烯凝液送至丙烯收集罐159。
实施例二
原料罐区的乙醇进入乙醇预热器101经过高温脱水反应气加热至140℃后进入乙醇蒸发罐102，通过乙醇蒸发器108和109加热后进行蒸发，乙醇蒸发器108加热介质为高温脱水反应气。自乙醇蒸发罐102蒸出的乙醇蒸汽通过乙醇过热器103有高温脱水反应气加热至327℃后分为三股送至反应器内进行反应。从第三反应器107出来的高温反应气体依次通过乙醇过热器103、乙醇蒸发器108、乙醇预热器101回收热量后，进入第一气液分离罐110。分离出的液相由分离罐出料泵111送至蒸发塔119，气相经过冷却后送至急冷塔113。
第一气液分离罐气相、脱气罐气相和干燥塔排出气进入急冷塔113后，急冷塔塔顶气体经急冷塔顶气加热器120有蒸发塔釜液加热后进入第二气液分离罐123。急冷塔塔釜液送至蒸发塔进料预热器117，由蒸发塔塔釜液加热至114℃后进入蒸发塔119。蒸发塔塔顶产出的蒸汽返回脱水反应工段用作稀释蒸汽，蒸发塔釜水经过蒸发塔进料预热器117和急冷塔顶气加热器120回收热量后，由蒸发塔釜水冷却器121冷却后进入工艺水罐122。
第二气液分离罐123排出的气体经过压缩冷却后进入碱洗塔126，塔顶排出的气体经过粗乙烯冷却器128由低温的产品乙烯冷却至22℃后进入第三气液分离罐129。第三气液分离罐129分离的气相送至干燥塔脱除水分，脱水后的干乙烯送至脱甲烷塔145和提纯塔149进行低温精制。
来自分子筛干燥系统的干燥粗乙烯先经过乙烯预冷器142由液相产品乙烯冷却至-28℃后送至乙烯深冷器144由低温丙烯再次冷却，将温度降至-35℃后进入脱甲烷塔145。脱甲烷塔塔顶气体在脱甲烷塔冷凝器147由减压后的循环乙烯降温至-64℃后经过燃料气罐156汽化后送至加热炉104作为燃料气。塔釜产出的乙烯送至提纯塔149，提纯塔塔顶产出的产品乙烯经过提纯塔冷凝器151由低温丙烯冷却至-34℃后进入乙烯回流罐152，一部分产品乙烯作为循环乙烯用作脱甲烷塔冷凝器147和丙烯冷却器155的冷源，然后送至干燥塔作为解吸气。其余的产品乙烯送至乙烯缓冲罐153。乙烯缓冲罐的乙烯部分作为回流送回提纯塔顶，其余作为产品乙烯经过乙烯预冷器142和粗乙烯冷却器128回收冷量后，最后经过产品乙烯加热器157由热丙烯加热至26℃后送出界区。脱甲烷塔再沸器146和提纯塔再沸器150用热丙烯进行加热，产生的丙烯凝液送至丙烯收集罐159。
实施例三
原料罐区的乙醇进入乙醇预热器101经过高温脱水反应气加热至136℃后进入乙醇蒸发罐102，通过乙醇蒸发器108和109加热后进行蒸发，乙醇蒸发器108加热介质为高温脱水反应气。自乙醇蒸发罐102蒸出的乙醇蒸汽通过乙醇过热器103有高温脱水反应气加热至325℃后分为三股送至反应器内进行反应。从第三反应器107出来的高温反应气体依次通过乙醇过热器103、乙醇蒸发器108、乙醇预热器101回收热量后，进入第一气液分离罐110。分离出的液相由分离罐出料泵111送至蒸发塔119，气相经过冷却后送至急冷塔113。
第一气液分离罐气相、脱气罐气相和干燥塔排出气进入急冷塔113后，急冷塔塔顶气体经急冷塔顶气加热器120有蒸发塔釜液加热后进入第二气液分离罐123。急冷塔塔釜液送至蒸发塔进料预热器117，由蒸发塔塔釜液加热至112℃后进入蒸发塔119。蒸发塔塔顶产出的蒸汽返回脱水反应工段用作稀释蒸汽，蒸发塔釜水经过蒸发塔进料预热器117和急冷塔顶气加热器120回收热量后，由蒸发塔釜水冷却器121冷却后进入工艺水罐122。
第二气液分离罐123排出的气体经过压缩冷却后进入碱洗塔126，塔顶排出的气体经过粗乙烯冷却器128由低温的产品乙烯冷却至20℃后进入第三气液分离罐129。第三气液分离罐129分离的气相送至干燥塔脱除水分，脱水后的干乙烯送至脱甲烷塔145和提纯塔149进行低温精制。
