丙烷脱氢系统的制作方法

1.本技术属于丙烷催化脱氢设备技术领域，具体涉及一种丙烷脱氢系统。


背景技术：

2.近年来，随着丙烷脱氢制丙烯技术的不断完善，以及丙烯市场的需求量的增加，丙烷脱氢制丙烯技术越来越受到技术开发企业和需求市场的重视，整个装置系统的能耗或换热成本也被提上了日程。目前，一些丙烷脱氢工艺系统中，在反应系统中首先将反应器出口的高温气体分为两股，一股用于副产高压蒸汽，然后再将两股物流混合后去预热反应进料气。但在该换热过程中，反应器出口高温气体温位较高，利用其副产高压蒸汽存在温差较大，高品位能量利用效率低，将两股高、低温的反应出口气再混合，也大大降低了能量的品质，存在高品位能量损失严重等缺点。
3.因此，现有的丙烷脱氢系统中的换热装置的换热效果一般，单位产品能耗较高，影响了装置的经济效益。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少一定程度上解决上述技术问题之一。
5.为此，本实用新型提出一种丙烷脱氢系统，其换热效果较好，使用成本较低，可以节约能耗，能够解决当前丙烷脱氢系统中的换热方式存在能耗较高、增加了生产成本的问题。
6.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
7.根据本实用新型实施例，提供一种丙烷脱氢系统，其包括脱氢反应装置、循环水装置和换热装置，所述脱氢反应装置与所述换热装置连通，所述循环水装置分别与所述脱氢反应装置和所述换热装置连通；
8.其中，所述换热装置包括开架式换热器，所述开架式换热器设有换热单元，所述换热单元设有介质进口和介质出口，所述介质进口与介质输入管路连接，所述介质输入管路包括丙烷输入管路或丙烯输入管路；所述介质出口与介质输出管路连接，所述介质输出管路包括丙烷输出管路或丙烯输出管路；
9.所述开架式换热器还设有供水单元，所述供水单元位于所述换热单元的上方，所述供水单元与所述循环水装置连通，用于向所述换热单元表面提供流水以便加热所述换热单元中的介质。
10.另外，根据本实用新型的丙烷脱氢系统，还可以具有如下附加的技术特征：
11.在本实用新型的一些实施例中，所述换热单元包括第一集液管、第二集液管和多个换热管，所述第一集液管位于所述换热单元下方侧端，所述第一集液管具有所述介质进口，所述第二集液管位于所述换热单元的上方侧端，所述第二集液管具有所述介质出口，多个所述换热管的下端和上端分别与所述第一集液管和所述第二集液管连通。
12.在本实用新型的一些实施例中，多个所述换热管组成板状排列；
13.和/或，所述换热单元还包括多个第一管板和多个第二管板，多个所述第一管板的两端分别与所述第一集液管和多个所述换热管的底部连通，多个所述第二管板的两端分别与所述第二集液管和多个所述换热管的顶部连通。
14.在本实用新型的一些实施例中，所述供水单元包括喷淋装置和/或架装在所述换热单元上的水槽。
15.在本实用新型的一些实施例中，所述开架式换热器还设有储水单元，所述储水单元位于所述换热单元的下方，用于收集与所述换热单元内的介质进行换热后的循环水。
16.在本实用新型的一些实施例中，所述供水单元通过循环水回水管路与所述循环水装置连接，所述储水单元通过换热后出水管路与所述循环水装置连接；
17.和/或，所述储水单元为设于所述换热单元下方的储水槽。
18.在本实用新型的一些实施例中，所述换热装置还包括低温丙烷储罐，所述低温丙烷储罐通过低温丙烷输送泵与所述丙烷输入管路连接；
19.和/或，所述换热装置还包括低温丙烯储罐，所述低温丙烯储罐通过低温丙烯输送泵与所述丙烯输入管路连接。
20.在本实用新型的一些实施例中，所述开架式换热器包括第一开架式换热器，用于对低温丙烷进行预加热；
21.用于存储低温丙烷的低温丙烷储罐通过低温丙烷输送泵与所述丙烷输入管路连接，低温丙烷进入所述第一开架式换热器中的换热单元与循环水进行换热，经过换热后的丙烷通过所述丙烷输出管路进入至所述脱氢反应装置中进行催化脱氢反应。
22.在本实用新型的一些实施例中，所述开架式换热器包括第二开架式换热器，用于对低温丙烯进行加热；
23.所述脱氢反应装置的出口与用于存储低温丙烯的低温丙烯储罐连通，所述低温丙烯储罐通过低温丙烯输送泵与所述丙烯输入管路连接，低温丙烯进入所述第二开架式换热器中的换热单元与循环水进行换热，经过换热后的丙烯通过所述丙烯输出管路向外部输送。
