反应气体的急冷系统及反应气体的急冷方法

摘要

本发明提供了一种反应气体的急冷系统及反应气体的急冷方法。该急冷系统包括：洗涤冷却装置，包括换热管和设置于换热管的上方的急冷水分布管，且反应气体通过换热管后得到洗涤后气体；喷雾装置，洗涤后气体经过喷雾装置后得到含水雾气体；旋流分离器，用于分离去除含水雾气体中的固体颗粒，得到含固体颗粒水和分离后气体；冷凝装置，用于去除分离后气体中的大部分水及油，得到冷凝气体。本发明提供的急冷系统及急冷方法避开了急冷水系统传热系数低的问题，从而改善了设备除尘效果，进而解决水洗水含固堵塞塔盘及管道的问题。此外，本发明具有投资少、催化剂去除效率高、反应产物冷却效果好、操作简单、运行稳定等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及急冷技术领域，具体而言，涉及一种反应气体的急冷系统及反应气体的急冷 方法。

背景技术

乙烯和丙烯是石油化工工业的基础原料。目前，烯烃主要通过烃类裂解或催化裂解获得。 在全球石油供应日趋紧张的情况下，人们开发了用氧化物(特别是以甲醇、乙醇为原料)生 产低碳烯烃的工艺。其中，醇类等原料可以用天然气或煤炭的合成气生产，这样就很好地解 决了国家对外石油依存度高的问题。

目前，甲醇制烯烃技术中急冷水洗技术均是通过急冷系统给反应产物脱过热和洗涤除尘， 或者利用水洗塔(或甲醇洗涤塔)将反应产物中水蒸气冷凝下来。两种技术的区别和缺点如 下：

1、急冷系统的急冷水设置冷却器，主要利用急冷水的显热给反应产物降温。急冷水的温 度较低(50℃左右)，循环量小，除尘效果好。因急冷水含固体颗粒，而固体颗粒在换热器中 会发生沉积，从而影响换热器的传热效果。随着运行时间的累积，固体沉积量逐渐增加，严 重时会堵塞设备和管道。而且，反应产物的温度下降，体积流量减少，急冷塔的底部和顶部 的气速相差较大。

2、急冷系统的急冷水不进行冷却，主要利用急冷水的潜热给反应产物降温。急冷水温度 高接近泡点温度，循环量大，除尘效果一般。由于急冷水未设冷却器，不存在堵塞设备的情 况。由于饱和水冷却过程中汽化剧烈，压力波动或负荷较大时，急冷水水幕会被吹开，造成 反应产物直接穿过急冷塔，影响除尘效果。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种反应气体的急冷系统及反应气体的急冷方法，以改善急 冷系统的除尘效果。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种反应气体的急冷系统，该急冷 系统包括：洗涤冷却装置，包括急冷水分布管，且反应气体通过洗涤冷却装置后得到洗涤后 气体；喷雾装置，洗涤后气体经过喷雾装置后得到含水雾气体；旋流分离器，用于分离去除 含水雾气体中的固体颗粒，得到含固体颗粒水和分离后气体；冷凝装置，用于去除分离后气 体中的大部分水及油，得到冷凝气体。

进一步地，急冷系统还包括急冷塔体，且洗涤冷却装置、喷雾装置、旋流分离器和冷凝 装置由下往上依次设置于急冷塔体中。

进一步地，急冷塔体的底部设置有反应气体入口管、急冷水出口和含固体颗粒水出口， 急冷塔体的顶部设置有冷凝气体出口。

进一步地，洗涤冷却装置还包括设置于急冷水分布管的下方的换热管，设置于换热管中 间的挡板以及设置于换热管的上方的间歇性补水管。

进一步地，喷雾装置包括多层塔板和设置于至少一层塔板中的喷雾器。

进一步地，旋流分离器包括多个旋流管、设置于各旋流管的上方的隔板以及设置于隔板 中的隔板降液管。

进一步地，急冷系统还包括设置于各旋流管的下方的急冷水分布盘，急冷水分布盘上设 置有至少一个急冷水分布管。

进一步地，冷凝装置包括换热塔盘、设置于换热塔盘上方的冷凝管阵列以及与冷凝管阵 列的底部相连的水及油出口，且换热塔盘的上方和冷凝管阵列的上方均设置有循环水入口， 换热塔盘的下方和冷凝管阵列的下方均设置有循环水出口。

