浅谈丁烯氧化脱氢制丁二烯工艺中的余热利用

浅谈丁烯氧化脱氢制丁二烯工艺中的余热利用

豆林廷许纪生

山东东明石化集团

摘要：简要叙述丁烯氧化脱氢制丁二烯工艺中余热利用的情况及重要性，实例分析运用热泵技术回收余热产汽所产生的良好效益，并指明丁烯氧化脱氢制丁二烯工艺技术的发展方向。

关键词：氧化脱氢；余热利用；节能降耗

引言

受乙烯原料不断轻质化、国内合成橡胶产能快速增长等因素的影响，近年国内丁二烯供应短缺。在这种情况下，丁二烯扩能迅速。国内目前现有的生产装置大多采用乙烯裂解碳四馏分抽提工艺，但原料基本被中石化、中石油两大石油公司所垄断，造成丁二烯的供应短缺，价格也不断攀升。面对主流工艺的原料供应短缺，不少合成橡胶民营及外资合资企业只能寻求其他生产工艺来获得丁二烯，从而刺激了丁烯氧化脱氢制丁二烯工艺的复苏。

1、工艺流程及余热利用简述

丁烯氧化脱氢制丁二烯的工艺流程简述如下：

（1）氧化脱氢及水冷洗酸单元：原料丁烯、空气、水蒸气按一定比例混合后去一段反应器反应，然后再配入丁烯、空气和急冷水去二段反应器反应。反应后的生成气经前换热器、废热锅炉、后换热器回收热量，然后去水冷洗酸塔洗去酸、醛并进一步降温后去生成气压缩机。

（2）生成气压缩单元：将生成气由0.12MPa（绝）经螺杆压缩机提至1.0～1.5MPa（绝），加压后的生成气去油吸收解吸。

（3）油吸收解吸单元：加压后的生成气在吸收塔中被塔顶加入的贫油吸收，尾气经吸附达标排放。塔底富油送往解吸塔解吸，解吸塔侧线采出粗丁二烯经冷凝后送罐区，塔顶全回流，塔底贫油部分循环使用，部分送往再生塔再生。

（4）丁二烯抽提单元：本单元主要包括萃取精馏、丁二烯精制得丁二烯产品、溶剂回收后循环使用。

丁烯氧化脱氢制丁二烯工艺与采用碳四馏分进行分离的丁二烯抽提工艺相比，仍然存在着能耗高，投资大的缺点。如何改进工艺流程、采用先进技术节能降耗是本工艺需要考虑的重点。在我公司承担的丁烯氧化脱氢制丁二烯设计项目中，最大限度的回收反应热、应用热泵技术副产蒸汽、降低循环水用量，使本装置的能耗显著降低。

本单元中，二段反应器出口温度560℃左右，有效的利用好这块热量是关键。0.3MPaG配料蒸汽分为两股，一股经过前换热器与反应生成气换热，温度升至480℃左右，配入丁烯和空气，通过配料蒸汽旁路调温至380℃左右进一段反应器。换热后的反应生成气温度降至420℃左右，进废热锅炉产0.3MPaG的饱和蒸气，这时的反应生成气温度降至147℃左右，进后换热器，用循环软水取热去热泵系统，产生0.25MPaG的饱和蒸气，经后换热器换热后的反应生成气温度降至95℃，分液后分别进水冷洗酸塔，洗去酸和醛。

热泵是一种能使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置，双良空调设备股份有限公司研发的第二类溴化锂吸收式热泵机组就是采用溴化锂吸收技术，以废热（中温热源）为驱动热源，利用废热（中温热源）与低温冷源（低温冷却水）的温度差，制取温度高于废热（中温热源）温度的优质热能的一种热能设备。

由于整个反应系统压力比较低，废热锅炉和热泵产出的蒸汽都能补到蒸汽管线中作为配料用，节省大量的配料蒸汽和循环冷却水，节能降耗非常明显。

2、实例分析

以8万吨/年丁烯氧化脱氢制丁二烯装置为例，简要说明采用热泵技术带来的节能效果和经济效益。氧化脱氢及水冷洗酸单元共是四条线，每条线的生产能力2万吨/年。

（1）每条线的余热情况

工艺余热水（走后冷器壳程，用于取反应热），流量366t/h、温度101℃，这部分余热水必须降到72℃才能回工艺使用。

（2）热需求

生产工艺需要大量的配料蒸汽，其压力要求≥0.25MPaG。

（3）方案

a.依据余热情况和热需求现状，选择双良热泵机组，回收工艺余热水中的余热，将余热水温度由101℃降至72℃，并用提取的热量将138.5℃的热水加热到143.5℃，利用闪蒸罐闪蒸出蒸汽（138.5℃、0.25MPaG），供生产工艺使用。

b.采用循环水冷却器将余热水降温至72℃。

（4）效果

a.单套热泵机组

余热水：由101℃降至72℃，流量366t/h，共计放出热量：1061.4万kcal/h。

冷却水：由32℃升至42℃，流量720t/h，共计带走热量：720万kcal/h。

循环热水：由138.5℃升至143.5℃，流量680t/h，共计制热量：340万kcal/h，

此部分143.5℃的热水通过闪蒸蒸汽带走热量，实际产生的蒸汽量为：6t/h。

b.循环水冷却器

余热水：由101℃降至72℃，流量366t/h，共计放出热量：1061.4万kcal/h。

冷却水：由32℃升至42℃，流量1060t/h，共计带走热量：1060万kcal/h。

（5）效益分析

a.单套热泵机组

①年运行时间：8000h

②蒸汽价格：180元/t

市场工业用电价：0.7元/kW•h

循环水价格：0.3元/t

③热泵机组的年运行费用

340万kcal/h的制热量，以余热为驱动能源，余热免费；

设备电功率：25kW。则年耗电量：20万kW•h；年运行费用：14万元。

消耗循环水费用：720t/h×0.3元/t×8000h＝172.8万元

热泵系统，年维护费用：5万元。其他不可预见费用：3万元。

年费用总和：194.8万元。

④热泵机组的产汽效益

340万kcal/h的制热量，实际产汽：6t/h，年产汽：4.8万t。

年产汽经济效益：4.8×180=864万元

b.循环水冷却器

①年运行时间：8000h

②循环水价格：0.3元/t

③消耗循环水费用：1060t/h×0.3元/t×8000h＝254.4万元

年费用总和：254.4万元。

综上分析，采用双良热泵机组回收余热产汽，每年节约蒸汽和循环冷却水产生的经济效益非常可观，对丁烯氧化脱氢制丁二烯工艺的节能降耗起了关键作用。

3、结束语

目前，随着乙烯裂解新技术的发展，从乙烯副产的混合碳四量大幅减少；同时伴随着煤基化工的发展，MTO、MTP等技术的发展，其乙烯副产的混合碳四量会更少。碳四馏分抽提法的原料增加有限，而同时炼油装置MTBE后的丁烯资源廉价丰富，因此丁烯氧化脱氢制丁二烯工艺在未来几年很有市场，但也要看到此工艺的不足之处，必须在节能降耗方面下工夫，才能提高其在市场上的竞争力。

参考文献：

[1].丁烯氧化脱氢制丁二烯化学工业出版社

[2].双良热泵技术成为行业新标杆《机械工程师》2006年第7期

[3].《石油化工管壳式余热锅炉》SH/T3158-2009