CN109529389A - 一种甲醛浓缩的装置、***及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甲醛浓缩的装置、***及工艺，其装置为甲醛浓缩真空分离器，为圆形筒体结构，圆形筒体结构的外壁设有夹套，圆形筒体结构的一端开设气相出口，圆形筒体结构的另一端开设液相出口，圆形筒体结构的筒壁设有物料进口管，物料进口管的出料方向与圆形筒体结构的筒壁相切，所述物料进口管靠近气相出口，所述圆形筒体结构的筒壁设有环形的挡液圈，挡液圈的中心位于圆形筒体结构的轴线，所述挡液圈位于物料进口管和气相出口之间，所述气相出口设有出气管，出气管的进气口位于物料进口管和液相出口之间。该装置能够使浓缩分离效率大大提高，同时减少了稀醛回收处理量和蒸汽消耗。

Description

一种甲醛浓缩的装置、***及工艺

技术领域

本发明涉及聚甲醛生产工艺中甲醛浓缩技术领域，主要涉及一种甲醛浓缩高效稳定运行的工艺及装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

共聚甲醛生产工艺中单体三聚甲醛合成主要是以浓度65％～75％的浓甲醛溶液为原料，浓甲醛溶液生产的主要技术路线以甲缩醛催化氧化和稀甲醛溶液真空闪蒸浓缩为主。发明人知晓的一种共聚甲醛生产工艺中：采用浓度为40％左右甲醛溶液加压气化后真空闪蒸浓缩生产浓甲醛，真空闪蒸器顶部闪蒸汽冷却后得到15％～20％稀甲醛溶液，底部为浓缩后65％～75％的浓甲醛溶液。

但是，关于发明人所知晓的甲醛溶液真空闪蒸浓缩装置，其存在以下两个缺点：一是浓缩分离效率低，汽液比为1.25:1～1.5:1，浓甲醛量少，产生的稀醛溶液回收时蒸汽消耗量大(蒸汽消耗量：稀醛量＝0.8～1：1)；二是闪蒸出稀甲醛溶液冷凝时易产生多聚甲醛，在冷凝器内积聚后会造成设备堵塞。设备堵塞后常规处理方法为用热水冲洗清理或停车清理，热水冲洗或停车清理时间长，一般10h～24h，且清洗液回收时成本高。

因此，针对发明人所知晓的甲醛浓缩技术分离效率低、运行周期短的问题，从而提出了本公开。

发明内容

本公开的一方面是提供一种甲醛浓缩真空分离器，能够使浓缩分离效率大大提高，同时减少了稀醛回收处理量和蒸汽消耗。

一种甲醛浓缩真空分离器，为圆形筒体结构，圆形筒体结构的外壁设有夹套，圆形筒体结构的一端开设气相出口，圆形筒体结构的另一端开设液相出口，圆形筒体结构的筒壁设有物料进口管，物料进口管的出料方向与圆形筒体结构的筒壁相切，所述物料进口管靠近气相出口，所述圆形筒体结构的筒壁设有环形的挡液圈，挡液圈的中心位于圆形筒体结构的轴线，所述挡液圈位于物料进口管和气相出口之间，所述气相出口设有出气管，出气管的进气口位于物料进口管和液相出口之间。

本公开中，物料进口管与筒壁相切，使得物料进入真空分离器后沿筒壁旋转前进，物料旋转的过程中能够更均匀的分布在筒壁上，从而增加物料的传热面积，从而增加浓缩效率。由于物料进入圆形筒体结构后，部分液体汽化，在物料旋转过程中，由于气液比重不同，液体物料仍然做旋转，气体物料从液体物料中溢出，从而实现气液分离。同时，设置挡液圈，防止液体物料上升，从而大大提高了浓缩分离效率。

本公开的另一方面提供了一种甲醛浓缩***，由上述真空分离器和冷凝器组成，所述真空分离器竖直设置，真空分离器气相出口位于真空分离器液相出口的上方，所述真空分离器的气相出口连接冷凝器的物料进口。不仅能够对甲醛进行浓缩，而且能够对浓缩后气相中的稀醛进行回收利用。

