氧化反应排放气的处理和能量回收方法
技术领域
本发明涉及对芳香族二羧酸制造时产生的大量反应排放气进行处理,并对该排放气附带的有效成分及能量进行回收的技术和系统。具体来说,涉及除去、回收该羧酸制造过程中产生的排放气里的含有成分后,将压力作为动力能量回收的排放气处理系统技术。也是能够对排出的低压排放气进行利用的资源节省技术。
背景技术
随着芳香族二羧酸用途的增长,以对二甲苯等二烷基芳香族烃为原料,用醋酸作为溶剂并在由钴、锰及溴组成的催化剂的存在下,利用高压分子态氧气进行液相氧化来制造芳香族二羧酸的方法在工业上得到了大规模实施。
在该制造方法中,为了将产生的大量氧化反应的反应热除去,由氧化反应器排出的完成了氧化反应的氧含量低的反应排放气,与溶剂醋酸及反应生成水的蒸汽一起从该反应器排出。为此通过热交换器对含有该蒸汽的气体冷却、除热,使附带的可冷凝成分冷凝,并将冷凝液分离,然后从反应体系中排出反应排放气。还有,在该氧化反应中,上述用热交换器冷却、除热时伴随着蒸汽的产生(约5Kg/cm2G蒸汽),以及伴随着冷凝、分离的冷凝液回流到氧化反应器中,使氧化反应冷却和溶剂量的维持操作。
而且,由于该排出的反应排放气中含有在冷凝液分离温度(约50℃)下与醋酸及水等冷凝液达到平衡的饱和蒸汽,因此在工业上使之通过进行水洗、吸收的高压吸收塔,减少醋酸等所含的有机成分,然后从该制造装置中排放出来(参见专利文献1:日本特公昭39-8818号)。
由于其后的环境问题及节省资源的需求增大,关于对拥有该排放气的资源进行处理、回收的方法,已提出了如下所述的各种方案。
首先,专利文献2(日本特开平2-32040号)、专利文献3(日本特开平4-74153号)中提出了目的在于吸附除去排放气中含有的有机物,再脱附回收的方案,但是据说存在着以下等问题,即,所含成分中的水分对吸附能力造成不良影响,以及吸附后的成分难以脱离。
另一方面,专利文献4(日本特开平8-268953号)中也提出了使该排放气与催化剂接触进行氧化处理,使所含成分无害化的方法。
另外,由于该排放气是在基本保持为氧化反应压力的状态下排放,因此,还提出了使该排放气在有压力的状态下在催化剂存在下接触氧化(燃烧,300℃以上)或在无催化剂情况下直接燃烧(800℃以上),形成高温,然后通入膨胀涡轮机,将排放气所具有的压力转换为动力能量进行回收的方法(参见专利文献5:日本特开昭55-99517号、专利文献6:日本特开昭56-72221号、专利文献7:日本特开平8-155265号)。
但是,在该方法中,由于该排放气中含有氧化反应副产物之一的溴代甲烷等,因此,通过燃烧转换为腐蚀性的溴化合物(Br2或HBr),使得将燃烧处理气导入膨胀涡轮机时需要防腐蚀措施。专利文献8:日本特开昭60-219421号中提出了利用水溶液使燃烧处理气通过吸收塔,从而除去腐蚀性成分,然后导入膨胀涡轮机的方法。另外,专利文献9:日本特开2000-189753号、专利文献10:日本特表2001-525576号还提出了按照使涡轮机内通气时的温度、压力不在露点以下(不结露)的设定条件来回收能量的方法。
对于象以上这样对从芳香族二羧酸制造装置中排出的反应排放气的含有成分进行吸附回收,在吸脱附方面存在问题,对其改进需要特殊的吸附及吸附技术,另外,对于将保持压力转换为动力能量,需要高压燃烧设备及用于解决腐蚀问题的高温化设备。
专利文献1:日本特公昭39-8818号公报
专利文献2:日本特开平2-32040号公报
专利文献3:日本特开平4-74153号公报
专利文献4:日本特开平8-268953号公报
专利文献5:日本特开昭55-99517号公报
专利文献6:日本特开昭56-72221号公报
专利文献7:日本特开平8-155265号公报
专利文献8:日本特开昭60-219421号公报
专利文献9:日本特开2000-189753号公报
