CN114315639A - 一种丙烯腈与乙腈联产的热利用***及热利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种丙烯腈与乙腈联产的热利用***及热利用方法，所述热利用***包括丙烯腈反应器和乙腈反应器，所述丙烯腈反应器和所述乙腈反应器的外壁分别包含丙烯腈取热装置和乙腈给热装置；所述丙烯腈取热装置的入口与所述乙腈给热装置的出口连接，所述丙烯腈取热装置的出口与所述乙腈给热装置的入口连接。本发明提供的热利用***和热利用方法，丙烯腈反应器放出的一部分热量可通过导热介质直接平稳利用，节约大量能量。***所需设备少，设计简单，投资较少，安装容易，改造方便，乙腈和丙烯腈制备方便。乙腈反应器和丙烯腈反应器的相关原料储罐、公用工程以及后续的产品精制分离装置可统一筹划，节约用地和设备造价。

Description

一种丙烯腈与乙腈联产的热利用***及热利用方法

技术领域

本发明涉及化工合成技术领域，特别是涉及一种丙烯腈与乙腈联产的热利用***及热利用方法。

背景技术

丙烯腈(AN)是石油化工的重要中间体，在合成树脂、合成纤维、合成橡胶等高分子材料中占有显著的地位，主要用于合成聚丙烯腈、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、丁腈橡胶(AS)、己二腈、丙烯酰胺及其他衍生物的原料，是我国石油化工重点发展的产品之一。当前，工业化的丙烯腈和乙腈的生产技术主要是1960年美国Sohio公司开创的丙烯氨氧化法(Sohio法)。经过多年的发展，丙烯腈的生产技术已经日趋成熟和完善，丙烯氨氧化反应的同时副产乙腈和HCN。现今全球95％以上的丙烯腈都采用Sohio法生产。近年来，由于丙烯资源的短缺，致使Ineos、旭化成、三菱-BOC、日东、BASF等公司致力于丙烷氨氧化催化剂及相关工艺的开发。不难看出，以丙烯为原料，通过氨氧化催化反应来生产丙烯腈是目前乃至今后丙烯腈的主要生产方法，丙烯氨氧化副产的乙腈也占据乙腈产量的大部分。当国内丙烯腈装置的开车率不高时，市场会出现大量的乙腈缺口，因此专门生产乙腈的装置届时将存在较大经济利益。由于乙腈装置的原料、产品种类基本囊括在丙烯腈装置的原料、产品种类中，因此两者可联产共用原料储罐、公用工程、分离装置等的可能性。另外，两个反应一个为放热反应，一个为吸热反应，且放热反应的操作温度高于吸热反应的操作温度，两个装置可以优化能量利用空间。

综上，丙烯腈装置和乙腈装置联产，不仅可以更好地利用现有装置，还可以通过设计更好的能量利用方法降低成本，提高产品竞争力。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种丙烯腈与乙腈联产的热利用***，及利用该热利用***利用丙烯腈与乙腈联产的反应热的方法，所述***充分利用丙烯腈装置的反应热，供给乙腈反应器所需的热量，该方法装置和方法操作简单，设备生产效率高且利于工业化应用。

本发明的第一方面提供一种丙烯腈与乙腈联产的热利用***，包括丙烯腈反应器和乙腈反应器，所述丙烯腈反应器的内部和所述乙腈反应器的内部分别包含丙烯腈取热装置和乙腈给热装置；所述丙烯腈取热装置的入口与所述乙腈给热装置的出口连接，所述丙烯腈取热装置的出口与所述乙腈给热装置的入口连接。

根据发明所述的***的一些优选的实施方式中，所述***还包括缓冲罐，所述缓冲罐的入口与所述乙腈给热装置的出口连接，所述缓冲罐的出口与所述丙烯腈取热装置的入口连接。

根据发明所述的***的一些优选的实施方式中，所述***还包括循环泵，所述循环泵的入口与所述缓冲罐的出口连接，所述循环泵的出口与所述丙烯腈取热装置的入口连接。

根据发明所述的***的一些优选的实施方式中，所述丙烯腈取热装置、所述乙腈给热装置和***的连接管线外壁包有保温材料。

本发明的目的第二方面在于提供一种利用上述热利用***利用丙烯腈与乙腈联产的反应热的方法，包括：

S1、所述导热介质从所述丙烯腈取热装置的入口进入所述丙烯腈取热装置，在丙烯腈取热装置中温度上升，然后从所述丙烯腈取热装置的出口流出；

S2、所述导热介质从所述乙腈给热装置的入口进入所述乙腈给热装置，经过已经给热装置降温，然后从所述乙腈给热装置的出口流出；

S5、所述导热介质进入所述丙烯腈取热装置的入口，建立起导热介质的循环。

根据本发明，所述丙烯腈取热装置可以为换热管；和/或，所述乙腈给热装置可以为换热管。所述导热介质进入换热管内部，与反应器内换热管外的反应体系中的物质进行换热。

根据发明所述的热利用方法的一些优选的实施方式中，在S5之前，还包括：S3、所述导热介质进入所述缓冲罐的入口，然后从所述缓冲罐的出口流出。

根据发明所述的热利用方法的一些优选的实施方式中，在S5之前，还包括：S4、所述导热介质进入所述循环泵的入口，然后从所述循环泵的出口流出，循环泵给导热介质进入丙烯腈取热器提供动力。

