一种丙烷脱氢余热回收装置的制作方法

本发明涉及一种化工装置节能工艺，尤涉及丙烷脱氢装置余热回收及热泵系统改造的节能工艺。

背景技术：

1、丙烯是一种重要的化工原料，主要用于生产聚丙烯、丙烯酸、环氧丙烷等，具有应用广泛、市场需求大等特点，其生产工艺主要包括催化裂化、催化裂解、丙烷脱氢等工艺，其中丙烷脱氢工艺技术成熟，凭借着装置运行稳定，投资低建设周期短等优势，近年来发展迅速。

2、以我司75万吨/年uop丙烷脱氢为例，其主要包括反应、分离、psa工序，反应器出料(主要为氢气、甲烷、丙烯和丙烷)经反应器流出物压缩机(rec)压缩后送至后续的分离工序生产99.69％的合格丙烯。

3、经热联合进料换热器出口的反应器流出物进反应气压缩机系统经三级压缩至1.4mpa，进入后续干燥系统去除水分及硫化物。该过程中压缩机级间大量热量被空冷器冷却浪费，约为装置总浪费热量的67％，占比较大，受反应工艺限制，反应器流出物压力小，输送管线尺寸大，装置内热量集成匹配换热工程化实施难度较大，行业内普遍采用空冷或水冷，故造成大量余热被浪费，同时消耗了较多的循环水或空冷电耗。

4、分离工序中1#脱丙烷塔、脱乙烷塔塔釜温位主要在55℃～75℃范围内，使用低压s4蒸汽作为塔釜再沸器热源，消耗量较大约为64t/h，占分离工序总用气成本的32％，装置运行能耗较高。

5、专利cn220103095u公布了一种丙烷脱氢装置余热回收发电系统，其通过回收装置内多股低温余热，包括反应器抽真空乏汽低温段、反应器再生空气尾气及产品气压缩机段间工艺气，结合温水系统与有机朗肯循环系统形成闭环发电系统，该工艺虽然在一定程度上可以回收装置余热实现节能效果，但发电系统效率较大较低，热量利用率较低，一般为7％左右。

6、专利cn111102868a公布了一种丙烷脱氢装置废热再利用的系统和方法，其通过循环介质对反应气压缩机一段入口和出口的废热进行取热并将循环介质送至分离装置的再沸器进行换热，构成循环介质换热回路，该工艺虽然在一定程度上取得了较为显著的节能效果，但存在反应气各段间低温热被水冷浪费问题，且分离工序低压蒸汽消耗量并没有达到较优水平，有进一步降低的空间。

7、专利cn220338740u公布了一种丙烷脱氢工艺中的余热吸收装置，其通过新增换热器及闪蒸罐，将丙烷脱氢产品气热量加以利用，加热换热介质形成蒸汽和换热介质弄溶液，换热介质稀溶液蒸发出的蒸汽经循环水降温液化后再节流，用以给丙烷脱氢产品起降温，该工艺虽然可以达到节约后续干燥液化工段能耗的目的，但节能效益较低，对装置整体的运行能耗的降低较少。

技术实现思路

1、基于丙烷脱氢装置反应气压缩机各级间热量利用情况以及分离工序蒸汽耗量现状，为了回收被空冷浪费热量，进一步降低分离工序蒸汽用量，实现装置低成本运行的目的，提出了本发明。

2、本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供了一种丙烷脱氢余热回收装置，该工艺深度回收了反应器流出物、反应气压缩机一段空冷热量，并对原工艺流程中丙烷-丙烯塔热泵精馏(hpc)系统进行了优化改造，通过反应分离跨工序间热源热井合理匹配集成，使得热量得到了充分回收利用，将分离工序精馏塔再沸器蒸汽用量减少了92％。

