本发明涉及异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的方法与装置,提供了一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的方法,该方法包括:对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水进行两级微旋流净化,以脱除其中夹带的催化剂颗粒,得到对经两级微旋流净化的水洗水;对经两级微旋流净化的水洗水进行换热,利用水洗水的余热对异丁烷进行预热;以及将冷却的水洗水循环利用。还提供了一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的装置。
1.一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的方法,该方法包括:对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水进行两级微旋流净化,以脱除其中夹带的催化剂颗粒,得到对经两级微旋流净化的水洗水;对经两级微旋流净化的水洗水进行换热,利用水洗水的余热对异丁烷进行预热;以及将冷却的水洗水循环利用,其中,经一级微旋流净化处理后,水洗水中催化剂颗粒的含量不大于150mg/L;经二级微旋流净化处理后,水洗水中催化剂颗粒的含量降至低于30mg/L。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水中夹带的催化剂颗粒的含量为200-800mg/L,催化剂颗粒粒径为
0.1-20μm,催化剂颗粒骨架密度为1200-2000kg/m³。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水的密度920-985kg/m³,粘度为0.50-0.85厘泊。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水的温度为70-80°C,经换热对异丁烷预热后的温度为30-40°C。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,脱除的催化剂颗粒的富集相外排回收,所述催化剂颗粒的富集相占反应产物水洗废水流量的1-10体积%。
6.一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的装置,该装置包括:与异丁烷脱氢制异丁烯反应器(1)连接的,用于对反应产物和携带催化剂颗粒的气流进行急冷以使反应产物和水得以分离的急冷器(2);与急冷器(2)连接的,用于对经急冷分离后的反应产物进行水洗的水洗器(3),用以进一步除去反应产物中的催化剂颗粒;与水洗器(3)连接的,用于对水洗废水进行一级微旋流分离的一级微旋流净化器(4-1);与一级微旋流净化器(4-1)连接的,用于对水洗废水进行二级微旋流分离的二级微旋流净化器(4-2);与二级微旋流净化器(4-2)连接的,用于对经两级微旋流净化的水洗水进行换热的原料换热器(5),以利用水洗水的余热对异丁烷进行预热;以及与原料换热器(5)连接的,用于对冷却的水洗水进行输送的循环水泵(6),以实现水洗水的循环利用,其中,所述一级微旋流净化器对反应产物水洗废水中粒径大于5μm的催化剂颗粒的去除率不低于95%,其进口与水相出口的压降为0.15-0.20MPa;所述二级微旋流净化器对反应产物水洗废水中粒径大于3μm的催化剂的去除率不低于90%,其进口与水相出口的压降为0.15-0.20MPa。
7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述微旋流净化器由多根旋流芯管组成,其安装方式为立式或卧式。
8.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述原料换热器采用管壳式换热器,管程流体为异丁烷,壳程流体为水洗水,换热器的换热面积根据水洗水的初、终温度及处理量设计。技术领域
本发明属于石油化工与环保领域,涉及一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的方法,具体地说,本发明涉及对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水进行微旋流净化、换热冷却,以实现水洗水的循环利用和余热回收利用的方法。本发明还涉及一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的装置。
背景技术