根据本发明，上述***中的设备和管线均需要保温，避免导热介质凝固或能量散失。

根据发明所述的热利用方法的一些优选的实施方式中，所述丙烯腈反应器的操作温度为400～460℃。

根据发明所述的热利用方法的一些优选的实施方式中，所述乙腈反应器的操作温度为300-380℃；优选为320～360℃。

根据本发明，在丙烯腈反应器中，400～460℃条件下进行丙烯氨氧化反应，现有工艺中通常使用蒸汽取热，同时产出高压蒸汽。本申请中，以熔盐在400～460℃温度下经过丙烯腈取热装置将温度提高到400℃以上，进入乙腈给热装置供热，乙腈反应器中的反应温度在300～380℃之间。熔盐流出乙腈给热装置后经过缓冲罐和循环泵再次进入丙烯腈取热装置，达成整体的循环。***运行过程中，所述熔盐中严禁混入水和有机类物质。设备运行过程中，应严格控制升温速度，尽量避免***运行中急冷急热。

根据发明所述的热利用方法的一些优选的实施方式中，所述导热介质为熔盐，优选选自硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠、氯化钾、氯化钠和硝酸钙中的至少一种；更优选地，所述导热介质为硝酸钾、硝酸钠、氯化钾和硝酸钙中的任意2种盐的组合。根据本发明，导热介质应保持清洁，不可与炭类，松香或还原性物质等有机物接触，以免引起剧烈的化学反应。同时，当导热介质中出现较多沉淀物时，应及时更换。

根据发明所述的热利用方法的一些优选的实施方式中，所述导热介质在管道中的流速为1～4m/s；和/或，流量为2～5m³/min。根据本发明，在循环加热中，导热介质的流速恒定。

根据发明所述的热利用方法的一些优选的实施方式中，***停车前，所述导热介质全部排出所述热利用***。

本发明的第三方面提供上述热利用***或上述热利用方法在在丙烯腈与乙腈联产领域中的应用。

本发明的有益效果至少在于以下几个方面：

其一，本发明所述热利用***，丙烯腈反应器放出的一部分热量可通过导热介质直接平稳利用，节约大量能量。***所需设备少，设计简单，投资较少，安装容易，改造方便，乙腈和丙烯腈制备方便。

其二，本发明所述乙腈反应器和丙烯腈反应器的相关原料储罐、公用工程以及后续的产品精制分离装置可统一筹划，节约用地和设备造价。

附图说明

图1为实施例1-2涉及的丙烯腈与乙腈联产的***设备流程图；其中，1-丙烯腈反应器；2-缓冲罐；3-乙腈反应器；4-循环泵；5-丙烯腈取热装置；6-乙腈给热装置；a-丙烯腈取热装置导热介质出口；b-丙烯腈取热装置导热介质入口；c-缓冲罐入口；d-缓冲罐出口；e-乙腈反应器导热介质入口；f-乙腈反应器导热介质出口。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述说明。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用设备、仪表、阀门、试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购途径获得的常规产品。

在下述实施方式中，实施例1-2的热利用***如图1所示。采用的***包括丙烯腈反应器1、缓冲罐2、乙腈反应器3及循环泵4。丙烯腈反应器1的外壁设置丙烯腈取热装置5，乙腈反应器3的外壁设置乙腈给热装置6。丙烯腈取热装置的入口b与循环泵4的出口连接，丙烯腈取热装置的出口a与乙腈给热装置的入口e连接，乙腈给热装置的出口f与缓冲罐的入口c连接，缓冲罐的出口d与循环泵4的入口连接，循环泵4的出口与丙烯腈取热装置的入口b连接。

丙烯腈反应器1为流化床反应器，丙烯腈取热装置5为列管式换热器，连接管线采用不锈钢管线，管线外及设备外均采用保温材料玻璃纤维棉包裹。

实施例1-2的具体热利用方法为：

S1、导热介质从丙烯腈取热装置的入口b进入丙烯腈取热装置，然后从丙烯腈取热装置的出口a流出；

S2、导热介质从乙腈给热装置的入口e进入乙腈给热装置，然后从乙腈给热装置的出口f流出；

S3、导热介质进入缓冲罐的入口c，然后从缓冲罐的出口d流出；

S4、导热介质进入循环泵的入口，然后从循环泵的出口流出；

S5、导热介质进入丙烯腈取热装置的入口b，建立起导热介质的循环。

实施例1

本实施例涉及的热利用流程如图1所示。

丙烯腈产量为年13万吨，采用的丙烯腈反应器为流化床反应器，丙烯腈反应器外壁采用高压蒸汽取热器。

乙腈产量为年2.5万吨，采用的乙腈反应器为固定床反应器。

导热介质采用重量比为55:44的硝酸钾与亚硝酸钠的混合熔盐，混合熔盐的流速为2.5t/min，以循环建立后无混合熔盐损耗、循环过程中不需要补充混合熔盐计算，需消耗混合熔盐50t。

