CN102757019A - 一种双氧水的浓缩与提纯系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双氧水浓缩与提纯系统及方法。双氧水浓缩精馏塔T101设有进料口，塔顶连接到冷凝器E101的入口，冷凝器E101出口一部分采出，一部分回流到T101塔顶回流物流入口；双氧水浓缩精馏塔T101塔底一部分采出产品，一部分连接到双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的入口，双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的出口连接到双氧水浓缩精馏塔T101底部回流物流入口。以25～35%wt的双氧水为原料，与稳定剂混合后，然后送入双氧水浓缩精馏塔T101，塔顶气相进入冷凝器E101，得到浓度≥50%wt的双氧水产品。本发明采用连续操作，适合大规模工业生产；加热介质均为蒸汽和软水，避免有机物料与双氧水接触，安全可靠；以工厂内的余热为精馏塔热源，实现低品位能量的利用，节省公用工程投入，降低能耗。

Description

一种双氧水的浓缩与提纯系统及方法

技术领域

本发明涉及一种双氧水的浓缩与提纯工艺，特别涉及一种节能的双氧水浓缩与提纯系统及方法。

背景技术

双氧水，化学式为H₂O₂，外观为无色透明液体，是一种强氧化剂。在化学工业中用作生产过硼酸钠、过碳酸钠、过氧乙酸、亚氯酸钠、过氧化硫脲等的原料，酒石酸、维生素等的氧化剂；在医药工业中用作杀菌剂、消毒剂，以及生产福美双杀虫剂和40l抗菌剂的氧化剂；在印染工业中用作棉织物的漂白剂，还原染料染色后的发色剂；也用于电镀液，可除去无机杂质，提高镀件质量；高浓度的双氧水可用作火箭动力燃料。由于合成工艺的条件，由合成工序得到的双氧水浓度一般在30%左右，但在使用时常需要更高浓度的双氧水，故需将其提高到所需浓度。双氧水的常压沸点为150℃，与水有50℃的沸点差。双氧水溶液不稳定，易分解，一般在真空条件下进行精馏脱水浓缩。在生产、贮存和输送过程中，安全问题应格外引起注意，金属容器在使用前，其表面要钝化，缓解双氧水的分解速率。双氧水虽然本身不可燃，但分解时产生的氧气能强烈地助燃，与易燃物、有机物接触后会引起爆炸，撞击、磨擦和震动时有燃烧爆炸的危险，同时浓度大于40%的双氧水有腐蚀性。双氧水作为强氧化剂，得到越来越多的应用。为了防止双氧水分解，需向精馏系统中的双氧水加入稳定剂。

目前，工业上双氧水的浓缩提纯工艺较多，以蒸发法和精馏法为主，如：中国专利CN1101334C公布了通过采用吸附、离子交换、过滤、部分蒸发和精馏等手段来达到对双氧水稀品进行精制及浓缩的目的。中国专利CN102161475A公开了一种双氧水浓缩方法，将两段升膜蒸发一次精馏改为一段升膜蒸发一次精馏，将蒸发器、精馏塔、塔顶冷凝器和安全水罐等四台设备组成同一轴线四维一体的精馏分离器等。中国专利CN201896070U公开了一种双氧水浓缩方法，将二次蒸发改成一次蒸发，同时将产生的剩余液与分离器中的稀品双氧水混合，从而使浓缩过程中不产生剩余液。瑞士苏尔寿公司根据常用双氧水蒸馏提浓装置的缺点提出两种节能方案，一是蒸汽再压缩系统方案，二是带有辅助回路的热源系统方案，两种方案均用到了压缩增压升温的方法，即塔顶产品通过压缩机加压升温后用作再沸器热源。但两种方案均存在缺点，对于第一种方案，精馏出的塔顶产品中带有微量双氧水，双氧水具有腐蚀性，会腐蚀压缩机，造成设备选材的困难；对于第二种方案，塔顶产品升温作为系统热源，虽然可以减少部分能耗，但塔顶蒸汽或液态辅助介质通过压缩机升温时仍会损耗能量。以上专利技术均用不同手段提高了双氧水的浓度，但都需要外加热源。

浓缩提纯后的双氧水在各个行业有着广阔的应用，目前采用精馏方法对双氧水进行浓缩的技术成熟，其缺点是能耗较高。因此，找到一种节能的双氧水精馏浓缩技术有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种操作简单、成本低、能耗少、可工业化生产的双氧水的浓缩提纯工艺。

本发明的一种双氧水浓缩与提纯工艺系统及方法，具体技术方案如下：

一种双氧水的浓缩与提纯系统，包括精馏塔和冷凝器；双氧水浓缩精馏塔T101设有进料口，塔顶连接到冷凝器E101的入口，冷凝器E101出口一部分采出，一部分回流到

T101塔顶回流物流入口；双氧水浓缩精馏塔T101塔底一部分采出产品，一部分连接到双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的入口，双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的出口连接到双氧水浓缩精馏塔T101底部回流物流入口。