3、本发明的技术方案是这样实现的：

4、一种丙烷脱氢装置的余热回收方法，包括：反应器1、反应气压缩机2、1#脱丙烷塔3、脱乙烷塔4、丙烷丙烯塔5、热泵吸入罐6、hpc热泵系统7、压缩机8、热回收换热器9、热回收换热器10、热水缓冲罐11、1#脱丙烷塔热水再沸器12、1#脱丙烷塔蒸汽再沸器19、热泵系统13、循环水保障换热器14、脱乙烷塔热水再沸器15、脱乙烷塔蒸汽再沸器20、混合丙烷进料预热器16、rec入口吸入罐17、压缩机缓冲罐18。

5、反应器1的出口通过气相管线与热回收换热器9连接，热回收换热器9通过气相管线与rec入口吸入罐17连接，rec入口吸入罐17上部通过气相管线与反应气压缩机2连接，反应气压缩机2为多段压缩，其中一段压缩出口的工艺气通过气相管线与热回收换热器10连接，热回收换热器10出口的工艺气通过气相管线与反应气压缩机2二段压缩进口相连。

6、热回收换热器9热水侧出口通过液相管线21与热水缓冲罐11连接，热回收换热器10热水侧出口通过液相管线21与热水缓冲罐11连接。

7、热水缓冲罐11通过液相管线22与1#脱丙烷塔热水再沸器12入口连接，1#脱丙烷塔热水再沸器12出口通过液相管线23与热泵系统13入口连接，热泵系统13出口通过液相管线24与循环水保障换热器14入口连接，循环水保障换热器14出口通过液相管线25分别与热回收换热器9、热回收换热器10热水侧进口连接。

8、1#脱丙烷塔3设置进料管26，脱乙烷塔4设置进料管27，脱乙烷塔4塔釜通过液相管线与丙烷丙烯塔5连接。

9、丙烷丙烯塔5塔顶通过气相管线与热泵吸入罐6连接，热泵吸入罐6罐顶通过气相管线与hpc热泵系统7入口连接，hpc热泵系统7二段出口通过气相管线28与压缩机缓冲罐18连接，压缩机缓冲罐18罐顶通过气相管线29与压缩机8入口连接，压缩机8出口通过气相管线30与脱乙烷塔热水再沸器15入口连接，脱乙烷塔热水再沸器15出口通过液相管线31与混合丙烷进料换热器16入口连接，混合丙烷进料换热器16出口通过液相管线32与热泵吸入罐6连接，混合丙烷进料换热器16用于预热1#脱丙烷塔3进料。

10、设置热回收换热器9将来自反应器1出口的反应器流出物，通过设置热回收换热器10将来自反应气压缩机2一段出口工艺气，分别制取高温热水送至1#脱丙烷塔热水再沸器12作热源，进一步地，1#脱丙烷塔热水再沸器12出口的低温段热水进入热泵系统13回收废热，之后进入热回收换热器9、热回收换热器10取热形成热水系统。

11、本发明中，在hpc热泵系统7后设置压缩机8，将hpc热泵系统7第二段出口气相进入压缩机8增压，压缩机8出口工艺气送至分离工序进行热量匹配集成，替代装置内蒸汽消耗。具体地，对hpc热泵系统7第二段出口气相增压后工艺气匹配两个热用户，一是将压缩机8出口的工艺气优先送至脱乙烷塔4，气相潜热作脱乙烷塔热水再沸器15的热源替代脱乙烷塔釜s4蒸汽消耗，二是设置1#脱丙烷塔3混合丙烷进料预热器16，经脱乙烷塔热水再沸器15换热后的液相显热段热量预热1#脱丙烷塔3进料管20的混合丙烷进料，节省1#脱丙烷塔3的s4蒸汽消耗甚至降低至0。考虑装置反应工序安全稳定运行，需在热水循环回路上新增循环水保障换热器14，保障进入热回收换热器9、热回收换热器10入口循环水温度，确保进入反应气压缩机安全温度运行。