24.在本实用新型的一些实施例中，所述开架式换热器还包括第三开架式换热器，所述第三开架式换热器为备用换热器。
25.相较于现有技术，本实用新型的技术方案的有益效果在于：
26.根据本实用新型实施例的丙烷脱氢系统，其中的换热装置可以应用于丙烷脱氢系统中，可用于原料丙烷或产品丙烯的换热，该换热装置包括开架式换热器，该开架式换热器设有换热单元和供水单元，供水单元与丙烷脱氢系统中的循环水装置连通。在开架式换热器中，以低温丙烷或丙烯作为冷源，以丙烷脱氢系统中的循环水作为热源，低温丙烷或低温丙烯通过丙烷输入管路或丙烯输入管路经由介质进口进入至换热单元中，位于换热单元上方的供水单元向换热单元表面提供流水（较高温度的循环水），从而位于换热单元内的低温丙烷或低温丙烯与位于换热单元外表面的较高温度的循环水进行换热，以使低温丙烷或低温丙烯的温度升高，成为常温或高温丙烷或丙烯，使较高温度的循环水的温度降低，成为较低温度的循环水；该常温或高温丙烷或丙烯可以进入至系统的反应装置中或者进行向外输送或外售，该较低温度的循环水可以再返回至系统的循环水装置中。由此，采用该换热装置，回收了丙烷或丙烯的冷量，节省了系统内部分循环水回水降温的运行费用，节省了蒸
汽，降低了能耗，使得各资源得到充分有效利用，降低了成本。
27.本技术的丙烷脱氢系统包括所提供的换热装置，使得该系统换热效果较好，可以节约能耗，降低使用成本。本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
28.图1为本技术示例性的一些实施方式提供的丙烷脱氢系统中换热装置的结构示意图；
29.图2本技术示例性的一些实施方式提供的丙烷脱氢系统中另一种换热装置的结构示意图；
30.图3本技术示例性的一些实施方式提供的开架式换热器的结构示意图。
31.附图标记说明：
32.100-开架式换热器；
33.110-换热单元；111-介质进口；112-介质出口；113-换热管；114-第一集液管；115-第二集液管；
34.120-供水单元；130-储水单元；
35.210-丙烷输入管路；211-丙烷输出管路；
36.220-丙烯输入管路；221-丙烯输出管路；
37.230-循环水回水管路；231-换热后出水管路；
38.310-低温丙烷储罐；311-低温丙烷输送泵；312-码头；
39.320-低温丙烯储罐；321-低温丙烯输送泵。
具体实施方式
40.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
41.需要说明的是，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
42.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例进行详细地说明。
43.请参阅图1至图3所示，在一些实施例中，提供一种丙烷脱氢系统，该丙烷脱氢系统包括换热装置和循环水装置，该换热装置可以应用于丙烷脱氢系统中，该换热装置可以与丙烷脱氢系统中的循环水装置连通，也即，换热装置可以利用丙烷脱氢系统中的循环水作为热源，利用丙烷或丙烯作为冷源，经过换热后，丙烷或丙烯的温度升高，可以进行反应或进行外输，循环水的温度升高，可以再返回至系统的循环水装置中进行循环利用。
44.需要说明的是，本实施例对于系统中循环水装置的具体结构或连接关系或原理等不作限制，可以参考丙烷脱氢技术中常规的循环水设备的设置，本实施例对此不作限定，在此不再详细描述。
45.本实施例中，换热装置包括开架式换热器100。相关技术中，在丙烷脱氢领域，所采用的换热器大多是管式换热器等常规类型的换热器，在本技术的申请日之前，尚未发现采用开架式换热器对丙烷脱氢中的原料或产品等进行换热。本技术实施例中，将开架式换热器100应用到丙烷脱氢项目中，例如应用到丙烷脱氢年产60万吨丙烯项目中，以丙烷为原料，在固定床反应器中进行脱氢反应，反应气体通过压缩、低温回收、产品精制等单元生产聚合级丙烯，储存在常温球罐及低温丙烯储罐320内，再根据需求外输销售。在此过程中，使用开架式换热器100进行换热，结构简单，换热效果好，可以节约能源、降低能耗，有助于降低生产成本。
