一种蚁醛低能耗制取系统

技术领域

本发明涉及蚁醛生产技术，具体是一种蚁醛低能耗制取系统。

背景技术

蚁醛是有机化学工业的重要原料之一，其生产工艺原理是甲醇和空气在催化剂的作用下发生氧化反应。蚁醛生产主要有银法和铁钼法两种工艺。

银法工艺是在甲醇过量的条件下生产蚁醛，该生产工艺转化率低，催化剂寿命短，产品中甲醇含量高，操作条件苛刻。

铁钼法工艺转化率高，产品中甲醇含量低，催化剂活性高，便于回收利用，操作条件温和，正在逐渐取代传统银法。目前铁钼法制蚁醛也有明显的问题：一是工艺热量浪费严重，二是多适用于高浓度蚁醛溶液生产。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种蚁醛低能耗制取系统，尾气处理热量进行预热、蒸汽生成和脱盐水加热三级利用，最大化热量回收，进一步降低能耗。本发明采用的技术方案如下：

一种蚁醛低能耗制取系统，包括甲醇汽化器、甲醇氧化器、导热油冷却器、第一水洗塔、第二水洗塔和尾气处理装置；

将空气风机、气体混合器和循环风机依次串联后连通至所述甲醇汽化器的上段壳程以输送空气，甲醇汽化器的下段壳程与甲醇氧化器循环连通；

所述甲醇汽化器底部设有蚁醛气出口且连通输送至第一水洗塔的底部，所述第一水洗塔的底部设有蚁醛溶液出口，所述第一水洗塔内设有循环流通的蚁醛溶液以吸附蚁醛气且在塔体中部设置循环蚁醛溶液的出口连通输送至甲醇汽化器；

所述第二水洗塔顶部连通有作为吸收剂的工艺水管路，所述第一水洗塔的底部连通有作为吸收剂的另一个工艺水管路；

所述第二水洗塔的顶部尾气一个管路连通输送至气体混合器、另一管路连通输送至尾气处理装置。

上述蚁醛低能耗制取系统，所述甲醇汽化器的上段为甲醇雾化混合段、下段为甲醇气化及混合气预热段。

上述蚁醛低能耗制取系统，所述空气风机之前的管路上安装有空气过滤器。

上述蚁醛低能耗制取系统，所述尾气处理装置包括尾气处理器、蒸汽发生器和脱盐水加热器；所述尾气处理器的上部连通脱盐水加热器、下部连通蒸汽发生器。

上述蚁醛低能耗制取系统，所述甲醇汽化器顶部热量通过二级循环冷却器输送至第一水洗塔的顶部，聚集在第一水洗塔顶部的热量输送至第二水洗塔底部，所述第二水洗塔的塔体配置三级循环冷却器，所述蚁醛溶液出口的管路上设有产品冷却器。

上述蚁醛低能耗制取系统，所述甲醇汽化器的甲醇雾化混合段内为甲醇混合气，其中氧气的含量为10％-11％、甲醇气的含量为4％-10％。

上述蚁醛低能耗制取系统，所述甲醇氧化器内的反应温度为300℃～450℃。

上述蚁醛低能耗制取系统，所述第一水洗塔的底部输出的蚁醛溶液的浓度为30%-55%。

本发明的有益效果为：

其一，将甲醇汽化器与甲醇氧化器换热连通、与第一水洗塔气液连通，提高甲醇汽化器内的换热效率和蚁醛的转化速率；利用本装置制取蚁醛，通过两处水洗塔保证两级浓度可调范围大。

其二，制取蚁醛产生的尾气能够循环使用，热量回收节约了能源，降低能耗和生产成本，保护了环境。

其三，将甲醇气化、混合气预热二合一于甲醇汽化器，缩短了甲醇雾化到气化的行程，避免了低温段雾化甲醇再次液化为液滴的问题，反应后气体中蚁醛含量可由8.5%-9%（mol）稳定至9%（mol）以上。

其四，空气过滤器清洁空气和降低温度，并且降低空气中的含水量，含水量由0.03%降至0.02%以下，水分的减少在有助于甲醇向蚁醛的正向反应，提高原料的转化率。

附图说明

图1为本发明的装置系统结构示意图；

图2为本发明甲醇汽化器的结构示意图；

图3为本发明放空管的结构示意图。

1、空气风机，2、循环风机，3、甲醇汽化器，4、甲醇氧化器，5、导热油冷却器，6、第一水洗塔，7、第二水洗塔，8、尾气处理器，9、蒸汽发生器，10、脱盐水加热器，11、气体混合器，12、二级循环冷却器，13、三级循环冷却器，14、产品冷却器，15、锅炉水槽，16、导热油储槽，17、空气过滤器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。应当强调的是以下实施例是示例性的，其中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

