CN218689323U - 一种丙烷脱氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于丙烷脱氢技术领域，具体涉及一种丙烷脱氢系统，包括原料储罐、换热器、反应器和加热炉，换热器为缠绕管式换热器，换热器的管程进口连接原料储罐，换热器的管程出口连接加热炉，加热炉连接反应器，反应器连接换热器的壳程进口，换热器的壳程出口连接后续处理系统。该系统中换热器，换热效果好，降低了后续加热炉的负荷，利用反应产物的余热对反应原料进行加热，既有效回收利用了反应产物的余热，同时有效降低了反应产物的升温能耗高的问题，降低了产物温度高冷却负荷大的问题，通过该系统，提高了反应速率，提高收率，有效降低了丙烷脱氢的成本。

Description

一种丙烷脱氢系统

技术领域

本实用新型属于丙烷脱氢技术领域，具体涉及一种丙烷脱氢系统。

背景技术

丙烯是一种重要的有机化工原料，具有应用广泛、市场需求大等特点。近年来，随着化工、制造业等各个行业的迅速发证，丙烯的需求量持续上升。由于丙烯需求的增长，也使得丙烷脱氢、丙烯制备等系统相关工艺持续蓬勃发展。

丙烷脱氢是由丙烷脱氢制成丙烯单体，是制丙烯的一种重要方式，以丙烷制作丙烯需要进行脱氢装置的处理。目前，由于丙烷脱氢需要在较高的温度进行，导致丙烷脱氢的能耗高，成本大；常规的丙烷脱氢装置进出料需要用到换热器，常采用浮头式换热器，其结构复杂且浮头端小盖在操作中无法检查，对密封要求较高，开工时物料消耗量大，管束易于开裂，其换热效果不佳，导致丙烷脱氢后续反应加热的负荷增大，加热时间长；同时丙烷脱氢得到产物温度较高，需要冷却后才能进入下一系统中，由于产物温度较高，冷却负荷较大、冷却时间长。

因此，由于上述原因，使得丙烷脱氢工艺成本大，效率低，严重阻碍了丙烯的生产。

实用新型内容

针对目前存在的技术问题，本实用新型提供了一种丙烷脱氢系统，选择缠绕管式换热器，换热效果好，降低了后续加热炉的负荷；该系统利用反应产物的余热对反应原料进行加热，既有效回收利用了反应产物的余热，同时有效降低了反应产物升温能耗的问题，降低了产物温度高冷却负荷大的问题，通过该系统有效降低了丙烷脱氢的成本，提高了生产效率。

本实用新型的技术方案如下：

一种丙烷脱氢系统，包括原料储罐、换热器、反应器和加热炉，换热器为缠绕管式换热器，换热器的管程进口连接原料储罐，换热器的管程出口连接加热炉，加热炉连接反应器，反应器连接换热器的壳程进口，换热器的壳程出口连接后续处理系统。

优选地，缠绕管式换热器上的管板上设置孔，孔呈正三角形排列，管板的高温端(高温端靠近管程出口)位置，管板与缠绕管式换热器上的换热管采用深孔焊连接，换热管与管板上的孔连通。管板采用正三角形布管，正三角形排列形式可以在同样的管板面积上排列最多的管数，排列紧凑，管程流体直接冲刷换热管，使管程流体分布更加均匀；管板高温端容易产生碳离子聚集，聚集物将换热管挤压变形，因此采用深孔焊，避免此问题。进一步优选地，管板上孔间距为22mm，采用的间距小，可以多布管，减少管板的尺寸。

优选地，缠绕管式换热器的壳体外侧的上方和下方分别缠绕有冲洗管，冲洗管上均匀设置有开口A，开口A对应的换热器对的壳体位置设置有开口B，冲洗管上的开口A与壳体上的开口B连接，冲洗管连接冲洗管道，冲洗管道上设置有阀门；缠绕管式换热器的管程进口及管程出口、壳程进口及壳程出口上均设置有开口C，开口C连接冲洗管道，冲洗管道上设置有阀门。丙烷脱氢是一个吸热反应，需外界提供较高的能量，同时反应受到热力学平衡的限制，需要在较高的温度下才能获得较高的转化率，但在中温段(150-200℃)易产生絮状物，因此需要在壳体及各个进口和出口处增加开口，便于冲洗。

