專利名稱：異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于石油化工與環(huán)保領域，涉及一種異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的方法，具體地說，本發(fā)明涉及對異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水進行微旋流凈化、換熱冷卻，以實現(xiàn)水洗水的循環(huán)利用和余熱回收利用的方法。本發(fā)明還涉及一種異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的裝置。
背景技術：
在煉油工業(yè)中，石油催化裂化(FCC)過程中生成的液化石油氣中富含異丁烷。在傳統(tǒng)的FCC工藝中，異丁烷在催化裂化液化氣中的質量分數(shù)為20%左右。我國異丁烷資源豐富，每年催化裂化石油氣中的產(chǎn)量就有約400萬噸(2006年數(shù)據(jù))，還廣泛存在于天然氣和其他C4餾分中。國內催化裂化石油氣中的異丁烷絕大部分作為民用液化石油氣燃料，而其他用途的用量不到總量的5%，我國對異丁烷的使用還處在初級階段。異丁烯是目前我國稀缺資源之一，是生產(chǎn)聚異丁烯(PIB)、甲基叔丁基醚(MTBE)、低碳烯烴烷基化、混合低碳烯烴(輕汽油)、丁基橡膠及有機玻璃等化學品的重要原料。以異丁烯為資源的精細化工工業(yè)發(fā)展迅速，需求增長很快，異丁烷催化脫氫制異丁烯成為解決異丁烯短缺的主要方法之一。異丁烷制異丁烯過程中，在催化劑作用下，異丁烷脫氫生成異丁烯，同時還生成了醛、酮等副產(chǎn)物，通過升壓水洗脫除這些雜質，獲得異丁烯粗產(chǎn)品。催化劑顆粒隨著反應氣進入洗滌塔，進而進入水洗水中。這些催化劑顆粒在反應產(chǎn)物水洗廢水循環(huán)利用的過程中不斷累積，使系統(tǒng)催化劑含量過高，增加產(chǎn)物凈化難度。同時催化劑不斷累積會堵塞后續(xù)設備，嚴重時須停工清洗，影響整個裝置的連續(xù)穩(wěn)定運轉。從液體中分離催化劑可采用的設備有精密過濾器、磁性分離器、陶瓷膜分離器、旋流分離器等。前四類設備在固液分離過程時均有采用，使用場合不同，效果也差別很大。精密過濾器主要存在造價太高、維護成本也相對比較高，而且易發(fā)生堵塞、堵塞后壓降過大，在小流量、催化劑含量小的情況下使用效果好，但在大流量、催化劑含量較大的情況下使用效果不好的問題。同樣，陶瓷膜分離器也存在以上的問題，陶瓷膜在催化劑分離中主要采用錯流過濾的方式，所以一般使用在處理量比較小的裝置中。磁性分離器需根據(jù)催化劑的本身性質進行選擇設計，含催化劑顆粒的液體通過一個高梯度磁分離器，催化劑受到很強的磁場力作用，被捕集截留，實現(xiàn)催化劑的分離。該技術應用面比較窄，而且磁場需用電場產(chǎn)生，能耗較大，在大流量小含量下效果并不好。由此可見，設計和制造出滿足生產(chǎn)實際應用要求的、可以長周期穩(wěn)定經(jīng)濟運行的液體脫催化劑顆粒裝置的難度比較大。CN 101352621A公開了一種利用微旋流分離技術分離MTO (甲醇制烯烴)急冷水、水洗水中細微催化劑的方法與裝置，對MTO裝置急冷水、水洗水中夾帶的細微催化劑進行有效的分離，3 以上顆粒的去除率達到95%以上，微旋流分離技術在細微固體顆粒分離方面的優(yōu)越性得到了良好的體現(xiàn)。但是隨著系統(tǒng)長期運行，催化劑不斷的磨損，3 y m以下的、催化劑顆粒越來越多，而此專利申請所述方法對3 u m以下的催化劑顆粒的分離效率大幅降低，導致急冷水和水洗水中催化劑平衡濃度增高，影響急冷水和水洗水循環(huán)利用。在石油化工行業(yè)中，常常會排出溫度為40_80°C的廢熱水，一般企業(yè)均采取直接排放或者強制冷卻后再利用的方式。直接排放會對環(huán)境產(chǎn)生熱污染，強制冷卻會造成能源的浪費。異丁烷制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水溫度一般為70-80°C，這部分水需要循環(huán)使用，但由于溫度過高，需要冷卻后才能使用。對于這類低溫余熱(小于100°C的液體)，目前國內煉廠也沒有很好的利用方式。因此如何考慮利用異丁烷制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水的余熱對節(jié)能降耗有重要的實際意義?？傊捎诂F(xiàn)有技術存在的問題，因此本領域迫切需要開發(fā)成本低且效果好的異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水的凈化及余熱利用方法和裝置
