CN216093567U - 一种丙烷脱氢装置新型反应系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种丙烷脱氢装置新型反应系统,本实用新型采用反应进出料高效换热器,将反应器出口高温反应气直接预热原料气,提高了原料气进料温度,降低了加热炉中燃料气的消耗,有效地提高了对反应系统中高品位能量的利用效率,也减少了装置烟气尾气的排放;同时,采用轴径向固定床反应器具有反应压降小、占地面积少、催化剂损耗低、投资费用少、反应转化率高等特点。在布置过程中,将进出口换热器采用平行且紧靠丙烷脱氢反应器的布置方式,来减少产品气高温管道长度,降低产品气在高温管道中的热裂解及结焦过程。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种丙烷脱氢装置新型反应系统。
背景技术
目前主流的丙烷脱氢工艺中,在反应系统中首先将反应器出口的高温气体分为两股,一股用于副产高压蒸汽,然后再将两股物流混合后去预热反应进料气。但在该换热过程中,反应器出口高温气体温位较高,利用其副产高压蒸汽存在温差较大,高品位能量利用效率低,将两股高、低温的反应出口气再混合,也大大降低了能量的品质,存在高品位能量损失严重等缺点。
目前的主流工艺中,反应系统中的反应器主要采用流化床型或卧式固定床型丙烷脱氢反应器。流化床型丙烷脱氢反应器是类似多台立式径向反应器串联型式,其具有设备投资高、催化剂磨损严重、丙烯收率低等缺点。卧式固定床丙烷脱氢反应器是采用多个卧式固定床反应器并联的反应操作过程,其则存在占地面积大、配管复杂、床层压降大、动设备能耗高等问题。
例如,申请号为CN201180013906.1的专利《用于将丙烷脱氢成丙烯的新反应器流程》提出了一种链烷烃脱氢的方法,其采用两台反应再生在线切换的流化床型反应器,存在设备要求高、催化剂损耗严重等缺点。申请号为CN201810148953.0的专利申请《丙烷脱氢装置及丙烷脱氢方法》中提出了一种丙烷脱氢装置及丙烷脱氢方法;申请号为CN201720974768.8的专利《丙烷脱氢装置反应器进出料高效换热器》提供了一种换热效果好、使用成本低的丙烷脱氢装置反应器进出料高效换热器。但这两个方案中的工艺流程与目前主流的丙烷脱氢装置相同,即将反应器出口的高温反应气部分分流后副产高压蒸汽,普遍存在高品位能量利用效率低下的缺点。
另外,在现有的装置布置中,进出口换热器的布置位置距离丙烷脱氢反应器位置较远,存在较长的产品气高温管道,会造成高温产品气在管道中热裂解及结焦严重的问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状,提供一种能量利用效率高、反应转化率高、装置占地面积少、催化剂损耗低、投资费用少、污染物排放少的丙烷脱氢装置新型反应系统。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为:
一种丙烷脱氢装置新型反应系统,包括:
至少三台并联的进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C进行预热,用于对新鲜丙烷原料进行预热;
加热炉H-101,设于所述进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的下游,用于对经过预热的原料气再加热;
轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B,用于接收经加热炉H-101加热得到的高温原料气;
所述轴径向丙烷脱氢反应器R-101B具有供还原吹扫蒸汽输出的第一管道,轴径向丙烷脱氢反应器R-101A底部具有供高温反应气输出的第二管道,所述第一管道的末端与第一管道相连接,所述第二管道具有分别与进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C底部相连接的输出端,所述进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的顶部具有供产品气输出的第三管道;所述进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的底部还设置有与加热炉H-101底部相连接的第四管道。
优选地,所述反应进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C为高效换热器,换热器型式为高效绕管式换热器或高效板式换热器;所述反应进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的布置位置平行且紧靠丙烷脱氢反应器R-101A,从而减少产品气出口高温管道长度,降低高温下产品气的热裂解及结焦。
优选地,所述的进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的热侧进口操作条件为450~550℃、-50kPag~300kPag,热侧出口操作条件为100℃~150℃、-50kPag~300kPag;所述的进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的冷侧进口操作条件为30~50℃、300kPag~600kPag,冷侧出口操作条件为400℃~500℃、200kPag~400kPag。
优选地,所述轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B中,反应催化剂采用固定床环形轴向方式布置。
优选地,所述轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B中物料的流动方式为上进下出、下进上出、中间进上下出或上下进中间出。
优选地,所述轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B的反应条件为反应温度500~650℃,反应压力-50kPag~300kPag。
优选地,本实用新型的反应系统还包括进出料换热器E-101D,进出料换热器E-101D与所述进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C相并联。
在本实用新型中,所述轴径向丙烷脱氢反应器R-101A出口的高温反应气与轴径向丙烷脱氢反应器R-101B的还原吹扫蒸汽混合后,依次自底部进入进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C、进出料换热器E-101D中给原料气进行直接预热。
