CN217921893U - 用于己内酰胺生产的供电、供氢调峰系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于己内酰胺生产的供电、供氢调峰系统，其包括有新能源发电系统、储能装置、水电解制氢装置、储氢装置、苯加氢生产单元、环己醇脱氢单元、双氧水制备单元、合成氨生产单元、环己酮肟化单元、重排反应器；优点：目前以新能源发电为切入点，通过新能源产生的绿电，再通过储能与电解水生产出己内酰胺生产所需的主要原料氢气，在储能过程中，实现电解水装置的平稳运行；电解水制氢与储氢，最大限度的满足后续及己内酰胺生产用氢气；合成氨装置是对电解水制氢装置剩余氢气的有效调整，实现新能源电力利用的最大化，而焦炉煤气制氢是对电解水制氢的补充；利用储能、储氢、合成氨装置与焦炉煤气制氢措施，可以对系统进行供电调峰。

Description

用于己内酰胺生产的供电、供氢调峰系统

技术领域：

本实用新型涉及电力技术与化工领域，具体涉及用于己内酰胺生产的供电、供氢调峰系统。

背景技术：

己内酰胺生产系统包括苯加氢生产单元、环己醇脱氢单元、双氧水制备单元、环己酮肟化单元、贝克曼重排反应单元，苯在苯加氢生产单元内通过催化剂存在下加氢，制得环己醇，提纯后经环己醇脱氢单元脱氢得粗环己酮，环己酮提纯后与液氨和双氧水制备单元制得的双氧水，经环己酮肟化单元得到环己酮肟，再经贝克曼移位生成己内酰胺；其中液氨通过合成氨生产单元制得，合成氨生产单元主要包括合成反应器，原料氢气与氮气在合成氨反应器中在高效催化剂的作用下生产出了NH₃，经过深度冷却形成的液氨。

目前在已内酰胺生产中苯加氢生产单元和合成氨生产单元使用的氢气主要来源是焦化生产车间的焦炉煤气制氢，所以焦炉的生产能力决定了生产的供氢量，焦炉煤气制氢处理流程包括“加压+TSA预处理+PSA氢提纯+脱氧+TSA干燥”等，存在工艺处理复杂、污染环境、能耗高的问题；同时已内酰胺生产系统中使用的输送泵、压缩机、风机等用电设备，目前使用电网供电系统供电，电能消耗较大，同时无法使用新能源发电系统供电，因为新能源发电受季节与天气等因素的影响，发电、供电不稳定、对输电网冲击性大，输电企业与用电企业对新能源电力的输送与使用也非常受限，所以需要采用调峰方式实现新能源发电与企业用电之间的平衡使用。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种用于己内酰胺生产的供电、供氢调峰系统。

本实用新型由如下技术方案实施：用于己内酰胺生产的供电、供氢调峰系统，其包括有新能源发电系统、储能装置、水电解制氢装置、储氢装置、苯加氢生产单元、环己醇脱氢单元、双氧水制备单元、合成氨生产单元、环己酮肟化单元、重排反应器；

所述新能源发电系统分别与所述储能装置和所述水电解制氢装置电连接，所述储能装置与所述水电解制氢装置电连接；

所述水电解制氢装置的氢出口分别与所述苯加氢生产单元的苯加氢反应器的原料入口和合成氨生产单元的合成氨反应器的入口连通，所述水电解制氢装置的氢出口与所述苯加氢反应器的原料入口之间通过输氢管连通，所述输氢管上并联有所述储氢装置，所述苯加氢反应器的出口与所述环己醇脱氢单元的脱氢反应器的入口管线连通，所述脱氢反应器的出口与所述环己酮肟化单元的肟化反应器的第一入口管线连通；

所述双氧水制备单元的氧化反应器的出口与所述肟化反应器的第二入口管线连通，所述合成氨反应器的出口与所述肟化反应器的第三入口管线连通，所述肟化反应器的出口与所述重排反应器的入口管线连通，所述重排反应器的出口与己内酰胺储罐的入口管线连通。

