CN203741248U - 一种改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置，其特征在于，该装置包括：反应釜、尾气冷凝器、吸收塔、吸收液冷却器、吸收液循环泵，所述反应釜包括进气管和进料管，所述反应釜的尾气出口处设有尾气冷凝器，所述尾气冷凝器与吸收塔连通，所述吸收塔与所述吸收液冷却器通过所述吸收液循环泵组成冷却循环回路，本实用新型针对传统装置进行多项改进，增设鼓风机、尾气冷凝器、吸收液冷却器、空气分布管和液体原料分布管等设备或部件，提高了氧化反应效果和原料回收率，使产品收率显著提高，硝酸单耗明显下降，并实现了废气达标排放。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置，属于化工设备技术领域。
背景技术
乙醛酸是一种重要的精细化工原料和中间体，广泛应用于香料、医药、农药、造纸、涂料、油漆、皮革和食品添加剂等轻工产品的合成领域。目前，工业上较常用的化学合成方法主要有乙二醛硝酸氧化法、草酸电解还原法、马来酸（酐）臭氧氧化法三种。其中，乙二醛硝酸氧化法以其较低的成本和较成熟的技术，成为国内外生产厂家普遍采用的乙醛酸合成方法。
乙二醛硝酸氧化法是在盐酸等助剂的催化作用下，用硝酸作氧化剂选择性氧化乙二醛，生成主产物乙醛酸，并副产草酸。反应原理如下：
主反应方程式为：
3CHO-CHO + 2HNO3 → 3CHO-COOH + 2NO↑ + H2O ①
同时不可避免地因乙醛酸被进一步氧化而发生副反应，生成一定量的副产物草酸。副反应方程式为：
3CHO-COOH + 2HNO3 → 3HOOC-COOH + 2NO↑ + H2O ②
目前主流的合成方法还引入空气（含约21%的O2）参与反应，借助空气中的O2将NO氧化为NO2，NO2进一步被水吸收反应，生成硝酸或亚硝酸而成为可回收利用的氧化剂，同时解决环境污染问题。这一转化过程主要发生如下反应：
2NO + O2 ＝2NO2 ③
3NO2 + H2O ＝ 2HNO3 + NO ④
4NO2 + O2 + 2H2O ＝ 4HNO3 ⑤
经文献检索和对同行业主要生产厂家调研，我们发现，现有的和目前已实现工业化的氧化反应设备和尾气吸收装置主要有以下共同特点：
（1）氧化设备均为搪玻璃氧化釜，结构过于简单，不能满足氧化反应的需要，不能很好地适应工艺条件优化等要求。
（2）尾气吸收设备大多采用填料塔水吸收，少数厂家伴有碱液吸收装置，以回收套用氧化剂硝酸并减排，但由于装置水平参差不齐，部分厂家并未实现达标排放的目标。
（3）氧化设备和吸收设备的共同特点在于，设备过于简单化、单一化，未根据工艺自身的特性和氧化反应以及尾气回收治理的原理进行合理设计开发，普遍采用通用设备而非专用设备。
上述现有装置主要存在以下缺陷：
A、虽然引入了空气参与反应，但这主要是针对尾气吸收过程中将NO氧化为NO2降低水吸收难度而引入的，空气的引入并没有给氧化反应本身造成多大有利影响，没有从源头上充分利用从釜中逸出的氧化剂来实现节能减排，因而尾气产生量较大，给环保造成了很大的压力。
B、大多采用在吸收塔末端连接引风机的设备流程，使反应釜和吸收塔整个***在负压下运行，这会造成氧化釜中酸性气体的快速大量流失，且负压也不利于气体的水吸收，使解吸加剧，使硝酸的回收率严重下降，回收硝酸的浓度也较稀，致使吸收液总量加大，套用后多余部分不得不处理和排放，不利于节能减排。
C、通常采用的氧化反应温度为50-80℃，被负压抽出的气体温度高达40-60℃，未采取降温措施直接进入吸收***，同时吸收过程中反应放热，使得吸收温度偏高，吸收处理效果不佳，不利于提高原料回收率和减排，且***运行不够稳定，超标排放的现象时有发生。
基于以上原因，急需研发新的尾气治理方法或优化氧化工艺条件及其配套设备。
发明内容
为了解决上述缺陷与不足，本实用新型提供一种改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置，不仅能够提高氧化反应效果和原料回收率，使产品收率显著提高，硝酸单耗明显下降，并实现了废气达标排放。所述技术方案如下：