12、本发明所述的反应气压缩机2操作工况为：反应器1出口的反应气压力为0.13-0.15mpa，反应气温度为140-145℃，反应气压缩机2一段出口压力为0.32-0.35mpa，反应气压缩机2一段出口温度为120-125℃。

13、本发明所述的热回收换热器9、热回收换热器10均为低压降的高效bem型式，且可通过控制热水流量来控制工艺侧出口温度。

14、本发明所述的热回收换热器9热水侧进口温度为35-40℃，出口温度为110-115℃，热水系统为密闭水。

15、本发明所述的热回收换热器10热水侧进口温度为35-40℃，出口温度为110-115℃，热水系统为密闭水。

16、本发明所述的热回收换热器9、热回收换热器10热水侧出口管线连接有一缓冲时间0.25～0.5h的热水缓冲罐11，热水缓冲罐11出口温度控制在110-115℃。

17、本发明所述的1#脱丙烷塔3，塔釜温度为55-60℃，热水进口温度为110-115℃，出口温度为65-70℃。

18、本发明所述的1#脱丙烷塔再沸器12出口的低温段热水进入热泵系统13入口回收废热，热泵系统13出口温度控制在35-40℃，经回水管线返回热回收换热器9、换热器10取热，回水管线连接有循环水保障换热器14，循环水保障换热器14出口温度控制在35-45℃。

19、本发明所述的压缩机缓冲罐18压力控制在2.7-2.8mpa，压缩机缓冲罐18的罐顶气相进入压缩机8增压，压缩机8出口压力控制在4-4.1mpa，温度控制在110-120℃。

20、本发明所述的压缩机8出口的工艺气优先送至脱乙烷塔热水再沸器15作热源，工艺气进口温度为110-115℃，出口液相温度为85-90℃，脱乙烷塔4釜温度为75-80℃。

21、本发明所述的经脱乙烷塔再沸器15换热后的液相显热段热用户为混合丙烷进料，1#脱丙烷塔3混合丙烷进料预热器16的型式为bxm型，混合丙烷进料温度为48-50℃，出口温度为55-58℃，进料状态为气液两相进料，气化分率控制在0.10-0.3。

22、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

23、本发明中通过密闭热水系统，将难以回收的反应工艺气热量制取了高温位热水作为分离工序精馏塔再沸器热源，节省了蒸汽消耗，并将换热后的低温热水送至热泵系统回收废热，进一步提高了热量利用率。同时降低原工艺包热泵系统进行了改造，提高了工艺气相变温度，通过装置内热源热阱匹配集成，充分回收了工艺气潜热及显热，进一步降低了蒸汽消耗，实现了热量回收，能耗降低的目的，具有较好的经济效益。