来自分子筛干燥系统的干燥粗乙烯先经过乙烯预冷器142由液相产品乙烯冷却至-30℃后送至乙烯深冷器144由低温丙烯再次冷却，将温度降至-38℃后进入脱甲烷塔145。脱甲烷塔塔顶气体在脱甲烷塔冷凝器147由循环乙烯降温至-65℃后经过燃料气罐156汽化后送至加热炉104作为燃料气。塔釜产出的乙烯送至提纯塔149，提纯塔塔顶产出的产品乙烯经过提纯塔冷凝器151由低温丙烯冷却至-35℃后进入乙烯回流罐152，一部分产品乙烯作为循环乙烯用作脱甲烷塔冷凝器147和丙烯冷却器155的冷源，然后送至干燥塔作为解吸气。其余的产品乙烯送至乙烯缓冲罐153。乙烯缓冲罐的乙烯部分作为回流送回提纯塔顶，其余作为产品乙烯经过乙烯预冷器142和粗乙烯冷却器128回收冷量后，最后经过产品乙烯加热器157由热丙烯加热至25℃后送出界区。脱甲烷塔再沸器146和提纯塔再沸器150用热丙烯进行加热，产生的丙烯凝液送至丙烯收集罐159。
本发明有益的技术效果为，通过不同物料间进行换热，合理安排了系统中的热量交换，减少了乙醇脱水制乙烯过程中的公用工程用量，在满足分离要求的前提下，大幅度降低了能耗，减少了设备投资，降低了乙烯生产的成本。
本发明未特别指出的设备为常规设备，采用本领域技术人员公知的方法和设备就能实现。尽管已经结合特定实施方案和附图描述了本发明，但是本发明并不预期限于本文所述的特定形式。相反地，本发明的范围仅由所附权利要求限制。此外，尽管单独的特征可以包含在不同的权利要求中，但是这些特征可以有利地进行组合，并且包含在不同的权利要求中并不意味着特征的组合不是可行的和/或有利的。对“第一”、“第二”等的引用并没有排除复数。
Claims (6)
1.一种乙醇脱水制乙烯工艺的热耦合方法，包括乙醇脱水反应系统、急冷压缩系统、碱洗系统、分子筛干燥系统、乙烯提纯与丙烯制冷循环系统；其特征是，乙醇脱水反应系统中乙醇脱水反应产物作为原料乙醇预热、汽化及过热的热源；急冷压缩系统中蒸发塔塔釜液作为蒸发塔进料流股预热及急冷塔塔顶气体加热的热源；碱洗系统中产品乙烯作为粗乙烯冷却的冷源；分子筛干燥系统中蒸发塔塔釜液凝液作为循环乙烯预热的热源；乙烯提纯与丙烯制冷循环系统中产品乙烯作为干燥的乙烯预冷的冷源；循环乙烯作为脱甲烷塔塔顶气体冷却及丙烯冷却的冷源；低温丙烯作为提纯塔塔顶气体冷却及乙烯进一步冷却的冷源；热丙烯作为脱甲烷塔塔釜液、提纯塔塔釜液及产品乙烯加热的热源；
所述急冷压缩系统包括蒸发塔、蒸发塔进料预热器、蒸发塔再沸器、急冷塔、急冷塔塔顶气加热器、第二气液分离罐、蒸发塔釜水冷却器、工艺水罐，蒸发塔塔釜液进入急冷塔顶气加热器，对急冷塔的塔顶气体进行加热，随后蒸发塔塔釜液送至工艺水罐，蒸发塔再沸器凝液送至分子筛干燥系统；
所述碱洗系统包括碱洗塔、粗乙烯冷却器、第三气液分离罐，来自乙烯提纯与丙烯制冷循环系统的产品乙烯进入粗乙烯冷却器，冷却碱洗塔产出的粗乙烯，随后产品乙烯送至产品乙烯加热器；
所述分子筛干燥系统包括干燥塔、循环乙烯预热器、蒸汽凝水闪蒸罐，来自急冷压缩系统的蒸发塔再沸器凝液进入循环乙烯预热器，对循环乙烯进行预热，冷却后的再沸器凝液送至蒸汽凝水闪蒸罐。
2.根据权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯工艺的热耦合方法，其特征是，乙醇脱水反应系统包括乙醇预热器、乙醇蒸发器、乙醇蒸发罐、乙醇过热器、第一气液分离罐、第三反应器、加热炉；乙醇脱水反应产物进入乙醇过热器，使乙醇蒸汽过热；冷却后的反应产物进入乙醇蒸发器，使液相原料乙醇汽化，然后反应产物进入乙醇预热器，预热液相原料乙醇；多次冷却后的乙醇脱水反应产物送至第一气液分离罐；蒸发塔塔釜液进入蒸发塔进料预热器，预热蒸发塔的进料流股。