本实用新型实施例提供了一种改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置，其特征在于，该装置包括：反应釜、尾气冷凝器、吸收塔、吸收液冷却器、吸收液循环泵，所述反应釜包括进气管和进料管，所述反应釜的尾气出口处设有尾气冷凝器，所述尾气冷凝器与吸收塔连通，所述吸收塔与所述吸收液冷却器通过所述吸收液循环泵组成冷却循环回路，所述装置还包括鼓风机，所述鼓风机与所述反应釜的进气管外端连接。
优选地，所述进气管和进料管伸入反应釜内的一端管头封闭，所述管头的管壁上设有多个小孔。
优选地，所述吸收液循环泵还连接有回收口，所述回收口上设有回收阀门。
优选地，所述吸收塔为串联的多级波纹填料吸收塔，所述各级塔分别通过所述吸收液循环泵与所述吸收液冷却器导通。
优选地，所述尾气冷凝器为列管式或搪玻璃片式换热器，降温介质为0-15℃冰盐水。
优选地，所述鼓风机为中压或高压离心式鼓风机。
优选地，所述吸收液冷却器为耐强酸腐蚀的列管式换热器，降温介质为凉水塔提供的循环冷却水。
优选地，所述进气管和进料管为耐硝酸和盐酸腐蚀的管材。
与传统的氧化反应及尾气吸收装置相比，本实用新型所述装置具有以下显著优点：
1、通过采用尾气冷凝器中的冰盐水进行降温，使反应釜气相逸出的气体冷凝回流至反应釜内，充分回收利用部分氧化剂并维持釜内氧化环境的稳定，从源头上充分回收利用从釜中逸出的氧化剂来实现节能减排。同时实现了尾气进入吸收塔前的预冷，有利于减轻管道、设备高温腐蚀老化，促进吸收过程正常进行。
2、采用鼓风机替代现有技术中吸收***末端的引风机，使反应釜及尾气吸收整个***由负压变为正压，有效减少了氧化釜中酸性气体在负压下的快速流失，增加了氧气在液相的溶解度和尾气在液相的溶解再利用，并有效抑制了尾气吸收过程中的解吸，提高了硝酸的回收率和回收硝酸的浓度（至30-35%），回收原料可直接套用到氧化反应，并使处理后的尾气达标排放。
3、对反应釜增设进气管和进料管，其中，进气管和进料管的管端呈封闭式，管端的管壁上设有多个小孔，通过在进气管管段设置多个小孔，使空气经小孔均匀分布后直接进入液相，快速实现NO向NO2的转化和再利用，并避免NO气体自气相直接逃逸，使氧化环境更稳定，降低了硝酸单耗，提高了乙醛酸收率，通过在进料管管段设置多个小孔，使硝酸滴加过程中硝酸分布更均匀，减轻了局部硝酸浓度过高所致的过度氧化，从而减少了生成草酸的以及其他的副反应，提高了主产物收率和产品质量。
4、在吸收塔上增设吸收液冷却器，使吸收塔与吸收液冷却器组成冷却循环回路，使水吸收这一放热过程在较低的温度下进行，提高了硝酸及易挥发气体的溶解度，减少解吸，吸收更充分，促进了硝酸回收率和回收硝酸浓度的同步提高。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置的结构示意图。
其中，1反应釜、2鼓风机、3尾气冷凝器、4吸收塔、5吸收液循环泵、6吸收液冷却器、7进料阀、8进气阀、9进气管、10进料管、11搅拌器、12夹套、13蒸汽阀门、14冷却水阀门、15出料阀、16出气阀、17回收阀、18冷却阀、19第一级吸收塔气体出口。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
本实用新型实施例所述的一种改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置由5000L搪玻璃反应釜1、离心式高压（3000Pa < H ≤15000 Pa）鼓风机2、换热面积30㎡石墨改性聚丙烯列管式尾气冷凝器3、六级串联的PP材质波纹填料吸收塔4、六台2.2KW吸收液循环衬塑离心泵5、六台换热面积80㎡石墨改性聚丙烯列管式吸收液冷却器6、DN40 PP材质进料球阀7、DN65 PP材质进气球阀8、DN65 PP管制成的进气管9、DN40 PP管制成的进料管10。