混合熔盐进入丙烯腈取热器前加热至340℃，流出丙烯腈取热器时的温度为420℃，从丙烯腈取热器中获取热量为4800kw。混合熔盐经管线流入乙腈给热器时温度为415℃，换热后离开乙腈给热器时的温度344℃。熔盐通过循环泵给动力再次进入丙烯腈反应器取热，高压蒸汽管线将丙烯氨氧化反应生产的大量余热移走。采用玻璃纤维棉对整个***的管线进行保温处理。循环泵为混合熔盐提供动力。

根据现有技术，在乙腈生产过程中采用蒸汽取热，则根据乙腈产量，将消耗6.6t蒸汽，而根据本方案，将节约上述用量的蒸汽。

实施例2

本实施例涉及的热利用流程如图1所示。

丙烯腈产量为13万吨每年，采用的乙腈反应器为流化床反应器，丙烯腈反应器外壁主要采用高压蒸汽取热器取走氨氧化反应生成的热量，少部分使用本发明的换热器移热耗资。

乙腈产量为2.5万吨每年，采用的乙腈反应器为固定床反应器。

导热介质采用重量比为5：1：4的硝酸钾、硝酸钠和亚硝酸钠的三元混合熔盐，混合熔盐的流速为4.9t/min，以循环建立后无混合熔盐损耗、循环过程中不需要补充混合熔盐计算，需消耗混合熔盐70t。

混合熔盐进入丙烯腈取热器前加热至360℃，流出丙烯腈取热器时的温度为400℃，从丙烯腈取热器中获取热量为4800kw。混合熔盐经管线流入乙腈给热器时温度为398℃，换热后离开乙腈给热器时温度362℃。熔盐通过循环泵给动力再次进入丙烯腈反应器取热。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种丙烯腈与乙腈联产的热利用***，包括丙烯腈反应器(1)和乙腈反应器(3)，所述丙烯腈反应器(1)的内部和所述乙腈反应器(3)的内部分别包含丙烯腈取热装置(5)和乙腈给热装置(6)；

所述丙烯腈取热装置(5)的入口与所述乙腈给热装置(6)的出口连接，所述丙烯腈取热装置的出口与所述乙腈给热装置的入口连接。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括缓冲罐，所述缓冲罐的入口与所述乙腈给热装置(6)的出口连接，所述缓冲罐的出口与所述丙烯腈取热装置(5)的入口连接。

3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，还包括循环泵，所述循环泵的入口与所述缓冲罐的出口连接，所述循环泵的出口与所述丙烯腈取热装置(5)的入口连接。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的***，其特征在于，所述丙烯腈取热装置(5)、所述乙腈给热装置(6)和***的连接管线外壁包有保温材料。

5.利用如权利要求1-4任意一项所述的热利用***利用丙烯腈与乙腈联产的反应热的方法，包括：

S1、所述导热介质从所述丙烯腈取热装置的入口(b)进入所述丙烯腈取热装置(5)，然后从所述丙烯腈取热装置的出口(a)流出；

S2、所述导热介质从所述乙腈给热装置的入口(e)进入所述乙腈给热装置(6)，然后从所述乙腈给热装置的出口(f)流出；

S5、所述导热介质进入所述丙烯腈取热装置的入口(b)，建立起导热介质的循环。

6.根据权利要求5所述的热利用方法，其特征在于，在S5之前，还包括：S3、所述导热介质进入所述缓冲罐的入口(c)，然后从所述缓冲罐的出口(d)流出；

优选地，在S5之前，还包括：S4、所述导热介质进入所述循环泵的入口，然后从所述循环泵的出口流出。

优选地，所述丙烯腈反应器的操作温度为400～460℃；

优选地，所述乙腈反应器的操作温度为300-380℃；更优选为320～360℃。

7.根据权利要求5或6所述的热利用方法，其特征在于，所述导热介质为熔盐，优选选自硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠、氯化钾、氯化钠和硝酸钙中的至少一种；更优选地，所述导热介质为硝酸钾、硝酸钠、氯化钾和硝酸钙中的任意2种盐的组合。

8.根据权利要求5-7中任意一项所述的热利用方法，其特征在于，所述导热介质在管道中的流速为1～4m/s；和/或，流量为2-5m³/min。

9.根据权利要求5-8中任意一项所述的热利用方法，其特征在于，***停车前，所述导热介质全部排出所述热利用***。

10.权利要求1-4中任意一项所述的热利用***或权利要求5-9中任一项所述的热利用方法在丙烯腈与乙腈联产领域中的应用。

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