CN205002415U - 氧化液热量回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种氧化液热量回收装置，该装置包括至少一个热量回收装置和至少一个能量利用装置，该热量回收装置内有能够与氧化液换热、并使氧化液温度降低至符合后续分解工艺要求的换热工质，换热过程中产生的热量由能量利用装置回收。本实用新型的优点为实现氧化液热量的全部回收、节约循环水消耗、同时能够回收低温尾气自尾气吸收塔出口至去火炬管线段的冷能量，节省尾气吸收塔尾气排放系统的蒸汽伴热消耗，有效降低环己酮生产过程的能耗。

Description

氧化液热量回收装置

技术领域

本实用新型设涉及一种热量回收装置，具体涉及一种氧化液热量回收装置，属于化工技术领域。

背景技术

环己烷氧化制备环己酮是重要的环己酮生产方法。由于环己烷氧化制备环己酮单程转化率仅3～5％，环己烷氧化后氧化液温度一般为150～180℃，氧化液必须降温到80℃以下然后在低温下分解生成产物环己酮和环己醇以确保高的分解收率。

目前，环己烷氧化制备环己酮工艺路线中，氧化液热量回收的方法是氧化液先与工艺介质进行热交换，氧化液温度从150～180℃降低到100～120℃，回收一部分氧化液中的热量，然后再用循环水将氧化液冷却到80℃以下，这种氧化液热量回收方法，需要消耗大量循环水来冷却氧化液使氧化液温度降低到符合后续分解工艺要求。这种热量回收工艺循环水消耗量大，氧化液的热量仅部分得到回收。另外，由于环己烷氧化制备环己酮单程转化率低，大量环己烷需要循环，环己烷氧化制备环己酮工艺路线中氧化液中热量数量较大。

另外，环己烷氧化制备环己酮的空气氧化过程，空气中的可反应利用部分约20％，因此大多数的空气需要排放掉，而环己烷的沸点又较低，通过尾气热交换后的尾气中虽然环己烷浓度不算太高，但环己烷总量不容小觑，因此需要经过吸收加深冷的措施来继续回收环己烷以确保经济运行。环己烷氧化尾气经过两级直接热交换将尾气温度降到了45℃以下然后与烷再生单元的尾气压缩机来的尾气一起送到尾气深冷吸收塔进行处理来进一步回收环己烷，最后含微量环己烷的尾气，温度降到了7-15℃右，通过火炬排放。尾气深冷吸收塔排放的气体为低温含易凝结的环己烷，在尾气吸收塔出口至火炬之间的管线需要用蒸汽伴热加热防止有机物凝结，消耗蒸汽。

因此，目前环己烷氧化制备环己酮氧化液中的热量回收现有技术中主要存在以下两个问题：

1、氧化液先与工艺介质进行热交换后，氧化液仅降温到100～120℃，氧化液中的热能仅利用约50％，其余热能不仅损失，而且需要消耗大量循环水来降温，这部分循环水消耗量是环己酮装置中最大用户，耗水量大。

2、尾气深冷吸收塔排放的气体为低温含易凝结的环己烷去火炬焚烧后排放，在尾气深冷吸收塔出口至火炬之间的管线需要用蒸汽伴热加热防止有机物凝结，低温气体的冷能量没有得到利用，而且还消耗蒸汽热量。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种能够减少或消除循环水消耗、节省尾气排放系统蒸汽伴热消耗、并有效利用氧化液热量和低温气体冷能量、提高能量回收利用率的氧化液热量回收装置。

技术方案：本实用新型所述的氧化液热量回收装置，包括至少一个热量回收装置和至少一个能量利用装置，该热量回收装置内有能够与氧化液换热、并使氧化液温度降低至符合后续分解工艺要求得换热工质，氧化液释放的热量由能量利用装置收集利用，其中，氧化液与换热工质换热前温度为100～120℃。

上述氧化液热量回收装置，将氧化液通过热量回收装置与换热工质换热，与换热工质换热后温度降低至80℃以下，符合后续分解工艺要求，工艺过程不需使用循环水降温，节约大量循环水消耗；同时通过能量利用装置，氧化液释放的热量可以得到回收利用，减少环己酮生产过程中的能量浪费。

换热工质为等熵饱和曲线、正斜率饱和曲线的工质或负斜率饱和曲线的工质。优选的，换热工质为R11、R123、R245fa、正戊烯、R113、R22、R124a、氨水等。