优选地,所述轴径向丙烷脱氢反应器R-101A出口的高温反应气先进入进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B进行初步热回收,与轴径向丙烷脱氢反应器R-101B的还原吹扫蒸汽混合后,进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B顶部的两股出口物料分别与来自轴径向丙烷脱氢反应器R-101B底部且分流后的两股还原吹扫蒸汽混合,送入进出料换热器E-101C、进出料换热器E-101D进行二次热回收,进出料换热器E-101C、进出料换热器E-101D得到的两股产品气经混合后的去分离系统。
上述反应进出料换热器是将反应器出口高温反应气作为热源,直接先后预热反应进料丙烷物流。
与现有技术相比,本实用新型的优点在于:本实用新型采用反应进出料高效换热器,将反应器出口高温反应气直接预热原料气,提高了原料气进料温度,降低了加热炉中燃料气的消耗,有效地提高了对反应系统中高品位能量的利用效率,也减少了装置烟气尾气的排放;同时,采用轴径向固定床反应器具有反应压降小、占地面积少、催化剂损耗低、投资费用少、反应转化率高等特点。在布置过程中,将进出口换热器采用平行且紧靠丙烷脱氢反应器的布置方式,来减少产品气高温管道长度,降低产品气在高温管道中的热裂解及结焦过程。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的流程图;
图2为本实用新型实施例2的流程图;
图3为本实用新型实施例3的流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
实施例1:
如图1所示,本实施例的丙烷脱氢装置新型反应系统包括:
至少三台并联的进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C进行预热,用于对新鲜丙烷原料进行预热;
加热炉H-101,设于所述进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的下游,用于对经过预热的原料气再加热;
轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B,用于接收经加热炉H-101加热得到的高温原料气;
轴径向丙烷脱氢反应器R-101B具有供还原吹扫蒸汽输出的第一管道,轴径向丙烷脱氢反应器R-101A底部具有供高温反应气输出的第二管道,第一管道的末端与第一管道相连接,第二管道具有分别与进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C底部相连接的输出端,进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的顶部具有供产品气输出的第三管道;进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的底部还设置有与加热炉H-101底部相连接的第四管道。
系统运行时,新鲜丙烷原料先经三台并联的进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C进行预热,预热后的原料气经加热炉H-101进行再加热;
得到的高温原料气送往轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B;
轴径向丙烷脱氢反应器R-101A出口的高温反应气与轴径向丙烷脱氢反应器R-101B的还原吹扫蒸汽混合后,进入进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C中给原料气进行直接预热,得到的产品气去分离回收系统。
反应进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C为高效换热器,换热器型式为高效绕管式换热器或高效板式换热器;所述反应进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的布置位置平行且紧靠丙烷脱氢反应器R-101A,从而减少产品气出口高温管道长度,降低高温下产品气的热裂解及结焦。
进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的热侧进口操作条件为450~550℃、-50kPag~300kPag,热侧出口操作条件为100℃~150℃、-50kPag~300kPag;所述的进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的冷侧进口操作条件为30~50℃、300kPag~600kPag,冷侧出口操作条件为400℃~500℃、200kPag~400kPag。
轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B中,反应催化剂采用固定床环形轴向方式布置。
轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B中物料的流动方式为上进下出、下进上出、中间进上下出或上下进中间出。
轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B的反应条件为反应温度500~650℃,反应压力-50kPag~300kPag。
本实施例具体为采用轴径向固定床反应器并结合反应进出料换热器直接预热原料气的丙烷脱氢装置新型反应系统。以60万吨/年规模的丙烷脱氢装置为例,采用流化床及移动床反应器,其催化剂损耗量分别为600~650吨/年以及10~15吨/年,而卧式固定床反应器及轴径向固定床反应器的催化剂几乎无损耗。但是,卧式固定床反应器占地面积大,其经典的布置占地面积达到1500~2700m2,流化床反应器的布置占地面积为800~1200m2,而本实施例提供的轴径向固定床反应器其占地面积仅为400~600m2。同时,流化床、移动床及卧式固定床反应器的床层压力降在50kPa~80kPa之间,本实施例提供的轴径向固定床反应器其床层压降仅为10~20kPa。同时,采用高效换热器将高温反应气作为热源直接预热原料,可有效降低加热炉能耗17.57MW~21.47MW,可减少操作成本1577.1~1927.6万元/年。
本实施例中丙烷脱氢装置新型反应系统进出物流数据表如下:
表1三台并联式进出料换热器、轴径向反应器的丙烷脱氢装置新型反应系统进出物流数据表
经计算,丙烷的转化率可达46%,其选择性大于87%。
经计算,60万吨丙烷脱氢装置单台下进上出式轴径向丙烷脱氢反应器结构尺寸如表二所示:
