一种甲醇制丙烯工艺中的再生氮气回收利用装置的制作方法

本实用新型属于资源回收利用技术领域，具体涉及一种甲醇制丙烯工艺中的再生氮气回收利用装置。

背景技术：

通过甲醇转化制丙烯的工艺具有原料来源广泛、丙烯收率高及运行成本低的优点，特别适合我们国家缺油、少气及富煤的现状，具有重要的战略意义。

2010年，神华宁夏煤业集团和大唐国际集团从德国Lurgi公司引进的50万吨/年煤基聚丙烯项目先后投入工业生产。这两个项目均是基于Lurgi公司的MTP工艺的一体化煤-合成气-甲醇-二甲醚-丙烯-聚丙烯综合工艺，产品为聚丙烯及副产品汽油、液化气、乙烯。

MTP工艺过程主要是来自甲醇中间罐区的新鲜甲醇和由甲醇回收塔返回的循环甲醇经过一系列换热设备，将其加热到275℃。混合物料先在DME反应器中于275℃、1.6MPa以及在氧化铝基催化剂的作用下反应生产二甲醚。之后，生成的二甲醚与循环回来的C2/C4/C5/C6混合进入MTP反应器(通常设置3台，2开1备)，于480℃、0.13MPa以及在沸石基催化剂的作用下进行反应，生成以丙烯为主要产品的各种烃类，送到下一单元－气体冷却和分离单元。

在甲醇制丙烯的生产过程中，MTP反应器每运行500～600小时就需要对催化剂进行一次再生，共有三个反应器，采用两开一备的运行模式。再生时，需再生的反应器停止进料后先用氮气干燥然后用氮气和空气的热混合气来烧掉积碳，再生气的总流量始终保持在85000Nm³/h。反应器再生结束后用热氮气将再生气从反应器中吹扫至大气中，直至反应器出口没有再生空气，只剩低压氮气，这时反应器进入热备状态，此时化验分析可燃气含量在100ppm以下，证明吹扫合格反应器进入恒温阶段，此时氮气流量保持在40000～50000Nm³/h，反应器床层温度控制在430℃左右，床层入口温度通过再生器加热炉出口温度控制，压力保持在微正压，恒温时间的长短由反应器上线快慢决定。当需要另一个反应器催化剂再生时，此反应器恒温即可停止并改为蒸汽吹扫。

MTP工艺中的液态烃干燥器和干燥/CO2吸收保护床设置于MTP装置的精馏工段，用于将MTP反应气体产物在分离系统中的水和CO2脱除。当液态烃干燥器和干燥/CO2吸收保护床运行一段时间后，无法满足工艺所需的干燥和吸附性能，为了使精馏工段的产品达到高要求，就必须对吸附剂/干燥器床层进行再生。吸附剂/干燥器床层的再生是通过加热装置对空分装置的氮气进行加热生成热氮气后，通过空分装置的冷氮气(120℃)和加热后的热氮气(210℃)对床层进行反吹以达到再生的目的。

现有技术中，MTP催化剂再生过程结束后，退出空气只剩下N2对催化剂床层进行保温热备，MTP反应器进入热备阶段时，从空分装置引入5,0000-6,0000Nm³/h氮气用于热备，为反应器的上线做好准备，热备阶段的N2经管道直接排空，排入大气，造成了此部分氮气的浪费和空气污染。目前，催化剂再生阶段用的N2来自于空分装置，平均每次再生共用低压氮气约700,0000Nm³/h，一年平均再生10～13次，干燥器平均三天再生一次，一年平均再生100～120次左右，对装置的负荷要求也较大，造成生产成本过高。如图1所示，MTP反应器再生后，进入热备阶段的氮气直接通过热量回收后排入大气中，MTP反应器再生很频繁，排放到大气中的氮气纯度也较高，但是氮气利用率不足10％。而MTP装置精馏单元的的液态干燥器和干燥/CO2保护床置换和再生时所用冷、热氮气的需求量也很大。干燥器再生共用氮气22000Nm³/h，干燥/CO2保护床再生共用氮气9000Nm³/h，这么大的需求量给空分装置带来了很大的负荷以及能量消耗。此外，目前一套MTP装置氮气供应紧张，二套MTP装置也将面临这个瓶颈问题。二套MTP装置为了降低投资成本，未能配备相应的空分装置，与一套MTP装置共用一套空分装置，势必会导致MTP反应器再生及干燥器再生的氮气不足问题严重凸显。