能量利用装置可为发电设备或转动设备，转动设备可为压缩机、泵等；优选的，发电设备可为发电机。

优选的，所述热量回收装置包括用于热量交换使氧化液降温、换热工质升温的汽化器，使升温后的换热工质降温的冷却冷凝设备，以及使降温后的换热工质返回汽化器的循环增压泵；所述汽化器与冷却冷凝设备之间设有用于收集氧化液释放的热量并利用该能量的能量利用装置；换热工质在汽化器、能量利用装置、冷却冷凝设备和循环增压泵及之间循环。优选的，氧化液热量回收装置还包括向冷却冷凝设备提供冷源的冷源装置。通过冷源装置提供冷源使进入冷却冷凝设备中的换热工质降温冷凝成液体，节省冷却介质的消耗；同时，冷源装置释放的冷能量可由能量利用装置回收利用，提高氧化液热量回收过程中的能量利用效率。

冷源装置可以包括与冷却冷凝设备连接、用于提供冷源与进入冷却冷凝设备的换热工质换热的尾气吸收塔，该尾气吸收塔排放的低温尾气的温度为7-15℃，低温尾气与进入冷却冷凝设备的换热工质换热后温度升高至20℃以上。换热工质降温后能够返回汽化器中重新与氧化液换热，提高氧化液热量回收装置的效益；而且，低温尾气与换热工质换热后，温度可升高至20℃以上，在通过尾气吸收塔出口至火炬之间的管线不易发生有机物凝结，减少了伴热蒸汽消耗。

本实用新型所述的利用氧化液热量回收装置回收氧化液热量的方法，包括如下步骤：将100～120℃的氧化液经过热量回收装置与换热工质换热，使氧化液温度降至符合后续分解工艺要求，用能量利用装置回收利用氧化液释放的热量。

优选的，当热量回收装置包括汽化器、冷却冷凝设备和循环增压泵时，氧化液进入汽化器与换热工质换热，使氧化液的温度降至符合后续分解要求，换热工质升温汽化；汽化后的换热工质和氧化液释放的热量共同进入能量利用装置，能量利用装置将氧化液释放的热量回收利用；换热工质再进入冷却冷凝设备降温液化，液化后的换热工质通过循环增压泵返回汽化器重新与氧化液进行热量交换。

更为优选的，以来自尾气吸收塔排放的低温尾气作为冷却冷凝设备的冷源，换热工质进入冷却冷凝设备与该冷源换热降温，换热前低温尾气的温度为7-15℃，换热后低温尾气的温度升高至20℃以上。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)通过使用换热工质与氧化液换热使氧化液降温到满足后续分解工艺的温度要求，工艺过程不需使用循环水降温，节约大量循环水消耗，同时，将氧化液释放的热量回收利用，减少能量浪费；

(2)尾气深冷吸收塔排放的低温尾气与升温后的换热工质换热，低温尾气的温度升高，节省尾气排放系统蒸汽伴热消耗；

(3)利用尾气深冷吸收塔排放的低温尾气冷却升温后的换热工质，并将尾气深冷吸收塔排放的低温尾气释放的冷能量回收，提高了环己烷氧化制备环己酮工艺过程中的能量回收率；该方法的能量回收量为氧化液释放热量回收量与低温尾气释放的冷能回收量之和，高于单独回收的氧化液释放热量。

附图说明

图1为氧化液热量回收装置的第一种工艺示意图；

图2为氧化液热量回收装置的第二种工艺示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图1、2所示，本实用新型的氧化液热量回收装置，包括热量回收装置1和能量利用装置2。热量回收装置1内有换热工质，换热工质可为等熵饱和曲线或正斜率饱和曲线的工质，如R11、R123、R245fa、正戊烯、R113，此种换热工质使用系统简单，使用方便；换热工质也可为负斜率饱和曲线的工质，如R22、R124a、氨水等，为了避免湿度过大，使用此类换热工质时，一般需要过热器，系统相对复杂。将氧化液经过热量回收装置1与其中的换热工质换热，换热前氧化液温度为100-120℃，换热后氧化液温度降低至80℃以下，可进入后续分解工艺分解生成产物环己酮。热量回收装置1可为一个或多个。氧化液释放的热量由能量利用装置2回收利用，能量利用装置2可为一个或多个，能量利用装置2可为发电设备或压缩机、泵等转动设备，回收的热量可用来发电或带动转动设备做功。

其中，发电设备可为透平发电机或螺杆膨胀机发电机，利用电磁感应原理，将机械能变为电能输出。本实用新型中利用汽化器使换热工质换热汽化后，气体可推动叶轮转动，通过轴带动发电机转动做电磁感应发电或带动转动设备工作。