进一步的，还包括有焦炉煤气制氢装置，所述焦炉煤气制氢装置的出口与所述输氢管连通。

进一步的，所述合成氨反应器的蒸汽出口与副产蒸汽锅炉的入口管线连通，所述副产蒸汽锅炉的出口与所述苯加氢反应器的加热入口管线连通。

进一步的，所述新能源发电系统包括风力发电系统和光伏发电系统。

本实用新型的优点：目前以新能源发电为切入点，通过新能源产生的绿电，再通过储能与电解水生产出己内酰胺生产所需的主要原料氢气，在储能过程中，实现电解水装置的平稳运行；电解水制氢与储氢，最大限度的满足后续及己内酰胺生产用氢气，合成氨装置是对电解水制氢装置剩余氢气的有效调整，实现新能源电力利用的最大化，而焦炉煤气制氢是对电解水制氢的补充；

利用储能、储氢、合成氨装置与焦炉煤气制氢措施，可以对系统进行供电调峰、供氢调峰、用氢调峰与耦合供氢补充调峰等，能够有效实现新能源发电与用电企业的长效发展，不但解决了新能源发电企业发电难问题，而且解决了用电企业的能耗指标与环境保护问题，实现了发电与用电企业的协同高效发展；该系统将实现化工生产用电企业与新能源电力建设企业的共同发展，在不增加任何能耗的情况下，解决了化工生产企业提升改造所需要的能耗指标，在整个调峰过程中，发电、储能、储氢、合成氨装置及焦炉煤气制氢形成了相互依存、互为补充的一体化系统，氢气在系统内高度循环与有效利用，从而实现新能源发电与用电企业的协同、高质量发展。

附图说明：

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为该实用新型的结构示意图；

图中：新能源发电系统1、风力发电系统11、光伏发电系统12、储能装置3、水电解制氢装置4、储氢装置5、苯加氢生产单元6、苯加氢反应器61、环己醇脱氢单元7、脱氢反应器71、双氧水制备单元8、氧化反应器81、合成氨生产单元9、合成氨反应器91、环己酮肟化单元10、肟化反应器101、己内酰胺储罐13、焦炉煤气制氢装置14、副产蒸汽锅炉15、加苯管线16、输氮管17、输氢管18、重排反应器19。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，用于己内酰胺生产的供电、供氢调峰系统，其包括有新能源发电系统1、储能装置3、水电解制氢装置4、储氢装置5、苯加氢生产单元6、环己醇脱氢单元7、双氧水制备单元8、合成氨生产单元9、环己酮肟化单元10、重排反应器19；

新能源发电系统1分别与储能装置3和水电解制氢装置4电连接，新能源发电系统1包括风力发电系统11和光伏发电系统12，储能装置3与水电解制氢装置4电连接；风力发电系统11包括风轮(包括尾舵)、发电机和塔筒，光伏发电系统12包括太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器，通过风力和光伏新能源发电后转化为电能用于水电解制氢装置4和已内酰胺系统中各个用电设备的工作，多余的电量存储在储能装置3内，在新能源受影响的时候由储能装置3供应电力，具体的储能装置3包括储能蓄电池，解决了新能源发电与用电企业由于新能源发电不稳定带来的问题，实现了新能源发电方向用电方平稳供电的可能；新能源所产生的电力，实现全部由后续电解水、己内酰胺生产系统，就地消纳，不占用目前任何电力外送通道，由于不使用市电，该系统可以协助解决己内酰胺装置的能耗指标；新能源产生的绿电通过高效电解槽电解水制氢作为后续己内酰胺与合成氨生产所需要的原料，与目前传统以煤热解气化等工艺所制取的氢气相比，具有能耗低、不污染环境，完全无二氧化碳排放等优点。

