CN106146373B - 回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法及其装置 - Google Patents

回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法及其装置 Download PDF

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Abstract

一种回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法及其装置，该装置包括依次连接第一换热器、一级冷凝器、一级分离器、第二换热器、二级冷凝器、二级分离器，二级分离器排气口依次经第二换热器、第一换热器连接涡轮膨胀机入口，涡轮膨胀机出口连接第二换热器；涡轮膨胀机通过减速机连接发电机。该装置在保证有机物回收效率最大化的前提下，充分回收尾气余热余压，实现综合回收效果最大化，可用于苯酚丙酮联产、环氧丙烷生产装置中。该装置具有微量有机物损失小、最大化回收余热的优点。另一方面，本发明还提供一种回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法。

Description

回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种回收异丙苯氧化尾气中的有机物、异丙苯氧化尾气的余压余热的方法及其装置。
背景技术
异丙苯在0.3MPa(G)、100℃的氧化塔中，和空气中的氧气发生氧化反应，生成过氧化氢异丙苯（CHP），CHP后续的流程中可以分解成苯酚、丙酮，也可以使丙烯环氧化得到环氧丙烷（PO），氧化塔塔顶排出含有多种有机物的带压氧化尾气。
异丙苯在低压、100℃的氧化塔中的主反应氧化生成CHP，由于供入氧化塔的空气未经过干燥脱水，氧化塔中的副反应也会产生水，使得异丙苯氧化尾气中含有微量的水，由于水的分压低，即使低于0℃也不会结冰，但是如果通过分离器分离，分离器中随着水的含量增多，水分压也增大，极易结冰，导致分离器无法排液。
中国专利（公开号CN105169740A、公开日2015.12.23 ）公开了一种苯酚丙酮装置氧化尾气能量回收的方法，存在三个问题：1、由于供入氧化塔的空气未经过干燥脱水，氧化塔中的副反应也会产生水，使得氧化尾气中含有微量的水，而其在做热力学计算时，并没有考虑氧化尾气中水相变对于整个热力学计算的影响，装置实际运行时，涡轮膨胀机的出口温度不可能达到-35℃，使得氧化尾气中有机物回收不可能达到其预期的效果；2、即使通过增加其他制冷设备来达到预计的温度，但是由于水结冰的问题，会导致整个装置无法运行；3、由于氧化塔高，通常回收装置放置在三层甚至四层，而需要增压的气体一般都在空压房，之间距离太远，增压后的气体再返回去压力损失太大。因此，该方法实用性太差。
发明内容
本发明提供了一种回收异丙苯氧化尾气有机物、余热的方法，该方法解决了现有技术中存在微量有机物无法回收、余压余热回收方式不合理的问题。该方法可应用于苯酚丙酮联产、环氧丙烷的生产装置中，具有微量有机物损失小、最大化回收余热的优点。
本发明的另一目的是提供实施上述回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法的装置。
为解决上述问题，回收异丙苯氧化尾气有机物、余热的方法采用的技术方案如下：氧化尾气（10）通过第一换热器（1）冷凝后进入一级冷凝器（2）冷凝，冷凝后的氧化尾气（12）进入一级分离器（3），分离后的气相（13）进入第二换热器（6）进一步冷凝后进入二级冷凝器（4），冷凝后的氧化尾气（15）进入二级分离器（5），分离后的气相（16）进入第二换热器（6）回热，回热后的氧化尾气（17）进入第一换热器（1）进一步回热后进入涡轮膨胀机（7）膨胀制冷，膨胀过程中热能转化为机械能通过减速机（即齿轮箱）带动发电机（8）发电，发出的电通过同期装置（9）并入市网；涡轮膨胀机（7）出口的氧化尾气（19）进入第二换热器（6）回热后排至催化氧化工艺段（21）。催化氧化工艺段将氧化尾气中的微量有机物转化为二氧化碳和水，使氧化尾气达标排放。回热的作用：因为氧化尾气（17）的温度为33℃，氧化尾气（19）的温度为2℃，可以用来冷却氧化尾气（17）。
