[发明专利]用于混合碳四烯烃氢甲酰化制备碳五醛过程中的制冷循环系统及方法

说明书

本发明涉及一种用于混合碳四烯烃氢甲酰化制备碳五醛过程中的制冷循环系统，包括第二级吸收式制冷系统和烯烃氢甲酰化反应子系统。优选地，所述制冷循环系统还包括第一级吸收式制冷子系统。本发明还涉及一种在混合碳四烯烃氢甲酰化制备碳五醛的过程中进行节能换热的方法，所述方法采用本发明所述的制冷循环系统。本发明采用有效的制冷工艺流程，将70至110℃的氢甲酰化反应放出热量，转化为10至‑15℃的冷量，提供精馏操作中，将混合烯烃和烷烃从醛产物中分离出所需的冷量。通过增强系统内部能量耦合，减小系统操作能耗，有效提高了装置总体能量利用效率。

技术领域

本发明属于石油化工节能技术领域，具体涉及一种用于混合碳四烯烃氢甲酰化制备碳五醛过程中的制冷循环系统及方法。

背景技术

低碳烯烃氢甲酰化的各种工艺，在国内外的文献中都有综述性的报道，如《石油化工》2009年第38卷第5期刊载的《低碳烯烃低压羰基合成工艺的技术进展》，2008年天津大学化工学院张本玲硕士毕业论文《羰基合成丁醛、丙醛工艺的模拟与研究》，和《化工进展》2013年增刊刊载的《羰基合成从丁醛到戊醛的工艺分析》。

当前工业上碳二至碳四低碳烯烃氢甲酰化反应制备碳三至碳五醛，采用的主流工艺技术步骤主要包括：烯烃氢甲酰化反应和反应产物分离。其中氢甲酰化反应放出大量80至120℃的反应热，而分离反应产物需提供100至160℃的蒸发热。对于混合碳四烯烃制备碳五醛的过程，回收余量未反应碳四烯烃和烷烃，需提供-15至10℃的冷凝热。图1所示为目前常规用混合碳四烯烃制备碳五醛的生产工艺，其中氢甲酰化反应器总换热功率约是戊醛精馏塔塔顶冷凝器换热功率的五倍。

在专利US 7,420,092 Process for producing aldehyde中，提到了一种利用低碳烯烃氢甲酰化反应热的方法，其特征是利用低碳烯烃氢甲酰化反应热加热气化待反应烯烃，其效果是简单利用了反应热。但该专利的重点是提出了一种由烯烃、氢气和一氧化碳，在搅拌式反应器内的催化剂溶液中，生产醛的方法。氢甲酰化反应器放出的热量，在实际操作过程中难以被合理利用。

“热泵”是通过消耗机械能和热能等外部能量，将热从某一温位转化到另一温位的装置。通常又将以低温侧的制冷效果为目的的装置称作制冷机，而将以高温侧的制热效果为目的的装置称作热泵。热泵技术中，多数低温余热(120℃)回收利用难度大、投资高，在保证经济性的前提下，在大型工业装置上应用的不多。但随着近年来社会生产中节能降耗意识的普及，相关法律法规的制定，以及相关技术的发展，热泵在工业生产中的应用正逐渐增加。目前我国能源利用水平还很低，在能量密集型化工行业的生产过程中，应用制冷机技术可减少一次能源的消耗。

传统的制冷方式是压缩式制冷，利用外功压缩制冷，能耗较大。近年来可利用廉价能源和低品位热能的吸收式或吸附式制冷系统快速发展；采用天然制冷剂(氨-水，溴化锂-水等)，不含对臭氧层有破坏的CFC类物质，具有显著的节电能力和环保效益，在20世纪末得到了广泛的推广应用。《制冷学报》2017年第38卷第4期刊载的《吸收式制冷(热泵)循环流程研究进展》，以制冷循环为例对闭式溶液吸收式循环进行了综述研究。简要介绍了吸收式制冷的研究目标、特点、早期发展历史和吸收式制冷当前的产业现状，重点介绍各种吸收式制冷循环的工作原理、运行工况、热力学性能等最新研究进展。

鉴于氢甲酰化反应器放出的热量在实际操作过程中难以被合理利用，而如果采用制冷机技术将此温位热量，转化为反应产物和未反应烯烃分离所需冷凝热，即以热量总量的损耗和制冷机电功，换得热量的转化，将有效提高系统总体的能量利用效率。

因此，目前存在的问题是急需研究开发一种可以有效提高装置总体能量利用效率的用于混合碳四烯烃氢甲酰化制备碳五醛过程中的制冷循环系统及方法。

发明内容