进一步地，反应气体为甲醇制烯烃反应产物。

根据本发明的另一方面，提供了一种反应气体的急冷方法，该急冷方法包括：利用洗涤 冷却装置对反应气体进行冷却和洗涤，得到洗涤后气体；利用喷雾装置对洗涤后气体喷水雾， 得到含水雾气体；采用旋流分离器去除含水雾气体中的固体颗粒，得到含固体颗粒水和分离 后气体；采用冷凝装置去除分离后气体中的大部分水及油。

进一步地，反应气体为甲醇制烯烃反应产物，甲醇制烯烃反应产物的主要组成为乙烯、 丙烯、1-丁烯、水蒸气和催化剂细粉。

进一步地，甲醇制烯烃反应产物包括0-30vol％的乙烯、0-50vol％的丙烯和30-80vol％的水 蒸气，且甲醇制烯烃反应产物中催化剂的含量为2～20mg/L。

进一步地，甲醇制烯烃反应产物的温度为150～300℃，甲醇制烯烃反应产物的压力为 0.05～0.5MPa。

进一步地，洗涤后气体的温度为100～150℃，洗涤后气体和反应气体体积流量比在1～1.15。

进一步地，分离后气体的温度为90～150℃。分离后气体中催化剂含量为0～0.01g/L。

进一步地，含固体颗粒水中催化剂含量为500～20000mg/L。

进一步地，冷凝装置的底部温度为90～180℃，冷凝装置的顶部温度为30～50℃，冷凝装 置中的压力为0.05～0.5MPa。

应用本发明的技术方案，本发明提供的急冷系统及急冷方法避开了急冷水系统传热系数 低的问题，从而改善了设备除尘效果，进而解决水洗水含固堵塞塔盘及管道的问题。此外， 本发明具有投资少、催化剂去除效率高、反应产物冷却效果好、操作简单、运行稳定等特点。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种优选实施方式所提供的急冷系统的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申 请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图 包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时， 其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

由背景技术可知，现有急冷系统的除尘效果较差。本发明的发明人针对该技术问题进行 研究，提出了一种反应气体的急冷系统。如图1所示，该急冷系统包括：洗涤冷却装置10， 包括急冷水分布管14，且反应气体通过洗涤冷却装置10后得到洗涤后气体；喷雾装置20， 洗涤后气体经过喷雾装置20后得到含水雾气体；旋流分离器30，用于分离去除含水雾气体中 的固体颗粒，得到含固体颗粒水和分离后气体；冷凝装置40，用于去除分离后气体中的大部 分水及油，得到冷凝气体。其中，油是指分离后气体中较重烃类组分的冷凝液。较重烃类组 分可以为C5以上组分。

本发明提供的急冷系统及急冷方法避开了急冷水系统传热系数低的问题，从而改善了设 备除尘效果，进而解决水洗水含固堵塞塔盘及管道的问题。此外，本发明具有投资少、催化 剂去除效率高、反应产物冷却效果好、操作简单、运行稳定等特点。

具体而言，洗涤冷却装置10是利用饱和急冷水直接与反应气体例如甲醇制烯烃反应产物 接触换热，以完成第一步除尘。反应气体与洗涤冷却装置10的急冷水进行换热，反应气体走 换热管11内部，急冷水在换热管11表面气化，有利于防止换热管11外表面固体沉积，并增 加水雾量。

喷雾装置20是通过在塔板21间进行喷水雾，以得到含水雾气体。而含水雾气体进入旋 流分离器30后，进行汽提与小液滴雾的分离。小液滴雾可将比其直径小的固体颗粒捕获。小 液滴的比表面大，可增加除尘的速度和提高除尘的效果。

冷凝装置40将旋流后的分离后气体进过水洗冷凝和降温到烯烃分离压缩机入口要求的温 度。此段所使用的高温循环水洗水固含量很少，可作为其他装置的热源，运行周期长。

下面将更详细地描述根据本发明提供的急冷系统的示例性实施方式。然而，这些示例性 实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。 应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性 实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。

在本发明提供的急冷系统中，洗涤冷却装置10、喷雾装置20、旋流分离器30和冷凝装 置40可以独立设置并通过管路连接。在一种优选的实施方式中，进一步地，急冷系统还包括 急冷塔体，且洗涤冷却装置10、喷雾装置20、旋流分离器30和冷凝装置40由下往上依次设 置于急冷塔体中；此时，优选地，急冷塔体的底部设置有反应气体入口管51、急冷水出口52 和含固体颗粒水出口53，急冷塔体的顶部设置有冷凝气体出口54。