参见图1，反应釜1内设有进气管9、进料管10和搅拌器11，进气管9和进料管10伸入反应釜1内的管头呈封闭式，管头的管壁上设有多个小孔，通过在进气管管段设置多个小孔，使空气经小孔均匀分布后直接进入液相，快速实现NO向NO2的转化和再利用，并避免NO气体自气相直接逃逸，同时使硝酸滴加过程中硝酸分布更均匀，减轻了局部硝酸浓度过高所致的过度氧化，减少了草酸的生成以及其他的副反应，提高了主产物收率和产品质量。进气管9伸出反应釜1的外端上装有用于调节空气流量的进气阀8，进料管10伸出反应釜1的外端上设有进料阀7，具体的，本实用新型实施例中的进气管和进料管是由耐硝酸和盐酸腐蚀的管材制成的。
图1中，进气管9外端连接中压或高压离心式鼓风机2，使反应釜及尾气吸收整个***由负压变为正压，有效减少了反应釜中酸性气体在负压下的快速流失，增加了氧气在液相的溶解度和尾气在液相的溶解再利用，并有效抑制了尾气吸收过程中的解吸，提高了硝酸的回收率和回收硝酸的浓度（至30-35%），使处理后的尾气达标排放。反应釜1的底部设有出料口，出料口上设有出料阀15，反应完成后，打开出料阀15，氧化液自出料口流出进入下一工序的浓缩釜，反应釜1的外壁设有调节温度的夹套12，夹套12上设有压力表、蒸汽入口和冷却水出口，其中，蒸汽入口的位置高于冷却水出口的位置，便于蒸汽液化后的冷却水自位置较低的冷却水出口排出，蒸汽入口和冷却水出口上分别设有蒸汽阀门13和冷却水阀门14，通过调节蒸汽阀门13和冷却水阀门14，控制夹套12内的温度，使反应釜1中的反应温度在工艺规定的范围内，反应釜1上还设有温度计和压力表等常见结构。
由图1可知，反应釜1的顶部设有出气口，出气口上设有出气阀16，尾气冷凝器3的进气口与反应釜1的出气口通过导管连通，当反应釜中反应完成后，反应釜1内产生的尾气通过出气口进入尾气冷凝器3，尾气中包含H2O、O2、 NO、NO2，本实用新型实施例中尾气冷凝器3为列管式或搪玻璃片式换热器，降温介质为0-15℃冰盐水，反应釜1内产生的尾气经水蒸气吸收形成HNO3或HNO2，再经过尾气冷凝器3中的冰盐水降温，冷凝回流至反应釜1内，达到充分回收利用尾气，并维持反应釜1内氧化环境的稳定，直接从源头上充分回收利用从反应釜1中逸出的氧化剂来实现节能减排。同时实现了尾气进入吸收塔前的预冷，有利于减轻管道、设备高温腐蚀老化，促进吸收过程正常进行。
如图1所示，部分没有在尾气冷凝器3中反应的尾气通过导管进入吸收塔4，吸收塔4的底部出口与吸收液循环泵5连接，吸收液循环泵5的另一端分别连接吸收液冷却器6的进水口和回收液的回收口，回收口上装有回收阀14，吸收液冷却器6的出水口与吸收塔4连通，在关闭回收阀门14的情况下，吸收塔4、吸收液循环泵5和吸收液冷却器6形成冷却循环回路，通过吸收液循环泵5不停的将吸收塔4中的完成液吸入吸收液冷却器6，再回流到吸收塔4中，使水吸收这一放热过程在较低的温度下进行，提高了硝酸及易挥发气体的溶解度，减少解吸，吸收更充分，促进了硝酸回收率和回收硝酸浓度的同步提高，具体地，本实用新型实施例中吸收液冷却器为耐强酸腐蚀的列管式换热器，降温介质为凉水塔提供的循环冷却水。
进一步地，本实用新型实施例中的吸收塔4内设有六级吸收塔，第一级吸收塔的气体出口19与第二级吸收塔的气体进口相连，依次串联，直至第六级吸收塔气体出口升空排放，且每一级吸收塔分别与一个吸收液循环泵和一个吸收液冷却器相连通组成各自的冷却循环回路。各级吸收塔的完成液由对应的回收口收集。通过采用六级串联波纹填料吸收塔，能够延长尾气吸收流程，使尾气所含氮氧化物吸收效果更为理想，进一步提高硝酸回收率，并确保废气符合环保标准。
本实用新型实施例所述的改进的合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收装置的操作方法：