专利文献10:日本特表2001-525576号公报
专利文献11:日本特开昭53-84933号公报
专利文献12:日本特开昭54-100310号公报
发明内容
发明所要解决的问题
从芳香族二羧酸制造装置中排出的高压反应排放气通常由下表的组成构成,作为含有的有机成分,一般认为由醋酸、醋酸甲酯、苯、甲苯、对二甲苯及溴代甲烷组成。
表1反应排放气的组成(日本特表2001-515576号)
物质名 |
组成(摩尔%) |
氮(N2) |
94.5 |
氧(O2) |
3.0 |
一氧化碳(CO) |
0.45 |
二氧化碳(CO2) |
1.35 |
水(H2O) |
0.5 |
有机成分 |
0.2 |
因此,对于将该气体直接导入膨胀涡轮机进行能量回收,由于在涡轮中排放气体温度下降,总是需要加热。
这是因为涡轮机内的绝热膨胀导致温度下降,排放气中所含成分中的水及有机成分产生的结露会对涡轮机的运转带来障碍。
本发明人着眼于以下方面进行了研究,即,使用由上述氧化反应器产生的蒸汽(约5kg/cm2G蒸汽)作为加热时所需热源,在将导入的排放气加热到140℃以上的较低温度范围内回收压力能量,即使该排放气在涡轮机内温度下降也可以避免结露,以此减少所含成分。
为此,本发明人的课题在于可以1)对该排放气中所含成分及其分离特性进行分析,研究用于减少所含成分的分离、回收工艺,形成与上述制造装置的溶剂回收工序达到一体化处理的处理系统,2)在不需要高温化设备及防腐蚀措施的较低温度范围内,不发生结露地将该处理后的气体所保持的压力作为动力能量进行回收,然后3)将该回收动力后的低压(约0.1Kg/cm2G)排放气用于上述制造的芳香族二羧酸粉体的干燥、混合、输送等等,从而以构建使该羧酸制造工艺和处理达到一体化的反应排放气有效处理系统为目的进行了研究。解决问题的手段
如上述表中所示,从芳香族二羧酸制造装置中排出的反应排放气所含成分中,水分的含量在有机物含量以上,因此在有机成分的吸附方面,存在着水分量使吸附能力降低的问题,另外,还存在着暂时吸附的有机成分不容易脱离的问题。
因此,为了解决上述问题,本发明人利用溶剂吸收所含的有机成分来除去、减少有机成分,而且采用以往的公知吸附法除去、减少所含水分,通过这样的功能分担处理方式,使有机成分的除去、回收变得容易,实现了能够避免在膨胀涡轮机中发生水分结露的方法。
因此,本发明人发现了以下方法,即,对于回收动力,也能够在不象以往那样设置用于使排放气高温化的燃烧设备的情况下,方便地制备能量回收用干燥气,这样,通过各个处理而分离、回收后的回收液可以用于该制造装置的溶剂回收工序中的一个处理工序。
然后对于通过膨胀涡轮机对该得到的高压干燥排放气进行动力回收,发现了如上所述仅仅通过用氧化反应器产生的蒸汽作为热源加热到比较低的温度范围(140~150℃以下),使用两级式膨胀涡轮机,由此,在不使变成低压的涡轮机排放气降低到极低温度的情况下回收能量的方法。发现可以将回收能量后的该低压排放气直接作为惰性气体,用作上述制造的芳香族二羧酸粉体的干燥、输送及混合等的原料气。
从芳香族二羧酸制造装置中排出的排放气是如上所述利用水在高压吸收塔内处理过的气体,达到了降低其中含有的溶剂醋酸量的目的,但是,实际情况是在所含的其它有机物(醋酸甲酯、对二甲苯等)几乎没有减少的情况下被排出了。于是就含有与该吸收塔内的吸收水达到平衡的水蒸汽,形成温度下降时产生结露的重要原因而被排放出来。(比较例1、2)
为此,本发明人发现,在利用水在高压吸收塔内对该反应排放气进行吸收处理之前设置采用醋酸的高压吸收塔,利用醋酸吸收和减少该排放气中的醋酸甲酯等有机成分(虽然醋酸含量有所增加),然后通过已设置的使用水的吸收塔进行水吸收处理,从而可以大幅度地降低该高压排放气中的有机物含量。也可知这样可以利用醋酸降低了吸收处理温度,从而进一步降低所含有的有机成分。