根据生产厂家的情况，可以在塔底再沸器E102后面连接有蒸汽发生器E103；塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶连接到蒸汽发生器E103的管程入口；蒸汽发生器E103的壳程入口充入软水系统中的冷流股，软水系统中的冷流股与工厂内塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶换热后变为软水系统中的热流股从壳程出口进入到双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的壳程入口，软水系统中的热流股加热双氧水浓缩精馏塔T101的塔底物料后温度降低成为软水系统中的冷流股从双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的壳程出口排出。

本发明的双氧水的浓缩与提纯方法，以25～35%wt的双氧水为原料，与稳定剂混合后，然后送入双氧水浓缩精馏塔T101，塔顶气相进入冷凝器E101，经冷凝器E101冷凝后得到的液相部分回流，部分采出，得到达到外排标准的水；双氧水浓缩精馏塔T101塔釜液相一部分进入双氧水浓缩塔塔底再沸器E102汽化，一部分作为产品采出，得到浓度≥50%wt的双氧水产品。

精馏塔再沸器以工厂内的余热作为精馏塔热源；工厂内塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶气相进入蒸汽发生器E103，在蒸汽发生器E103中加入一股冷软水，与工厂内塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶气相换热后变为热流股，该热流股进入双氧水浓缩精馏塔T101塔釜作为双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的热源。

所述的精馏压力控制在5～30kPa，优选8～15kPa。

所述的工厂内的余热包括工厂内的低压蒸汽或软水循环系统。

所述的低压蒸汽为三效蒸发中压力最低效的塔顶蒸汽；所述的软水循环系统，由工厂内其他精馏塔的塔顶气相冷凝热作为热源，但需该气相有足够高的温度，且由软水作为携热介质，完成对双氧水浓缩精馏塔的供热。

所述的软水系统中的热流股温度比双氧水浓缩精馏塔T101塔釜温度高10℃以上，工厂内塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶气相温度比双氧水浓缩精馏塔T101塔釜温度高20℃以上。

所用的精馏塔为板式塔或填料塔。

所用的稳定剂为硅酸钠、乙二胺四醋酸钠盐、锡酸钠、焦磷酸钠、8—羟基喹啉、苯甲酸中的一种或几种的混合物，其在原料双氧水中的浓度为1-100ppm。

所述的工厂内的余热包括工厂内的低压蒸汽或软水循环系统；所述的低压蒸汽优选工厂内未被利用的低压蒸汽，如己内酰胺的三效蒸发中压力最低效的塔顶蒸汽；所述的软水循环系统，由工厂内其他精馏塔的塔顶气相冷凝热作为热源，但需该气相有足够高的温度，且由软水作为携热介质，完成对双氧水浓缩精馏塔的供热。

采用软水系统间接供热，而不采用双氧水再沸器与提供热源的有机物料冷凝器直接耦合的目的是，避免换热器产生泄露时，双氧水与有机物料接触，保证加工的安全。

本发明的有益效果和优点在于：以精馏手段浓缩双氧水，设备、操作简单，整个装置系统造价低；采用连续操作，适合大规模工业生产；所用的加热介质均为蒸汽和软水，可避免有机物料与双氧水接触，安全可靠；以工厂内的余热作为精馏塔热源，实现低品位能量的利用，节省公用工程投入，大大降低能耗。

附图说明

图1是双氧水浓缩与提纯的工艺流程图。

图2是软水系统浓缩双氧水的工艺流程图。

具体实施方案

下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

实施例1

如说明书附图1所示，双氧水浓缩精馏塔T101设有进料口，塔顶连接到冷凝器E101的入口，冷凝器E101出口一部分采出，一部分回流到T101塔顶回流物流入口；双氧水浓缩精馏塔T101塔底一部分采出产品，一部分连接到双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的入口，双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的出口连接到双氧水浓缩精馏塔T101底部回流物流入口。

以25~35%wt的双氧水为原料，与稳定剂混合后，然后送入双氧水浓缩精馏塔T101，塔顶气相进入冷凝器E101，经冷凝器E101冷凝后得到的液相部分回流，部分采出，得到达到外排标准的水；双氧水浓缩精馏塔T101塔釜液相一部分进入双氧水浓缩塔塔底再沸器E102汽化，一部分作为产品采出，得到浓度≥50%wt的双氧水产品。

以生产己内酰胺的三效蒸发塔压力最低效的塔顶蒸汽作为热源为例：

用三效蒸发方法对粗己内酰胺进行提纯，压力最低效的塔顶蒸汽压力为30kPa，温度为69℃，一般用冷却水冷却，蒸汽热量不能得到有效利用；根据本发明所述方法，双氧水精馏塔操作压力选择5-15kPa，优选7-9kPa。这样，三效蒸发过程中压力最低效的塔顶蒸汽温度与双氧水精馏塔再沸器温度可相差10℃以上，满足最小传热温差，则压力最低效的塔顶蒸汽可作为双氧水精馏塔的塔釜热源，精馏稀双氧水。原料S1为浓度30%wt的双氧水，向其中加入稳定剂，通过泵打入精馏塔T101中。塔顶冷凝器E101采用冷却水冷凝精馏塔T101的塔顶蒸汽，塔釜再沸器E102中的物料由己内酰胺三效蒸发压力最低效的蒸汽加热。操作回流比0.1-0.5，优选0.2-0.3，精馏后所得塔顶采出液S2为水，双氧水含量小于200ppm，达到排放要求，塔釜产品S3为浓缩的双氧水产品，浓度为50%wt。

