丁烯水合工艺使用液力透平的可行性研究_文婷

第41卷第8期2013年4月广州化工

Guangzhou Chemical Industry Vol.41No.8April.2013

丁烯水合工艺使用液力透平的可行性研究

文

婷，王建平

(东华工程科技股份有限公司，安徽

合肥230022)

摘

要：介绍了丁烯水合工艺和液力透平技术，提出将液力透平技术用于丁烯水合工艺的技术方案。根据上述工艺技术特

点，设计了工艺流程简图。通过计算与分析，结果表明：将液力透平用于丁烯水合工艺，与电机驱动相比，节能效果明显，约1.4年可以回收投资成本。液力透平技术用于丁烯水合工艺可行性强，应尽快得到应用。

关键词：丁烯水合；仲丁醇；液力透平中图分类号：TE08

文献标识码：A

文章编号：1001－9677（2013）08－0189－03

作者简介：文婷（1985－），女，硕士，工程师。

Feasibility Study of Butylene Hydration Process by Using a Hydraulic Turbine

WEN Ting ，WANG Jian －ping

（East China Engineering Science and Technology Co.，Ltd.，Anhui Hefei 230022，China ）

Abstract ：Butylene hydration process and hydraulic turbine were introduced.The hydraulic turbine technology for butylene hydration process was put forward.According to the technical characteristics ，the process flow diagram was designed.Calculation and analysis results showed that the hydraulic turbine for butylene hydration ，compared with the motor drive ，the energy conservation effect was obvious and the investment cost could be recovered in about 1.4years.

Hydraulic turbine technology for butylene hydration process feasibility was strong ，

which should be applied as soon as possible.Key words ：butylene hydration ；SBA ；hydraulic turbine

丁烯水合制仲丁醇、再催化脱氢是甲乙酮生产的主要工艺，该工艺已被国内外大部分甲乙酮生产企业采用，如哈石化、兰州石化等。丁烯水合制仲丁醇的主要生产成本为蒸汽及电力消耗。在蒸汽消耗方面，现有工艺已进行优化，消耗无法显著降低。电耗主要用于反应原料的加压，包括进料工艺水和进料丁烯，反应需要6.0MPaG 的压力，反应后物料采用减压阀减压处理，压力能白白浪费。

液力透平进行能量回收是通过回收流体的压力能来驱动其他转动机械，目前在中国石油化工总公司的几套加氢裂化和大

化肥的合成氨装置上已有应用［1］

。

本文将首先简要介绍丁烯水合工艺和液力透平技术，再对将液力透平技术用于丁烯水合工艺进行工艺流程设置和可行性分析研究。

1

丁烯水合工艺和液力透平介绍

1.1

丁烯水合工艺

丁烯水合工艺是正丁烯和水在超临界条件下反应，图1为丁烯水合主要工艺流程，具体如下：

（1）丁烯物料首先通过反应器进料泵（P －101A /B /C ）加压至7.6MPaG 。反应器进料泵送出的丁烯经反应器进出料换热器（E －101）与SBA 反应器（R －101）顶部出料换热后进入反应器进料加热器（E －102）加热至约160ħ后进入SBA 反应器（R －101）反应。

（2）反应器R －101有4个催化剂床，进料丁烯通过下部

催化剂支撑床上的分布喷嘴进行均匀分布。

（3）工艺水经水进料泵（P －102A /B ）加压至8.1MPaG 后送入循环水换热器（E －103）与R －101的出水换热升温后，去循环水加热器（E －107），通过中压蒸汽加热到反应温度后进入R －101

。

图1丁烯水合反应主要工艺流程图

（4）丁烯和工艺水向上流过催化剂床，在催化剂酸性基团上，正丁烯和水发生反应，生成SBA 。混合物通过上部催化剂支撑床上分布喷嘴离开催化剂床层。水和有机相在两催化剂床

层之间进行油水分离。

（5）工艺水通过界面液位调节阀调节去E －103，这四个阀门均为高压差阀门，直接减压至0.9MPaG 。有机相则通过分布喷嘴进入上一催化剂床层，在E －101换热后减压至1.2MPaG 去下游分离系统。