46.具体的，如图1至图3所示，开架式换热器100设有换热单元110，换热单元110设有介质进口111和介质出口112，介质进口111与介质输入管路连接，介质输入管路包括丙烷输入管路210或丙烯输入管路220；也即，进入换热单元110中的介质可以为丙烷或丙烯，介质进口111可以与丙烷输入管路210连接，或者介质进口111可以与丙烯输入管路220连接；介质出口112与介质输出管路连接，介质输出管路包括丙烷输出管路211或丙烯输出管路221，与介质进口111的连接管路相对应的，介质出口112可以与丙烷输出管路211连接，或者介质出口112可以与丙烯输出管路221连接。
47.开架式换热器100还设有供水单元120，供水单元120位于换热单元110的上方，供水单元120与循环水装置连通，用于向换热单元110表面提供流水以便加热换热单元110中的介质。通过将供水单元120设置在换热单元110的上方，可以使供水单元120中的循环水在重力作用下自上而下流动，并沿着换热单元110的外表面向下流动，以作为热源与低温丙烷或丙烯进行换热。
48.由此，基于以上设置，在丙烷脱氢系统中，本实施例通过开架式换热器100的设置，以低温丙烷或丙烯作为冷源，以丙烷脱氢系统中的循环水作为热源，低温丙烷或低温丙烯通过丙烷输入管路210或丙烯输入管路220经由介质进口111进入至换热单元110中，位于换热单元110上方的供水单元120向换热单元110表面提供流水（相对较高温度的循环水），从而位于换热单元110内的低温丙烷或低温丙烯与位于换热单元110外表面的较高温度的循环水进行换热，以使低温丙烷或低温丙烯的温度升高，成为常温或相对较高温度的丙烷或丙烯，使较高温度的循环水的温度降低，成为相对较低温度的循环水；该常温或相对较高温度丙烷或丙烯可以进入至系统的反应装置中进行反应或者进行向外输送或进行外售，该较低温度的循环水可以再返回至系统的循环水装置中进行循环利用。由此，采用该换热装置，回收了丙烷或丙烯的冷量，节省了系统内部分循环水回水降温的运行费用，节省了蒸汽，降低了能耗，使得各资源得到充分有效利用，降低了成本。本实施例的换热装置的结构简单，换热效果较好，可以节约能耗，节省生产成本。
49.本实施例中，换热前的低温丙烷的温度可以为-42℃左右，换热后的丙烷的温度可以为15℃左右。换热前的低温丙烯的温度可以为-47℃左右，换热后的丙烯的温度可以为大于约15℃。
50.本实施例中，所采用的开架式换热器100(open rack heater，简称orh）可以为相关领域（如液化天然气领域）中常规的或具有改进结构的开架式换热器。开架式换热器100的运行原理与开架式气化器（open rack vaporizer，简称orv）的运行原理类似，开架式气化器在液化天然气（lng）接收站中具有广泛的应用，是lng接收站工艺流程上的核心设备之
一。
51.如图3所示，在一些实施例中，换热单元110包括第一集液管114、第二集液管115和多个换热管113，第一集液管114位于换热单元110下方侧端，第一集液管114具有介质进口111，第二集液管115位于换热单元110的上方侧端，第二集液管115具有介质出口112，多个换热管113的下端和上端分别与第一集液管114和第二集液管115连通。如，可以在多个换热管113的下方左侧端设置第一集液管114，该第一集液管114设有介质进口111，介质进口111用于与丙烷输入管路210或丙烯输入管路220连接，且第一集液管114与多个换热管113的底端连通；在多个换热管113的上方左侧端设置第二集液管115，第二集液管115设有介质出口112，介质出口112用于与丙烷输出管路211或丙烯输出管路221连接，且第二集液管115与多个换热管113的顶端连通。
52.可选的，换热管113的材质可以为金属或合金，如可以采用铝合金，有助于保证强度，并降低重量，且传热效果好。
53.在一些实施例中，多个换热管113组成板状排列。
54.在一些实施例中，换热单元110还包括多个第一管板和多个第二管板，多个第一管板的两端分别与第一集液管114和多个换热管113的底部连通，多个第二管板的两端分别与第二集液管115和多个换热管113的顶部连通。上述第一管板设置在第一集液管114和换热管113之间，第二管板设置在第二集液管115和换热管113之间；第一管板的一端可以与第一集液管114的出口连通，第一管板的另一端可以与换热管113的入口连通；第二管板的一端可以与换热管113的出口连通，第二管板的另一端可以与第二集液管115的入口连通。
