专利名称：异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的方法与装置的制作方法
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急冷废水综合化利用的方法，具体地说，本发明涉及对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水净化循环利用，对急冷废水中催化剂回收的方法。本发明还涉及一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的装置。
背景技术：
在炼油工业中，石油催化裂化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t(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)、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，通过升压急冷脱除这些杂质，获得异丁烯粗产品。在异丁烷制异丁烯过程中，催化剂颗粒随着反应气进入急冷器，进而进入急冷水中。这些催化剂颗粒在急冷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。而异丁烷脱氢制异丁烯的催化剂一般为贵金属催化剂，也需要对其进行回收。目前，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。US 5744680A公开了一种由氧化物制轻烃的方法，其中含催化剂物流从湿法洗涤步骤排出。US 6870072也公开了利用湿法洗涤区移走产物流中的催化剂。以上两个专利所采用的催化剂浓缩液排出装置的方法，既不能有效回收催化剂，同时又造成了洗涤水的浪费。US 0234281和CN 1942558A公开了一种采用一组串联或者并联运行的一个或者多个固液旋风分离器或者旋液分离器处理含催化剂废水，催化剂经分离后回收使用。常规的固液旋风或者旋液分离器的分离精度一般大于5微米，但是异丁烷脱氢制异丁烯装置中催化剂颗粒粒径非常小，80%在5微米以下，2微米以下占的比例也很高。所以常规的固液旋风或者旋液分离器不适用异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水的处理。因此，本领域迫切需要开发成本低且效果好的反应产物急冷废水综合化利用的方法与装置
发明内容
本发明所要解决的技术问题第一方面在于提供了一种新的异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的方法，从而解决了现有方法存在的不足。本发明所要解决的技术问题第二方面在于提供一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的装置。作为本发明第一方面的异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的方法，包括如下步骤(a)对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水进行固液分离，分离后的第一净化急冷水经急冷水中间罐后回急冷器，循环使用，分离后的第一含催化剂急冷废水送至下一
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少;(b)对分离后的第一含催化剂急冷废水进行浓缩处理，浓缩处理后的第二净化急冷水循环使用，对浓缩处理后的第二含催化剂急冷废水进行增浓处理得到第三含催化剂急冷废水；(C)增浓后的第三含催化剂急冷废水采用干燥的方式使催化剂以固态形式回收。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急冷废水夹带的催化剂颗粒含量为200 1000mg/L，催化剂颗粒粒径为0. I 40 y m，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，对所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水进行固液分离采用微旋流分离或者过滤分离进行，分离后第一含催化剂急冷废水中催化剂含量为 20 100mg/L。在另一个优选的实施方式中，对所述分离后的第一含催化剂急冷废水进行的浓缩处理采用微旋流浓缩进行，其中，所述分离后的第一含催化剂急冷废水占反应产物急冷废水流量的I 15%。在另一个优选的实施方式中，所述浓缩处理后的第二含催化剂急冷废水经微旋流增浓或者过滤与重力沉降耦合的方法进一步增浓到固含量为30 70%(v/v)的第三含催化剂急冷废水。在另一个优选的实施方式中，对所述固含量为30 70%(v/v)的第三含催化剂急冷废水进行干燥，其中，所述的干燥优先采用喷浆造粒干燥的方法，干燥后的催化剂以固体形式回收，干燥后的尾气去急冷器洗涤降温。在另一个优选的实施方式中，对所述固含量为30 70%(v/v)的第三含催化剂急冷废水进行干燥后的催化剂含水量不大于5%(v/v)。本发明的方法对所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水中的催化剂颗粒去除率大于90%，对分离后的净化急冷水的循环使用率超过98%，系统操作能耗不大于0. 6MPa，形成完整、独立的异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用工艺流程。