现以4万t /a 甲乙酮生产装置，列出反应器进料泵P －101A /B /C 和水进料泵P －102A /B 的主要操作参数，见表1，以便进行节能分析。

表1

丁烯水合工艺进料泵主要操作参数

设备位号流体密度/（kg /m 3

）最大流量/（m 3

/h ）扬程/m 效率/%轴功率/kW 电机动率/kW P －101A /B /C 56086138062292.1355P －102A /B

969

45.4

880

46

229.3

280

其中，反应器进料泵P －101A /B /C 为2开1备，进料最大

总流量为172m 3

/h 。水进料泵P －102A /B 为1开1备，工艺水

流量最大为45.4m 3

/h 。

1.2液力透平

液力透平是利用富余的稳定的液力能通过液力透平叶轮发出的功率驱动发电机或其它机械。随着能源日益紧张，有效地利用液力能已为人们所关注，一般认为可回收功率大于20kW 时，就有经济效益。

液力透平具体应用实例如下

［1－6］

：①加氢裂化装置中，液力透平应用在高压分离器与低压分离器之间；

②气体处理系统中应用在高压吸收塔与低压分离器之间；③反渗透海水淡化中，浓盐水的压力能的回收；④从管线的高压处向罐区输送成品或原油时。

在这些液力透平能量回收典型应用中，可回收高达80%的

流体能量并用来驱动泵或其他转动机械［1］

。

图2为典型的液力透平机组配套方案，机组由液力透平、电动机、泵组成。电动机对于液力透平操作来说是速度调节器［1］

。图中下部相对于上部增设了离合器，这样使得液力透平的操作具有极大的灵活性

。

图2典型的液力透平机组配套方案

2

液力透平流程设置和效益分析

2.1

液力透平工艺流程设置

如上所述，丁烯水合工艺中反应器进料泵和水进料泵轴功率均大于200kW ，如考虑使用液力透平技术，以80%的能量回收效率计算，回收的功率不小于150kW ，具有显著的节能意义。

但就工艺流程来讲，水进料泵使用液力透平技术难度较大，原因如下：

①由于水进料泵减压后会有部分气体从工艺水中解析出来，对液力透平的长期运行不利；

②由于工艺水侧压力调节复杂，有4个界位调节阀控制，

如使用液力透平，控制系统较复杂；

③丁烯水合使用液力透平是新技术，待轴功率较大的反应器进料泵试用后，再试用于水进料泵。

相对于水进料泵，反应器进料泵控制简单，轴功率大，降压后无气体解析，适合使用液力透平技术。所以，本文仅就反应器进料泵使用液力透平技术进行节能分析。

图3为反应器进料泵拟采用液力透平的工艺流程简图。基本流程如下：反应器进料泵采用1开1备，常用泵采用液力透平，备用泵采用电机驱动；系统开车时，首先使用电动机驱动，先开液力透平旁路阀，再慢慢开启液力透平机组

。

图3丁烯水合用液力透平工艺简图

2.2

液力透平的效益分析

丁烯水合工艺中反应器进料泵由于扬程较高，一般使用高速泵或多级离心泵，有1开1备和两开1备两种配置形式。为方便进行效益分析，本文以4万t /a 甲乙酮项目规模计算，按多级泵1开1备配置形式进行分析。

表2

液力透平和电机驱动费用及能耗比较

液力透平

电机驱动配套方案

1开1备

常用配置：泵+电动机+

离合器+液力透平备用配置：泵+电动机

1开1备常用/备用配置：泵+电动机

设备购置费468万元367万元小时耗电量384kW ·h 551kW ·h 年用电量307.2万kW ·h 440.8万kW ·h 年用电费用

172.0万元

246.8万元

注：用电成本按0.56元/kW ·h 计算。

表2为丁烯水合反应器进料泵分别使用液力透平和电机驱动比较表，从表中可以看出，相比电机驱动方案，采用液力透平方案设备投资增加约101万元，而年用电量减少133.6万kW ·h ，年节省用电费用为74.8万元，约1.4年的时间可以回收液力透平的全部投资成本。

3结论

本文通过对丁烯水合工艺和液力透平进行介绍，首次提出将液力透平技术用于丁烯水合工艺中。通过分析，如将液力透平用于丁烯水合工艺，节能效果明显，约1.4年可以收回液力透平投资成本，方案可行性强，应尽快应用在新建甲乙酮装置或老厂技改中。因丁烯水合属于高压系统，如在工程项目中采用液力透平技术，还需要详细研究和分析，以确保液力透平能正常投用并正常连续操作。

(下转第236页)