在炼油工业中,石油催化裂化(FCC)过程中生成的液化石油气中富含异丁烷。在传统的FCC工艺中,异丁烷在催化裂化液化气中的质量分数为20%左右。我国异丁烷资源丰富,每年催化裂化石油气中的产量就有约400万吨(2006年数据),还广泛存在于天然气和其他C4馏分中。国内催化裂化石油气中的异丁烷绝大部分作为民用液化石油气燃料,而其他用途的用量不到总量的5%,我国对异丁烷的使用还处在初级阶段。异丁烯是目前我国稀缺资源之一,是生产聚异丁烯(PIB)、甲基叔丁基醚(MTBE)、低碳烯烃烷基化、混合低碳烯烃(轻汽油)、丁基橡胶及有机玻璃等化学品的重要原料。以异丁烯为资源的精细化工工业发展迅速,需求增长很快,异丁烷催化脱氢制异丁烯成为解决异丁烯短缺的主要方法之一。异丁烷制异丁烯过程中,在催化剂作用下,异丁烷脱氢生成异丁烯,同时还生成了醛、酮等副产物,通过升压水洗脱除这些杂质,获得异丁烯粗产品。催化剂颗粒随着反应气进入洗涤塔,进而进入水洗水中。这些催化剂颗粒在反应产物水洗废水循环利用的过程中不断累积,使系统催化剂含量过高,增加产物净化难度。同时催化剂不断累积会堵塞后续设备,严重时须停工清洗,影响整个装置的连续稳定运转。从液体中分离催化剂可采用的设备有精密过滤器、磁性分离器、陶瓷膜分离器、旋流分离器等。前四类设备在固液分离过程时均有采用,使用场合不同,效果也差别很大。精密过滤器主要存在造价太高、维护成本也相对比较高,而且易发生堵塞、堵塞后压降过大,在小流量、催化剂含量小的情况下使用效果好,但在大流量、催化剂含量较大的情况下使用效果不好的问题。同样,陶瓷膜分离器也存在以上的问题,陶瓷膜在催化剂分离中主要采用错流过滤的方式,所以一般使用在处理量比较小的装置中。磁性分离器需根据催化剂的本身性质进行选择设计,含催化剂颗粒的液体通过一个高梯度磁分离器,催化剂受到很强的磁场力作用,被捕集截留,实现催化剂的分离。该技术应用面比较窄,而且磁场需用电场产生,能耗较大,在大流量小含量下效果并不好。由此可见,设计和制造出满足生产实际应用要求的、可以长周期稳定经济运行的液体脱催化剂颗粒装置的难度比较大。CNxa0101352621A公开了一种利用微旋流分离技术分离MTO(甲醇制烯烃)急冷水、水洗水中细微催化剂的方法与装置,对MTO装置急冷水、水洗水中夹带的细微催化剂进行有效的分离,3μm以上颗粒的去除率达到95%以上,微旋流分离技术在细微固体颗粒分离方面的优越性得到了良好的体现。但是随着系统长期运行,催化剂不断的磨损,3μm以下的催化剂颗粒越来越多,而此专利申请所述方法对3μm以下的催化剂颗粒的分离效率大幅降低,导致急冷水和水洗水中催化剂平衡浓度增高,影响急冷水和水洗水循环利用。在石油化工行业中,常常会排出温度为40-80°C的废热水,一般企业均采取直接排放或者强制冷却后再利用的方式。直接排放会对环境产生热污染,强制冷却会造成能源的浪费。异丁烷制异丁烯反应产物水洗废水温度一般为70-80°C,这部分水需要循环使用,但由于温度过高,需要冷却后才能使用。对于这类低温余热(小于100°C的液体),目前国内炼厂也没有很好的利用方式。因此如何考虑利用异丁烷制异丁烯反应产物水洗废水的余热对节能降耗有重要的实际意义。总之,由于现有技术存在的问题,因此本领域迫切需要开发成本低且效果好的异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水的净化及余热利用方法和装置。
发明内容
本发明提供了一种新颖的异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的方法与装置,从而解决了现有技术中存在的问题。一方面,本发明提供了一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的方法,该方法包括:对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水进行两级微旋流净化,以脱除其中夹带的催化剂颗粒,得到对经两级微旋流净化的水洗水;对经两级微旋流净化的水洗水进行换热,利用水洗水的余热对异丁烷进行预热;以及将冷却的水洗水循环利用。在一个优选的实施方式中,所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水中夹带的催化剂颗粒的含量为200-800mg/L,催化剂颗粒粒径为0.1-20μm,催化剂颗粒骨架密度为1200-2000kg/m³。在另一个优选的实施方式中,所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水的密度920-985kg/m³,粘度为0.50-0.85厘泊。在另一个优选的实施方式中,所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水的温度为70-80°C,经换热对异丁烷预热后的温度为30-40°C。在另一个优选的实施方式中,经一级微旋流净化处理后,水洗水中催化剂颗粒的含量不大于150mg/L;经二级微旋流净化处理后,水洗水中催化剂颗粒的含量降至低于30mg/L。在另一个优选的实施方式中,脱除的催化剂颗粒的富集相外排回收,所述催化剂颗粒的富集相占反应产物水洗废水流量的1-10体积%。