水电解制氢装置4的氢出口分别与苯加氢生产单元6的苯加氢反应器61的原料入口和合成氨生产单元9的合成氨反应器91的入口连通，通过水电解制氢装置4产生的氢气，用于后续的己内酰胺的生产，同时利用合成氨生产单元9进行调峰，该方式作为主要的调峰方法在新能源电力供应充足的时候，在完全满足了储能、储氢与己内酰胺生产用氢气的前提下，电解水制取大量富余氢气通过合成氨生产单元9生产液氨，把电解水制取的氢气实现全部高效转化，其中，合成氨的生产能力可以在50％-120％的负荷间平稳调整，合成氨生产单元9产生的液氮供应己内酰胺的生产。

水电解制氢装置4的氢出口与苯加氢反应器61的原料入口之间通过输氢管18连通，输氢管18上并联有储氢装置5，储氢装置5储氢后用于己内酰胺生产的用氢时间不小于10小时，在新能源发电充足时，水电解制氢装置4产生的氢气也较多，通过储氢装置5将多余的氢气进行存储，在新能源受环境影响时，暂时利用储氢装置5向系统供应氢气，储氢装置5具体为储氢罐，苯加氢反应器61的出口与环己醇脱氢单元7的脱氢反应器71的入口管线连通，脱氢反应器71的出口与环己酮肟化单元10的肟化反应器101的第一入口管线连通；

双氧水制备单元8的氧化反应器81的出口与肟化反应器101的第二入口管线连通，合成氨反应器91的出口与肟化反应器101的第三入口管线连通，肟化反应器101的出口与重排反应器19的入口管线连通，重排反应器19的出口与己内酰胺储罐13的入口管线连通。

还包括有焦炉煤气制氢装置14，焦炉煤气制氢装置14的出口与输氢管18连通，利用现有焦炉煤气制氢，对新能源电解水制氢、储能、储氢与合成氨进行调整。

合成氨反应器91的蒸汽出口与副产蒸汽锅炉15的入口管线连通，副产蒸汽锅炉15的出口与苯加氢反应器61的加热入口管线连通，合成氨的过程是发热的过程，将产生的蒸汽经过副产蒸汽锅炉15后送至苯加氢生产单元6，对苯加氢反应器61进行预热，同时通过预热器对合成氨的原料进行预热，使得满足合成氨过程中温度的反应条件。

作为优选，新能源发电装置包括600MW风力发电与400MW光伏发电，年发电量最大值可达20亿度；

储能装置3为200MW/400MWh；

电解水制氢装置生产能力为50000Nm³/h,可以为后续己内酰胺生产装置连续供应氢气；

合成氨装置每小时可以调整的氢气量达到12000-28800Nm³；

储氢装置5为450000Nm³，可以为后续己内酰胺生产装置连续供应氢气10小时以上；

焦炉煤气制氢装置14，采用PSA变压吸附及脱附提取氢气约为20000Nm³/h以内；

新能源发电及电解水装置正常情况下每小时可以制氢50000Nm³。

利用储能、储氢、合成氨装置与焦炉煤气制氢措施，可以对系统进行供电调峰、供氢调峰、用氢调峰与耦合供氢补充调峰等，能够有效实现新能源发电与用电企业的长效发展，不但解决了新能源发电企业发电难问题，而且解决了用电企业的能耗指标与环境保护问题，实现了发电与用电企业的协同高效发展；该系统将实现化工生产用电企业与新能源电力建设企业的共同发展，在不增加任何能耗的情况下，解决了化工生产企业提升改造所需要的能耗指标，在整个调峰过程中，发电、储能、储氢、合成氨装置及焦炉煤气制氢形成了相互依存、互为补充的一体化系统，氢气在系统内高度循环与有效利用，从而实现新能源发电与用电企业的协同、高质量发展。