上述方案中，所述的一级分离器（3）分离出的液相（22）、二级分离器（5）分离出来的液相（23）混合，然后返回氧化进料***（24）。
上述方案中，一级冷凝器（2）采用循环冷却水作为冷源，二级冷凝器（4）采用-5℃的乙二醇水溶液作为冷源。
上述方案中，发电机（8）必须为防爆发电机。
上述方案中，一级冷凝器（2）为两股流换热器，二级冷凝器（4）为三股流换热器。
上述方案中，氧化尾气（10）的管路应做相应的保温处理。
上述方案中，氧化尾气（10）的温度为50～100℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
第一换热器（1）出来的氧化尾气（11）温度为50～100℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
一级冷凝器（2）出来的氧化尾气（12）温度为25～50℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
第二换热器（6）出来的氧化尾气（14）温度为5～25℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
二级冷凝器（4）出来的氧化尾气（15）温度为0～5℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
第二换热器（6）出来的氧化尾气（17）温度为10～35℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
第一换热器（1）出来的氧化尾气（18）温度为35～100℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
涡轮膨胀机（7）出来的氧化尾气（19）温度为0～5℃、压力为0～0.1MPa.G；
第二换热器（6）出来的氧化尾气（20）温度为10～40℃、压力为0～0.1MPa.G。
实施上述回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法的装置采用的技术方案如下：包括依次连接第一换热器（1）、一级冷凝器（2）、一级分离器（3）、第二换热器（6）、二级冷凝器（4）、二级分离器（5），二级分离器（5）排气口依次经第二换热器（6）、第一换热器（1）连接涡轮膨胀机（7）入口，涡轮膨胀机（7）出口连接第二换热器（6）；涡轮膨胀机（7）通过减速机连接发电机（8），涡轮膨胀机（7）通过减速机带动发电机（8）发电，发出的电通过同期装置（9）并入市网（29）。
一级分离器（3）、二级分离器（5）上均有用于回收其分离出的液相的排液口。
第一换热器（1）有用于连接氧化尾气的第一入口、第一出口，第一换热器（1）第一出口连接一级冷凝器（2）进口，一级冷凝器（2）出口连接一级分离器（3）进口，一级分离器（3）排气口连接第二换热器（6）第一入口，第二换热器（6）第一出口连接二级冷凝器（4）进口，二级冷凝器（4）出口连接二级分离器（5）进口，二级分离器（5）排气口连接第二换热器（6）第二入口，第二换热器（6）第二出口连接第一换热器（1）第二入口，第一换热器（1）第二出口连接涡轮膨胀机（7）入口，涡轮膨胀机（7）出口连接第二换热器（6）第三入口，第二换热器（6）有与催化氧化工艺段进口管路连接的第三出口。
二级冷凝器（4）的冷源入口上设有用于根据二级分离器（5）出口的温度控制冷源流量的自动控制阀门一（26），第二换热器（6）与第一换热器（1）之间管路上设有用于调节氧化尾气（17）气量的自动控制阀门二（25），连接于第二换热器（6）第二出口与催化氧化工艺段进口之间的管路上设有常闭式快速切断阀（27）连接，第二换热器（6）第二出口与第一换热器（1）的第二入口之间的管路上设有常开式快速切断阀(28) 。