启动鼓风机2和吸收液循环泵5，按照工艺规程规定的投料顺序由进料管7向反应釜1中处投入液体原料，启动反应釜1的搅拌器11，打开反应釜1的出气阀16，使反应釜1与尾气冷凝器3连通，调节进料阀7控制流量，缓慢加入硝酸进行反应，反应过程中调节蒸汽阀门13和冷却水阀门14，控制反应釜1内反应温度在工艺规定的范围内。加入硝酸后保温一段时间，待反应完毕，关闭蒸汽阀门13和冷却水阀门14，打开反应釜1的出料阀15，由出料口真空转料至下一工序浓缩釜。关闭吸收液冷却器6的冷却阀18，打开回收阀17，将吸收塔4回收所得稀硝酸用吸收液循环泵5输送至回收口进行收集，通过补加浓硝酸或纯化水，配制成含量合格的稀硝酸，循环套用到氧化反应中。
本实用新型实施例所述的改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置的实施效果：
本实用新型提供的装置与传统装置进行的对比生产试验结果显示：在其它工艺条件基本不变的情况下，氧化液中主产物乙醛酸含量由原19-23%提高到27-29%；主产物收率也有明显提高，由原摩尔收率（对乙二醛）75%提高到82%；回收硝酸的含量由原17-20%提高到38.8-40.2%，基本上可以直接套用至氧化反应；硝酸回收率也由原83%提高到95.5%。硝酸综合单耗由原0.260t/t下降至0.201t/t（以50%的乙醛酸产品计）。另外，由于副反应的减少，使产品中某些杂质的含量降低。在环保方面，净化处理尾气后，其中97%（体积百分数）以上的有害物质被回收利用，尾气中NOx和HCl总含量低于190ppm的指标，其中NOx含量低于175ppm，HCl含量低于10ppm，排放的尾气符合国家环保标准。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1. 一种改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置，其特征在于，该装置包括：反应釜、尾气冷凝器、吸收塔、吸收液冷却器、吸收液循环泵，所述反应釜包括进气管和进料管，所述反应釜的尾气出口处设有尾气冷凝器，所述尾气冷凝器与吸收塔连通，所述吸收塔与所述吸收液冷却器通过所述吸收液循环泵组成冷却循环回路，所述装置还包括鼓风机，所述鼓风机与所述反应釜的进气管外端连接。
2. 根据权利要求1所述的改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置，其特征在于，所述进气管和进料管伸入反应釜内的一端管头封闭，所述管头的管壁上设有多个小孔。
3. 根据权利要求2所述的改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置，其特征在于，所述吸收液循环泵还连接有回收口，所述回收口上设有回收阀门。
4. 根据权利要求1所述的改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置，其特征在于，所述吸收塔为串联的多级波纹填料吸收塔，所述各级塔分别通过所述吸收液循环泵与所述吸收液冷却器导通。
5. 根据权利要求1所述的改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置，其特征在于，所述尾气冷凝器为列管式或搪玻璃片式换热器，降温介质为0-15℃冰盐水。
6. 根据权利要求1所述的改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置，其特征在于，所述鼓风机为中压或高压离心式鼓风机。
7. 根据权利要求1所述的改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置，其特征在于，所述吸收液冷却器为耐强酸腐蚀的列管式换热器，降温介质为凉水塔提供的循环冷却水。
8. 根据权利要求1所述的改良型合成乙醛酸的氧化反应及尾气吸收的装置，其特征在于，所述进气管和进料管为耐硝酸和盐酸腐蚀的管材。
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