發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種新穎的異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的方法與裝置，從而解決了現(xiàn)有技術中存在的問題。一方面，本發(fā)明提供了一種異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的方法，該方法包括對異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水進行兩級微旋流凈化，以脫除其中夾帶的催化劑顆粒，得到對經(jīng)兩級微旋流凈化的水洗水；對經(jīng)兩級微旋流凈化的水洗水進行換熱，利用水洗水的余熱對異丁烷進行預熱；以及將冷卻的水洗水循環(huán)利用。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水中夾帶的催化劑顆粒的含量為200-800mg/L，催化劑顆粒粒徑為0. 1_20 y m，催化劑顆粒骨架密度為1200-2000kg/m3。在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水的密度920-985kg/m3，粘度為 0. 50-0. 85 厘泊。在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水的溫度為70-80°C，經(jīng)換熱對異丁烷預熱后的溫度為30-40°C。在另一個優(yōu)選的實施方式中，經(jīng)一級微旋流凈化處理后，水洗水中催化劑顆粒的含量不大于150mg/L ;經(jīng)二級微旋流凈化處理后，水洗水中催化劑顆粒的含量降至低于30mg/L。在另一個優(yōu)選的實施方式中，脫除的催化劑顆粒的富集相外排回收，所述催化劑顆粒的富集相占反應產(chǎn)物水洗廢水流量的1-10體積％。另一方面，本發(fā)明提供了一種異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的裝置，該裝置包括與異丁烷脫氫制異丁烯反應器連接的，用于對反應產(chǎn)物和攜帶催化劑顆粒的氣流進行急冷以使反應產(chǎn)物和水得以分離的急冷器；與急冷器連接的，用于對經(jīng)急冷分離后的反應產(chǎn)物進行水洗的水洗器，用以進一步除去反應產(chǎn)物中的催化劑顆粒；
與水洗器連接的，用于對水洗廢水進行一級微旋流分離的一級微旋流凈化器；與一級微旋流凈化器連接的，用于對水洗廢水進行二級微旋流分離的二級微旋流凈化器；與二級微旋流凈化器連接的，用于對經(jīng)兩級微旋流凈化的水洗水進行換熱的原料換熱器，以利用水洗水的余熱對異丁烷進行預熱；以及與原料換熱器連接的，用于對冷卻的水洗水進行輸送的循環(huán)水泵，以實現(xiàn)水洗水的循環(huán)利用。
在一個優(yōu)選的實施方式中，所述一級微旋流凈化器對反應產(chǎn)物水洗廢水中粒徑大于5 ii m的催化劑顆粒的去除率不低于95%，其進口與水相出口的壓降為0. 15-0. 20MPa ;所述二級微旋流凈化器對反應產(chǎn)物水洗廢水中粒徑大于3 u m的催化劑的去除率不低于90%，其進口與水相出口的壓降為0. 15-0. 20MPa。在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述微旋流凈化器由多根旋流芯管組成，其安裝方式為立式或臥式。在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述原料換熱器采用管殼式換熱器，管程流體為異丁烷，殼程流體為水洗水，換熱器的換熱面積根據(jù)水洗水的初、終溫度及處理量設計。