因此，热备阶段的这部分氮气具有很大的回收价值。MTP反应器再生后的尾气气体主要成分为氮气，其含量大于99％(wt％)，一氧化碳和二氧化碳微量、几乎没有，可燃气含量小于1000ppm，氧气含量小于0.1％(wt％)；而且无需再对这部分氮气进行加热就可直接利用。目前，尚未出现对热备阶段的这部分氮气进行回收方法及装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，针对现有甲醇制丙烯(MTP)装置再生过程中存在的氮气消耗大、回收率低、生产成本高等问题，提供一种甲醇制丙烯工艺中的再生氮气回收利用装置；可实现MTP装置再生过程中氮气的有效回收再利用，同时充分节省了液态烃干燥器和干燥/CO2保护床再生过程中氮气加热的加热炉燃料气，降低能源消耗。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种甲醇制丙烯工艺中的再生氮气回收利用装置，所述再生氮气回收利用装置包括：

再生气加热炉，用于对MTP反应器中催化剂再生后排出的含氮再生气的热量进行回收利用；

缓冲装置，用于对来自所述再生气加热炉的含氮再生气进行缓冲；

除尘装置，用于对来自所述缓冲装置的含氮再生气进行净化除尘；

冷却装置，用于对来自所述除尘装置净化后的含氮再生气进行冷却；以及

液态烃干燥器和干燥/CO2吸收保护床，

所述液态烃干燥器、干燥/CO2吸收保护床分别与所述冷却装置的含氮再生气出口相连接。

本实用新型将MTP反应器再生结束后，对退出空气进入氮气热备阶段时消耗的氮气进行回收利用。一方面，将这部分氮气回收后用于MTP装置精馏单元液态烃干燥器和干燥/CO2保护床的置换和再生，实现了MTP装置内部氮气的回收利用，为企业解决了技术难题，降低了氮气量消耗，节约了投资成本。另一方面，采取这样的流程装置，还能充分节省氮气加热炉燃料气，降低能源消耗，节约成本，达到平稳生产的目的。现有的一套MTP装置由于冷区干燥器效果不好，导致C2分离塔出现冻堵现象，经过本实用新型技术方案的改造，频繁将液态烃干燥器再生，会使得液态烃中不带水，可以避免C2分离塔冻堵现象的发生，保证了乙烯和丙烯产品的质量。本生产工艺技术流程短，操作简单，容易控制，与本系统配套的装置也能很好地运用在化工企业中。

本实用新型技术方案带来的技术效果在于：

(1)将MTP反应器热备阶段的氮气回收后，用于MTP装置精馏单元液态烃干燥器和干燥/CO2保护床的置换和再生，实现了MTP装置内部氮气的回收利用，降低了氮气消耗；

(2)充分利用热备阶段的氮气热量(再生气加热炉将其加热到470-490℃)，无需再另外设置加热装置对液态烃干燥器和干燥/CO2保护床所需氮气进行加热，节省氮气加热炉燃料气，降低能源消耗，节约成本，达到平稳生产的目的。

附图说明

图1示出了现有MTP装置中反应器再生过程的流程示意图。

图2示出了本实用新型一种实施方式中MTP工艺中的再生氮气回收利用装置示意图。

上述图中标号说明如下：

1-再生气加热炉；2-缓冲装置；3-安全阀；4-除尘装置；5-循环水气体冷却器；6-循环进水；7-循环回水；8-液态烃干燥器；9-干燥/CO2吸收保护床；10-低压N2；10’-低压再生N2；11-放空管线；12-MTP反应器。

具体实施方式

为了能够详细地理解本实用新型的技术特征和内容，下面将通过附图和实施例更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然实施例中描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