即,可知与从该制造装置中排出的以往的反应排放气中所含成分比较,通过采用醋酸及水的高压吸收塔的吸收处理,得到了水分含量几乎相同,但有机成分含量得到了大幅度降低(约1/3以下)的高压排放气。
接着,采用使含有水分的该排放气通过使用公知吸收剂(硅胶,活性氧化铝等)的高压吸收塔,主要进行脱水,形成露点为-30℃以下(大气压下)的干燥气体的处理方法。然后将经过干燥的该高压排放气导入到膨胀涡轮机中,在膨胀涡轮机内进行绝热膨胀,将保持的压力作为动力能量进行回收。
可以将从这些高压吸收塔及高压吸附塔回收的液体转移到该二羧酸制造的溶剂回收工序中,从而回收有机成分,可以将各种成分用于该制造过程的一个处理工序(醋酸被用作溶剂,醋酸甲酯被用于减少醋酸损失(专利文献11:日本特开昭53-84933号,专利文献12:日本特开昭:54-100310号),对二甲苯被用作原料。另外,水从溶剂回收工序中排出)。
从制造经济性等方面考虑,在现在的芳香族二羧酸工业制造中,氧化反应器的反应条件归结为185~205℃的温度范围。因此,虽然多少取决于溶剂中原料及水的含量,但反应排放气的压力归结为12.5~16.5Kg/cm2G的范围,在将排放气处理后导入到涡轮机方面,压力保持在12~16Kg/cm2G的范围内。
因此,如果用从氧化反应器产生的那种蒸汽(约5Kg/cm2G,158℃的蒸汽)加热该气体,则可以将膨胀涡轮机导入口的条件设定为12~16Kg/cm2G,140~150℃。
将该状态下的排放气导入一级式膨胀涡轮机中,如果通过一级直接获得约0.1Kg/cm2G的低压气体,则在涡轮机出口处形成-85~-70℃的低温气体,为了对露点进行严格控制及对排放气进行利用,就需要再次进行加热处理。
为此,本发明人发现将膨胀涡轮机设置为两级式,将第一级排出气体再次用上述蒸汽加热至140~150℃,并导入第二级涡轮机中,通过使用该两级式膨胀涡轮机的能量回收法,可以使涡轮机排出的低压(约0.1Kg/cm2G)气体不会降到极低温度。此时在对第一级的排放压力(中间压力)及各温度进行验算并绘制在图2、3中,接着,将第二级排放温度(涡轮机排出温度)的结果绘制于图4中。
其中,使用下式验算气体在绝热膨胀过程中的压力-温度关系。
(T2/T1)γ=(P2/P1)(γ-1)
γ=Cp/Cv=1.4
其中,T1,P1:表示入口侧的温度、压力,T2,P2:表示出口侧的温度、压力(这里,温度、压力用绝对表示值换算)。
γ:表示定压比热Cp和定容比热Cv之比(其中,空气或两原子气体为1.4)。在两级式膨胀涡轮机中第一级和第二级涡轮机回收的动力比例相等时(W2/W1=1.0时)达到最大的动力回收(W1:第一级涡轮机动力回收量,W2:第二级涡轮机动力回收量)。因此,设定回收动力比W2/W1=0.8、1.0、1.2、1.4、1.6来验算中间压力(第一级排出压力=第二级导入压力)(图2)。通过该设定,验算两级式膨胀涡轮机的各涡轮机出口温度,将以回收动力比W2/W1=1.0为中心,将0.8和1.6作为参数的验算结果绘制于图3、4中(在图3、4中,回收动力比W2/W1=1.2、1.4的验算结果与该动力比有关,绘制于1.0和1.6之间,因此省略)。
由这些结果可推定,关于涡轮机排出温度(图4),可以推定在回收动力比W2/W1=0.8~1.6的情况下,得到-23~39℃的范围(压力:0.1Kg/cm2G),如果使用露点在-30℃以下(大气压)的干燥排放气,则这是能够在结露上不会出现问题地进行动力回收的温度。
另外,关于第一级涡轮机排出温度(图3),回收动力比W2/W1=0.8~1.6时在-19~55℃的范围内,对于第一级的结露来说较苛刻的回收动力比=0.8时,即使使用大气压露点为-30℃的干燥气体,结露温度也约为-16℃(中间压力:2.2~2.6Kg/cm2G),可知这是在第一级出口结露方面不会产生问题的温度。因此如果是露点在-30℃以下的排放气,就可以避免再产生结露的危险。
