一種帶換熱機組合成乙醇的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤化工領(lǐng)域，具體地涉及一種帶換熱機組合成乙醇的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]換熱器是化工裝置中最常見，甚至是必不可少的設(shè)備。按其布置方式分為臥式換熱器和立式換熱器，按其用途分為冷凝器、冷卻器、加熱器(再沸器)、熱交換器等，按其結(jié)構(gòu)形式又分為管殼式換熱器、套管式換熱器和板式換熱器三大類，前者又分為固定管板式、U形管式、浮頭式、釜式換熱器等等，固定管板式換熱器又可分為單管程和多管程，真可謂形式多樣，種類繁多。
[0003]目前化工生產(chǎn)過程中，常規(guī)換熱器本體和管道連接都采用的是法蘭式連接方式，根據(jù)管道的溫度和壓力變化情況確定是否考慮采用膨脹節(jié)，在熱力學(xué)中膨脹節(jié)的作用一是消除熱脹冷縮對管道的補償；另一個作用是管道熱應(yīng)力的消除，避免管道拉傷?！督饘俨y管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)GB/T12777-2008中有對膨脹節(jié)工況分類、材料牌號、矩形波紋管的設(shè)計和制造要求、結(jié)構(gòu)件的焊接結(jié)構(gòu)要求和方形萬向環(huán)的設(shè)計方法。
[0004]在實際使用過程中，低溫工況下使用膨脹節(jié)消除熱應(yīng)力、形變及振動效果比較好，可以滿足工藝生產(chǎn)要求，但在溫度高的工況下容易出現(xiàn)膨脹節(jié)容易出現(xiàn)疲勞破損，特殊情況下可以導(dǎo)致爆炸發(fā)生，存在安全隱患。
[0005]在石油化工生存過程中，工藝設(shè)計上經(jīng)?？紤]熱量的綜合利用，熱量的利用一般利用換熱器來實現(xiàn)，有直接移除的，有回收利用的，一般工藝條件具備的情況下都考慮的是回收利用，充分降低能耗，降低生產(chǎn)成本，典型的使用有耦合精餾、熱泵技術(shù)等。
[0006]以上提到的換熱器連接及熱量回收利用在常規(guī)石油化工生產(chǎn)過程中是可以滿足設(shè)計和生產(chǎn)操作要求的，但在高溫高壓易燃易爆的生產(chǎn)環(huán)境存在以下三個問題:第一是:熱量回收效率欠佳；第二是:管道用法蘭連接方式進行連接，在升溫及降溫過程中，在法蘭位置連接位置處容易出現(xiàn)泄露燃燒爆炸情況；第三是:生產(chǎn)在升溫及降溫過程中熱變形容易拉壞設(shè)備和管道；第四是:用來做緩沖作用的膨脹節(jié)容易拉斷。
[0007]醋酸加氫制乙醇工況為高溫高壓，工作壓力為4.0MPa(G)，溫度為300°C，還原溫度為320°C，反應(yīng)介質(zhì)為99.9%的氫氣及醋酸混合物在催化劑作用下合成粗乙醇，醋酸加氫為放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱約為43.9kJ/moL.醋酸加氫反應(yīng)熱在氣冷反應(yīng)器內(nèi)通過加熱入塔的方式，維持系統(tǒng)熱量平衡。反應(yīng)合成乙醇混合氣溫度要求較高，但原料混合氣溫度為常溫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對以上工藝情況，本申請用從反應(yīng)器出來的高溫粗乙醇混合氣分級加熱原料混合氣，使進入反應(yīng)器的溫度可以滿足乙醇合成床層溫度要求，同時進行反應(yīng)器內(nèi)的自身換熱，這樣就可以有限降低能耗，同時可以保證生產(chǎn)穩(wěn)定運行。
[0009]本發(fā)明充分考慮熱量回收利用、管道熱應(yīng)力的消除及系統(tǒng)法蘭密封問題，以達到解決醋酸加氫制乙醇的工藝中存在的問題。
[0010]本發(fā)明針對醋酸加氫制乙醇工藝的實際工況進行設(shè)計，具體技術(shù)方案如下:一種帶換熱機組合成乙醇的工藝，其工藝步驟如下:
[0011](I)原料混合氣經(jīng)管道依次進第三換熱器，第二換熱器，第一換熱器，
