CN213060708U - 一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统。包括混合器、滴流床反应器、产物热交换器、原料加热器、产物水冷器及气液分离罐，所述滴流床反应器通过管路依次与产物热交换器、原料加热器、产物水冷器的其中一条换热通道相连，产物水冷器的该条换热通道的采出口与气液分离罐采入口通过管路相连；产物热交换器的另一条换热通道的采入口通过管路与气液分离罐的采出口的其中一条支路相连，原料加热器的另一条换热通道的采入口与混合器的采出口通过管路相连，且原料加热器的该条换热通道的采出口与滴流床反应器的采入口通过管路相连。本实用新型所述的一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，可大大减小氢气循环量，显著降低了反应器、循环氢气压缩机的投资和能耗。

Description

一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统

技术领域

本实用新型属于化工设备领域，尤其是涉及一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统。

背景技术

丙酮是工业生产苯酚过程中占比较大的一种副产品，由于丙酮在生产主要用于溶剂，目前将丙酮转化为其衍生物是一种较好的处置方法，尤其是将其催化加氢制备异丙醇具有很大工业价值，异丙醇不但是优良的溶剂，也是中间产品，是生产二异丙醚、醋酸、异丙酯、和麝香草酚的不可缺少的原料，此外它还可通过加氢和异丙醇脱氢用于化学热泵的能量转化，丙酮加氢催化工艺流程简单，因此催化加氢反应的应用日益普遍。

反应器分为列管式反应器、固定床反应器，移动床反应器、塔式反应器，目前丙酮催化加氢制异丙醇工艺技术主要采用列管式反应器，列管式反应器由多束列管排列组成，在列管两端由固定管板固定，列管的内部装填有催化剂；列管式反应器在设备成本、催化剂装卸、投资等方面均偏高。

由于列管式反应器的外形尺寸大于其他固定床反应器，且大量换热管与管板焊接，制造难度大，因此列管式反应器的投资较高；在催化剂的使用方面，列管式反应器催化剂装卸工作量大，周期长，从另一种角度上说也增加了投资；在运行成本方面，气相物料反应工艺流程中反应器入口的原料状态为气相，在反应器的入口处，气相反应需要大量的氢气携带丙酮液体参与反应，此时压缩机能耗消耗巨大，为了避免热点温度过高需要通过大量氢气循环控制反应温度，因此大量的循环氢气造成氢气压缩机负荷较大；虽然列管式反应器壳程通过其他介质取热，但为了避免热点温度过高，仍需大量氢气循环携带热量，配套的氢气压缩机产生大量能耗，从而导致运行成本偏高。

基于以上不足，本实用新型旨在提出一种新型反应系统，可大大减小氢气循环量，显著降低了反应器、循环氢气压缩机的投资和能耗，可以达到节约投资并降低运行成本的目的。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种用于一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，以克服现有技术的缺陷。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，包括混合器、滴流床反应器、产物热交换器、原料加热器、产物水冷器及气液分离罐，氢气和丙酮分别通过管路进入到混合器中；

所述滴流床反应器通过管路依次与产物热交换器、原料加热器、产物水冷器的其中一条换热通道相连，产物水冷器的该条换热通道的采出口与气液分离罐采入口通过管路相连；

产物热交换器的另一条换热通道的采入口通过管路与气液分离罐的采出口的其中一条支路相连，原料加热器的另一条换热通道的采入口与混合器的采出口通过管路相连，且原料加热器的该条换热通道的采出口与滴流床反应器的采入口通过管路相连；

上述“一条换热通道”为管程(或壳程)，“另一条换热通道”为壳程 (或管程)。

进一步的，所述产物热交换器的另一条换热通道的采出口与去精馏工段的采入口通过管路相连。

进一步的，所述气液分离罐进行气液分离后分为气相采出和液相采出，气相从气液分离罐顶部的采出口采出，液相从气液分离罐的底部的采出口采出。

进一步的，所述气液分离罐的液相采出口还包括另一条支路，该条支路经丙醇循环泵加压后，一支与滴流床反应器中部的采入口相连，另一支与原料丙酮混合后回流至混合器中。

进一步的，所述气液分离罐顶部的气相采出口分为两支，一支通过管路与去火炬的采入口相连进行去火炬处理，另一支通过管路与氢气压缩机的采入口相连进行氢气再次循环。

进一步的，所述混合器上的气体采入口通过管路与氢气压缩机的采出口相连。

进一步的，所述混合器上的液体采入口通过管路与丙酮进料泵的采出口相连。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统具有以下优势：

1、本实用新型所述的一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，由于滴流床反应器入口的原料状态为气液两相，可降低系统设备的投资成本，系统设备的投资成本降低了73％；