技术特征：

1.一种丙烷脱氢余热回收装置，包括：反应器(1)、反应气压缩机(2)、1#脱丙烷塔(3)、脱乙烷塔(4)、丙烷丙烯塔(5)、热泵吸入罐(6)、hpc热泵系统(7)、压缩机(8)、热回收换热器(9)、热回收换热器(10)、热水缓冲罐(11)、1#脱丙烷塔热水再沸器(12)、1#脱丙烷塔蒸汽再沸器(19)、热泵系统(13)、循环水保障换热器(14)、脱乙烷塔热水再沸器(15)、脱乙烷塔蒸汽再沸器(20)、混合丙烷进料预热器(16)、rec入口吸入罐(17)、压缩机缓冲罐(18)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，反应器(1)的出口通过气相管线与热回收换热器(9)连接，热回收换热器(9)通过气相管线与rec入口吸入罐(17)连接，rec入口吸入罐(17)上部通过气相管线与反应气压缩机(2)连接，反应气压缩机(2)为多段压缩，其中一段压缩出口的工艺气通过气相管线与热回收换热器(10)连接，热回收换热器(10)出口的工艺气通过气相管线与反应气压缩机(2)二段压缩进口相连。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，热回收换热器(9)热水侧出口通过液相管线(21)与热水缓冲罐(11)连接，热回收换热器(10)热水侧出口通过液相管线(21)与热水缓冲罐(11)连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，热水缓冲罐(11)通过液相管线(22)与1#脱丙烷塔热水再沸器(12)入口连接，1#脱丙烷塔热水再沸器(12)出口通过液相管线(23)与热泵系统(13)入口连接，热泵系统(13)出口通过液相管线(24)与循环水保障换热器(14)入口连接，循环水保障换热器(14)出口通过液相管线(25)分别与热回收换热器(9)、热回收换热器(10)热水侧进口连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，1#脱丙烷塔(3)设置进料管(26)，脱乙烷塔(4)设置进料管(27)，脱乙烷塔(4)塔釜通过液相管线与丙烷丙烯塔(5)连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，丙烷丙烯塔(5)塔顶通过气相管线与热泵吸入罐(6)连接，热泵吸入罐(6)罐顶通过气相管线与hpc热泵系统(7)入口连接，hpc热泵系统(7)二段出口通过气相管线(28)与压缩机缓冲罐(18)连接，压缩机缓冲罐(18)罐顶通过气相管线(29)与压缩机(8)入口连接，压缩机(8)出口通过气相管线(30)与脱乙烷塔热水再沸器(15)入口连接，脱乙烷塔热水再沸器(15)出口通过液相管线(31)与混合丙烷进料换热器(16)入口连接，混合丙烷进料换热器(16)出口通过液相管线(32)与热泵吸入罐(6)连接，混合丙烷进料换热器(16)用于预热1#脱丙烷塔(3)进料。

7.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述的1#脱丙烷塔再沸器(12)出口的低温段热水进入热泵系统(13)入口回收废热，热泵系统(13)出口温度控制在35-40℃，经回水管线返回热回收换热器(9)、换热器(10)取热，回水管线连接有循环水保障换热器(14)，循环水保障换热器(14)出口温度控制在35-45℃。

8.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述的压缩机缓冲罐(18)压力控制在2.7-2.8mpa，压缩机缓冲罐(18)的罐顶气相进入压缩机(8)增压，压缩机(8)出口压力控制在4-4.1mpa，温度控制在110-120℃。

9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于，所述的压缩机(8)出口的工艺气送至脱乙烷塔热水再沸器(15)作热源，工艺气进口温度为110-115℃，出口液相温度为85-90℃，脱乙烷塔(4)釜温度为75-80℃。

10.根据权利要求1-9任一项所述的装置，其特征在于，所述的经脱乙烷塔再沸器(15)换热后的液相显热段热用户为混合丙烷进料，1#脱丙烷塔(3)混合丙烷进料预热器(16)的型式为bxm型，混合丙烷进料温度为48-50℃，出口温度为55-58℃，进料状态为气液两相进料，气化分率控制在0.10-0.3。

技术总结
本发明公开了一种丙烷脱氢余热回收装置。主要包含密闭热水系统、热泵精馏系统优化、热源热阱匹配集成方法等。具体步骤为，将反应气压缩机入口、一段被空冷浪费的工艺气热量通过密闭水系统制取高温位热水，送至脱丙烷塔再沸器利用，之后经热泵系统回收低温段热水废热。进一步地，通过新设压缩机、混合丙烷进料预热器，将原HPC二段工艺气增压后优先送至脱乙烷塔再沸器回收气相潜热，之后再送至混合丙烷进料预热器回收液相显热，实现了丙烷脱氢装置的余热深度回收利用。使用本发明专利，对丙烷脱氢装置余热实现深度回收，解决了行业内余热被空冷浪费问题，有利于装置节能降耗，分离工序蒸汽用量较原来降低了92％。

技术研发人员：张富彬,徐赛,鞠小龙,张郁葱,张宏科
受保护的技术使用者：万华化学集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23