上述的热量回收装置1可包括汽化器3、冷却冷凝设备4和循环增压泵5，汽化器3与冷却冷凝设备4之间设有能量利用装置2，换热工质在汽化器3、能量利用装置2、冷却冷凝设备4和循环增压泵5之间循环。经过工艺介质换热后的氧化液，温度降低到100～120℃，进入热量回收装置1的汽化器3中与热量回收装置1的换热工质换热，氧化液温度降低到80℃以下去后续的分解系统；换热工质在汽化器3内换热后升温汽化，汽化后的换热工质和氧化液释放的热量进入能量利用装置2，能量利用装置2将热量回收，离开能量利用装置2的工质，进入冷却冷凝设备4中冷却冷凝成液体，出冷却冷凝设备4的冷凝工质用循环增压泵5循环回汽化器3中与氧化液换热。

氧化液热量回收装置还可以包括冷源装置6，冷源装置6向冷却冷凝设备4提供冷源，与进入冷却冷凝设备4的工质换热，使工质降温，同时冷源装置6释放的冷能量可由能量利用装置2回收利用。冷源装置6可以包括尾气吸收塔，尾气吸收塔与冷却冷凝设备4连接，尾气吸收塔排放的低温尾气作为冷源与冷却冷凝设备4内的换热工质进行换热，换热前低温尾气温度为7-15℃，换热后低温尾气的温度升高至20℃以上，此时，低温尾气可去火炬。通过将尾气吸收塔排放的7-15℃的低温尾气作为冷源用于使换热工质降温，降温后的换热工质能够重新返回汽化器3与氧化液换热，提高氧化液热量回收装置的效益；而且，低温尾气在冷却冷凝设备4中与换热工质换热后，温度可升高至20℃以上，在通过尾气吸收塔出口至火炬之间的管线不易发生有机物凝结，减少了伴热蒸汽消耗。

尾气吸收塔排放的低温尾气可用于冷却一个冷却冷凝设备，也可以依次用于多个冷却冷凝设备的冷却。

依据换热工质的物理性质，冷却冷凝设备4包括冷凝器4-1，也可以将冷凝器4-1与空冷器4-2组合使用，或者将冷凝器与冷却器组合使用。

实施例1

处理对象：100kt/a规模环己烷氧化法的环己酮装置，其中氧化液流量为377880kg/h，以氨水为换热工质，汽化器3选用蒸发器，冷却冷凝设备4选用冷凝器4-1，循环增压泵5选用泵，能量利用装置2选用发电机，冷源装置6选用尾气吸收塔；其中发电系统为一级，如图1所示。

具体步骤为：将出末级氧化反应器的氧化液先与工艺介质换热回收部分热量，氧化液温度降低到115℃，氧化液流量为377880kg/h，将此氧化液进入热量回收装置1的蒸发器中与热量回收装置1的换热工质换热，氧化液温度降低到60～70℃。

将上述氧化液用于加热换热工质氨水后，温度降低到符合后续分解系统的温度要求后，进入后续分解系统。

热量回收装置1的换热工质氨水升温汽化，再用蒸汽加热使气体过热，没有汽化的水去冷凝器4-1。过热气体进入透平发电机做功发电，离开发电机的工质氨，进入冷凝器4-1降低温度后，冷凝成液体，其中冷凝器4-1用来自尾气吸收塔排放的7-15℃的低温尾气冷却，回收尾气的冷能用于发电，在冷凝器4-1中与发电工质氨水换热后的低温尾气升高温度到约20～30℃后去火炬，出冷凝器4-1的冷凝工质氨水用泵加压后循环回热量回收装置1的蒸发器蒸发，蒸发的气体去透平发电机循环做功发电。

氧化液释放出热量约为9460kw。尾气吸收塔排放低温气体伴热蒸汽量约为10kg/h。

扣除自耗后，氧化液热量回收装置年平均发电效率约为8.0％，净发电量为756.8kw。

实施例2

处理对象：100kt/a规模环己烷氧化法的环己酮装置，其中氧化液流量为377,880kg/h，以R245fa为换热工质，汽化器3选用蒸发器，冷却冷凝设备4选用空冷器4-2和冷凝器4-1，循环增压泵5选用泵，能量利用装置2选用发电机，冷源装置6选用尾气吸收塔；其中发电系统为两级，如图2所示。

