CN111265905A - 一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置及方法，包括氧化塔、萃取塔、换热器、热泵机组、汽水换热器、分离器、涡轮膨胀机、碳纤维吸附装置、空气压缩机；氧化塔侧壁通过管道与萃取塔连接，氧化塔的尾气排出口与换热器连接，换热器与分离器、涡轮膨胀机、碳纤维吸附装置、空气压缩机依次连接，空气压缩机与氧化塔连接；换热器中冷却液出口与蒸发器入口连接，冷却液入口与热泵机组的蒸发器出口连接；热泵机组冷凝器出水口连通汽水换热器进水口，汽水换热器出水口连通保温水层。本发明可使氧化尾气中的内能和氧气得到充分利用，提高氧化尾气安全性能，减少环境污染。

Description

一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置及方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置及方法。
背景技术
蒽醌法生产双氧水的工序分为氢化、氧化、萃取、净化、后处理。氧化工序的反应原理为，在一定温度和压力条件下，氢化液进入氧化塔后，在一定的压力和温度条件下被空气氧化，工作液中的氢蒽醌恢复成原来的蒽醌，同时生成过氧化氢，该工艺同时会产生氧化尾气。
由于氧化反应中的温度一般维持在50多摄氏度，而重芳烃的的闪点为45℃，将氧化工艺中产生的大量氧化尾气排入空气中时会夹带芳烃气体出来，造成环境污染同时会存在较大的安全隐患。氧化工序排出的氧化尾气温度一般在45～55℃之间。现有的氧化尾气处理***中，需先用水对氧气尾气换热冷却后，再利用涡轮膨胀制冷，再采用碳纤维吸附尾气中的芳烃，回收芳烃处理后的尾气可通过空气压缩机加压后通入氧化塔中循环加以利用，也可直接排进环境中。现有技术中除了对氧化尾气回收芳烃后加以循环利用外，也有对氧化尾气中的内能加以利用，如专利号公布的CN201711391462.0一种从蒽醌法制备过氧化氢的氧化尾气中回收芳烃的***，其利用发电机将内能转化为电能加以利用。然而，蒽醌法制备双氧水工艺中，经氧化得到的双氧水需要进行萃取提纯，而萃取工艺维持在一定的高温条件下进行，现有技术主要在萃取塔外侧壁增设保温层保温，减少萃取塔加热耗能。若能将氧化尾气中的内能循化利用至萃取工艺中，可提高资源利用率，同时将大大减少耗能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术氧化尾气处理工艺尾气利用不充分的技术问题，提供一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置及方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置，包括氧化塔、萃取塔、换热器、热泵机组、汽水换热器、分离器、涡轮膨胀机、碳纤维吸附装置、空气压缩机；
所述换热器包括尾气进口，尾气出口、冷却液入口和冷却液出口；
所述热泵机组包括形成回路连接的蒸发器、压缩机、冷凝器以及膨胀阀；
所述氧化塔侧壁通过管道与所述萃取塔连接，所述氧化塔顶部设有尾气排出口，所述尾气排出口与所述尾气进口连接，所述尾气出口与所述分离器的入口连接，所述分离器的出口与所述涡轮膨胀机的入口连接，所述涡轮膨胀机的出口与所述碳纤维吸附装置连接，所述碳纤维吸附装置与空气压缩机连接，所述空气压缩机与氧化塔通过管道连接；
所述冷却液出口与所述蒸发器入口连接，所述冷却液入口与所述蒸发器出口连接；
所述冷凝器的出水口连通所述汽水换热器的进水口，所述萃取塔外侧壁设有保温水层；所述汽水换热器的出水口连通所述保温水层。
进一步的，所述碳纤维吸附装置与所述空气压缩机连接的管道上还设置有缓冲罐，所述缓冲罐与所述空气压缩机连接的管道上还设置有鼓风机。