优选地，缠绕管式换热器的壳程进口处设置防冲板，防止流体直接冲刷缠绕管式换热器中换热管而引起换热管振动失稳和腐蚀。

优选地，原料储罐与换热器之间设置原料冷却器。原料先经过冷却是为了除去原料中的氢气，氢气的存在可对钢材造成严重缺陷，例如：氢脆、氢蚀、焊缝热影响区裂缝等，同时原料中氢气的存在也不利于脱氢反应的进行。

进一步优选地，原料储罐与换热器之间设置冷进料换热器，冷进料换热器设置在原料冷却器之后，经过冷却后的原料如果直接进入缠绕管式换热器，升温的温差较大，需要提供的能量进一步增大如此以来整个装置的能耗就会很高，不经济，同时经过冷却后的原料先小幅度的升温，也是使得原料能够均匀受热，避免了受热不均的问题。

优选地，反应器包括第一反应器、第二反应器和第三反应器，加热炉包括第一加热炉、第二加热炉和第三加热炉。进一步优选地，换热器的管程出口依次连接第一加热炉、第一反应器、第二加热炉、第二反应器、第三加热炉、第三反应器，换热器的壳程进口。若只有一套，脱氢反应不完全，会造成原料的浪费，转化率低，收率低等问题，增加为三套，可提升转化率，提高了收率。

本实用新型中原料储罐中的原料经过换热器加热到一定温度后，进入到加热炉，再经过加热炉的加热进入反应器中，从反应器中出来的反应产物温度较高，再通入到换热器中与原料换热，经过换热后的反应产物进入到后续处理系统中或收集装置中。选择缠绕管式换热器，换热效果好，降低了后续加热炉的负荷，同时利用反应产物的余热对反应原料进行加热，既能够为原料提供热量，又有效回收利用了反应产物的余热，还有效降低了反应产物的温度，降低了反应原料需要较高能耗加热的问题，降低了产物温度高冷却负荷大的问题；将原浮头换热器更换为绕管换热器后，管壳程物料调换，才能满足工艺要求；通过该工艺，有效降低了丙烷脱氢的成本，提高了生产效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中缠绕管式换热器的结构示意图；

图3为缠绕管式换热器的管板的结构示意图；

图4为缠绕管式换热器的管板上的孔分布正三角形排列；

图5为缠绕管式换热器的管板和换热管的结构示意图；

图6为缠绕管式换热器的管板和换热管的连接处结构示意图；

图7为防冲板与壳程进口的连接示意图；

图8为防冲板的结构示意图；

图中，1为原料储罐，2为原料冷却器，3为冷进料换热器，4为缠绕管式换热器，4-1为管程出口，4-2为管程进口，4-3为壳程出口，4-4为壳程进口，4-5 为开口C，4-6为管板，4-7为冲洗管，4-8为换热管，4-9为防冲板，5为加热炉，5-1为第一加热炉，5-2为第二加热炉，5-3为第三加热炉，6-1为第一反应器，6-2为第二反应器，6-3为第三反应器，7为后续处理系统。

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做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

如图所示，一种丙烷脱氢系统，包括原料储罐1、换热器、反应器6和加热炉5，换热器为缠绕管式换热器4，换热器的管程进口4-2连接原料储罐1，换热器的管程出口4-1连接加热炉5，加热炉5连接反应器6，反应器6连接换热器的壳程进口4-4，换热器的壳程出口4-3连接后续处理系统7。

本实用新型将现有技术中原浮头换热器更换为绕管换热器后，管壳程物料调换，才能满足工艺要求，工艺文件中要求管程允许压降为13.8Kpa，若不调换，管程计算压降为21.86Kpa，不符合要求。本实用新型中选择缠绕管式换热器4，换热效果好，降低了后续加热炉5的负荷，利用反应产物的余热对反应原料进行加热，既能够为原料提供热量，又有效回收利用了反应产物的余热，还有效降低了反应产物的温度，降低了反应原料需要较高能耗加热的问题，降低了产物温度高冷却负荷大的问题，有效降低了丙烷脱氢的成本。