因此可知,得到通过上述醋酸及水的高压吸收处理,再通过吸附脱水的大气压露点为-30℃以下的干燥排放气后,用约5Kg/cm2G的蒸汽加热至140~150℃,即使用两级式膨胀涡轮机在回收动力比W2/W1=0.8~1.6的范围内回收动力,在第一级、第二级中均可以无结露危险地进行动力回收。
还有,关于在膨胀涡轮机中通过绝热膨胀得到的动力回收量,使用下式进行计算。
W=K{(V2)(1-γ)-(V1)(1-γ)}/(1-γ)
其中,K=PVγ:绝热状态式=恒定,
V1,V2:表示入口侧、出口侧的气体容量,
γ=Cp/Cv:表示定压比热Cp和定容比热Cv之比(其中,空气或两原子气体为1.4)。
PV=nRT:左式中用V1、V2换算。
将从以上的工业化大规模生产的芳香族二羧酸制造装置产生的反应排放气进行以往的采用水的高压吸收塔处理之前,设置采用醋酸的高压吸收塔,用醋酸及水进行处理,然后通入采用公知吸附剂的脱水吸附塔,得到干燥的排放气。然后将各处理回收液送入该羧酸制造装置的直接或间接溶剂回收工序中,对反应排放气中的所含成分进行回收。
然后,将得到的该高压干燥排放气用蒸汽加热至140~150℃,导入两级式膨胀涡轮机,将压力作为动力能量回收,形成低压气体(约0.1Kg/cm2G)排出。这样,就构建了能够将排出的低压排放气直接作为制造二羧酸粉体的混合、干燥及输送用等气体使用的处理系统。
还有可知优选,上述加热用蒸汽使用由氧化反应器中附设的蒸汽发生器产生的自制蒸汽(约5Kg/cm2G),设定、设计在进行动力回收的两级式膨胀涡轮机中第一级涡轮机和第二级涡轮机的回收动力比W2/W1为0.8~1.6的范围。
发明效果
以上的本发明方法的效果在于,从以往氧化反应中使用完而排出的反应排放气中回收所含的醋酸、醋酸甲酯等有机成分,同时通过脱水形成干燥排放气,然后利用仅采用蒸汽加热的两级式膨胀涡轮机将该排放气保持的压力作为动力能量回收,将这种回收系统形成和主体芳香族二羧酸制造工艺一体化的系统有助于直接降低设备成本及主体二羧酸制造成本,形成了可减少该制造装置排放物及废热的环境的简单工艺,构建了工艺价值高的芳香族二羧酸制造工艺。
如果列举这些具体效果,则如以下所述。
1)通过采用醋酸及水的吸收处理和采用吸附剂的脱水处理这样的功能分担处理,可以容易地回收在该排放气中与水一起含有的难以回收的有机成分,有助于作为原料及次级材料循环使用,降低成本(醋酸甲酯的回收有助于减少醋酸的损失)。同时2)生成了本体二羧酸粉体处理用惰性干燥气体。因此3)采用两级式膨胀涡轮机,不需要高压燃烧设备及高温热回收设备等,可以在较低温度范围(150℃以下)内将该排放气的压力能力作为动力进行回收。4)作为用于该动力回收的加热源可使用本体氧化反应产生的自制蒸汽(约5Kg/cm2G)。5)该回收的动力可作为本体氧化反应中所需的空气压缩动力使用。6)进行了动力回收后的低压排放气可以不经过任何处理地用于本体二羧酸粉体的处理用等等。
具体实施方式
对于实施本发明方法的实施方式,以下基于图1进行详细说明。
还有,图1所示的处理系统显示了本发明的方法的一个例子,因此并不局限于图1的系统。
首先,将芳香族二羧酸制造装置上的反应体系排放气(氧化反应体系的气液分离器4的排放气)导入吸收塔(1)6下部,从上部送入温度控制在40℃以下的醋酸,对所含的有机成分进行吸收处理、降低所含的有机成分。
作为进行吸收处理的醋酸,从吸收有机成分的效果方面考虑,优选高浓度,使用70wt%,优选90wt%以上的醋酸进行处理。另外,处理温度优选控制在40℃以下(有机成分降低至约1/3),用35℃以下的温度进行吸收处理对于进一步减少有机成分是优选的(有机成分降低至约1/4)。