圖I是根據(jù)本申請的一個實施方式的異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的工藝流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的發(fā)明人在經(jīng)過了廣泛而深入的研究之后發(fā)現(xiàn)，采用微旋流分離技術對異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水進行兩級凈化，可以大大降低反應產(chǎn)物水洗廢水中催化劑的含量，提高了水洗水的循環(huán)利用效率；同時利用原料換熱器對異丁烷進行預熱，可以最大限度地回收水洗水的余熱，避免強制冷卻造成的熱量損失?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，本發(fā)明得以完成。本發(fā)明的技術構思如下異丁烷脫氫制異丁烯過程中經(jīng)洗滌塔產(chǎn)生的反應產(chǎn)物水洗廢水夾帶催化劑顆粒，這些催化劑顆粒粒徑小(正常操作狀態(tài)下為1-10 u m),在水洗廢水循環(huán)利用的過程中不斷累積，使系統(tǒng)催化劑含量過高，增加產(chǎn)物凈化難度。同時催化劑不斷累積會堵塞后續(xù)設備，嚴重時須停工清洗，影響整個裝置的連續(xù)穩(wěn)定運轉，因此有必要對反應產(chǎn)物水洗廢水中的催化劑進行分離。如前所述，從液體中分離催化劑可采用的設備很多，但沒有一個單一設備能適用異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水的凈化。異丁烷脫氫制異丁烯過程生成的產(chǎn)物以異丁烯為主，還有其他副產(chǎn)物，反應產(chǎn)物和副產(chǎn)物一起以氣體的形式攜帶少量催化劑離開反應器，經(jīng)急冷器冷卻后進入水洗器，催化劑進入水中，隨水一起從水洗器下部排出。為了延長裝置運行周期，提高水洗水的循環(huán)利用率，有必要對反應產(chǎn)物水洗廢水進行凈化。異丁烷制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水溫度一般為70_80°C，這部分水循環(huán)過程中，由于溫度過高，需要冷卻后才能使用。對于這類低溫余熱(小于100°c的液體)，目前國內煉廠也沒有很好的利用方式。因此，如何考慮利用異丁烷制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水的余熱對節(jié)能降耗有重要的實際意義。本發(fā)明采用微旋流分離技術對異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水進行兩級凈化，大大降低了反應產(chǎn)物水洗廢水中催化劑的含量，提高了水洗水的循環(huán)利用效率；同時利用原料換熱器對異丁烷進行預熱，最大限度地回收了水洗水的余熱，避免了強制冷卻造成的熱量損失。在本發(fā)明的第一方面，提供了一種異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的方法，該方法包括 異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物和攜帶催化劑顆粒的氣流經(jīng)急冷器后，反應產(chǎn)物和水得以分離；經(jīng)急冷器分離后的產(chǎn)物進入水洗器進行水洗，以進一步除去產(chǎn)物中的催化劑顆粒;水洗廢水從水洗器下部排出后，經(jīng)水洗水泵打入一級微旋流凈化器，以脫除其中夾帶的少量催化劑顆粒，催化劑富集相外排回收；經(jīng)過凈化的水洗水去二級微旋流凈化器進一步處理，以脫除其中夾帶的微量催化劑顆粒；對經(jīng)過兩級微旋流凈化處理的水洗水進行冷卻，以實現(xiàn)水洗水的循環(huán)利用；經(jīng)量級微旋流凈化的水洗水去原料換熱器，對異丁烷進行預熱，以有效利用水洗 水的余熱；冷卻的水洗水經(jīng)循環(huán)水泵返回水洗器，以實現(xiàn)水洗水的循環(huán)利用。在本發(fā)明中，所述異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水夾帶的催化劑顆粒的含量為200-800mg/L，催化劑顆粒的粒徑為0. 1-20 U m，催化劑顆粒的骨架密度為1200-2000kg/m3。在本發(fā)明中，所述異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水的密度為920_985kg/m3，粘度為0. 50-0. 85厘泊。在本發(fā)明中，經(jīng)一級微旋流凈化器處理后，水洗廢中催化劑含量不大于150mg/L。