作为本发明第二方面的一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的装置，该装置包括急冷器，用以对异丁烷脱氢制异丁烯的反应气及干燥机干燥尾气进行洗涤净化降温；该急冷器的上部设置有一急冷水循环入口，下部设置有异丁烷脱氢制异丁烯反应气入 口和干燥尾气入口，底部设置有异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水出口，所述异丁烷脱氢制异丁烯反应气入口通过反应气管线与异丁烷反应器的反应气出口连接；微旋流澄清器，用以对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水进行固液分离；该微旋流澄清器中上部具有一个异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水入口，顶部设置有一第一净化急冷水出口，底部设置有一第一含催化剂急冷废水出口，所述急冷器底部的异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水出口通过异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水输送管线、急冷水泵连接至异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水入口 ；微旋流浓缩器，用以对分离后的含催化剂急冷废水进行浓缩处理；该微旋流浓缩器的中上部设置有第一含催化剂急冷废水入口，顶部设置有第二净化急冷水出口，底部设置有第二含催化剂急冷废水出口，所述微旋流澄清器底部的第一含催化剂急冷废水出口通过第一含催化剂急冷废水输送管线与第一含催化剂急冷废水入口连接；微旋流增浓器，用以对浓缩后的含催化剂急冷废水进行增浓处理；该微旋流增浓器的中上部设置有一第二含催化剂急冷废水入口，顶部设置有第三净化急冷水出口，底部设置有第三含催化剂急冷废水出口，所述微旋流浓缩器底部的第二含催化剂急冷废水出口通过第二含催化剂急冷废水输送管线与第二含催化剂急冷废水入口连接；急冷水中间罐，用以接纳微旋流澄清器、微旋流浓缩器、微旋流增浓器处理后产生的净化急冷水，并起缓冲作用；所述急冷水中间罐的上部设置有一净化急冷水入口，底部设置有急冷水循环出口，所述微旋流澄清器顶部的第一净化急冷水出口、微旋流浓缩器顶部的第二净化急冷水出口、微旋流增浓器顶部的第三净化急冷水出口通过净化急冷水输送管线与净化急冷水入口连接，急冷水中间罐底部的急冷水循环出口通过急冷水循环管线、急冷水循环泵与急冷器上部的急冷水循环入口连接；喷浆造粒干燥机，用以对催化剂进行干燥回收；该喷浆造粒干燥机具有一个含催化剂急冷废水入口、一个尾气出口和一个催化剂回收口，该含催化剂急冷废水入口通过第三含催化剂急冷废水输送管线与所述微旋流增浓器底部的第三含催化剂急冷废水出口连接，所述尾气出口通过尾气输送管线与急冷器下部的干燥尾气入口连接本发明的方法和装置还可以用于其它装置急冷废水中固体催化剂颗粒的分离回收净化过程。本发明的方法和装置的主要优点在于本发明首先采用微旋流分离方法对含反应产物急冷废水进行分离净化，提高了急冷水的循环利用效率，延长了装置的运行周期；其次采用分级分步浓缩的方法对含催化剂急冷废水进行浓缩和干燥回收，回收了资源，减少了投资和维护成本。本发明采用一级澄清、二级浓缩、三级增浓、最后干燥的耦合工艺对反应产物急冷废水进行处理，形成完整的、封闭的异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用工艺流程。整个处理工艺中，尽可能的保证了急冷水的循环利用率，循环过程中几乎没有水的损失，减少了补充新鲜水的操作并降低了装置的运行成本。
图I为本发明异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的装置的工艺流程图。
具体实施例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，异丁烷脱氢制异丁烯过程中经急冷器产生的急冷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 I 10 ym)，在急冷水循环利用的过程中不断累积，使系统催化剂含量过高，增加产物净化难道。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。而异丁烷脱氢制异丁烯的催化剂一般为贵金属催化剂，也需要对其进行回收。因此有必要对反应产物急冷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，但没有哪一单一设备能适用异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水的处理。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，进入急冷器冷却后，催化剂进入水中，随水一起从急冷器底部排出。为了延长装置运行周期，提高急冷水的循环利用率，回收固体催化剂，有必要对急冷废水进行处理。参见图1，图中给出的异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的装置，包括急冷器20、微旋流澄清器40、微旋流浓缩器50、微旋流增浓器60、急冷水中间罐70和喷浆造粒干燥机80。急冷器20用以对异丁烷脱氢制异丁烯的反应气及干燥机干燥尾气进行洗涤净化降温；该急冷器20的上部设置有一急冷水循环入口 21，下部设置有异丁烷脱氢制异丁烯反应气入口 22和干燥尾气入口 23，底部设置有异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水出口24，异丁烷脱氢制异丁烯反应气入口 22通过反应气管线91与异丁烷反应器10的反应气出口 11连接。