具体步骤为：将出末级氧化反应器的氧化液先与工艺介质换热回收部分热量，氧化液温度降低到115℃，氧化液流量为377880kg/h，将此氧化液进入热量回收装置1的一级蒸发器中与热量回收装置1的换热工质R245fa换热，氧化液温度降低到90～95℃，进入热量回收装置1的二级蒸发器中与热量回收装置1的换热工质R245fa换热释放出热量，氧化液温度降低到60～70℃。

将上述氧化液，用于加热换热工质R245fa后，温度降低到符合后续分解系统的温度要求后，进入后续分解系统。

一级热量回收装置1的换热工质R245fa升温汽化，气体进入一级透平发电机做功发电，离开发电机的换热工质R245fa，先经过空冷器4-2冷却降低温度、再进入冷凝器4-1降低温度后，冷凝成液体，其中冷凝器4-1用来自尾气吸收塔排放的7-15℃的低温尾气冷却，回收尾气的冷能用于发电，在冷凝器4-1中与发电工质R245fa换热后的低温尾气升高温度到约20～30℃后去火炬，出冷凝器4-1的冷凝工质用泵加压后循环回热量回收装置1的蒸发器蒸发，蒸发的气体去透平发电机循环做功发电。

二级热量回收装置1的换热工质R245fa升温汽化，气体进入二级透平发电机做功发电，离开发电机的换热工质R245fa，先经过空冷器4-2冷却降低温度、再进入冷凝器4-1降低温度后，冷凝成液体，其中冷凝器4-1用来自尾气吸收塔排放的7-15℃的低温尾气冷却，回收尾气的冷能用于发电，在冷凝器4-1中与发电工质R245fa换热后的低温尾气升高温度到约20～30℃后去火炬，出冷凝器4-1的冷凝工质R245fa用泵加压后循环回热量回收装置1的蒸发器蒸发，蒸发的气体去透平发电机循环做功发电。

以上过程，氧化液共约释放出热量9460kw。尾气吸收塔排放低温气体伴热蒸汽量约为10kg/h。

扣除自耗后，氧化液热量回收装置年平均发电效率约为7.97％，净发电量为753.962kw。

对比例

处理对象：100kt/a规模环己烷氧化法的环己酮装置，其中氧化液体流量为377880kg/h，氧化液用循环水冷却到60～70℃。温度降低到符合后续分解系统的温度要求后，进入分解系统。循环冷却水用量为900m³/h，尾气吸收塔排放低温气体伴热蒸汽量约为50kg/h。

从上述实施例1～2及对比例，可以看出，本实用新型具有回收氧化液体能量彻底、并能将回收的能量有效利用，而且能够回收尾气吸收塔排放的低温气体的冷能，有效降低环己酮生产过程的能耗。

Claims (7)

1.一种氧化液热量回收装置，其特征在于，包括至少一个热量回收装置(1)和至少一个能量利用装置(2)，该热量回收装置(1)内有能够与氧化液换热、并使氧化液的温度降低至符合后续分解工艺要求的换热工质，氧化液释放的热量由能量利用装置(2)回收利用，其中，与所述换热工质换热前的氧化液温度为100-120℃。

2.根据权利要求1所述的氧化液热量回收装置，其特征在于，所述能量利用装置(2)为发电设备或转动设备。

3.根据权利要求1所述的氧化液热量回收装置，其特征在于，与所述换热工质换热后的氧化液温度降低至80℃以下。

4.根据权利要求1所述的氧化液热量回收装置，其特征在于，所述热量回收装置(1)包括用于热量交换使氧化液降温、换热工质升温的汽化器(3)，使升温后的换热工质降温的冷却冷凝设备(4)，以及使降温后的换热工质返回汽化器的循环增压泵(5)；所述汽化器(3)与冷却冷凝设备(4)之间设有能量利用装置(2)；换热工质在汽化器(3)、能量利用装置(2)、冷却冷凝设备(4)和循环增压泵(5)之间循环。

5.根据权利要求4所述的氧化液热量回收装置，其特征在于，所述热量回收装置(1)还包括向冷却冷凝设备(4)提供冷源的冷源装置(6)。

6.根据权利要求5所述的氧化液热量回收装置，其特征在于，所述冷源装置(6)包括与冷却冷凝设备(4)连接、用于提供冷源并与冷却冷凝设备(4)内的换热工质换热的尾气吸收塔，该尾气吸收塔排放的低温尾气温度为7-15℃，该低温尾气与换热工质换热后的温度升高至20℃以上。

7.根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的氧化液热量回收装置，其特征在于，换热工质为等熵饱和曲线、正斜率饱和曲线的工质或负斜率饱和曲线的工质。