本公开的第三方面提供了一种甲醛浓缩方法，提供上述***，将预热后的甲醛从物料进口管切向进入真空分离器进行闪蒸，闪蒸后的浓甲醛进行收集，闪蒸后的闪蒸气进入冷凝器冷凝获得稀甲醛。

本公开的有益效果为：

(1)本公开的真空分离器采用物料切向进入、旋风分离，使浓缩分离效率提高了20％，汽液比为由1.25:1～1.5:1提高至1:1.25～1:1.5，同时，减少了稀醛回收处理量和蒸汽消耗。

(2)本公开的真空分离器能够延长设备稳定运行周期，设备内部检查简单、可操作。

(3)本发明的工艺装置及工艺流程使浓缩装置安全稳定运行周期由30天提高至90天以上，大大减轻了因定期拆检清理带来的劳动量，节省了检修费用。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为实施例的甲醛浓缩***的结构示意图；

图2为甲醛浓缩真空分离器的结构示意图；

图3为甲醛浓缩真空分离器的俯视图；

图4为冷凝器的结构示意图；

图5为冷凝器的俯视图；

图6为浓醛分离效率和运行周期对比曲线；

其中，1、列管式预热器，2、真空分离器，3、浓甲醛缓冲罐，4、冷凝器，5、稀甲醛储罐，6、物料进口管，7、挡液圈，8、罐体夹套，9、人孔，10、液相出口，11、防涡挡板，12、气相平衡口，13、气相出口，14、压力测量口，a1、伴热进口，b1、伴热出口，15、进气口，16、上封头，17、冲洗液进口管，18、分布器，19、冷介质出口，20、冷介质进口，21、下封头，22、不凝气出口，23、冷凝液出口，24、冷介质排气口，25、冷介质排净口，26、换热器列管，27、分布器进口法兰，28、分布器主管，29、分布器分支管，30、分布孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

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公开的示例性实施方式。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。

本公开的一种典型实施方式，提供了一种甲醛浓缩真空分离器，为圆形筒体结构，圆形筒体结构的外壁设有夹套，圆形筒体结构的一端开设气相出口，圆形筒体结构的另一端开设液相出口，圆形筒体结构的筒壁设有物料进口管，物料进口管的出料方向与圆形筒体结构的筒壁相切，所述物料进口管靠近气相出口，所述圆形筒体结构的筒壁设有环形的挡液圈，挡液圈的中心位于圆形筒体结构的轴线，所述挡液圈位于物料进口管和气相出口之间，所述气相出口设有出气管，出气管的进气口位于物料进口管和液相出口之间。

本公开中，物料进口管与筒壁相切，使得物料进入真空分离器后沿筒壁旋转前进，物料旋转的过程中能够更均匀的分布在筒壁上，从而增加物料的传热面积，从而增加浓缩效率。由于物料进入圆形筒体结构后，部分液体汽化，在物料旋转过程中，由于气液比重不同，液体物料仍然做旋转，气体物料从液体物料中溢出，从而实现气液分离。同时，设置挡液圈，防止液体物料上升，从而大大提高了浓缩分离效率。

物料进口管距离气相出口的封头焊缝距离至少300mm，采用双倍焊接。

挡液圈的距离气相出口100mm。挡液圈宽度100mm～150mm，厚度选择6mm～10mm。挡液圈宽度是指挡液圈径向截面的圆环结构的宽度。挡液圈的厚度是指挡液圈轴向长度。

该实施方式的一种或多种实施例中，液相出口的封头为锥形封头。为了防止形成固体沉淀挂壁，锥形封头的锥角为45°～60°。

为了防止液体形成涡流无法流出，该实施方式的一种或多种实施例中，液相出口设置防涡挡板。防涡档板型式为标准型。

为了防止气阻，该实施方式的一种或多种实施例中，圆形筒体结构设置气相平衡管。气相平衡管管径为液体出口的1/2。为了防止串液，气相平衡管伸入圆形筒体结构内，且位于圆形筒体结构的气相平衡管的管口朝向液相出口。气相平衡管伸入圆形筒体结构内50mm～100mm。