在本發(fā)明中，經(jīng)二級微旋流凈化器處理后，水洗水中催化劑含量降至30mg/L以下。在本發(fā)明中，所述異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水的溫度為70-80°C，經(jīng)原料換熱器對異丁烷預熱后的溫度為30-40°C。在本發(fā)明中，催化劑富集相占反應產(chǎn)物水洗廢水流量的1-10體積％。在本發(fā)明的第二方面，提供了一種異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的裝置，該裝置包括與異丁烷脫氫制異丁烯反應器連接的，用于對反應產(chǎn)物和攜帶催化劑顆粒的氣流進行急冷以使反應產(chǎn)物和水得以分離的急冷器；與所述急冷器連接的，用于對經(jīng)急冷器分離后的產(chǎn)物進行水洗的水洗器，用以進一步除去產(chǎn)物中的催化劑顆粒；與所述水洗器連接的，用于對水洗廢水進行微旋流分離的一級微旋流凈化器；與所述一級微旋流凈化器連接的，用于對水洗廢水進行再次微旋流分離的二級微旋流凈化器；與所述二級微旋流凈化器連接的，用于對異丁烷進行預熱的原料換熱器，以實現(xiàn)水洗水的余熱的利用；與所述原料換熱器連接的，用于對水洗水進行輸送的循環(huán)水泵。在本發(fā)明中，所述一級微旋流凈化器對反應產(chǎn)物水洗廢水中5pm以上的催化劑的去除率不低于95%，其進口與水相出口壓降約為0. 15-0. 20MPa。在本發(fā)明中，所述二級微旋流凈化器對反應產(chǎn)物水洗廢水中3pm以上的催化劑的去除率不低于90%，進口與水相出口壓降約為0. 15-0. 20MPa。在本發(fā)明中，所述一級微旋流凈化器和二級微旋流凈化器是由多根旋流芯管組成的，可立式或者臥式安裝。在本發(fā)明中，所述二級微旋流凈化器可用其他能達到相同指標的固液分離設備代替。在本發(fā)明中，所述原料換熱器采用管殼式換熱器，管程流體為異丁烷，殼程流體為水洗水。在本發(fā)明中，所述換熱器的換熱面積根據(jù)水洗水的初、終溫度及處理量等設計。較佳地，本發(fā)明的方法和裝置也可以用于其他化工行業(yè)廢水中微細催化劑顆粒的分離。較佳地，本發(fā)明的方法和裝置也可以用于其他化工行業(yè)廢水低溫余熱的利用。以下參看附圖。圖I是根據(jù)本申請的一個實施方式的異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的工藝流程圖。如圖I所示，將異丁烷加入反應器I中發(fā)生反應，生產(chǎn)以異丁烯為主的產(chǎn)品和其他副產(chǎn)物，反應產(chǎn)物以氣體的形式攜帶少量催化劑離開反應器1，進入急冷器2中急冷處理后，反應產(chǎn)物和水得以分離；經(jīng)急冷器2分離后的產(chǎn)物進入水洗器3中，催化劑進入水洗廢水中，然后從水洗器3下部排出；水洗器3上部排出的氣體去后續(xù)流程；水洗廢水進入一級微旋流凈化器4-1處理，催化劑回收，處理后的水洗水進入二級微旋流凈化器4-2進一步處理，催化劑回收；經(jīng)兩級凈化的水洗水送至原料換熱器5，對異丁烷進行預熱，冷卻的水洗水經(jīng)循環(huán)水泵6返回水洗器3循環(huán)使用。本發(fā)明的主要優(yōu)點在于本發(fā)明采用微旋流分離技術對異丁烷制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水進行兩級凈化，大大降低了反應產(chǎn)物水洗廢水中催化劑的含量，提高了水洗水的循環(huán)利用效率；同時利用換熱器對異丁烷進行預熱，最大限度地回收了水洗水的余熱，避免了強制冷卻造成的熱量損失。實施例下面結合具體的實施例進一步闡述本發(fā)明。但是，應該明白，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不構成對本發(fā)明范圍的限制。下列實施例中未注明具體條件的試驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另有說明，所有的百分比和份數(shù)按重量計。實施例I :—個10萬噸/年異丁烷脫氫制異丁烯裝置，按照本發(fā)明的方法，采用兩級微旋流、凈化、換熱的方式對反應產(chǎn)物水洗廢水進行封閉分離和余熱利用。其具體運作過程及效果描述如下I.反應產(chǎn)物水洗廢水性質(如下表所示)
權利要求