本实施例的蚁醛低能耗制取系统，如图1所示，设有空气风机1、循环风机2、气体混合器11、甲醇汽化器3、甲醇氧化器4、导热油冷却器5、第一水洗塔6、第二水洗塔7、尾气处理器8、蒸汽发生器9和脱盐水加热器10等。

空气过滤器17、空气风机1、气体混合器11与循环风机2依次串联，循环风机2的出口连通甲醇汽化器3的上段壳程。

空气过滤器17要功能为清洁空气和降低湿度，使用木浆纸作为滤芯主要材质，过滤精度达到2um，杂质有效过滤达90%，蚁醛溶液产品灰分含量普遍要求为100ppm以下，空气过滤器17可使产品灰分有效控制在90ppm以下。同时，过滤后空气含水量由0.03%降至0.02%以下，含水量降低接近50%；选用配置有自动脉冲清灰功能的过滤器，利用干燥氮气依据压差或时间控制对滤芯进行反吹清理，带走灰质和水分。甲醇制备蚁醛的氧化反应为CH3OH +1/2O2 = HCHO + H2O，因此水分的减少在一定程度上有助于正向反应的进行，提高原料的转化率和蚁醛品质。空气过滤器17还可以确保空气风机1稳定运行和使用寿命。

气体混合器11选用内插式喷流混合，用于新鲜空气和循环气体混合，新鲜空气氧含量为20.9%左右，循环气氧含量位5%左右，两者按照约1:1.65的比例进行混合，确保混合气体10%-11%的氧含量。通过该气体混合气11的运行，蚁醛制备反应后气体二甲醚含量由常规管道混合的约0.45%w/w降至0.40%w/w以下，一氧化碳含量由常规管道混合的1.2%w/w左右降至1.1%w/w左右。

甲醇汽化器3的下段壳程连通甲醇氧化器4。甲醇氧化器4连接导热油冷却器5，并且其出口管道连通甲醇汽化器3的下段壳程，甲醇汽化器3的蚁醛气出口与第一水洗塔6的蚁醛气进口连通，第二水洗塔7顶部的尾气出口分别连通气体混合器11和尾气处理器8。尾气处理器8进一步连接蒸汽发生器9和脱盐水加热器10，第一水洗塔6连通有蚁醛溶液的循环泵和产品冷却器14，并设置蚁醛产品采出口。

所述甲醇汽化器3的上段为甲醇雾化混合段、下段为甲醇气化及混合气预热段。现有技术中甲醇进料分两个设备：甲醇蒸发器和混合气预热器，在甲醇蒸发气化后遇相对冷的混合气在管道输送中会有重新凝聚液滴的现象，后面加热器中再次预热气化，易出现醇氧局部不均，影响反应。本实施例中甲醇汽化器3能够实现雾化-混合-预热气化的工艺流程，如图2所示，混合气自上而进、甲醇上部侧进，经分布器和喷嘴形成雾状，与混合气混合后进入甲醇汽化器3的上部列管换热，混合气由50-60℃加热至70-80℃；上、下部列管换热间距设置为800-1000mm，当混合气进入下部换热段温度由80℃左右提升至180℃左右。上段列管长1500mm，下段列管长4500mm。甲醇汽化器3缩短了甲醇雾化到气化的行程，避免了低温段雾化甲醇再次液化为液滴，反应后气体中蚁醛含量可由8.5%-9%mol稳定至9%mol以上。

利用上述系统制取蚁醛的工艺方法为：

(1)甲醇气化

甲醇在甲醇汽化器3上的喷嘴雾化后进入到上段壳程，循环尾气和新鲜空气在气体混合器11混合后也进入甲醇汽化器3的上段壳程，同时来自第一水洗塔6的蚁醛溶液进入甲醇汽化器3的上段壳程，与甲醇、循环尾气、空气进行换热。甲醇混合气中氧气的含量为10％-11％，甲醇气的含量为4％-10％。

换热后的甲醇混合气体进入甲醇汽化器3的下段壳程，同时来自甲醇氧化器4的高温蚁醛气进入甲醇汽化器3的下段壳程，高温蚁醛气与甲醇混合气体换热，甲醇混合气体被加热至160-220℃。