自动控制阀门一（26）、自动控制阀门二（25）、常闭式快速切断阀（27）、常开式快速切断阀(28)分别与控制器连接。
本发明在进行热力学计算时，氧化尾气中的含水量是按照饱和状态进行计算。本发明的氧化尾气整个流程的氧化尾气温度均高于0℃。本发明将氧化塔塔顶排出的氧化尾气经过两次换热、两次冷凝，并通过两次分离，有机物回收率到99%；同时氧化尾气（18）进入涡轮膨胀机（7）将热能转化为机械能通过齿轮箱带动发电机（8）发电，每1万标方氧化尾气可以发133kW电，通过第二换热器（6）回收了氧化尾气（16）、（19）中所含的冷量，降低了二级冷凝器（4）的90%负荷，取得了良好的节能环保效果。举例说明：第二换热器（6）总的换热量为608kW，二级冷凝器（4）消耗的冷量为65.8kW，如果不回收冷量，则二级冷凝器（4）需要消耗673.8kW冷量，608kW/673.8kW=90.23%。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
图1中，氧化尾气（10）通入第一换热器（1）冷却，冷却后的氧化尾气（11）进入一级冷凝器（2）冷凝，冷凝后的氧化尾气（12）进入一级分离器（3），分离后的气相（13）进入第二换热器（6）进一步冷凝后，冷凝后的氧化尾气（14）进入二级冷凝器（4），冷凝后的氧化尾气（15）进入二级分离器（5），分离后的气相（16）进入第二换热器（6）回热，回热后的氧化尾气（17）进入第一换热器（1）进一步回热，回热后的氧化尾气（18）进入涡轮膨胀机（7）膨胀制冷，膨胀过程中热能转化为机械能通过齿轮箱带动发电机（8）发电，发出的电通过同期装置（9）并入市网（29）；涡轮膨胀机（7）出口的氧化尾气（19）进入第二换热器（6），回热后的氧化尾气（20）排至催化氧化工艺段（21）。一级分离器（3）分离出的液相（22）、二级分离器（5）分离出来的液相（23）混合，然后返回氧化进料***（24）。
通过自动控制阀门一（26）调节乙二醇水溶液的流量大小来控制氧化尾气（15）温度为2℃，从而保证有机物尽可能回收，同时乙二醇水溶液使用量最小，即最小化使用其它能源；通过自动控制阀门二（25）调节氧化尾气（17）进入第一换热器（1）的气量，从而保证进入涡轮膨胀机（7）的温度为53℃，从而保证了涡轮膨胀机（7）出口的氧化尾气（19）温度较低，可以用来冷凝氧化尾气（13），而且氧化尾气（19）的温度也不是很低，不会结冰而导致冻堵管道。即回收余热最大化，且涡轮膨胀机出口的氧化尾气（19）不低于0℃。阀门（28）为常开式快速切断阀，阀门（27）为常闭式快速切断阀，整个装置正常工作时，阀门(28)处于全开状态，阀门（27）处于关闭状态，一旦涡轮膨胀机（7）、发电机（8）、同期装置（9）中任一设备故障时，阀门（28）迅速关闭，阀门（27）迅速打开；阀门(28)必须设置在氧化尾气（17）到第一换热器（1）的管路上，阀门（27）必须设置在氧化尾气（17）到排至催化氧化（21）的管路上，这样即使涡轮膨胀机（7）、齿轮箱、发电机（8）、同期装置（9）出现故障，整个装置其它设备依然可以运行，有机物依然可以回收。
某年产12万吨/年的环氧丙烷装置，氧化塔塔顶排出氧化尾气为30000Nm3/h，该氧化尾气含异丙苯6909.6kg/h、过氧化氢异丙苯为49.267 kg/h，采用本发明的经过两次换热、两次冷凝，并通过两次分离，工艺流程中关键点的参数如下：
氧化塔塔顶出来的氧化尾气压力温度100℃、0.3MPaG；
进入涡轮膨胀机的氧化尾气温度为53℃、压力为0.24MPa.G；
涡轮膨胀机出来的氧化尾气温度为2℃、压力为0.04 MPa.G；
最终外排的氧化尾气中含异丙苯62.9kg/h、过氧化氢异丙苯为8.32×10-8 kg/h，有机物回收率99.09%；同时氧化尾气经涡轮膨胀机将热能转化为机械能带动发电机发电，发电机的发电量为400kW，节省冷媒冷量609kW，制冷机组按照3:1的能耗比算，相当于节省了203kW的电能。