微旋流澄清器40用以对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水进行固液分离；该微旋流澄清器40中上部具有一个异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水入口 41，顶部设置有一净化急冷水出口 42，底部设置有一含催化剂急冷废水出口 43，急冷器20底部的异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水出口 24通过异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水输送管线92、急冷水泵31连接至异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水入口 41。微旋流浓缩器50用以对分离后的含催化剂急冷废水进行浓缩处理；该微旋流浓缩器50的中上部设置有含催化剂急冷废水入口 51，顶部设置有净化急冷水出口 52，底部设置有含催化剂急冷废水出口 53，微旋流澄清器40底部的含催化剂急冷废水出口 43通过含催化剂急冷废水输送管线93与含催化剂急冷废水入口 51连接。微旋流增浓器60用以对浓缩后的含催化剂急冷废水进行增浓处理；该微旋流增浓器60的中上部设置有一含催化剂急冷废水入口 61，顶部设置有净化急冷水出口 62，底部设置有含催化剂急冷废水出口 63，微旋流浓缩器50底部的含催化剂急冷废水出口 53通过含催化剂急冷废水输送管线94与含催化剂急冷废水入口 61连接；急冷水中间罐70用以接纳微旋流澄清器40、微旋流浓缩器50、微旋流增浓器60处理后产生的净化急冷水，并起缓冲作用；急冷水中间罐70的上部设置有一净化急冷水入口 71，底部设置有急冷水循环出口 72，微旋流澄清器40顶部的净化急冷水出口 42、微旋流浓缩器50顶部的净化急冷水出口 51、微旋流增浓器60顶部的净化急冷水出口 61通过净化急冷水输送管线95与净化急冷水入口 71连接，急冷水中间罐70底部的急冷水循环出口 72通过急冷水循环管线96、急冷水循环泵32与急冷器20上部的急冷水循环入口 21连接；
喷浆造粒干燥机80用以对催化剂进行干燥回收；该喷浆造粒干燥机80具有一个含催化剂急冷废水入口 81、一个尾气出口 82和一个催化剂回收口 83，该含催化剂急冷废水入口 81通过含催化剂急冷废水输送管线97与微旋流增浓器60底部的含催化剂急冷废水出口 63连接，尾气出口 82通过尾气输送管线98与急冷器20下部的干燥尾气入口 23连接。微旋流澄清器40、微旋流浓缩器50、微旋流增浓器60是由若干套微旋流芯管组成的。喷浆造粒干燥机80采用低压饱和蒸汽为热源；异丁烷反应器10的反应气出口 11出来的反应气通过反应气管线91、急冷器20上的异丁烷脱氢制异丁烯反应气入口 22进入急冷器20进行急冷，形成的异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水夹带的催化剂颗粒含量为200 1000mg/L，催化剂颗粒粒径为0. I 40 u m，催化剂颗粒骨架密度为1200 2000kg/m3。异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水通过异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水输送管线92、急冷水泵31输送至微旋流澄清器40进行固液分离，以去除急冷废水中的催化剂颗粒；固液分离后的净化急冷水通过净化急冷水输送管线95输送至急冷水中间罐70，经急冷水中间罐70缓冲后返回急冷器20循环使用，保证急冷水循环利用率。固液分离后的含催化剂急冷废水中催化剂含量为20 100mg/L，该分离过程能耗不大于0. 2MPa，占异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水流量的I 15%。固液分离后的含催化剂急冷废水通过含催化剂急冷废水输送管线93送入微旋流浓缩器50进行浓缩，浓缩后的含催化剂急冷废水通过含催化剂急冷废水输送管线94送入微旋流增浓器60进行增浓，浓缩后的净化急冷水通过净化急冷水输送管线95输送至急冷水中间罐70，经急冷水中间罐70缓冲后返回急冷器20循环使用，保证急冷水循环利用率。经微旋流增浓器60进一步增浓的含催化剂急冷废水固含量为30 70%(v/v)，通过含催化剂急冷废水输送管线97送入喷浆造粒干燥机80内进行干燥至含水量不大于5%(v/v)的催化剂颗粒回收。干燥后的尾气通过尾气输送管线98去急冷器20洗涤降温。微旋流增浓器60出来的净化急冷水通过净化急冷水输送管线95输送至急冷水中间罐70，经急冷水中间罐70缓冲后返回急冷器20循环使用，保证急冷水循环利用率。上述实施方式通过微旋流分离、精密过滤分离、重力沉降分离、干燥脱水等组合分离过程后，异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水的催化剂颗粒去除率大于90%，净化急冷水的循环使用率超过98%，系统操作能耗不大于0. 6MPa，达到了系统平衡浓度的要求，满足装置的连续运转。此外，通过增加浓缩、干燥等设施，减少了急冷水的浪费，减少了新鲜水的补充，降低了系统的运行成本。实施例下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例I :一个10万吨/年异丁烷脱氢制异丁烯装置，按照本发明中的方法，采用一级澄清、二级浓缩、三级增浓、最后干燥的耦合工艺对反应产物急冷废水进行净化、对催化剂进行浓缩回收。其具体运作过程及效果描述如下反应产物急冷废水性质
权利要求
1.异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的方法，其特征在于，包括如下步骤 (a)对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水进行固液分离，分离后的第一净化急冷水经急冷水中间罐后回急冷器，循环使用，分离后的第一含催化剂急冷废水送至下一步； (b)对分离后的第一含催化剂急冷废水进行浓缩处理，浓缩处理后的第二净化急冷水循环使用，对浓缩处理后的第二含催化剂急冷废水进行增浓处理得到第三含催化剂急冷废水； (C)增浓后的第三含催化剂急冷废水采用干燥的方式使催化剂以固态形式回收。