将经过醋酸吸收处理的排放气导入高压吸收塔(2)8下部,从上部导入水,与以往方法一样主要对醋酸成分进行吸收、降低。该吸收塔内的处理温度与以往相同为40~50℃时未出现问题,但是经过上一级醋酸吸收处理的排放气中的醋酸含量有增加的趋势,因此为了降低醋酸含量,优选在40℃以下进行处理。
于是,由于从各吸收塔回收的液体中含有醋酸、醋酸甲酯、对二甲苯等该制造过程中的有效成分,因此将该回收液输送到该制造过程中的醋酸溶剂处理工序(醋酸回收系统)中进行处理。还有,由采用醋酸的回收塔回收的回收液的醋酸浓度高时,可以作为直接氧化反应用溶剂醋酸使用。
接着,将经过水吸收处理的高压排放气直接导入吸附塔(1)10中进行处理,形成高压干燥气。该吸附塔的操作方式可以按重复吸附-脱附操作的以往公知方法进行,但是为了使该气体保持高压,优选采用PSA(Pressure SwingAdsorption,变压吸附)的方法进行。
即,图1中在吸附塔(1)10内进行吸附处理生成干燥气体,并送入能量回收系统中,在吸附塔(2)11中形成进行脱附操作的气流(用流动方向和阀门开闭表示)。在吸附塔(2)11内结束吸附操作后卸压,然后用减压泵13使内部低压化,同时一边提取吸收塔(1)10出口的一部分干燥气,一边进行吸附成分的脱附。这样进行规定时间的脱附操作后,关闭减压泵一侧的阀门,用干燥气体升高压力以准备后续吸附处理,这就是PSA方式。
带着脱附成分的气体从吸收塔(2)11中排出,通入冷却器12后冷却形成的冷凝成分用脱附回收液14回收,一边用泵16进行循环一边输送到醋酸溶剂处理工序中进行处理。由于脱附回收液以水为主成分,存在少许醋酸等有机成分,因此,虽然处理回收这些成分,但水和氧化反应生成水一起被废弃。未被冷凝器12冷凝的非冷凝性气体在脱附回收液分离器14的上部再次被排放气压缩机15加压,并与高压吸收塔(1)6的导入气体混合,进行循环处理。
以上对于反应排放气,用醋酸及水进行有机成分的吸收处理及用吸附剂进行脱水处理,生成干燥气的一系列处理系统形成了本发明方法的排放气处理系统。
接着,将由该排放气处理系统得到的高压干燥排放气通入加热器(1)21,用蒸汽(约5Kg/cm2G)加热至140~150℃,导入膨胀机第一级19中,将直到上述中间压力(2.2~5.3Kg/cm2G)的压力作为动力能量进行回收。然后将达到了该中间压力的干燥排放气通入加热器(2)22,同样通过蒸汽加热加热至140~150℃,导入膨胀机第二级20中,回收直到约0.1Kg/cm2G的压力的动力能量。将排出的该低压气体直接作为粉体输送用等惰性气体提供给各处的使用者。
还有,加热器(1)21、加热器(2)22中的加热蒸汽是使用来自附设于氧化反应器1中的蒸汽发生器2的蒸汽贮存槽5中的约5Kg/cm2G的蒸汽,优选确认[1]及[2]位置的温度被加热到140℃以上。用该膨胀器(膨胀机第一级19+膨胀机第二级20)回收的能量被连结到上述氧化反应用的空气压缩机17的电动机18上,作为转动能量使用,从而形成了将上述二羧酸制造装置的能量封闭化的优选系统。
实施例
以下通过实施例对本发明方法的具体实施方式进行更具体的说明,但是并不局限于这些例示方式。
实施例1-3及比较例1-2
对于制造对苯二甲酸的工厂的氧化反应器上附设的气液分离器(高压吸收塔前)中排出的反应排放气,从配管上形成分支,取出该反应排放气的一部分作为高压吸收试验的原料气,其中在钴、锰、溴催化剂的存在下,用醋酸作为溶剂在温度195℃,压力约14.3Kg/cm2G的状态下,用对二甲苯作为原料,一边吹送空气一边进行液相氧化来制造对苯二甲酸。
高压吸收试验中使用图5的排放气处理试验装置的简图所示的两个高压吸收塔(高压吸收塔(1)、高压吸收塔(2)),关闭位于吸收塔排放气出口部位的阀门[2],对于各种吸收处理条件对气体所含的有机成分的影响进行试验。