该实施方式的一种或多种实施例中，圆形筒体结构开设人孔，人孔结构为内锥体结构，人孔法兰盖上下预留热水进出口法兰。锥体结构内部设置隔板，夹套伴热介质为80～95℃热水。热水进出口为DN15，热水低进高出。

该实施方式的一种或多种实施例中，出气管与气相出口采用管法兰连接，且设有加强板。

本公开的另一种实施方式，提供了一种甲醛浓缩***，由上述真空分离器和冷凝器组成，所述真空分离器竖直设置，真空分离器气相出口位于真空分离器液相出口的上方，所述真空分离器的气相出口连接冷凝器的物料进口。不仅能够对甲醛进行浓缩，而且能够对浓缩后气相中的稀醛进行回收利用。

该实施方式的一种或多种实施例中，冷凝器为圆筒状列管式换热器，冷凝器的物料进口方向与冷凝器壁相切，冷凝器的物料进口位于冷凝器上部，冷凝器的液相出口位于冷凝器底部，冷凝器的气相出口位于冷凝器下部。冷凝器物料进口采用铜管伴热。冷凝器上封头为平装封头，材质选用全不锈钢SS30408材质或复合材质(复合材质为20#+不锈钢S30408)，全不锈钢材质厚度为50mm，复合材质总体厚度为60mm，封头内部物料接触侧选用厚度10mm～12mm不锈钢板(SS30408)，非接触侧选用厚度为50mm材质为20#的钢板

针对真空分离器顶部汽体冷凝器易形成固体多聚甲醛引起换热器堵塞问题，该实施方式的一种或多种实施例中，冷凝器顶部设有分布器。解决了冷凝器堵塞后必须定期高压清理的难题。分布器进液口连接冷凝器液相出口、热水源或蒸汽源。热水源为能够提供热水的装置。蒸汽源为能够提供蒸汽的装置。以冷凝器液相、热水或蒸汽作为冲洗液介质，分布器通过冲洗液介质进口管与冲洗液介质管道连接。洗液介质进口管两端采用法兰分别与分布器和冲洗液介质管道连接，洗液介质进口管穿过冷凝器的上封头。以便封头拆检。所述分布器式为管式分布器、槽式分布器、花洒分布器等，材质SS30408。分布器采用法兰连接，以便拆卸检修。槽式分布器遮盖面积大，影响***真空度；花洒分布器易堵塞且遮盖面积大，管式分布器具有遮盖面积小，开孔数量和角度可调，优选管式分布器。分布器主管尺寸选择DN50～DN80，分布器分支管尺寸选择DN20～DN 25，分布孔尺寸选择6mm～8mm，分布孔间距采用非均匀布置，分布管1/2至管中心分布孔间距为10mm，分布管1/2至管末端分布孔间距为5mm。

该实施方式的一种或多种实施例中，冷凝器的气相出口设置于冷凝器的下封头。气相出口连接带变频控制的真空泵。用于控制浓缩冷凝器及***的真空度。冷凝器的气相出口伸入下封头气相空间内，防止液体流入气相管内。

该实施方式的一种或多种实施例中，包括列管式预热器和物料泵体，列管式预热器竖直设置，列管式预热器的上部物料出口连接真空分离器的物料进口管，且真空分离器的位置高于列管式预热器。采用升膜蒸发原理对甲醛进行预热，增加甲醛的浓缩效率。

本公开的第三种实施方式，提供了一种甲醛浓缩方法，提供上述***，将预热后的甲醛从物料进口管切向进入真空分离器进行闪蒸，闪蒸后的浓甲醛进行收集，闪蒸后的闪蒸气进入冷凝器冷凝获得稀甲醛。