进一步的，所述萃取塔塔壁由内到外依次为第一混凝土层、保温水层、第二混凝土层、石棉层和铝层，所述汽水换热器的出水口穿过所述铝层、石棉层、第二混凝土层与所述保温水层连通。
进一步的，所述空气压缩机与氧化塔连接的管道上设有空气流量调节阀。
进一步的，所述换热器为直接式换热器。
本发明代理另一目的还在于保护所述蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置进行的氧化尾气处理方法，其包括如下步骤：
(1)氧化塔排出的温度为45～50℃的氧化尾气经换热器中冷却液换热制冷至温度为20 ℃以下，吸热后冷却液经蒸发器入口流入蒸发器中，并向蒸发器内的传热介质放热，放热后的冷却液经冷却液入口流回换热器中，循环吸收氧化尾气中的热量；
(2)蒸发器内的传热介质吸收换热器中的热量后在热泵机组内换热升温，由冷凝器的出水口排出高温水，高温水再经汽水换热器进一步升温至温度不低于50℃后，通入保温水层对萃取塔进行保温；
(3)步骤(1)经换热制冷后的氧化尾气通过分离器进行气液分离，在低于20℃的条件下分离回收芳烃后，再通过涡轮膨胀机制冷换热，将氧化尾气的温度降低5℃以下，再采用碳纤维吸附氧化尾气中的残留芳烃后，氧化尾气与空气压缩机中的空气混合后压缩得到氧气体积比不低于70％，气压在0.25～0.30Mpa的氧化气体通入氧化塔循环利用，氧化尾气不排空。
其中，所述保温水层的温度为50～60℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明中氧化尾气经过换热器换热吸收氧化尾气中的热量后，再经过热泵机组传热升温，再经汽水换热器进一步升温后直接通入萃取塔中的保温水层，对萃取塔起到很好的保温效果，本发明能充分回收氧化尾气中的内能，并将其用于蒽醌法生产双氧水中的萃取塔保温，有效的降低能耗，资源利用率高。
(2)本发明的氧化尾气经换热器换热后，再经分离器进行气液分离，分离回收部分芳烃，再经涡轮膨胀机换热制冷后进入碳纤维吸附装置中吸附分离出芳烃，回收芳烃后的尾气经空气压缩机加压后与加压后的空气混合通入氧化塔中循化利用，本发明不排出氧化尾气，减少氧化尾气对大气的安全性高，同时氧化尾气中含有的氧气能得到充分的利用。
(3)本发明中，将换热器制冷后在低于20℃的条件下分离回收重芳烃后，在该温度下，芳烃能大部分冷凝分离而出，同时再将氧化尾气换热制冷至5℃以下之后，再通入碳纤维吸附装置，低温下碳纤维吸附装置能高效吸附有机物，脱离出氧化尾气中的剩余芳烃以及其他有机物，氧化尾气除杂更彻底相比于在10～15℃吸附，在5℃吸附得到的有机物含量提高了 10左右％。
附图说明
图1为本发明一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置的结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为萃取塔横切面图；
图中，1-氧化塔、2-萃取塔、3-换热器、4-热泵机组、41-蒸发器、42-压缩机、43-冷凝器、 44-膨胀阀、5-汽水换热器、6-分离器、7-涡轮膨胀机、8-碳纤维吸附装置、9-空气压缩机、10- 缓冲罐、11-鼓风机、12-空气流量调节阀、31-尾气进口、32-尾气出口、33-冷却液入口、34- 冷却液出口、13-尾气排出口、20-第一混凝土层、21-保温水层、22-第二混凝土层、23-石棉层、24-铝层、25-汽水换热器出水口。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置，包括氧化塔1、萃取塔 2、换热器3、热泵机组4、汽水换热器5、分离器6、涡轮膨胀机7、碳纤维吸附装置8、空气压缩机9。
本实施方式中，所述换热器3为直接式换热器，包括尾气进口31，尾气出口32、冷却液入口33和冷却液出口34；所述热泵机组4包括形成回路连接的蒸发器41、压缩机42、冷凝器43以及膨胀阀44。