另一方面,本发明提供了一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的装置,该装置包括:与异丁烷脱氢制异丁烯反应器连接的,用于对反应产物和携带催化剂颗粒的气流进行急冷以使反应产物和水得以分离的急冷器;与急冷器连接的,用于对经急冷分离后的反应产物进行水洗的水洗器,用以进一步除去反应产物中的催化剂颗粒;与水洗器连接的,用于对水洗废水进行一级微旋流分离的一级微旋流净化器;与一级微旋流净化器连接的,用于对水洗废水进行二级微旋流分离的二级微旋流净化器;与二级微旋流净化器连接的,用于对经两级微旋流净化的水洗水进行换热的原料换热器,以利用水洗水的余热对异丁烷进行预热;以及与原料换热器连接的,用于对冷却的水洗水进行输送的循环水泵,以实现水洗水的循环利用。在一个优选的实施方式中,所述一级微旋流净化器对反应产物水洗废水中粒径大于5μm的催化剂颗粒的去除率不低于95%,其进口与水相出口的压降为0.15-0.20MPa;所述二级微旋流净化器对反应产物水洗废水中粒径大于3μm的催化剂的去除率不低于90%,其进口与水相出口的压降为0.15-0.20MPa。在另一个优选的实施方式中,所述微旋流净化器由多根旋流芯管组成,其安装方式为立式或卧式。在另一个优选的实施方式中,所述原料换热器采用管壳式换热器,管程流体为异丁烷,壳程流体为水洗水,换热器的换热面积根据水洗水的初、终温度及处理量设计。
附图说明
图1是根据本申请的一个实施方式的异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的工艺流程图。
具体实施方式
本发明的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现,采用微旋流分离技术对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水进行两级净化,可以大大降低反应产物水洗废水中催化剂的含量,提高了水洗水的循环利用效率;同时利用原料换热器对异丁烷进行预热,可以最大限度地回收水洗水的余热,避免强制冷却造成的热量损失。基于上述发现,本发明得以完成。本发明的技术构思如下:异丁烷脱氢制异丁烯过程中经洗涤塔产生的反应产物水洗废水夹带催化剂颗粒,这些催化剂颗粒粒径小(正常操作状态下为1-10μm),在水洗废水循环利用的过程中不断累积,使系统催化剂含量过高,增加产物净化难度。同时催化剂不断累积会堵塞后续设备,严重时须停工清洗,影响整个装置的连续稳定运转,因此有必要对反应产物水洗废水中的催化剂进行分离。如前所述,从液体中分离催化剂可采用的设备很多,但没有一个单一设备能适用异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水的净化。异丁烷脱氢制异丁烯过程生成的产物以异丁烯为主,还有其他副产物,反应产物和副产物一起以气体的形式携带少量催化剂离开反应器,经急冷器冷却后进入水洗器,催化剂进入水中,随水一起从水洗器下部排出。为了延长装置运行周期,提高水洗水的循环利用率,有必要对反应产物水洗废水进行净化。异丁烷制异丁烯反应产物水洗废水温度一般为70-80°C,这部分水循环过程中,由于温度过高,需要冷却后才能使用。对于这类低温余热(小于100°C的液体),目前国内炼厂也没有很好的利用方式。因此,如何考虑利用异丁烷制异丁烯反应产物水洗废水的余热对节能降耗有重要的实际意义。本发明采用微旋流分离技术对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水进行两级净化,大大降低了反应产物水洗废水中催化剂的含量,提高了水洗水的循环利用效率;同时利用原料换热器对异丁烷进行预热,最大限度地回收了水洗水的余热,避免了强制冷却造成的热量损失。在本发明的第一方面,提供了一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的方法,该方法包括:异丁烷脱氢制异丁烯反应产物和携带催化剂颗粒的气流经急冷器后,反应产物和水得以分离;经急冷器分离后的产物进入水洗器进行水洗,以进一步除去产物中的催化剂颗粒;水洗废水从水洗器下部排出后,经水洗水泵打入一级微旋流净化器,以脱除其中夹带的少量催化剂颗粒,催化剂富集相外排回收;经过净化的水洗水去二级微旋流净化器进一步处理,以脱除其中夹带的微量催化剂颗粒;对经过两级微旋流净化处理的水洗水进行冷却,以实现水洗水的循环利用;经量级微旋流净化的水洗水去原料换热器,对异丁烷进行预热,以有效利用水洗水的余热;冷却的水洗水经循环水泵返回水洗器,以实现水洗水的循环利用。在本发明中,所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水夹带的催化剂颗粒的含量为200-800mg/L,催化剂颗粒的粒径为0.1-20μm,催化剂颗粒的骨架密度为1200-2000kg/m³。