上述缠绕管式换热器4，中心筒与外壳体之间的空间内将换热管4-8按螺旋形状交替缠绕，相邻两层换热管4-8缠绕方向相反，并采用一定形状的定距件使之保持一定间距。

另一种实施方式，缠绕管式换热器4上的管板4-6上设置孔，孔呈正三角形排列，管板4-6的高温端(高温端靠近管程出口)位置，管板4-6与缠绕管式换热器4上的换热管4-8采用深孔焊连接，换热管4-8与管板4-6上的孔连通。管板4-6采用正三角形布管，正三角形排列形式(如图4所以)可以在同样的管板面积上排列最多的管数，排列紧凑，管程流体直接冲刷换热管4-8，使管程流体分布更加均匀；管板高温端容易产生碳离子聚集，将换热管涨破，因此采用深孔焊，连接牢固，有效解决开裂、涨破的问题。管板上孔间距为22mm，采用的间距小，可以多布管，减少管板的尺寸。

另一种是实施方式，缠绕管式换热器4的壳体外侧的上方和下方分别缠绕有冲洗管4-7，冲洗管4-7上均匀设置有开口A，开口A对应的换热器的壳体位置设置有开口B，冲洗管4-7上的开口A与壳体上的开口B连接，冲洗管4-7连接冲洗管道，冲洗管道上设置有阀门；缠绕管式换热器4的管程出口4-1及管程进口4-2、壳程出口4-3及壳程进口4-4上都设置有开口C4-5，开口连接冲洗管道，冲洗管道上设置有阀门。丙烷脱氢是一个吸热反应，需外界提供较高的能量，同时反应受到热力学平衡的限制，需要在较高的温度下才能获得较高的转化率，但在中温段(150-200℃)易产生絮状物，因此需要在壳体及各个进口和出口处增加开口C4-5，便于冲洗。壳体上的冲洗管4-7可以在线冲洗(即在运行的过程冲洗)、也可以停工冲洗，在线冲洗时，冲洗液选择芳烃溶剂，在线冲洗过程中，冲洗液与轻组分(产物)不相容，因此冲洗液不会对产物造成影响，各个进口和出口处的冲洗，需要停工冲洗。

另一种是实施方式，缠绕管式换热器4的壳程进口4-4处设置防冲板4-9，防止流体直接冲刷缠绕管式换热器4中换热管4-8而引起换热管4-8振动失稳和腐蚀。防冲板4-9由一个弧形板和四个支柱构成，四个支柱固定连接在弧形板上，支柱设置在弧形板弯曲方向的背面，四个支柱与壳体的进口连接，弧形板设置壳体内，弧形板与缠绕管式换热器4之间有空隙。

另一种是实施方式，原料储罐1与换热器之间还设置原料冷却器2、冷进料换热器3，冷进料换热器3采用板式换热器，原料先经过冷却是为了除去原料中的氢气，氢的存在可对钢材造成严重缺陷，例如：氢脆、氢蚀、焊缝热影响区裂缝等；经过冷却后的原料如果进入缠绕管式换热器4，升温的温差较大，需要提供的能量进一步增大如此以来整个装置的能耗就会很高，不经济，同时经过冷却后的原料先小幅度的升温，也是使得原料能够均匀受热；反应器6包括第一反应器6-1、第二反应器6-2和第三反应器6-3，加热炉5包括第一加热炉5-1、第二加热炉5-2和第三加热炉5-3；换热器的管程出口4-1依次连接第一加热炉 5-1、第一反应器6-1、第二加热炉5-2、第二反应器6-2、第三加热炉5-3、第三反应器6-3，换热器的壳程进口4-4。原料先经过降温、升温，进入到缠绕管式换热器4的管程后，再依次通过第一加热炉5-1、第一反应器6-1、第二加热炉5-2、第二反应器6-2、第三加热炉5-3、第三反应器6-3，最终得到的反应产物，进入缠绕管式换热器4的壳程，最后流入到后续处理系统7或收集装置中。避免了现有技术仅通过一个加热炉一个反应器，会使得反应不充分，反应速率慢，产物的收率和纯度较等的问题，通过设置连续的加热炉和反应器，使得反应能够充分进行，有效提高反应速率，提高产物的收率和纯度。