优选地，洗涤冷却装置10还包括设置于急冷水分布管14的下方的换热管11，设置于换 热管11中间的挡板12以及设置于换热管11的上方的间歇性补水管。挡板12作用是防止含固 体颗粒水直接进入急冷水循环塔釜，同时防止停工过程或事故状态下，塔板21上沉积的催化 剂大量落入急冷水循环塔釜。挡板12保持一定的坡度，易于使其表面的催化剂流入急冷水循 环塔釜。塔板21主要是为除尘洗涤塔板21，以供形成水幕，增加传热和洗涤接触面。

喷雾装置20可以包括多层塔板21和设置于至少一层塔板21中的喷雾器22。其中，换热 管11可将急冷水部分气化，可产生一定量的水雾。喷雾器22由给水管和喷嘴组成，作用是在 塔板21间形成水雾，强化洗涤和传热。

旋流分离器30可以包括多个旋流管31、设置于各旋流管31的上方的隔板32以及设置于 隔板32中的隔板降液管33。旋流管31作用是将气体中的液滴(带有固体颗粒)分离出来。隔板 32保证气体全部经旋流后再进入冷凝冷却段。隔板降液管33作用保证隔板32上不积液，防 止隔板32积液，造成气体流动不均匀、压力波动和偏流。隔板降液管33底部低于溢流堰， 以保证密封性，防止气体通过。

急冷系统还可以包括设置于各旋流管31的下方的急冷水分布盘13，急冷水分布盘13上 设置有至少一个急冷水分布管14。冷凝装置40包括换热塔盘41、设置于换热塔盘41上方的 冷凝管阵列42以及与冷凝管阵列42的底部相连的水及油出口，且换热塔盘41的上方和冷凝 管阵列42的上方均设置有循环水入口43，换热塔盘41的下方和冷凝管阵列42的下方均设置 有循环水出口44。换热塔盘41形式可选用筛板式、泡罩式、舌型式、浮阀式和喷射式，用以 提供换热接触面。

根据本发明的另一方面，提供了一种急冷系统反应气体的急冷方法，该急冷方法包括： 利用洗涤冷却装置10对反应气体进行冷却和洗涤，得到洗涤后气体；利用喷雾装置20对洗 涤后气体喷水雾，得到含固体颗粒水和含水雾气体；采用旋流分离器30去除含水雾气体中的 固体颗粒，得到分离后气体；采用冷凝装置40去除分离后气体中的水及油。

上述急冷方法中，优选地，反应气体为甲醇制烯烃反应产物，甲醇制烯烃反应产物的主 要组成为乙烯、丙烯、1-丁烯、水蒸气和催化剂细粉。更为优选地，甲醇制烯烃反应产物包括 0-30vol％的乙烯、0-50vol％的丙烯和30-80vol％的水蒸气，且甲醇制烯烃反应产物中催化剂的 含量为2～20mg/L。

冷却和洗涤的步骤中，优选地，甲醇制烯烃反应产物的温度为150～300℃，甲醇制烯烃反 应产物的压力为0.05～0.5MPa。洗涤后气体的温度优选为100～150℃，洗涤后气体和反应气体 体积流量比优选在1～1.15。

在一种优选的实施方式中，分离后气体的温度为90～150℃。分离后气体中催化剂含量为 0～0.01g/L。含固体颗粒水中催化剂含量优选为500～20000mg/L。优选地，冷凝装置40的底部 温度为90～180℃，冷凝装置40的顶部温度为30～50℃，冷凝装置40中的压力为0.05～0.5MPa。

下面以甲醇制烯烃的反应产物的急冷为例，并结合实际操作方法及操作工艺参数进一步 说明本发明提供的急冷系统及急冷方法。

在本实施例提供的急冷塔中，塔的底部直径7000mm，顶部直径3500mm，塔高40m；洗 涤冷却装置10的操作温度130℃，操作压力0.18MPa，设计温度300℃，设计压力0.5MPa； 喷雾装置20和旋流分离器30的设计温度为155℃。

在本实施例提供的急冷方法中，甲醇制烯烃的反应产物进行冷却和洗涤前的温度为 277℃，表压为0.24MPa，质量流量为273t/h；在冷却和洗涤的步骤中，急冷水的温度为130℃， 急冷水的补水量41t/h，急冷水循环量为420t/h；在喷雾和旋流分离的步骤中，喷雾旋流段的 出口的气体流量为314t/h，冷却冷凝段塔釜中的水洗水温度为117.5℃，水洗水循环量为 2400t/h；反应气体入口管出的气体流量273t/h，冷凝气体出口的气体流量97t/h。