(2)蚁醛反应

甲醇混合气体进入甲醇氧化器4，在反应列管内在铁钼催化剂作用下进行不完全氧化反应生成蚁醛气，起初反应温度迅速上升保持在300℃～450℃，随着反应的进行当大部分甲醇反应结束后，反应温度又迅速下降，最终气体离开反应列管时温度接近导热油沸点温度。之后蚁醛气先进入甲醇汽化器3与低温的甲醇混合气体换热，蚁醛气体温度降至约120-140℃，这个温度取决于甲醇混合气体流量的大小，换热后蚁醛气再进入第一水洗塔6。

甲醇氧化器4的反应壳体充满导热油，反应热通过列管换热壳程的导热油移走，并通过导热油冷却器5副产蒸汽带走热量确保导热油循环工作。气相导热油在导热油冷却器5中冷凝,冷凝后的导热油流回甲醇氧化器4。导热油冷却器5锅炉水通过换热可控压力，副产出0.5MPa、1.27MPa、2.0MPa或2.5MPa的饱和蒸汽，实现热量进一步回收使用。

(3) 蚁醛吸收和产出

蚁醛气进入第一水洗塔6，通过水浴逆向吸收混合气中的蚁醛气体，在塔底形成蚁醛溶液并通过浓度调节控制采出产品，可通过两级浓度调节，产出30%-55%的产品，实现多种不同浓度蚁醛的制备。通过调节水洗塔进水流量达到出产不同浓度蚁醛溶液的目的，进水途径设置两处，一处为第二水洗塔7顶部粗调进水（IW01），另一处为第一水洗塔6蚁醛溶液循环过程微调进水（IW02），具体调节方式为：反应开始前，通过IW01进水建立液位和循环，然后IW01关闭；反应开始后，IW01保持关闭，蚁醛溶液通过单塔自循环和双塔大循环不断提升浓度，观测在线浓度监测，达到预定浓度后，产品输出，同时IW01同步启动，可以根据经验数据设定流量；运行过程中可通过调节IW02提高产品浓度精确度，进而提高产品质。循环的蚁醛溶液用来吸收进入第一水洗塔6的蚁醛气。吸收产生的热量被二级循环冷却器12、三级循环冷却器13和第二水洗塔7顶部冷却盘管移出，产出蚁醛多余热量被产品冷却器14移出。其中二级循环冷却器12、三级循环冷却器13和产品冷却器14均为板式换热器。

尾气从第二水洗塔7顶部出口排出，吸收后的尾气一部份返回循环风机2，一部分进入尾气处理装置。工艺水作为吸收剂从第二水洗塔7顶部加入，最终产品蚁醛溶液的期望浓度取决于工艺水的流量，另有一路微量工艺水在第一水洗塔6底部出口加入，作为蚁醛浓度微量调节控制手段。

本实施例依据生产安全规定，在甲醇气化器3顶部设置紧急爆破放空管，甲醇氧化器4顶部设置两处紧急爆破放空管，甲醇气化器3与甲醇氧化器4中间的连接管线上设置紧急爆破放空管，放空管的放空末端形式有三种：一是直筒放空，二是末端弯头放空、三是末端T型放空。直筒放空一般加设雨帽或者苫盖防雨布幔，本流程未紧急爆破放空，防雨设施易被冲入高空，造成二次事故；弯头放空和T型阻力较大。本实施例中放空管末端为Y字形羊角顶式，管口面15°斜面，既减小阻力又有避雨功能。

(4)尾气处理

尾气处理装置处的气体量由氧含量调节阀来控制，调节阀控制了进入的循环尾气与新鲜空气的比例，使氧的含量维持在设定值10-11%。

尾气与焚烧产生的烟道气在尾气处理器8上段进行热交换，尾气在尾气处理器8内催化焚烧后达标排放，放出大量的热，通过尾气预热、蒸汽发生器9和脱盐水加热器10进行三级回收降温，进一步实现热量回收使用，极大降低了能耗。

尾气处理器8分上下两段，上段为换热段，壳程的反应后高温尾气将来自第二水洗塔7的尾气加热至200-300℃，下段为反应段，通过铂铝催化作用进行完全氧化。蒸汽发生器9与锅炉水通过换热可控压力，副产出0.5MPa、1.27MPa、2.0MPa或2.5MPa的饱和蒸汽。

具体来说，尾气处理器8上段换热壳程，设有两个旁通阀来调整气体流向，以达到所需温度。开车初期，尾气处理器8下段用电加热器加热尾气以达反应所需温度。焚烧后的放空气进入脱盐水加热器10进行热量再回收。