1.一種異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的方法，該方法包括 對異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水進行兩級微旋流凈化，以脫除其中夾帶的催化劑顆粒，得到對經(jīng)兩級微旋流凈化的水洗水； 對經(jīng)兩級微旋流凈化的水洗水進行換熱，利用水洗水的余熱對異丁烷進行預熱；以及 將冷卻的水洗水循環(huán)利用。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水中夾帶的催化劑顆粒的含量為200-800mg/L，催化劑顆粒粒徑為0. 1_20 y m，催化劑顆粒骨架密度為1200-2000kg/m3。
3.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水的密度920-985kg/m3，粘度為0. 50-0. 85厘泊。
4.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水的溫度為70-80°C，經(jīng)換熱對異丁烷預熱后的溫度為30-40°C。
5.如權利要求I所述的方法，其特征在于，經(jīng)一級微旋流凈化處理后，水洗水中催化劑顆粒的含量不大于150mg/L ;經(jīng)二級微旋流凈化處理后，水洗水中催化劑顆粒的含量降至低于 30mg/L。
6.如權利要求I所述的方法，其特征在于，脫除的催化劑顆粒的富集相外排回收，所述催化劑顆粒的富集相占反應產(chǎn)物水洗廢水流量的1-10體積％。
7.一種異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的裝置，該裝置包括 與異丁烷脫氫制異丁烯反應器(I)連接的，用于對反應產(chǎn)物和攜帶催化劑顆粒的氣流進行急冷以使反應產(chǎn)物和水得以分離的急冷器(2)； 與急冷器(2)連接的，用于對經(jīng)急冷分離后的反應產(chǎn)物進行水洗的水洗器(3)，用以進一步除去反應產(chǎn)物中的催化劑顆粒； 與水洗器(3)連接的，用于對水洗廢水進行一級微旋流分離的一級微旋流凈化器(4-1)； 與一級微旋流凈化器(4-1)連接的，用于對水洗廢水進行二級微旋流分離的二級微旋流凈化器(4-2)； 與二級微旋流凈化器(4-2)連接的，用于對經(jīng)兩級微旋流凈化的水洗水進行換熱的原料換熱器(5)，以利用水洗水的余熱對異丁烷進行預熱；以及 與原料換熱器(5)連接的，用于對冷卻的水洗水進行輸送的循環(huán)水泵(6)，以實現(xiàn)水洗水的循環(huán)利用。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述一級微旋流凈化器對反應產(chǎn)物水洗廢水中粒徑大于5 u m的催化劑顆粒的去除率不低于95%，其進口與水相出口的壓降為0.15-0. 20MPa ;所述二級微旋流凈化器對反應產(chǎn)物水洗廢水中粒徑大于3 u m的催化劑的去除率不低于90%，其進口與水相出口的壓降為0. 15-0. 20MPa。
9.如權利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述微旋流凈化器由多根旋流芯管組成，其安裝方式為立式或臥式。
10.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述原料換熱器采用管殼式換熱器，管程流體為異丁烷，殼程 流體為水洗水，換熱器的換熱面積根據(jù)水洗水的初、終溫度及處理量設計。
全文摘要
本發(fā)明涉及異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的方法與裝置，提供了一種異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的方法，該方法包括對異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水進行兩級微旋流凈化，以脫除其中夾帶的催化劑顆粒，得到對經(jīng)兩級微旋流凈化的水洗水；對經(jīng)兩級微旋流凈化的水洗水進行換熱，利用水洗水的余熱對異丁烷進行預熱；以及將冷卻的水洗水循環(huán)利用。還提供了一種異丁烷脫氫制異丁烯反應產(chǎn)物水洗廢水封閉分離及余熱利用的裝置。
文檔編號C07C11/09GK102730857SQ20121024145
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權日2012年7月12日
發(fā)明者呂文杰, 張艷紅, 楊強, 汪華林, 黃淵, 黃聰 申請人:華東理工大學