2、本实用新型所述的一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，可大大减小氢气循环量，氢气循环量可降低80％，且减少了氢气系统的安全隐患问题；

3、本实用新型所述的一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，降低了能源消耗，能源消耗降低了19％。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例1的一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统流程图；

图1的附图标记说明：

101-滴流床反应器；102-氢气压缩机；103-气液分离罐；104-丙酮进料泵；105-异丙醇循环泵；106-混合器；107-产物热交换器；108-原料加热器； 109-产物水冷器；0101-第一管路；0102-第二管路；0103-第三管路；0104- 第四管路；0105-第五管路；0106-第六管路；0107-第七管路；0108-第八管路；0109-第九管路；0110-第十管路；0111-第十一管路；0112-第十二管路； 0113-第十三管路；0114-第十四管路；0115-第十五管路；0116-第十六管路； 0117-第十七管路；

图2为对比例丙酮加氢气相物料反应系统流程图；

图2的附图标记说明：

201-列管式反应器；202-氢气压缩机；203-气液分离罐；204-丙酮进料口；205-进料换热器；206-进料加热器；207-产物水冷器；208-产品加热器；209-氢气缓冲罐；0201-第一管路；0202-第二管路；0203-第三管路；0204- 第四管路；0205-第五管路；0206-第六管路；0207-第七管路；0208-第八管路；0209-第九管路；0210-第十管路；0211-第十一管路；0212-第十二管路； 0213-第十三管路；0214-第十四管路。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例：

如图1所示，一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统由包括氢气压缩机 102、丙酮进料泵104、混合器106、滴流床反应器101、产物热交换器107、原料加热器108、产物水冷器109、气液分离罐103及异丙醇循环泵105，混合器106上的气体采入口通过管路与氢气压缩机102的采出口相连，混合器 106上的液体采入口通过管路与丙酮进料泵104的采出口相连；具体的，来自罐区的丙酮通过第三管路0103输送到丙酮进料泵104，通过丙酮进料泵104对丙酮加压，在压力作用下丙酮通过第四管路0104输送到混合器106；来自氢气管网的氢气通过第一管路0101进入到氢气压缩机102，氢气通过氢气压缩机102压缩后通过第二管路0102进入到混合器106，压缩后的氢气与输送到混合器106中的丙酮进行混合，开工时，原料丙酮和原料氢气在混合器中106混合；正常工作时，原料丙酮、粗异丙醇和氢气在混合器106中混合。

换热通道的一条换热通道为壳程(或管程)，另一条换热通道为管程(或壳程)，混合器106中的混合物通过第五管路0105进入到原料加热器108 另一条换热通道中进行加热升温，原料加热器108中的另一条换热通道的采出口通过第六管路0106将高温混合原料输送到滴流床反应器101内，丙酮和氢气在压力作用下进入滴流床反应器101内部，在催化剂的作用下反应生成产物异丙醇，该反应过程为大量放热的过程，经催化反应后的异丙醇依次通过产物热交换器107、原料加热器109和产物水冷器109三级换热降温过程进入到气液分离罐103中进行气液分离。

滴流床反应器101通过第七管路0107、第八管路0108、第九管路0109 依次与产物热交换器107、原料加热器108、产物水冷器109的其中一条换热通道相连，产物水冷器109的该条换热通道的采出口与气液分离罐103采入口通过第十管路0110相连，产物热交换器107的另一条换热通道的采入口通过第十一管路0111与气液分离罐103的采出口的其中一条支路相连，且产物热交换器107的该条换热通道的采出口与去精馏工段的采入口通过管路相连，原料加热器108的另一条换热通道的采入口与混合器106的采出口通过第五管路0105相连，原料加热器108的该条换热通道的采出口与滴流床反应器101的采入口通过第六管路0106相连。

具体的，滴流床反应器101中的产物异丙醇通过第七管路0107进入到产物热交换器107的一条换热通道中，与气液分离罐103的液相采出的异丙醇通过第十一管路0111进入到产物热交换器107的另一条换热通道，形成具有两条换热通道的产物热交换器107，产物热交换器107的两条换热通道进行换热，换热升温后的粗异丙醇从产物热交换器107的采出口采出，通过第十二管路0112与去精馏工段的采入口相连，进一步进行去精馏工段的精制；换热降温后的一级冷却产物异丙醇通过第八管道0108进入到原料加热器108中的一条换热通道，与第五管路0105中的丙酮和氢气原料混合物进入到原料加热器108的另一条换热通道，形成具有两条换热通道的原料加热器108，原料加热器108的两条换热通道进行换热，换热升温后的原料丙酮和氢气通过第六管道0106输入到滴流床反应器101中，换热降温后的二级冷却产物异丙醇通过第九管路0109输送到产物水冷器109中的一条换热通道，产物水冷器109中的该换热通道与循环水进行换热，换热降温后的三级冷却产物异丙醇通过第十管道0110输送至气液分离罐103中进行气液分离，经过换热降温后的异丙醇纯度可达0.981(mol％)，第七管路0107、第八管路 0108、第九管路0109与第十管路0110组成相同，自左向右依次进行换热降温，温度依次降低。