本实用新型提供的甲醇制丙烯工艺中的再生氮气回收利用装置，包括：

再生气加热炉1，用于对MTP反应器中催化剂再生后排出的含氮再生气的热量进行回收利用；

缓冲装置2，用于对来自所述再生气加热炉的含氮再生气进行缓冲；

除尘装置4，用于对来自所述缓冲装置的含氮再生气进行净化除尘；

冷却装置，用于对来自所述除尘装置净化后的含氮再生气进行冷却；以及

液态烃干燥器8和干燥/CO2吸收保护床9，

所述液态烃干燥器8、干燥/CO2吸收保护床9分别与所述冷却装置的含氮再生气出口相连接。

根据本实用新型提供的再生氮气回收利用装置，优选地，所述缓冲装置2为缓冲罐或者气柜。在所述缓冲装置2上还可以设置安全阀3，当再生气加热炉1中的热氮气压力较高时，缓冲装置2可以调节整个系统的压力，并在一定程度上减小压力，安全阀3可以调控缓冲装置2中压力的大小，使其压力稳定在0.3MPa，超压或气体超容量时缓冲装置2就会自动排空。从再生气加热炉1中排出的氮气，最终进入液态烃干燥器8和干燥/CO2吸收保护床9时，是利用反吹的作用进行床层上吸附剂的再生，因此，进入液态烃干燥器8和干燥/CO2吸收保护床9中的氮气压力不能过大，压力过大会吹走床层上的吸附剂。因此，本实用新型中设置缓冲装置2是十分必要和关键的。

优选地，所述除尘装置4为缓冲除尘器或者高温陶瓷膜除尘器。MTP反应器再生氮气中，难免会掺杂或带出一定量的固体物质，为了不会对液态烃干燥器8和干燥/CO2吸收保护床9的床层上吸附剂造成污染，对热氮气进行净化除尘是有必要的。

在本实用新型的优选实施方式中，所述冷却装置为循环水气体冷却器5。循环水气体冷却器5中，通过设置循环进水6和循环回水7进行气体的降温冷却。通过循环水作为热交换介质，与热氮气进行热交换，实现氮气的冷却。在再生气加热炉1中，将再生气体(氮气/氮气+空气)由常温加热到470-490℃才能满足MTP反应器中对催化剂床层的再生要求。然而，在对液态烃干燥器8和干燥/CO2吸收保护床9的床层吸附剂进行再生时，所需的热氮气温度220-250℃，由此，在MTP装置中回收的这部分热氮气是经过了先加热后冷却的过程。

优选地，所述再生氮气回收利用装置中的各装置通过连接管道相连。

根据本实用新型提供的再生氮气回收利用装置，优选地，所述再生气加热炉1中排出的含氮再生气通过变径连接管道通入所述液态烃干燥器8、干燥/CO2吸收保护床9。在再生气加热炉1的出口，与其连接的管道直径偏大，而进入液态烃干燥器8和干燥/CO2吸收保护床9中的气体需要适当限流，一方面要考虑气体流量过大会吹飞床层上的吸收剂，另一方面限制流量可以节约投资成本。

在本实用新型的优选实施方式中，所述再生气加热炉1的出口的连接管道的直径为20"～32"；所述液态烃干燥器8和干燥/CO2吸收保护床9的入口的连接管道的直径为18"～24"。(其中，"表示长度单位寸)

根据本实用新型提供的再生氮气回收利用装置，优选地，所述再生气加热炉1的入口与MTP反应器的尾气出口相连接。

本发明的一种具体实施方式中，所述液态烃干燥器8、干燥/CO2吸收保护床9都分别与空分装置相连接。在液态烃干燥器8和干燥/CO2吸收保护床9再生过程中，先利用冷氮气进行吹扫一段时间，再利用热氮气进行反吹。在这一过程中，冷氮气可直接源自空分装置的常温氮气，热氮气可经所述冷却装置将再生氮气温度冷却到200-250℃后进入所述液态烃干燥器8和干燥/CO2吸收保护床9。