[0012](2)原料混合氣再經(jīng)管道從底部進入反應(yīng)器，由直支管送至反應(yīng)器頂部后放出，在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生催化加氫反應(yīng)，
[0013](3)催化加氫反應(yīng)后的混合物從底部經(jīng)管道依次進第一換熱器，第二換
[0014]熱器，第三換熱器。
[0015]所述第二換熱器還設(shè)置有冷氣旁路調(diào)節(jié)閥。
[0016]整個帶換熱機組的乙醇合成反應(yīng)器的核心在于三級換熱器裝置和直支管，采用本發(fā)明通過三級換熱器和直支管，對熱量進行回收，所用裝置的性能系數(shù)、能源利用率等重要因素都得到了提高，熱量得到了有效回收和利用，大大降低了能耗，以達到最佳經(jīng)濟效果。
[0017]所述第二換熱器還設(shè)置有冷氣旁路調(diào)節(jié)閥。觸媒層靈敏溫度由第二換熱器出口冷氣旁路調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)控制。冷氣旁路調(diào)節(jié)閥的一系列自動控制元件根據(jù)工作環(huán)境的溫度變化，產(chǎn)生導(dǎo)通或者斷開控制第二換熱器內(nèi)的工作狀態(tài)的溫度，從而可以調(diào)節(jié)反應(yīng)器I里的溫度來保證反應(yīng)器I里的反應(yīng)溫度的大小。
[0018]反應(yīng)器、粗乙醇反應(yīng)器熱氣出口管道、第一換熱器、粗乙醇第一換熱器熱氣出口管道、第二換熱器、粗乙醇第二換熱器熱氣出口管道、第三換熱器、粗乙醇第三換熱器出口管道之間采用直接焊接連接方式。原料氫氣第三換熱器進口管道、第三換熱器、醋酸及氫氣混合氣第二換熱器進口管道、第二換熱器、混合氣第一換熱器進口管道、第一換熱器、混合氣反應(yīng)器進口管道、反應(yīng)器之間采用直接焊接連接方式。設(shè)備和管道之間連接采用直接焊接，焊縫無缺陷(夾渣、氣孔、裂紋)，就可以達到很好的密封效果，解決了醋酸加氫制乙醇高溫高壓反應(yīng)狀況下連接法蘭泄露問題；系統(tǒng)熱量得到分級應(yīng)用，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定。
[0019]本發(fā)明熱量回收利用率高、管道與設(shè)備之間采用直接焊接的方式，焊縫無缺陷(夾渣、氣孔、裂紋)，就可以達到很好的密封效果，消除了管道熱應(yīng)力及系統(tǒng)法蘭密封問題，以達到解決醋酸加氫制乙醇的工藝中存在的問題。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的一種帶換熱機組合成乙醇的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖1中，各部分附圖標(biāo)記分別為:1:反應(yīng)器、2:粗乙醇反應(yīng)器熱氣出口管道、3:第一換熱器、4:粗乙醇第一換熱器熱氣出口管道、5:第二換熱器、6:粗乙醇第二換熱器熱氣出口管道、7:第三換熱器、8:粗乙醇第三換熱器出口管道、9:原料氫氣第三換熱器進口管道、10:醋酸及氫氣混合氣第二換熱器進口管道、11:混合氣第一換熱器進口管道、12:混合氣反應(yīng)器進口管道、13:冷氣旁路調(diào)節(jié)閥、14:直支管。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明提出一種乙醇合成反應(yīng)器的換熱器直連及副產(chǎn)熱量的分級利用工藝，并以此改造了其反應(yīng)設(shè)備。
[0023]具體技術(shù)方案如下:
[0024]如圖1所示，一種帶換熱機組合成乙醇的工藝，包括反應(yīng)器1、第一換熱器3、第二換熱器5、第三換熱器7、粗乙醇反應(yīng)器熱氣出口管道2、粗乙醇第一換熱器熱氣出氣口管道4、粗乙醇第二換熱器熱氣出口管道6、粗乙醇第三換熱器出口管道8、原料氫氣第三換熱器進口管道9、醋酸及氫氣混合氣第二換熱器進口管道10、混合氣第一換熱器進口管道11、混合氣反應(yīng)器進口管道12，所述粗乙醇反應(yīng)器熱氣出口管道2 —端連著反應(yīng)器1，另一端連著第一換熱器3，所述粗乙醇第一換熱器熱氣出氣