该实施例具体的操作过程：

通过新能源发电系统1发电后转化为电能用于水电解制氢装置4和已内酰胺系统中各个用电设备的工作，多余的电量存储在储能装置3内；

水电解制氢装置4在电解水时产生氢气，氢气分别送至苯加氢反应器61和合成氨反应器91中，多余的氢气回收至储氢装置5中；

通过输氢管18和输氮管17将原料氢气与氮气在合成氨反应器91中在高效催化剂的作用下生产出了NH₃，经过深度冷却形成的液氨，液氮送至肟化反应器101；

在氧化反应器81中烷基蒽醌与有机溶剂配制成工作溶液，有催化剂存在的条件下，通入氢气进行氢化，再与空气(或氧气)进行逆流氧化，经萃取、再生、精制与浓缩制得过氧化氢，制备好的过氧化氢送至肟化反应器101；

在苯加氢反应器61中，通过加苯管线16通入苯，利用选择性加氢催化剂将原料苯转变成环己烯，然后再水合反应生产出环己醇，环己醇送至脱氢反应器71，在催化剂的作用下将环己醇脱氢转变成环己酮，环己酮送至肟化反应器101中，在肟化反应器101中，在液氨与过氧化氢作用下，生成了环己酮肟，送至重排反应器19，环己酮肟氨基在浓硫酸的作用下，发生转位反应生产出了己内酰胺；

生产过程中，新能源发电系统1正常运行时，不使用储氢装置5和储能装置3的情况下，根据己内酰胺生产系统所需的氢气量，调节合成氨生产的用氢量，合成氨的生产能力在50％-120％的负荷间即可，氢气不足时，使用焦炉煤气制氢装置14制氢，氢气有剩余时，超出部分存储在储氢装置5内，并将生产多余的电量存储在储能装置3内；

当新能源发电系统1不能正常运行时，通过储氢装置5和储能装置3供给己内酰胺的生产，并通过焦炉煤气制氢装置14制氢补充氢气。

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 (4)

1.用于己内酰胺生产的供电、供氢调峰系统，其特征在于，其包括有新能源发电系统、储能装置、水电解制氢装置、储氢装置、苯加氢生产单元、环己醇脱氢单元、双氧水制备单元、合成氨生产单元、环己酮肟化单元、重排反应器；

所述新能源发电系统分别与所述储能装置和所述水电解制氢装置电连接，所述储能装置与所述水电解制氢装置电连接；

所述水电解制氢装置的氢出口分别与所述苯加氢生产单元的苯加氢反应器的原料入口和合成氨生产单元的合成氨反应器的入口连通，所述水电解制氢装置的氢出口与所述苯加氢反应器的原料入口之间通过输氢管连通，所述输氢管上并联有所述储氢装置，所述苯加氢反应器的出口与所述环己醇脱氢单元的脱氢反应器的入口管线连通，所述脱氢反应器的出口与所述环己酮肟化单元的肟化反应器的第一入口管线连通；

所述双氧水制备单元的氧化反应器的出口与所述肟化反应器的第二入口管线连通，所述合成氨反应器的出口与所述肟化反应器的第三入口管线连通，所述肟化反应器的出口与所述重排反应器的入口管线连通，所述重排反应器的出口与己内酰胺储罐的入口管线连通。

2.根据权利要求1所述的用于己内酰胺生产的供电、供氢调峰系统，其特征在于，还包括有焦炉煤气制氢装置，所述焦炉煤气制氢装置的出口与所述输氢管连通。

3.根据权利要求1或2所述的用于己内酰胺生产的供电、供氢调峰系统，其特征在于，所述合成氨反应器的蒸汽出口与副产蒸汽锅炉的入口管线连通，所述副产蒸汽锅炉的出口与所述苯加氢反应器的加热入口管线连通。

4.根据权利要求1所述的用于己内酰胺生产的供电、供氢调峰系统，其特征在于，所述新能源发电系统包括风力发电系统和光伏发电系统。

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