气液分离罐103进行气液分离后分为气相采出和液相采出，气相从气液分离罐103顶部的采出口采出，液相从气液分离罐103的底部的采出口采出，气液分离罐103的液相采出口还包括另一条支路，该支路经丙醇循环泵105 加压后，一支与滴流床反应器101中部的采入口相连，另一支回流至原料丙酮流入混合器106中；具体的，经气液分离罐103分离后的液相产物为粗异丙醇，粗异丙醇从气液分离罐103的底部采出，另一支路的粗异丙醇通过第十三管路0113输送到异丙醇循环泵105，经过加压后粗异丙醇通过第十四管路0114进行回流，回流分为两股，一股粗异丙醇通过第十五管路0115回流至滴流床反应器101催化剂床层的中间重新进行反应，另一股粗异丙醇进入到第四管路0104返回至混合器106，与混合器106中的丙酮和氢气原料混合物经过原料加热器108进入到滴流床反应器101中重新参与反应。

气液分离罐103顶部的气相采出口分为两支，一支通过管路与去火炬的采入口相连进行去火炬处理，另一支通过管路与氢气压缩机102的采入口相连进行氢气再次循环；具体的，分离后的气相产物为氢气，一部分气相产物通过第十六管路0116回流至第一管路0101重新进入到氢气压缩机102开始进行下一次循环，另一部分气相产物经过第十七管路0117进行去火炬处理。

对比例：

如图2所示，图2为丙酮加氢气相物料反应系统，包括列管式反应器201、氢气压缩机202、气液分离罐203、丙酮进料口204、进料换热器205、进料加热器206、产物水冷器207、产品加热器208和氢气缓冲罐209，原料丙酮通过第一管路0201进入到丙酮进料口204，再通过第二管路0202进入到进料换热器205，氢气通过第八管路0208进入到氢气缓冲罐209中，缓冲后的氢气通过第九管路0209和丙酮进入进料换热器205，进料换热器205中的氢气和丙酮原料混合物进入进料加热器206继续进行加热，加热后的气相产物通过第四管路0204进入到列管式反应器201进行反应，列管式反应器201 的入口条件为：入口温度：60-90℃；入口压力：2.0-3.0MPa；氢气与丙酮摩尔比：2-5；异丙醇与丙酮摩尔比：3-6，反应后的气相产物通过第五管路 0205返回到进料换热器，混合后的气相产物和原料进行换热降温，混合后的气相产物进行降温，原料进行升温，混合后的气相产物和原料通过第六管路 0206进入到产物水冷器207进行循环水降温处理，经过循环水降温处理后的气相产物通过第七管路0207进入到气液分离罐203中，气液分离罐203中的气相产物一部分通过第十四管路0214进行去火炬处理，另一部分通过第十二管路0212回流到氢气压缩机202中，进而通过第十三管路0213进入氢气缓冲罐重新与丙酮进入进料换热器205进行换热降温，液相产物通过第十管路0210进入到产品加热器208进行加热，再通过第十一管路0211进行去精馏工段进行精制。

采用上述方案，对某5万吨/年丙酮加氢生产异丙醇的系统工艺进行比较，见表1，固定床液相反应系统所采用的设备费用为169万元，能源消耗为197万元/h，氢气压缩机的能耗为55KW；列管式气相反应系统所采用的设备费用为644.9万元，能源消耗为243.5万元/h，氢气压缩机的能耗为 280KW；相较于列管式气相反应系统，能源消耗降低了19％，设备投资降低了73％，氢气循环量降低了80％。

表1两种反应系统成本对比表

注：表中循环水单价0.3元/m³；0.1MPa蒸汽单价120元/t；0.6MPa蒸汽单价150 元/t；电价0.8元/KW·h。

工作原理：原料丙酮和氢气分别经原料输送管路输送到丙酮进料泵104 和氢气压缩机102，进入混合器106中进行混合，开工时，原料丙酮和原料氢气在混合器中106混合；正常工作时，原料丙酮、粗异丙醇和氢气在混合器106中混合，原料氢气、丙酮和循环异丙醇通过第五管路0105进入到原料加热器108中进行加热，高温混合物氢气、丙酮和循环异丙醇进入滴流床反应器101内部，在催化剂作用下反应生成产物异丙醇，该反应过程大量放热。