利用如上所述甲醇制丙烯工艺中的再生氮气回收利用装置，甲醇制丙烯工艺中的再生氮气回收利用的工艺过程包括：

在再生气加热炉1的出口旁路设置一路连接管道，与缓冲装置2相连接。再生气加热至470-490℃，而后热氮气通过连接管道进入缓冲装置2，缓冲装置2中的平衡压力在0.2-0.4Mpa；再经过除尘装置4过滤掉热氮气中的固体颗粒杂质后经过冷却装置，将再生氮气温度冷却到200℃～250℃后，通过连接管道分别进入液态烃干燥器8的热氮气入口和干燥/CO2吸收保护床9的热氮气入口，作为再生N2的两个分支。在这一过程中，通过控制阀门开度来控制氮气流量，实现再生氮气的回收利用。

实施例1：

如图1所示，低压再生N2 10’进入再生气加热炉1，再生气加热炉1出口的热氮气经过其出口的连接管线(直径D为24寸)进入再生氮气缓冲罐，控制氮气流量为22000Nm³/h，平衡压力在0.3Mpa，经过高温陶瓷膜除尘器过滤掉固体颗粒杂质后进入循环水气体冷却器5，将热氮气温度冷却到210℃，即可进入液态烃干燥器8的底部氮气入口，其入口的连接管线直径D为18寸。通入空分装置中的冷氮气吹扫30min，将液态烃干燥器8冷却到120℃保持30min，之后通过循环水气体冷却器5出口的热氮气，用30min的热氮气将干燥器加热到210℃后，恒温2h，取样分析露点确认液态烃干燥器8再生完成。再生后的吸附效果见表2所示。

实施例2：

如图1所示，低压再生N2 10’进入再生气加热炉1，再生气加热炉1出口的热氮气经过其出口的连接管线(直径D为24寸)进入再生氮气缓冲罐，控制氮气流量为2100Nm³/h，平衡压力在0.3Mpa，经过高温陶瓷膜除尘器过滤掉固体颗粒杂质后进入循环水气体冷却器5，将热氮气温度冷却到210℃，即可进入干燥/CO2保护床9的上段氮气入口，其入口的连接管线直径D为18寸。通入空分装置中的冷氮气吹扫30min，将干燥/CO2吸收保护床9上段冷却到120℃保持30min，之后通过循环水气体冷却器5出口的热氮气，用30min的热氮气将干燥/CO2吸收保护床9上段加热到210℃后，保持氮气在210℃下流经干燥/CO2吸收保护床9上段30h，取样分析露点确认干燥/CO2吸收保护床9再生完成。再生后的吸附效果见表2所示。

实施例3：

如图1所示，低压再生N2 10’进入再生气加热炉1，再生气加热炉1出口的热氮气经过其出口的连接管线(直径D为24寸)进入再生氮气缓冲罐，控制氮气流量为5040Nm³/h，平衡压力在0.3Mpa，经过高温陶瓷膜除尘器过滤掉固体颗粒杂质后进入循环水气体冷却器5，将热氮气温度冷却到230℃，进入干燥/CO2吸收保护床9的下段氮气入口，其入口的连接管线直径D为18寸。通入空分装置中的冷氮气吹扫30min，将干燥/CO2吸收保护床9下段冷却到120℃保持30min，之后通过循环水气体冷却器5出口的热氮气，用30min的热氮气将干燥/CO2吸收保护床9下段加热到230℃后，保持氮气在230℃下流经干燥/CO2吸收保护床9下段6h，取样分析露点确认干燥/CO2吸收保护床9再生完成。再生后的吸附效果见表2所示。

液态烃干燥器8以及干燥/CO2吸收保护床9中使用的吸附剂的性能参数见表1所示。

表1干燥器以及干燥/CO2保护床的吸附剂性能参数

表2干燥器以及干燥/CO2保护床再生后的吸附性能参数

通过表2数据可知，利用本实用新型提供的再生氮气回收利用装置，将MTP装置中的再生氮气回收用于液态烃干燥器8、干燥/CO2吸收保护床9，其吸附剂的吸附性能良好，说明再生氮气的回收利用效果显著。

另外，通过本发明的再生氮气回收利用装置对再生氮气回收利用，每年能节约空分装置氮气36,0000Nm³，降低外排氮气20,0000Nm³，提高MTP装置能耗5％-10％。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。