使用时，原料储罐1中的原料(丙烷)流经原料冷却器2，经过冷却降温至 -87℃，在流经冷进料换热器3换热升温至45℃，进入缠绕管式换热器4，经反应产物换热升温至550℃，继续流动，经第一加热炉5-1加热至620℃后进入第一反应器6-1，进行脱氢反应，反应后得到550℃的反应产物；反应产物继续流动，经第二加热炉5-2加热至625℃后进入第二反应器6-2，进行脱氢反应，反应后得到降温至571℃的反应产物；反应产物继续流动，经第三加热炉5-3加热至625℃后进入第三反应器6-3进行脱氢反应，反应后得到降温至577℃的反应产物；反应产物继续流动，进入缠绕管式换热器4的壳程中，经与原料换热后得到温度为140℃的最终产物，从缠绕管式换热器4的壳程中出来流入后续的处理系统。

本实用新型提供的一种丙烷脱氢系统，选择缠绕管式换热器4，换热效果好，降低了后续加热炉的负荷，同时利用反应产物的余热对反应原料进行加热，每年可节约燃料1000余万元，既能够为原料提供热量，又有效回收利用了反应产物的余热，还有效降低了反应产物的温度，降低了反应原料需要较高能耗加热的问题，降低了产物温度高冷却负荷大的问题；将原浮头换热器更换为绕管换热器后，管壳程物料调换，才能满足工艺要求；通过该系统，有效降低了丙烷脱氢的成本，提高了生产效率。

Claims (10)

1.一种丙烷脱氢系统，包括原料储罐(1)、换热器、反应器(6)和加热炉(5)，其特征在于，所述换热器为缠绕管式换热器(4)，换热器的管程进口(4-2)连接原料储罐(1)，换热器的管程出口(4-1)连接加热炉(5)，加热炉(5)连接反应器(6)，反应器(6)连接换热器的壳程进口(4-4)，换热器的壳程出口(4-3)连接后续处理系统(7)。

2.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢系统，其特征在于，所述缠绕管式换热器(4)的壳体外侧的上方和下方分别缠绕有冲洗管(4-7)，冲洗管(4-7)上均匀设置有开口A，开口A对应的换热器的壳体位置设置有开口B，冲洗管(4-7)上的开口A与壳体上的开口B连接，冲洗管(4-7)连接冲洗管道，冲洗管道上设置有阀门。

3.根据权利要求1或2所述的一种丙烷脱氢系统，其特征在于，所述缠绕管式换热器(4)的管程出口(4-1)及管程进口(4-2)、壳程出口(4-3)及壳程进口(4-4)上均设置有开口C(4-5)，开口C(4-5)连接冲洗管道，冲洗管道上设置有阀门。

4.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢系统，其特征在于，所述缠绕管式换热器(4)上的管板(4-6)上设置孔，孔呈正三角形排列，管板(4-6)的高温端位置，管板(4-6)与缠绕管式换热器(4)上的换热管(4-8)采用深孔焊连接，换热管(4-8)与管板(4-6)上的孔连通。

5.根据权利要求4所述的一种丙烷脱氢系统，其特征在于，所述管板(4-6)上孔间距为22mm。

6.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢系统，其特征在于，所述缠绕管式换热器(4)的壳程进口(4-4)处设置防冲板(4-9)。

7.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢系统，其特征在于，所述原料储罐(1)与换热器之间设置原料冷却器(2)。

8.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢系统，其特征在于，所述原料储罐(1)与换热器之间设置冷进料换热器(3)。

9.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢系统，其特征在于，所述反应器(6)包括第一反应器(6-1)、第二反应器(6-2)和第三反应器(6-3)，加热炉(5)包括第一加热炉(5-1)、第二加热炉(5-2)和第三加热炉(5-3)。

10.根据权利要求9所述的一种丙烷脱氢系统，其特征在于，所述换热器的管程出口(4-1)依次连接第一加热炉(5-1)、第一反应器(6-1)、第二加热炉(5-2)、第二反应器(6-2)、第三加热炉(5-3)、第三反应器(6-3)，换热器的壳程进口(4-4)。

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