55.需要说明的是，以上示例性的列出开架式换热器100中换热单元110的结构，然而，该换热单元110的结构并不限于此，而是还可以采用其他的结构形式。
56.在一些实施例中，供水单元120包括喷淋装置和/或架装在换热单元110上的水槽。
57.上述供水单元120可以设置在多个换热管113的正上方，供水单元120可以采用喷淋装置和/或架装在换热管113上的水槽。将循环水输送至喷淋装置中，利用喷淋装置将循环水向下喷洒，以使循环水沿着换热管113的外表面向下流动；或者，可以将循环水输送至水槽中，水槽可以设有溢流部或喷洒口，如循环水可以通过水槽溢流至换热管113外表面上，依靠重力作用自上而下流动，而换热管113中的介质如丙烷或丙烯自下而上与水流方向呈逆流流动，进行换热。
58.在一些实施例中，开架式换热器100还设有储水单元130，储水单元130位于换热单元110的下方，用于收集与换热单元110内的介质进行换热后的循环水。可选的，储水单元130为设于换热单元110下方的储水槽。通过在换热管113的下方设置储水槽，可以使在换热管113外表面自上而下流动的换热后的循环水汇集在储水槽中，以收集或存储换热后的循环水。
59.在一些实施例中，供水单元120通过循环水回水管路230与循环水装置连接，储水单元130通过换热后出水管路231与循环水装置连接。在系统的循环水装置中，具有循环水回水部分和循环水上水部分，位于换热管113上方的供水单元120通过循环水回水管路230与循环水装置连接，即该供水单元120中的相对较高温度的循环水可以是循环水装置中的回水。位于换热管113下方的储水单元130通过换热后出水管路231（循环水上水管路）与循环水装置连接，即该储水单元130中的相对较低温度的循环水可以是循环水装置中的上水。
60.图1至图3中，cwr表示循环水回水，cws表示循环水上水。
61.可选的，循环水回水管路230和换热后出水管路231上分别设置有输送泵。
62.根据本实施例，开架式换热器100（orh）的基本单元是换热单元110（包括换热管或传热管），换热管113的材质可以为铝合金，由若干换热管113组成板状排列，两端与集液管焊接形成一个管板，再由若干个管板组成换热器。换热器的顶部设有供水单元120如循环水分布喷淋装置，循环水进入换热单元110上端的水槽，通过水槽溢流至管板外表面上，依靠重力作用自上而下流动，然后汇集在底部的储水槽内，再通过泵送至循环水的上水系统。低温丙烷或低温丙烯从换热管113的底部进入，自下而上、与水流方向成逆流流动，在这个过程中通过管壁翅片换热。
63.如图1或图2所示，在一些实施例中，换热装置还包括低温丙烷储罐310，低温丙烷储罐310通过低温丙烷输送泵311与丙烷输入管路210的一端连接，丙烷输入管路210的另一端与换热单元110的介质进口111连接。其中，低温丙烷储罐310可以包括位于码头312的低温丙烷储罐310和位于厂区内的低温丙烷储罐310，位于码头312的低温丙烷储罐310与位于厂区内的低温丙烷储罐310相连通。
64.如图1或图2所示，在一些实施例中，换热装置还包括低温丙烯储罐320，低温丙烯储罐320通过低温丙烯输送泵321与丙烯输入管路220的一端连接，丙烯输入管路220的另一端与换热单元110的介质进口111连接。
65.根据实施例，在丙烷脱氢年产60万吨丙烯项目中，原料丙烷定期由lpg船运到码头312，并卸到码头312库区低温丙烷储罐310，再通过低温丙烷储罐310内的罐内泵以100吨/小时将-42℃的原料丙烷泵送至厂区内的低温丙烷储罐310中，低温丙烷经过开架式换热器100加热到15℃后供系统中的反应装置使用。储存在低温丙烯储罐320内的-47℃产品丙烯，经过开架式换热器100加热到大于15℃后外输。对于低温丙烷、丙烯加热器的选择，采用开架式换热器100，以系统内的循环水回水作为热源，将低温丙烷、丙烯加热，换热后的循环水泵送至循环水的上水系统。采用该换热装置，是回收了低温丙烷、丙烯的冷量，节省了为系统内部分循环水回水降温的运行费用、节省了蒸汽，可以为国内类似装置提供了一定的借鉴。
66.在一些实施例中，该丙烷脱氢系统还包括脱氢反应装置，也即，该丙烷脱氢系统包括脱氢反应装置、循环水装置及换热装置，脱氢反应装置与换热装置连通，循环水装置分别与脱氢反应装置和换热装置连通。