高压吸收塔(2)的塔结构相同,由直径97.1mmΦ(4”Sch 80SUS)的上部填充塔1.2m(1/4拉西环填充部分1.0m)和下部液相气泡塔0.7m(液面位置0.5m)构成。醋酸及水的吸收液均通过计量泵注入,为了控制吸收处理温度,其注入配管上安装冷却器。另外,对于吸收完的回收液,一边通过虹吸式连通管保持气泡塔液面位置一边将其排放到吸收液回收罐中,并从该回收罐间歇性地适时取出。
高压吸收试验是将上述原料气从高压吸收塔(1)的下部导入,用由上部注入的醋酸(7kg/hr)吸收、处理气体所含成分,然后从上部排出。关于吸收处理温度,用上部气体排出管上设置的温度计测定气体的温度,控制注入醋酸的温度使之达到规定温度。
从高压吸收塔(1)上部排出的气体被导入高压吸收塔(2)的下部,用由上部注入的水(3.5kg/hr)吸收、处理气体中所含成分,然后从上部排出。与上述相同,关于吸收处理温度,用上部气体排出管上设置的温度计测定气体的温度,控制注入水的温度使之达到规定温度。
然后使从高压吸收塔(2)上部排出的气体通过喷雾分离罐,控制阀门[1]使气表-1(干式气表)的流量达到规定量(120Nm3/hr),进行排放。测定喷雾分离罐中的压力(13.9~14.1Kg/cm2G),作为高压吸收塔中的处理压力。
通过以上的高压吸收试验,对于气体中所含的有机成分,利用配管分支从高压吸收塔(1)下部气体导入位置对原料气进行取样,从喷雾分离罐对处理的排放气进行取样,进行醋酸、醋酸甲酯、对二甲苯的分析。
实施这些吸收处理试验的结果如表2所示,水分量表示高压吸收塔(2)的处理温度、压力下的饱和水分量的计算值。还有,作为比较例进行的仅使用水的吸收试验,是跳过了高压吸收塔(1),将原料气直接导入高压吸收塔(2)下部进行试验的结果。
表2 高压吸收试验结果
试验条件:
操作压力 13.9~14.1Kg/cm2G
气体流量 120Nm3/hr
醋酸注入量 7kg/hr
水注入量 3.5kg/hr
|
高压吸收塔(1)的温度℃ |
高压吸收塔(2)的温度℃ |
醋酸ppm |
醋酸甲酯ppm |
对二甲苯ppm |
水分量(计算值)ppm |
原料气体 |
- |
- |
1300~1400 |
950~1150 |
50~70 |
- |
比较例1 |
- |
40 |
209 |
1105 |
63 |
0.50 |
比较例2 |
- |
50 |
341 |
1100 |
64 |
0.84 |
实施例1 |
40 |
40 |
265 |
201 |
27 |
0.50 |
实施例2 |
35 |
40 |
207 |
159 |
24 |
0.50 |
实施例3 |
30 |
40 |
180 |
122 |
22 |
0.50 |
表2的结果中,对于仅通过使用水的高压吸收塔进行的吸收处理(以往方法),醋酸、醋酸甲酯、对二甲苯的合计含量为1400~1500ppm,但是通过使用醋酸及水的高压吸收塔的吸收处理,该合计含量大幅度地降低至500ppm以下。另外,虽然通过40℃醋酸的吸收处理后在醋酸含量上出现增加的倾向,但是其与以往方法(比较例1、2)是同等水平。
实施例4
通过对反应排放气进行吸收及吸附处理的排放气处理试验按以下方法进行,即,将图5的排放气处理试验装置简图中所示的阀门[2]完全打开,对高压吸收处理气进行高压状态的吸附处理。
将经过实施例2的条件下吸收处理的处理气导入吸附塔(活性氧化铝约21L)中,按图5的简图所示的流程通过PSA法反复进行脱水处理试验。
吸附式的脱水试验是用阀门[3]将气表-2(干式气表)的排放气流量控制为规定量(40Nm3/hr),进行排放,测定排放气的露点及有机物含量。还有,吸附进行15分钟,在该过程中气表-1的量减少(120→80Nm3/hr),保持吸收塔中吸收处理气的规定流量(120Nm3/hr)。