表1反应器结构尺寸数据表
实施例2:
如图2所示,与实施例1相比,本实施例的反应系统还包括进出料换热器E-101D,进出料换热器E-101D与所述进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C相并联。
轴径向丙烷脱氢反应器R-101A出口的高温反应气与轴径向丙烷脱氢反应器R-101B的还原吹扫蒸汽混合后,依次自底部进入进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C、进出料换热器E-101D中给原料气进行直接预热。
实施例3:
本实施例与实施例2的区别在于:如图3所示,轴径向丙烷脱氢反应器R-101A出口的高温反应气先进入进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B进行初步热回收,与轴径向丙烷脱氢反应器R-101B的还原吹扫蒸汽混合后,进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B顶部的两股出口物料分别与来自轴径向丙烷脱氢反应器R-101B底部且分流后的两股还原吹扫蒸汽混合,送入进出料换热器E-101C、进出料换热器E-101D进行二次热回收,进出料换热器E-101C、进出料换热器E-101D得到的两股产品气经混合后的去分离系统。
上述反应进出料换热器是将反应器出口高温反应气作为热源,直接先后预热反应进料丙烷物流。
Claims (10)
1.一种丙烷脱氢装置新型反应系统,其特征在于:包括
至少三台并联的进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C进行预热,用于对新鲜丙烷原料进行预热;
加热炉H-101,设于所述进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的下游,用于对经过预热的原料气再加热;
轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B,用于接收经加热炉H-101加热得到的高温原料气;
所述轴径向丙烷脱氢反应器R-101B具有供还原吹扫蒸汽输出的第一管道,轴径向丙烷脱氢反应器R-101A底部具有供高温反应气输出的第二管道,所述第一管道的末端与第一管道相连接,所述第二管道具有分别与进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C底部相连接的输出端,所述进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的顶部具有供产品气输出的第三管道;所述进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的底部还设置有与加热炉H-101底部相连接的第四管道。
2.根据权利要求1所述的丙烷脱氢装置新型反应系统,其特征在于:所述反应进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C为高效换热器,换热器型式为高效绕管式换热器或高效板式换热器;所述反应进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的布置位置平行且紧靠丙烷脱氢反应器R-101A,从而减少产品气出口高温管道长度,降低高温下产品气的热裂解及结焦。
3.根据权利要求2所述的丙烷脱氢装置新型反应系统,其特征在于:所述的进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的热侧进口操作条件为450~550℃、-50kPag~300kPag,热侧出口操作条件为100℃~150℃、-50kPag~300kPag;所述的进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C的冷侧进口操作条件为30~50℃、300kPag~600kPag,冷侧出口操作条件为400℃~500℃、200kPag~400kPag。
4.根据权利要求1所述的丙烷脱氢装置新型反应系统,其特征在于:所述轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B中,反应催化剂采用固定床环形轴向方式布置。
5.根据权利要求4所述的丙烷脱氢装置新型反应系统,其特征在于:所述轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B中物料的流动方式为上进下出、下进上出、中间进上下出或上下进中间出。
6.根据权利要求4所述的丙烷脱氢装置新型反应系统,其特征在于:所述轴径向丙烷脱氢反应器R-101A、轴径向丙烷脱氢反应器R-101B的反应条件为反应温度500~650℃,反应压力-50kPag~300kPag。
7.根据权利要求1所述的丙烷脱氢装置新型反应系统,其特征在于:还包括进出料换热器E-101D,进出料换热器E-101D与所述进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C相并联。
8.根据权利要求7所述的丙烷脱氢装置新型反应系统,其特征在于:所述轴径向丙烷脱氢反应器R-101A出口的高温反应气与轴径向丙烷脱氢反应器R-101B的还原吹扫蒸汽混合后,依次自底部进入进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B、进出料换热器E-101C、进出料换热器E-101D中给原料气进行直接预热。
9.根据权利要求7所述的丙烷脱氢装置新型反应系统,其特征在于:所述轴径向丙烷脱氢反应器R-101A出口的高温反应气先进入进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B进行初步热回收,与轴径向丙烷脱氢反应器R-101B的还原吹扫蒸汽混合后,进出料换热器E-101A、进出料换热器E-101B顶部的两股出口物料分别与来自轴径向丙烷脱氢反应器R-101B底部且分流后的两股还原吹扫蒸汽混合,送入进出料换热器E-101C、进出料换热器E-101D进行二次热回收,进出料换热器E-101C、进出料换热器E-101D得到的两股产品气经混合后的去分离系统。
10.根据权利要求9所述的丙烷脱氢装置新型反应系统,其特征在于:所述的反应进出料换热器是将反应器出口高温反应气作为热源,直接先后预热反应进料丙烷物料。
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