该实施方式的一种或多种实施例中，真空分离器的物料进口管中的物料流速为15m/s～20m/s。

该实施方式的一种或多种实施例中，真空分离器的液相出口的流速为正常流速的1.5～2倍(液体正常流速1m/s～2m/s)，即1.5m/s～4m/s。流速过小则不利于液体及时转移，流速过大则闪蒸汽不易形成旋涡从气相出口管线排出。

该实施方式的一种或多种实施例中，真空分离器夹套中的介质为80～95℃的热水。

该实施方式的一种或多种实施例中，真空分离器的气相出口的流速为正常流速的1.5～2倍(气体正常流速10m/s～20m/s)，即15m/s～40m/s。

该实施方式的一种或多种实施例中，冷凝器物料进口采用铜管伴热，伴热介质为93～97℃热水或0.25～0.35MPa蒸汽。优选0.3MPa蒸汽。

该实施方式的一种或多种实施例中，闪蒸后的70％wt～75％wt的浓甲醛从真空分离器底部采出，闪蒸后的闪蒸气进入冷凝器冷凝获得10％wt～20％wt的稀甲醛。

该实施方式的一种或多种实施例中，闪蒸后的闪蒸气进入冷凝器后，冷凝获得稀甲醛部分回流至冷凝器顶部的分布器，对冷凝器的列管进行冲洗。

该实施方式的一种或多种实施例中，甲醛采用升膜蒸发的方式进行预热。采用0.25～0.35MPa蒸汽加热至60～70℃。37％～55％甲醛被高速上升的二次蒸汽带动，沿换热管内壁边流动边蒸发，在预热器顶部进入真空闪蒸器分离。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合实施例详细说明本公开的技术方案。

甲醛浓缩***，如图1所示，由物料泵体、列管式预热器1、真空分离器2、浓甲醛缓冲罐3、冷凝器4、稀甲醛储罐5、输送泵组成。列管式预热器1、真空分离器2、冷凝器4均竖立设置。物料泵体的出口连接列管式预热器1底部的物料进口。列管式预热器1的上部物料出口连接真空分离器2的物料进口管，且真空分离器2的位置高于列管式预热器1。真空分离器2底部液相出口连接浓甲醛缓冲罐3的进口，真空分离器2顶部的气相出口连接冷凝器4上部的物料进口。冷凝器4底部的液相出口连接稀甲醛储罐5的进口。输送泵将部分稀甲醛储罐5的稀甲醛输送至冷凝器4顶部的分布器。

列管式预热器1中甲醛走管程，蒸汽走课程。

真空分离器2，如图2～3所示，包括：物料进口管6、挡液圈7、罐体夹套8、人孔9、液体出口10、防涡挡板11、气相平衡口12、气体出口13、压力测量口14、伴热进口a1～a3、伴热出口b1～b3。

物料进口管6采用切向进料，法兰连接，物料进口管6上边沿距离设备上封头焊缝距离200mm-300mm，采用双边焊接，为增加汽液在分离器停留时间，进口气体宜选择低流速，推荐气体流速为15m/s～20m/s。

物料进口管6上方100mm真空闪蒸罐设备内部设置导流挡液圈7，提高旋风分离效果，挡液圈高度100mm～150mm，厚度选择6mm～10mm。

真空分离器底部液相出口10尺寸按照正常流量的1.5～2倍(液体流速1m/s～2m/s)选择，尺寸过小不利于液体及时转移，尺寸过大，闪蒸汽不易形成旋涡从气相出口13排出。真空分离器下封头锥角选择45°～60°，防止形成固体沉淀挂壁。

液相出口设置防涡档板11，防止液体形成涡流，无法流出；防涡档板11型式为标准型；为防止气阻，真空分离器2和浓甲醛缓冲罐3间设置气相平衡管12，气相平衡管12尺寸为液体出口的1/2，气相平衡管12在真空分离器2和浓甲醛缓冲罐3气相空间内，为防止串液，气相平衡管12需伸入设备内部50mm-100mm，管口朝下。