吸附剂的再生是关闭阀门[2](也关闭阀门[3],保持高压状态),按以下顺序进行。还有,在该过程中重新调节阀门[1]使气表-1的气体流量为120Nm3/hr,继续进行吸收处理。
再生顺序是从阀门[5]释放内部压力约1分钟,使内部形成大气压。接着通过调节气体流量计(高压转子流量计)及阀门[4],从上部导入N2气(约2Nm3/hr),继续向内部吹N2气13分钟。然后关闭阀门[5],用N2气升高压力约1分钟直至内部压力与吸收处理压力(13.9~14.1Kg/cm2G)相同,然后进行吸附脱水。
利用以上的PSA法反复进行吸附,处理气(干燥气)的露点及有机物含量的测定结果如表3所示。还有,有机物含量是从阀门前面的高压配管上形成分支,获取吸附开始后10分钟的试样所得到的分析结果。另外,露点是气表-2出口侧的常压气体通过露点计进行判定的。
表3排放气处理试验结果
1)吸收塔处理条件(实施例2):
吸收塔压力 13.9~14.1Kg/cm2G
醋酸吸收温度 35℃
水吸收温度 40℃
2)吸附塔处理条件:
吸附剂 活性氧化铝(2.4~4.0mm球)
(Union昭和(株)制造的D-201)
吸附压力 13.6~14.0Kg/cm2G
排放气空速 1900(1/hr)(Normal SV)
压力变换周期
吸附 15分钟
释压 1分钟
吹扫 13分钟
升压 1分钟
吸附次数 |
露点℃ |
醋酸ppm |
醋酸甲酯ppm |
对二甲苯ppm |
1 |
-30以下 |
32 |
58 |
18 |
2 |
-30以下 |
25 |
62 |
20 |
3 |
-30以下 |
33 |
51 |
17 |
4 |
-30以下 |
27 |
56 |
17 |
5 |
-30以下 |
25 |
55 |
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注露点:将排放气通过镜面冷却露点计,使镜面温度为-30℃时判定是否产生结露
由表3的结果可知,处理的排放气的露点表示为不足-30℃,有机物含量也有所减少(根据成分而不同)。
附图说明
图1是显示按照本发明方法的芳香族二羧酸制造工艺中反应排放气的处理和压力能量回收系统流程的系统图。
图2是显示在两级式膨胀涡轮机中膨胀至排放压力为0.1Kg/cm2G,用回收动力比W2/W1作为参数时涡轮机导入压力和中间压力(第一级出口压力=第二级出口压力)的关系的图(还有,图中的W1表示第一级回收动力的计算值,W2表示第二级回收动力的计算值)。
图3是显示在两级式膨胀涡轮机中从第一级涡轮机的导入压力膨胀至图2的中间压力时,用第一级导入气体温度(150℃,140℃)和回收动力比W2/W1(=0.8、1.0、1.6)作为参数时涡轮机导入压力和第一级出口温度的关系的图。
图4是显示在两级式膨胀涡轮机中从第二级涡轮机的中间压力膨胀至0.1Kg/cm2G时,用第二级导入气体温度(150℃,140℃)和回收动力比W2/W1(=0.8、1.0、1.6)作为参数时涡轮机导入压力(第一级入口压力)和第二级出口温度的关系的图。
图5是显示按照本发明方法利用醋酸及水进行高压吸收处理,然后进行吸附式脱水处理试验的排放气处理试验装置的概略图。
符号说明
1...氧化反应器、2...蒸汽发生器、3...冷凝器、4...气液分离器、5...蒸汽贮存槽、6...高压吸收塔(1)、7...醋酸冷却器、8...高压吸收塔(2)、9...水冷却器、10...吸附塔(1)、11...吸附塔(2)、12...冷却器、13...减压泵、14...脱附回收液分离器、15...排放器压缩机、16...脱附回收液泵、17...空气压缩机、18...电动机、19...膨胀机第一级、20...膨胀机第二级、21...加热机(1)、22...加热机(2)、23...冷凝水贮存槽。