在本发明中,所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水的密度为920-985kg/m³,粘度为0.50-0.85厘泊。在本发明中,经一级微旋流净化器处理后,水洗废中催化剂含量不大于150mg/L。在本发明中,经二级微旋流净化器处理后,水洗水中催化剂含量降至30mg/L以下。在本发明中,所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水的温度为70-80°C,经原料换热器对异丁烷预热后的温度为30-40°C。在本发明中,催化剂富集相占反应产物水洗废水流量的1-10体积%。在本发明的第二方面,提供了一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的装置,该装置包括:与异丁烷脱氢制异丁烯反应器连接的,用于对反应产物和携带催化剂颗粒的气流进行急冷以使反应产物和水得以分离的急冷器;与所述急冷器连接的,用于对经急冷器分离后的产物进行水洗的水洗器,用以进一步除去产物中的催化剂颗粒;与所述水洗器连接的,用于对水洗废水进行微旋流分离的一级微旋流净化器;与所述一级微旋流净化器连接的,用于对水洗废水进行再次微旋流分离的二级微旋流净化器;与所述二级微旋流净化器连接的,用于对异丁烷进行预热的原料换热器,以实现水洗水的余热的利用;与所述原料换热器连接的,用于对水洗水进行输送的循环水泵。在本发明中,所述一级微旋流净化器对反应产物水洗废水中5μm以上的催化剂的去除率不低于95%,其进口与水相出口压降约为0.15-0.20MPa。在本发明中,所述二级微旋流净化器对反应产物水洗废水中3μm以上的催化剂的去除率不低于90%,进口与水相出口压降约为0.15-0.20MPa。在本发明中,所述一级微旋流净化器和二级微旋流净化器是由多根旋流芯管组成的,可立式或者卧式安装。在本发明中,所述二级微旋流净化器可用其他能达到相同指标的固液分离设备代替。在本发明中,所述原料换热器采用管壳式换热器,管程流体为异丁烷,壳程流体为水洗水。在本发明中,所述换热器的换热面积根据水洗水的初、终温度及处理量等设计。较佳地,本发明的方法和装置也可以用于其他化工行业废水中微细催化剂颗粒的分离。较佳地,本发明的方法和装置也可以用于其他化工行业废水低温余热的利用。以下参看附图。图1是根据本申请的一个实施方式的异丁烷脱氢制异丁烯反应产物水洗废水封闭分离及余热利用的工艺流程图。如图1所示,将异丁烷加入反应器1中发生反应,生产以异丁烯为主的产品和其他副产物,反应产物以气体的形式携带少量催化剂离开反应器1,进入急冷器2中急冷处理后,反应产物和水得以分离;经急冷器2分离后的产物进入水洗器3中,催化剂进入水洗废水中,然后从水洗器3下部排出;水洗器3上部排出的气体去后续流程;水洗废水进入一级微旋流净化器4-1处理,催化剂回收,处理后的水洗水进入二级微旋流净化器4-2进一步处理,催化剂回收;经两级净化的水洗水送至原料换热器5,对异丁烷进行预热,冷却的水洗水经循环水泵6返回水洗器3循环使用。本发明的主要优点在于:本发明采用微旋流分离技术对异丁烷制异丁烯反应产物水洗废水进行两级净化,大大降低了反应产物水洗废水中催化剂的含量,提高了水洗水的循环利用效率;同时利用换热器对异丁烷进行预热,最大限度地回收了水洗水的余热,避免了强制冷却造成的热量损失。实施例下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是,应该明白,这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法,通常按照常规条件,或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明,所有的百分比和份数按重量计。实施例1:一个10万吨/年异丁烷脱氢制异丁烯装置,按照本发明的方法,采用两级微旋流净化、换热的方式对反应产物水洗废水进行封闭分离和余热利用。其具体运作过程及效果描述如下:1.反应产物水洗废水性质(如下表所示):ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>注:上表中催化剂粒径为新鲜催化剂粒径数据,实际过程由于催化剂磨损,粒径明显偏小。2.工艺流程:具体的工艺流程如图1所示。3.实施过程:具体的实施过程如图1所示。4.结果分析:使用本发明的方法及装置后,水洗水的循环利用率大于98%,而且水洗废水中催化剂颗粒的去除率大于95%,循环水洗水中催化剂含量的平均值为28mg/L,达到了系统平衡浓度的要求,满足装置的连续运转。此外,通过增加原料换热器,回收了水洗水的部分余热,避免了强制冷却造成的能耗损失,降低了系统的运行成本。在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。