所述氧化塔1侧壁通过管道与所述萃取塔2连接，所述氧化塔1顶部设有尾气排出口13，所述尾气排出口13与所述尾气进口31连接，所述尾气出口32与所述分离器6的入口连接，所述分离器6的出口与所述涡轮膨胀机7的入口连接，所述涡轮膨胀机7的出口与所述碳纤维吸附装置8连接，所述碳纤维吸附装置8与空气压缩机9连接，所述空气压缩机9与氧化塔1通过管道连接。上述连接均管道连接。
所述冷却液出口34与所述蒸发器41入口通过管道连接，所述冷却液入口33与所述蒸发器41出口通过管道连接；
所述冷凝器43的出水口连通所述汽水换热器5的进水口，所述萃取塔2外侧壁设有保温水层21；所述汽水换热器5的出水口连通所述保温水层21。排出的氧化尾气中的内能经换热器3换热后，再经热泵机组4换热，最后经汽水换热器5升温后通入保温水层21，对萃取塔 2保温，萃取塔2保温效果好，同时，氧化尾气中的内能得到充分利用。
所述碳纤维吸附装置8与所述空气压缩机9连接的管道上还设置有缓冲罐10，所述缓冲罐10与所述空气压缩机9连接的管道上还设置有鼓风机11。缓冲罐10对碳纤维吸附装置8 排出的气体起到储存缓冲的作用，鼓风机11可将缓冲罐10中的气体鼓入空气压缩机9中压缩。
如图3所示，所述萃取塔2塔壁由内到外依次为第一混凝土层20、保温水层21、第二混凝土层22、石棉层23和铝层24，所述汽水换热器5的出水口25穿过所述铝层24、石棉层23、第二混凝土层22与所述保温水层21连通。
所述空气压缩机9与氧化塔1连接的管道上设有空气流量调节阀12，用于调节进入氧化塔1中的气体的压力与流速。
本发明的蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理方法，包括如下步骤：
(1)氧化塔1排出的温度为45～50℃的氧化尾气经换热器3中冷却液换热制冷至温度为 20℃以下，吸热后冷却液经蒸发器41入口流入蒸发器41中，并向蒸发器41内的传热介质放热，放热后的冷却液经冷却液入口33流回换热器3中，循环吸收氧化尾气中的热量；
(2)蒸发器41内的传热介质吸收换热器3中的热量后在热泵机组4内换热升温，即蒸发器41内的传热介质吸热后汽化为低压蒸汽，低压蒸汽流入压缩机42后，压缩机42将其压缩为高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入冷凝器43中与待加热的水进行热交换，待加热的水吸热后由冷凝器43的出水口排出高温水，高温水再经汽水换热器5进一步升温后，通入保温水层21对萃取塔2进行保温，使保温层的水温维持在50～60℃之间；
(3)步骤(1)经换热制冷后的氧化尾气通过分离器6进行气液分离，在低于20℃的条件下分离回收部分芳烃后，再通过涡轮膨胀机7制冷换热，将氧化尾气的温度降低5℃以下再采用碳纤维吸附氧化尾气中的残留芳烃后，氧化尾气与空气压缩机9中的空气混合后压缩得到氧气体积比不低于70％，气压在0.25～0.30Mpa的氧化气体通入氧化塔1循环利用，氧化尾气不排空。
本发明具有三个突出的技术优势：
1、氧化尾气中的内能得到充分利用：
本发明中氧化尾气经过换热器换热吸收氧化尾气中的热量后，再经过热泵机组传热升温，再经汽水换热器进一步升温后直接通入萃取塔中的保温水层，对萃取塔起到很好的保温效果，本发明能充分回收氧化尾气中的内能，并将其用于蒽醌法生产双氧水中的萃取塔的保温，有效的降低能耗，氧化尾气中的内能得到充分的利用。
2、氧化尾气中的氧气得到充分利用：
本发明的氧化尾气经换热器换热后，再经分离器进行气液分离，分离回收部分芳烃，再经涡轮膨胀机换热制冷后进入碳纤维吸附装置中吸附分离出芳烃，回收芳烃后的尾气经空气压缩机加压后与加压后的空气混合通入氧化塔中循化利用，氧化尾气中含有的氧气能得到充分的利用。
3、提高氧化尾气的安全性能，减少氧化尾气对环境的污染：