真空分离器2的罐体夹套8伴热介质为80～95℃热水，检查人孔4结构为内锥夹套人孔，人孔法兰盖上下预留DN15热水进口a1、热水出口b1，热水低进高出，锥体内部设置隔板，夹套伴热介质为80～95℃热水。

真空分离器2气相出口13采用管法兰连接，且外部设置加强板，伸入罐体部分长度为进料口下300mm，气相出口13尺寸按照正常流量的1.5～2倍(气体流速10m/s～20m/s)选择。

冷凝器，如图4～5所示，包括：进气口15、上封头16、冲洗液进口17、冲洗液分布器18、冷介质出口19、冷介质进口20、下封头21、不凝气出口22、冷凝液出口23、冷介质排气口24、冷介质排净口25、换热器列管26。

分布器结构详图中包括分布器进口法兰27、分布器主管28、分布器分支管29、分布孔30。

冷凝器的进气口15为切向进入，进气口15采用铜管伴热，伴热介质为0.3MPa蒸汽。

冷凝器为列管式换热器，上封头16为平装封头，材质选用全不锈钢SS30408材质或复合材质(复合材质为20#+不锈钢S30408)，全不锈钢材质厚度为50mm，复合材质总体厚度为60mm，封头内部物料接触侧选用厚度10mm～12mm不锈钢板(SS30408)，非接触侧选用厚度为50mm材质为20#的钢板。

冷凝器上封头16中心设置冲洗液进口管17，冲洗液介质为10％wt～20％wt稀甲醛循环液或95℃热水或蒸汽；冲洗液进口管17两端分别采用法兰连接，冲洗液进口管17两端法兰距离封头长度为150mm～200mm，以便封头拆检；

冷凝器的分布器18型式为管式分布器、槽式分布器、花洒分布器等，材质SS30408，分布器18与冲洗液进口17为法兰连接，以便拆卸检修；分布器18与冲洗液进口管17采用法兰连接，分布器18为管式分布器。分布器主管28尺寸选择DN50～DN80，分布器分支管29尺寸选择DN20～DN25，分布孔30尺寸选择6mm-8mm，分布孔30间距采用非均匀布置，分布管1/2至管中心分布孔间距为10mm，分布管1/2至管末端分布孔间距为5mm。

冷凝器的冷介质出口19和冷介质进口20采用循环水，主要用来冷凝闪蒸汽。

冷凝器的分布器18内流体采用高流速、大流量设计；换热器列管26及分布器18选用耐腐蚀316L材质和耐高压管道。

冷凝器的下封头21上不凝气出口22，连接带变频控制真空泵，用于控制浓缩***真空度。不凝气出口22伸入管中心位置。

采用上述***进行甲醛浓缩的工艺，其步骤如下：

步骤一：甲醛溶液加压蒸发

37％～55％的甲醛溶液从甲醛输送泵输送至列管式预热器1底部进入，利用升膜蒸发原理，经0.3MPa蒸汽加热至65℃，37％～55％甲醛被高速上升的二次蒸汽带动，沿换热管内壁边流动边蒸发，在预热器顶部进入真空分离器2。

步骤二：蒸发汽液混合物减压分离

预热后的甲醛溶液通过切线管线进入真空分离器2，闪蒸分离后的70％wt～75％wt的浓甲醛从真空分离器2底部出口流入缓冲罐3，浓醛通过全夹套输送泵送至后续三聚甲醛合成反应釜生产三聚甲醛。含少量甲醛的闪蒸汽在真空泵的负压作用下经顶部中心管进入顶部冷凝器4，经循环水换热后，冷凝后产生10％wt～20％wt的甲醛稀溶液，冷凝器4不凝气进入水环真空泵前洗涤吸收***吸收。

步骤三：汽相冷凝液自冲洗

真空分离器2循环水冷却后产生的10％wt～20％wt稀甲醛溶液，通过冷凝器4底部液体出口管收集至稀甲醛储罐5中，稀甲醛溶液一部分通过输送泵自循环管线进入冷凝器4，利用自冲洗分布器非均相分布喷洒至冷凝器4内堵塞列管，实现在线列管冲洗，部分送至稀醛回收***。