3.根据权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯工艺的热耦合方法，其特征是，乙烯提纯与丙烯制冷循环系统包括乙烯预冷器、乙烯深冷器、脱甲烷塔、脱甲烷塔冷凝器、脱甲烷塔再沸器、提纯塔、提纯塔冷凝器、提纯塔再沸器、乙烯回流罐、丙烯冷却器、燃料气罐、产品乙烯加热器、丙烯一级闪蒸罐、丙烯收集罐、丙烯二级压缩器；循环乙烯进入脱甲烷塔冷凝器，冷却脱甲烷塔塔顶气体，加热后的循环乙烯送至丙烯冷却器，冷却丙烯，随后循环乙烯送至分子筛干燥系统；产品乙烯进入乙烯预冷器，冷却干燥后的粗乙烯，加热后的产品乙烯送至碱洗系统，然后经加热后送至界区外；低温丙烯进入提纯塔冷凝器，冷却提纯塔塔顶气体，加热后的低温丙烯送至乙烯深冷器，进一步冷却乙烯，随后低温丙烯送至丙烯一级闪蒸罐；来自界区外的热丙烯分别进入脱甲烷塔再沸器、提纯塔再沸器、产品乙烯加热器，加热脱甲烷塔釜液、提纯塔塔釜液、产品乙烯，冷却后的丙烯送至丙烯收集罐。
4.实现权利要求1的乙醇脱水制乙烯的热耦合方法的装置，其特征是，乙醇脱水反应系统中乙醇预热器管程入口与原料罐区相连；乙醇预热器壳程入口与乙醇蒸发器壳程出口相连；乙醇预热器管程出口与乙醇蒸发罐入口相连；乙醇预热器壳程出口与第一气液分离罐入口相连；乙醇蒸发器管程入口与乙醇蒸发罐下方出口相连；乙醇蒸发器壳程入口与乙醇过热器壳程出口相连；乙醇蒸发器管程出口与乙醇蒸发罐右侧入口相连；乙醇过热器管程入口与乙醇蒸发罐上方出口相连；乙醇过热器壳程入口与第三反应器出口相连；乙醇过热器管程出口与加热炉入口相连；急冷压缩系统中蒸发塔塔釜出口与蒸发塔进料预热器壳程入口相连；急冷塔塔釜出口与蒸发塔进料预热器管程入口相连；蒸发塔进料预热器管程出口与蒸发塔塔顶入口相连；蒸发塔进料预热器壳程出口与急冷塔顶气加热器壳程入口相连；急冷塔塔顶蒸汽出口与急冷塔顶气加热器管程入口相连；急冷塔顶气加热器管程出口与第二气液分离罐入口相连；急冷塔顶气加热器壳程出口与蒸发塔釜水冷却器入口相连。
5.实现权利要求1的乙醇脱水制乙烯的热耦合方法的装置，其特征是，碱洗系统中碱洗塔塔顶蒸汽出口与粗乙烯冷却器壳程入口相连；乙烯预冷器管程出口与粗乙烯冷却器管程入口相连；粗乙烯冷却器壳程出口与第三气液分离罐入口相连；粗乙烯冷却器管程出口与产品乙烯加热器管程入口相连；分子筛干燥系统中循环乙烯预热器壳程入口与蒸发塔再沸器壳程出口相连；循环乙烯预热器管程入口与丙烯冷却器管程出口相连；循环乙烯预热器管程出口与干燥塔入口相连；循环乙烯预热器壳程出口与蒸汽凝水闪蒸罐入口相连。
6.实现权利要求1的乙醇脱水制乙烯的热耦合方法的装置，其特征是，乙烯提纯与丙烯制冷循环系统中乙烯预冷器壳程入口与干燥塔出口相连；乙烯预冷器管程入口与乙烯缓冲罐出口相连；乙烯预冷器壳程出口与乙烯深冷器壳程入口相连；乙烯深冷器管程入口与丙烯二级压缩器出口相连；乙烯深冷器管程出口与丙烯一级分离罐入口相连；乙烯深冷器壳程出口与脱甲烷塔入口相连；脱甲烷塔塔顶蒸汽出口与脱甲烷塔冷凝器壳程入口相连；脱甲烷塔冷凝器管程入口与乙烯回流罐出口相连；脱甲烷塔冷凝器管程出口与丙烯冷却器管程入口相连；脱甲烷塔冷凝器壳程出口与燃料气罐入口相连；脱甲烷塔塔釜出口与脱甲烷塔再沸器管程入口相连；脱甲烷塔再沸器管程出口与脱甲烷塔塔釜入口相连；脱甲烷塔再沸器壳程出口与丙烯收集罐入口相连；提纯塔塔顶蒸汽出口与提纯塔冷凝器壳程入口相连；提纯塔冷凝器管程入口与丙烯二级压缩器出口相连；提纯塔冷凝器壳程出口与乙烯回流罐入口相连；提纯塔冷凝器管程出口与丙烯一级闪蒸罐入口相连；提纯塔塔釜出口与提纯塔再沸器管程入口相连；提纯塔再沸器管程出口与提纯塔塔釜入口相连；提纯塔再沸器壳程出口与丙烯收集罐上方入口相连；丙烯冷却器壳程入口与丙烯收集罐下方出口相连；丙烯冷却器壳程出口与丙烯一级闪蒸罐入口相连；产品乙烯加热器壳程出口与丙烯收集罐上方入口相连。
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