2.如权利要求I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急冷废水夹带的催化剂颗粒含量为200 1000mg/L，催化剂颗粒粒径为0. I 40 y m，催化剂颗粒骨架密度为1200 2000kg/m3。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，对所述异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水进行固液分离采用微旋流分离或者过滤分离进行，分离后第一含催化剂急冷废水中催化剂含量为20 100mg/L。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，对所述分离后的第一含催化剂急冷废水进行的浓缩处理采用微旋流浓缩进行，其中，所述分离后的第一含催化剂急冷废水占反应产物急冷废水流量的I 15%。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述浓缩处理后的第二含催化剂急冷废水经微旋流增浓或者过滤与重力沉降耦合的方法进一步增浓到固含量为30 70%(v/v)的第三含催化剂急冷废水。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述固含量为30 70%(v/v)的第三含催化剂急冷废水进行干燥，其中，所述的干燥优先采用喷浆造粒干燥的方法，干燥后的催化剂以固体形式回收，干燥后的尾气去急冷器洗涤降温。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述固含量为30 70%(v/v)的第三含催化剂急冷废水进行干燥后的催化剂含水量不大于5%(v/v)。
8.一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的装置，其特征在于，该装置包括 急冷器，用以对异丁烷脱氢制异丁烯的反应气及干燥机干燥尾气进行洗涤净化降温；该急冷器的上部设置有一急冷水循环入口，下部设置有异丁烷脱氢制异丁烯反应气入口和干燥尾气入口，底部设置有异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水出口，所述异丁烷脱氢制异丁烯反应气入口通过反应气管线与异丁烷反应器的反应气出口连接； 微旋流澄清器，用以对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水进行固液分离；该微旋流澄清器中上部具有一个异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水入口，顶部设置有一第一净化急冷水出口，底部设置有一第一含催化剂急冷废水出口，所述急冷器底部的异丁烧脱氢制异丁烯反应产物急冷废水出口通过异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水输送管线、急冷水泵连接至异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水入口 ； 微旋流浓缩器，用以对分离后的含催化剂急冷废水进行浓缩处理；该微旋流浓缩器的中上部设置有第一含催化剂急冷废水入口，顶部设置有第二净化急冷水出口，底部设置有第二含催化剂急冷废水出口，所述微旋流澄清器底部的第一含催化剂急冷废水出口通过第一含催化剂急冷废水输送管线与第一含催化剂急冷废水入口连接； 微旋流增浓器，用以对浓缩后的含催化剂急冷废水进行增浓处理；该微旋流增浓器的中上部设置有一第二含催化剂急冷废水入口，顶部设置有第三净化急冷水出口，底部设置有第三含催化剂急冷废水出口，所述微旋流浓缩器底部的第二含催化剂急冷废水出口通过第二含催化剂急冷废水输送管线与第二含催化剂急冷废水入口连接； 急冷水中间罐，用以接纳微旋流澄清器、微旋流浓缩器、微旋流增浓器处理后产生的净化急冷水，并起缓冲作用；所述急冷水中间罐的上部设置有一净化急冷水入口，底部设置有急冷水循环出口，所述微旋流澄清器顶部的第一净化急冷水出口、微旋流浓缩器顶部的第二净化急冷水出口、微旋流增浓器顶部的第三净化急冷水出口通过净化急冷水输送管线与净化急冷水入口连接，急冷水中间罐底部的急冷水循环出口通过急冷水循环管线、急冷水循环泵与急冷器上部的急冷水循环入口连接； 喷浆造粒干燥机，用以对催化剂进行干燥回收；该喷浆造粒干燥机具有一个含催化剂 急冷废水入口、一个尾气出口和一个催化剂回收口，该含催化剂急冷废水入口通过第三含催化剂急冷废水输送管线与所述微旋流增浓器底部的第三含催化剂急冷废水出口连接，所述尾气出口通过尾气输送管线与急冷器下部的干燥尾气入口连接。
全文摘要
本发明涉及异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的方法与装置，提供了一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的方法，包括如下步骤(a)对异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水进行固液分离，分离后的第一净化急冷水经急冷水中间罐后回急冷器，循环使用，分离后的第一含催化剂急冷废水送至下一步；(b)对分离后的第一含催化剂急冷废水进行浓缩处理，浓缩处理后的第二净化急冷水循环使用，对浓缩处理后的第二含催化剂急冷废水进行增浓处理得到第三含催化剂急冷废水；(c)增浓后的第三含催化剂急冷废水采用干燥的方式使催化剂以固态形式回收。本发明还提供了一种异丁烷脱氢制异丁烯反应产物急冷废水综合化利用的装置。
文档编号B01D36/04GK102716605SQ201210238170
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者吕文杰, 崔馨, 汪华奎, 汪华林, 沈玲, 许德建 申请人:上海华畅环保设备发展有限公司