从图6可以看出：

(1)真空闪蒸分离装置采用汽液旋风分离原理，并对设备内部实施了防涡流、导液圈、压力平衡管等改造，使浓缩分离效率提高了20％，汽液比为由1.25:1～1.5:1提高至1:1.25～1:1.5，同时，减少了稀醛回收处理量和蒸汽消耗。

(2)自冲洗分布器采用在线连续自循环喷洗列管换热器，解决了冷凝器堵塞后必须定期高压清理的难题。工艺装置的安全稳定运行周期由30天提高至90天，大大减轻了因定期拆检清理带来的劳动量，节省了检修费用。

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

Claims (10)

1.一种甲醛浓缩真空分离器，其特征是，为圆形筒体结构，圆形筒体结构的外壁设有夹套，圆形筒体结构的一端开设气相出口，圆形筒体结构的另一端开设液相出口，圆形筒体结构的筒壁设有物料进口管，物料进口管的出料方向与圆形筒体结构的筒壁相切，所述物料进口管靠近气相出口，所述圆形筒体结构的筒壁设有环形的挡液圈，挡液圈的中心位于圆形筒体结构的轴线，所述挡液圈位于物料进口管和气相出口之间，所述气相出口设有出气管，出气管的进气口位于物料进口管和液相出口之间。

2.如权利要求1所述的真空分离器，其特征是，液相出口的封头为锥形封头；

优选的，锥形封头的锥角为45°～60°；

或，液相出口设置防涡挡板。

3.如权利要求1所述的真空分离器，其特征是，圆形筒体结构设置气相平衡管；

优选的，气相平衡管伸入圆形筒体结构内，且位于圆形筒体结构的气相平衡管的管口朝向液相出口；

或，圆形筒体结构开设人孔，人孔结构为内锥体结构，人孔法兰盖上下预留热水进出口法兰。

4.一种甲醛浓缩***，其特征是，由权利要求1～3任一所述的真空分离器和冷凝器组成，所述真空分离器竖直设置，真空分离器气相出口位于真空分离器液相出口的上方，所述真空分离器的气相出口连接冷凝器的物料进口。

5.如权利要求4所述的***，其特征是，冷凝器为圆筒状列管式换热器，冷凝器的物料进口方向与冷凝器壁相切，冷凝器的物料进口位于冷凝器上部，冷凝器的液相出口位于冷凝器底部，冷凝器的气相出口位于冷凝器下部；

或，冷凝器顶部设有分布器。

6.如权利要求4所述的***，其特征是，包括列管式预热器和物料泵体，列管式预热器竖直设置，列管式预热器的上部物料出口连接真空分离器的物料进口管，且真空分离器的位置高于列管式预热器。

7.一种甲醛浓缩方法，其特征是，提供权利要求4～6任一所述的***，将预热后的甲醛从物料进口管切向进入真空分离器进行闪蒸，闪蒸后的浓甲醛进行收集，闪蒸后的闪蒸气进入冷凝器冷凝获得稀甲醛。

8.如权利要求7所述的方法，其特征是，真空分离器的物料进口管中的物料流速为15m/s～20m/s；

或，真空分离器的液相出口的流速为正常流速的1.5～2倍；

或，真空分离器的气相出口的流速为正常流速的1.5～2倍。

9.如权利要求7所述的方法，其特征是，真空分离器夹套中的介质为80～95℃的热水；

或，冷凝器物料进口采用铜管伴热，伴热介质为93～97℃热水或0.25～0.35MPa蒸汽；优选0.3MPa蒸汽。

10.如权利要求7所述的方法，其特征是，闪蒸后的闪蒸气进入冷凝器后，冷凝获得稀甲醛部分回流至冷凝器顶部的分布器，对冷凝器的列管进行冲洗；

或，甲醛采用升膜蒸发的方式进行预热。