实施例1

本实施例采用图1所示的急冷装置对反应气体进行急冷，其中，反应气体为甲醇制烯烃 反应产物，甲醇制烯烃反应产物包括50vol％的丙烯和50％vol％的水蒸气，且甲醇制烯烃反应 产物中所述催化剂的含量为2mg/L，甲醇制烯烃反应产物的温度为300℃，甲醇制烯烃反应产 物的压力为0.05MPa，该急冷方法包括：

利用洗涤冷却装置10对反应气体进行冷却和洗涤得到洗涤后气体，其中洗涤后气体的温 度为100℃，洗涤后气体和反应气体体积流量比在1.15；

利用喷雾装置20对洗涤后气体喷水雾，得到含固体颗粒水和含水雾气体，其中含固体颗 粒水中催化剂含量为500mg/L；

采用旋流分离器30去除含水雾气体中的固体颗粒得到分离后气体，其中，分离后气体的 温度为90℃。所述分离后气体中催化剂含量为0.005g/L，含固体颗粒水中催化剂含量为 20000mg/L；

采用冷凝装置40去除分离后气体中的大部分水及油，其中冷凝装置40的底部温度为 90℃，冷凝装置40的顶部温度为30℃，冷凝装置40中的压力为0.05MPa。

实施例2

本实施例采用图1所示的急冷装置对反应气体进行急冷，其中，反应气体为甲醇制烯烃 反应产物，甲醇制烯烃反应产物包括30vol％的乙烯和70％vol％的水蒸气，述甲醇制烯烃反应 产物中催化剂的含量为20mg/L，甲醇制烯烃反应产物的温度为150℃，甲醇制烯烃反应产物 的压力为0.5MPa，该急冷方法包括：

利用洗涤冷却装置10对反应气体进行冷却和洗涤得到洗涤后气体，其中洗涤后气体的温 度为1150℃，洗涤后气体和反应气体体积流量比在1；

利用喷雾装置20对洗涤后气体喷水雾，得到含固体颗粒水和含水雾气体，其中含固体颗 粒水中催化剂含量为20000mg/L；

采用旋流分离器30去除含水雾气体中的固体颗粒得到分离后气体，其中，分离后气体的 温度为150℃，其中分离后气体中催化剂含量为0.01g/L，含固体颗粒水中催化剂含量为 500mg/L；

采用冷凝装置40去除分离后气体中的大部分水及油，其中冷凝装置40的底部温度为 180℃，冷凝装置40的顶部温度为50℃，冷凝装置40中的压力为0.5MPa。

实施例3

本实施例采用图1所示的急冷装置对反应气体进行急冷，其中，反应气体为甲醇制烯烃 反应产物，甲醇制烯烃反应产物包括10vol％的乙烯、30vol％的丙烯和60％vol％的水蒸气，且 所述甲醇制烯烃反应产物中催化剂的含量为10mg/L，甲醇制烯烃反应产物的温度为200℃， 甲醇制烯烃反应产物的压力为0.2MPa，该急冷方法包括：

利用洗涤冷却装置10对反应气体进行冷却和洗涤得到洗涤后气体，其中洗涤后气体的温 度为120℃，洗涤后气体和反应气体体积流量比在1.1；

利用喷雾装置20对洗涤后气体喷水雾，得到含固体颗粒水和含水雾气体，其中含固体颗 粒水中催化剂含量为2000mg/L；

采用旋流分离器30去除含水雾气体中的固体颗粒得到分离后气体，其中，分离后气体的 温度为100℃，分离后气体中催化剂含量为0.005g/L，含固体颗粒水中催化剂含量为 10000mg/L；

采用冷凝装置40去除分离后气体中的大部分水及油，其中冷凝装置40的底部温度为 100℃，冷凝装置40的顶部温度为40℃，冷凝装置40中的压力为0.1MPa。

从以上实施例可以看出，本发明上述的实例实现了如下技术效果：本发明提供的急冷系 统及急冷方法避开了急冷水系统传热系数低的问题，从而改善了设备除尘效果，进而解决水 洗水含固堵塞塔盘及管道的问题。此外，本发明具有投资少、催化剂去除效率高、反应产物 冷却效果好、操作简单、运行稳定等特点。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、 改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。