氧化塔中的氧化反应是放热反应，而氢化液是由循环工作液加氢生产而来，循环工作液由二乙基蒽醌、重芳烃、磷酸三辛酯、醋酸酯按一定比列配制而成，其中由于其中含有重芳烃，而重芳烃的的闪点为45℃，而氧化反应温度一般维持在50多度左右，而排除的氧化尾气直接进入空气中势必会夹带大量的芳烃气，会污染环境，安全性低。而本发明不排出氧化尾气，减少氧化尾气对大气的污染，安全性高。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限制本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置，其特征在于，包括氧化塔、萃取塔、换热器、热泵机组、汽水换热器、分离器、涡轮膨胀机、碳纤维吸附装置、空气压缩机；
所述换热器包括尾气进口，尾气出口、冷却液入口和冷却液出口；
所述热泵机组包括形成回路连接的蒸发器、压缩机、冷凝器以及膨胀阀；
所述氧化塔侧壁通过管道与所述萃取塔连接，所述氧化塔顶部设有尾气排出口，所述尾气排出口与所述尾气进口连接，所述尾气出口与所述分离器的入口连接，所述分离器的出口与所述涡轮膨胀机的入口连接，所述涡轮膨胀机的出口与所述碳纤维吸附装置连接，所述碳纤维吸附装置与空气压缩机连接，所述空气压缩机与氧化塔通过管道连接；
所述冷却液出口与所述蒸发器入口连接，所述冷却液入口与所述蒸发器出口连接；
所述冷凝器的出水口连通所述汽水换热器的进水口，所述萃取塔外侧壁设有保温水层；所述汽水换热器的出水口连通所述保温水层。
2.如权利要求1所述的一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置，其特征在于，所述碳纤维吸附装置与所述空气压缩机连接的管道上还设置有缓冲罐，所述缓冲罐与所述空气压缩机连接的管道上还设置有鼓风机。
3.如权利要求1所述的一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置，其特征在于，所述萃取塔塔壁由内到外依次为第一混凝土层、保温水层、第二混凝土层、石棉层和铝层，所述汽水换热器的出水口穿过所述铝层、石棉层、第二混凝土层与所述保温水层连通。
4.如权利要求1所述的一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置，其特征在于，所述空气压缩机与氧化塔连接的管道上设有空气流量调节阀。
5.如权利要求1所述的一种蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置，其特征在于，所述换热器为直接式换热器。
6.一种利用权利要求1-5任一所述蒽醌法生产双氧水的氧化尾气处理装置进行的氧化尾气处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)氧化塔排出的温度为45～50℃的氧化尾气经换热器中冷却液换热制冷至温度为20℃以下，吸热后冷却液经蒸发器入口流入蒸发器中，并向蒸发器内的传热介质放热，放热后的冷却液经冷却液入口流回换热器中，循环吸收氧化尾气中的热量；
(2)蒸发器内的传热介质吸收换热器中的热量后在热泵机组内换热升温，由冷凝器的出水口排出高温水，高温水再经汽水换热器进一步升温至温度不低于50℃后，通入保温水层对萃取塔进行保温；
(3)步骤(1)经换热制冷后的氧化尾气通过分离器进行气液分离，在低于20℃的条件下分离回收芳烃后，再通过涡轮膨胀机制冷换热，将氧化尾气的温度降低5℃以下，再采用碳纤维吸附氧化尾气中的残留芳烃后，氧化尾气与空气压缩机中的空气混合后压缩得到氧气体积比不低于70％，气压在0.25～0.30Mpa的氧化气体通入氧化塔循环利用，氧化尾气不排空。
7.如权利要求6所述的氧化尾气处理方法，其特征在于，所述保温水层的温度为50～60℃。
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