Claims (9)

1.一种回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法，其特征在于：氧化尾气（10）通入第一换热器（1）冷却，冷却后的氧化尾气（11）进入一级冷凝器（2）冷凝，冷凝后的氧化尾气（12）进入一级分离器（3），分离后的气相（13）进入第二换热器（6）进一步冷凝后，冷凝后的氧化尾气（14）进入二级冷凝器（4）冷凝，冷凝后的氧化尾气（15）进入二级分离器（5），分离后的气相（16）依次经第二换热器（6）、第一换换热器（1）回热，回热后的氧化尾气（18）进入涡轮膨胀机（7）膨胀制冷，膨胀过程中尾气内能转化为机械能通过减速机带动发电机（8）发电，发出的电通过同期装置（9）并入市网（29），涡轮膨胀机（7）出口的氧化尾气（19）进入第二换热器（6），回热后的氧化尾气（20）排至催化氧化工艺段（21）；
一级冷凝器（2）采用循环冷却水作为冷源，二级冷凝器（4）采用-10～0℃的乙二醇水溶液作为冷源。
2.根据权利要求1所述的回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法，其特征在于：一级分离器（3）分离出的液相（22）、二级分离器（5）分离出来的液相（23）混合，然后返回氧化进料***（24）。
3.根据权利要求1所述的回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法，其特征在于：一级冷凝器（2）为两股流换热器，二级冷凝器（4）为三股流换热器。
4.根据权利要求1所述的回收异丙苯氧化尾气有机物、余热的方法，其特征在于：
氧化尾气（10）的温度为50～100℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
第一换热器（1）出来的氧化尾气（11）温度为50～100℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
一级冷凝器（2）出来的氧化尾气（12）温度为25～50℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
第二换热器（6）出来的氧化尾气（14）温度为5～25℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
二级冷凝器（4）出来的氧化尾气（15）温度为0～5℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
第二换热器（6）出来的氧化尾气（17）温度为10～35℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
第一换热器（1）出来的氧化尾气（18）温度为35～100℃、压力为0.1～0.3MPa.G；
涡轮膨胀机（7）出来的氧化尾气（19）温度为0～5℃、压力为0～0.1MPa.G；
第二换热器（6）出来的氧化尾气（20）温度为10～40℃、压力为0～0.1MPa.G。
5.一种实施权利要求1所述的回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法的装置，其特征在于：包括依次连接第一换热器（1）、一级冷凝器（2）、一级分离器（3）、第二换热器（6）、二级冷凝器（4）、二级分离器（5），二级分离器（5）排气口依次经第二换热器（6）、第一换热器（1）连接涡轮膨胀机（7）入口，涡轮膨胀机（7）出口连接第二换热器（6）；
涡轮膨胀机（7）通过减速机连接发电机（8）。
6.根据权利要求5所述的实施回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法的装置，其特征在于：一级分离器（3）、二级分离器（5）上均有用于回收其分离出的液相的排液口。
7.根据权利要求5所述的实施回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法的装置，其特征在于：第一换热器（1）有用于连接氧化尾气的第一入口、第一出口，第一换热器（1）第一出口连接一级冷凝器（2）进口，一级冷凝器（2）出口连接一级分离器（3）进口，一级分离器（3）排气口连接第二换热器（6）第一入口，第二换热器（6）第一出口连接二级冷凝器（4）进口，二级冷凝器（4）出口连接二级分离器（5）进口，二级分离器（5）排气口连接第二换热器（6）第二入口，第二换热器（6）第二出口连接第一换热器（1）第二入口，第一换热器（1）第二出口连接涡轮膨胀机（7）入口，涡轮膨胀机（7）出口连接第二换热器（6）第三入口，第二换热器（6）有与催化氧化工艺段进口管路连接的第三出口。
8.根据权利要求5所述的实施回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法的装置，其特征在于：二级冷凝器（4）的冷源入口上设有用于根据二级分离器（5）出口的温度控制冷源流量的自动控制阀门一（26），第二换热器（6）与第一换热器（1）之间管路上设有用于调节氧化尾气（17）气量的自动控制阀门二（25），连接于第二换热器（6）第二出口与催化氧化工艺段进口之间的管路上设有常闭式快速切断阀（27）连接，第二换热器（6）第二出口与第一换热器（1）的第二入口之间的管路上设有常开式快速切断阀(28) 。
9.根据权利要求8所述的实施回收异丙苯氧化尾气有机物、余压余热的方法的装置，其特征在于：自动控制阀门一（26）、自动控制阀门二（25）、常闭式快速切断阀（27）、常开式快速切断阀(28)分别与控制器连接。
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Denomination of invention: Method and device for recovering organic matter, residual pressure and waste heat of cumene oxidation tail gas

Effective date of registration: 20220330

Granted publication date: 20180403

Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Xiangyang Xiangcheng sub branch

Pledgor: XIANGYANG HANGLI ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980003569