反应生成的异丙醇经过产物热交换器107、原料加热器108和产物水冷器109三次换热降温，粗异丙醇进入气液分离罐103中进行气液分离，分离后的气相产物从气液分离罐103的顶部采出，气液分离后的液相产物粗异丙醇从气液分离罐103的底部采出，一部分气相产物通过第十七管路0117进行去火炬处理，另一部分气相产物通过第十六管路0116回流到氢气压缩机 102重新进行反应。

从气液分离罐103中分离出的异丙醇，一部分参与了换热降温，另一部分异丙醇通过异丙醇循环泵105加压后进入到第十四管道0114后分为两股，一股异丙醇与原料氢气、丙酮的混合物进入滴流床反应器101的催化剂床层中间重新进行反应，另一股返回至混合器106中与循环异丙醇、氢气和丙酮进入原料加热器108加热，加热后至滴流床反应器101中重新参与反应。

滴流床反应器101中的产物异丙醇通过第七管路0107进入到产物热交换器107，与气液分离罐103的液相采出的异丙醇通过第十一管路0111进入到产物热交换器107，形成两条换热通道进行换热，因在滴流床反应器101 中生成异丙醇的过程为放热反应，从第七管路0107输送到产物热交换器107 中的异丙醇温度较高，与通过第十一管道0111输送的经过降温反应的异丙醇温度较低，在产物热交换器107中的两条换热通道进行换热降温，换热后，从第七管路0107输送到产物热交换器107中的异丙醇温度降低，从第十一管道0111输送的粗异丙醇温度升高，换热升温后的粗异丙醇通过第十二管路0112与去精馏工段的采入口相连，进一步进行去精馏工段的精制。

换热降温后的一级冷却产物异丙醇通过第八管道0108输送到原料加热器108，与第五管路0105中的丙酮和氢气原料混合物输送到原料加热器108，形成两条换热通道进行换热，换热后，从第五管路0105输送的原料异丙醇和氢气进行加温，温度升高，从第八管路0108输送到原料加热器108中的一级冷却产物异丙醇温度降低。

换热降温后的二级冷却产物异丙醇通过第九管路0109输送到产物水冷器109，产物水冷器109中的换热通道与循环水进行换热，换热后，循环水温度升高，第九管路0109输送的二级冷却产物异丙醇经过产物水冷器109 后，温度降低；换热降温后的三级冷却产物异丙醇通过第十管道0110输送至气液分离罐103中进行气液分离。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，其特征在于：包括混合器(106)、滴流床反应器(101)、产物热交换器(107)、原料加热器(108)、产物水冷器(109)及气液分离罐(103)，氢气和丙酮分别通过管路进入到混合器(106)中；

所述滴流床反应器(101)通过管路依次与产物热交换器(107)、原料加热器(108)、产物水冷器(109)的其中一条换热通道相连，产物水冷器(109)的该条换热通道的采出口与气液分离罐(103)采入口通过管路相连；

产物热交换器(107)的另一条换热通道的采入口通过管路与气液分离罐(103)的采出口的其中一条支路相连，原料加热器(108)的另一条换热通道的采入口与混合器(106)的采出口通过管路相连，且原料加热器(108)的该条换热通道的采出口与滴流床反应器(101)的采入口通过管路相连。

2.根据权利要求1所述的一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，其特征在于：所述产物热交换器(107)的另一条换热通道的采出口与去精馏工段的采入口通过管路相连。

3.根据权利要求1所述的一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，其特征在于：所述气液分离罐(103)进行气液分离后分为气相采出和液相采出，气相从气液分离罐(103)顶部的采出口采出，液相从气液分离罐(103)的底部的采出口采出。

4.根据权利要求1或3所述的一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，其特征在于：所述气液分离罐(103)的液相采出还包括另一条支路，该条支路经丙醇循环泵(105)加压后，一支与滴流床反应器(101)中部的采入口相连，另一支与原料丙酮混合后回流至混合器(106)中。

5.根据权利要求1或3所述的一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，其特征在于：所述气液分离罐(103)顶部的气相采出分为两支，一支通过管路与去火炬的采入口相连进行去火炬处理，另一支通过管路与氢气压缩机(102)的采入口相连进行氢气再次循环。

6.根据权利要求1所述的一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，其特征在于：所述混合器(106)上的气体采入口通过管路与氢气压缩机(102)的采出口相连。

7.根据权利要求1所述的一种优化的丙酮加氢制异丙醇反应系统，其特征在于：所述混合器(106)上的液体采入口通过管路与丙酮进料泵(104)的采出口相连。

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