67.应理解，上述丙烷脱氢系统中的脱氢反应装置、循环水装置等装置结构的具体类型或连接设置及工作原理可以参考现有技术，本实施例对此不作限定，在此不再详细描述。
68.本实施例中，丙烷脱氢系统中可以设置三台开架式换热器100，其中一台开架式换热器100可用于原料丙烷的换热，另一台开架式换热器100可用于丙烯的换热，又一台开架式换热器100可以作为备用换热器使用。
69.此外，在其他实施方式中，丙烷脱氢系统中还可以设置一台、两台或三台以上的开架式换热器100，本实施例对于开架式换热器100的具体数量不作限定。
70.在一些实施例中，换热装置包括第一开架式换热器，该第一开架式换热器可用于对低温丙烷进行预加热。在使用时，用于存储低温丙烷的低温丙烷储罐310通过低温丙烷输送泵311与丙烷输入管路210连接；如位于码头312的低温丙烷储罐310与位于厂区内的低温
丙烷储罐310相连通，厂区内的低温丙烷储罐310与丙烷输入管路210的一端连接，丙烷输入管路210的另一端与介质进口111连接。低温丙烷经由丙烷输入管路210和介质进口111进入第一开架式换热器中的换热单元110中，自下而上流动，与位于换热单元110上方的供水单元120提供的自上而下流动在换热单元110外表面的循环水进行换热，经过换热后的丙烷通过介质出口112及丙烷输出管路211进入至脱氢反应装置中进行催化脱氢反应，也即，丙烷输出管路211的一端可以与介质出口112连接，另一端可以与脱氢反应装置连通；经过换热后的循环水可以再返回至循环水装置中进行循环利用。
71.在一些实施例中，换热装置包括第二开架式换热器，该第二开架式换热器可用于对低温丙烯进行加热。在使用时，脱氢反应装置的出口与用于存储低温丙烯的低温丙烯储罐320连通，低温丙烯储罐320通过低温丙烯输送泵321与丙烯输入管路220连接，如低温丙烯储罐320与丙烯输入管路220的一端连接，丙烯输入管路220的另一端与介质进口111连接。低温丙烯经由丙烯输入管路220和介质进口111进入第二开架式换热器中的换热单元110中，自下而上流动，与位于换热单元110上方的供水单元120提供的自上而下流动在换热单元110外表面的循环水进行换热，经过换热后的丙烯通过丙烯输出管路221向外部输送，如可以进行外售；经过换热后的循环水可以再返回至循环水装置中进行循环利用。
72.在一些实施例中，换热装置还包括第三开架式换热器，第三开架式换热器为备用换热器。
73.上述第一开架式换热器、第二开架式换热器或第三开架式换热器的具体结构或连接设置可以参考前述换热装置部分的阐述，在此不再详细描述。
74.该丙烷脱氢系统中可以设置三台开架式换热器100，其中，第一开架式换热器可用于加热-42℃原料丙烷，第二开架式换热器可用于加热-47℃产品丙烯，第三开架式换热器可以作为备用换热器。每个换热器均为1个管板，换热管100根。开架式换热器的主要工艺设计参数如下：
[0075][0076]
综上，本技术的丙烷脱氢系统包括换热装置，该换热装置包括开架式换热器100，使用开架式换热器100的优点在于，回收了低温丙烷、丙烯的冷量，节省了为系统内部分循环水回水降温的运行费用，同时也节省了蒸汽。比如，用以蒸汽为热源的正丁烷加热器，每加热100吨丙烷（或丙烯）需要耗用蒸汽约5.3吨（217元/吨蒸汽），一年运行时间按7800小时计算，两台加热器的运行费用约1800万元；而本技术实施例通过使用上述开架式换热器，可以降低能耗，节省成本。
[0077]
本实用新型说明书中未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
[0078]
在本技术的描述中，除非另有明确的规定，第一特征在第二特征
“ꢀ
上”或
“ꢀ
下”可
以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0079]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语
ꢀ“
上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0080]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0081]
上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。