实施例2

如说明书附图2所示，与图1不同的是在塔底再沸器E102后面连接有蒸汽发生器E103；塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶连接到蒸汽发生器E103的管程入口；蒸汽发生器E103的壳程入口充入软水系统中的冷流股，软水系统中的冷流股与工厂内塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶换热后变为软水系统中的热流股从壳程出口进入到双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的壳程入口，软水系统中的热流股加热双氧水浓缩精馏塔T101的塔底物料后温度降低成为软水系统中的冷流股从双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的壳程出口排出。

工厂内塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶气相进入蒸汽发生器E103，在蒸汽发生器E103中加入一股冷软水，与工厂内塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶气相换热后变为热流股，该热流股进入双氧水浓缩精馏塔T101塔釜作为双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的热源。

以采用封闭循环软水系统作为热源为例：

原料S1为浓度为30%wt的双氧水，向其中加入稳定剂，通过泵打入精馏塔T101中。塔顶冷凝器E101采用冷却水冷凝精馏塔T101的塔顶蒸汽，塔釜再沸器E102中的物料由软水系统提供热量。双氧水精馏塔操作压力为8kPa，塔顶温度为42℃，塔釜温度为54℃。操作回流比0.1-0.5，优选0.2-0.3，精馏后所得塔顶采出液S2为水，双氧水含量小于200ppm，达到排放要求，塔釜产品S3为浓缩的双氧水产品，浓度为50%wt。所述的软水系统即为如附图2所示的S4、S5、E102和E103构成的封闭体系，其中T102塔顶气相温度为84℃，软水S5的温度为64℃，在E103中取热后，软水S4升高为74℃，然后进入E102提供热量后返回E103取热，完成软水供热系统循环。若E102所需热量小于E103所能提供的热量，则T102塔顶气相需外接其他冷凝器；若E102所需热量大于E103所能提供的热量，则E102需增加额外供热。

Claims (10)

1.一种双氧水的浓缩与提纯系统，包括精馏塔和冷凝器；其特征是：双氧水浓缩精馏塔T101设有进料口，塔顶连接到冷凝器E101的入口，冷凝器E101出口一部分采出，一部分回流到T101塔顶回流物流入口；双氧水浓缩精馏塔T101塔底一部分采出产品，一部分连接到双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的入口，双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的出口连接到双氧水浓缩精馏塔T101底部回流物流入口。

2.如权利要求1所述的双氧水的浓缩与提纯系统，其特征是：在塔底再沸器E102后面连接有蒸汽发生器E103；塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶连接到蒸汽发生器E103的管程入口；蒸汽发生器E103的壳程入口充入软水系统中的冷流股，软水系统中的冷流股与工厂内塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶气相换热后变为软水系统中的热流股从壳程出口进入到双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的壳程入口，软水系统中的热流股加热双氧水浓缩精馏塔T101的塔底物料后温度降低成为软水系统中的冷流股从双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的壳程出口排出。

3.权利要求1的双氧水的浓缩与提纯方法，其特征是：以25～35%wt的双氧水为原料，与稳定剂混合后，送入双氧水浓缩精馏塔T101，塔顶气相进入冷凝器E101，经冷凝器E101冷凝后得到的液相部分回流，部分采出，得到达到外排标准的水；双氧水浓缩精馏塔T101塔釜液相一部分进入双氧水浓缩塔塔底再沸器E102汽化，一部分作为产品采出，得到浓度≥50%wt的双氧水产品。

4.权利要求2的双氧水的浓缩与提纯方法，其特征是：精馏塔再沸器以工厂内的余热作为精馏塔热源；工厂内塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶气相进入蒸汽发生器E103，在蒸汽发生器E103中加入一股冷软水，与工厂内塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶气相换热后升温成为热流股，该热流股进入双氧水浓缩精馏塔T101塔釜作为双氧水浓缩塔塔底再沸器E102的热源。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述的精馏压力控制在5～30kPa，优选8~15kPa。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的工厂内的余热包括工厂内的低压蒸汽或软水循环系统。

7.如权利要求4所述的方法，其特征是所述的低压蒸汽为三效蒸发中压力最低效的塔顶蒸汽；所述的软水循环系统，由工厂内其他精馏塔的塔顶气相冷凝热作为热源，但需该气相有足够高的温度，且由软水作为携热介质，完成对双氧水浓缩精馏塔的供热。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的软水系统中的热流股温度比双氧水浓缩精馏塔T101塔釜温度高10℃以上，工厂内塔顶蒸气热量未被利用的精馏塔T102塔顶气相温度比双氧水浓缩精馏塔T101塔釜温度高20℃以上。

9.根据权利要求1或2所述的系统，其特征是所用的精馏塔为板式塔或填料塔。

10.如权利要求3所述的方法，其特征是所用的稳定剂为硅酸钠、乙二胺四醋酸钠盐、锡酸钠、焦磷酸钠、8-羟基喹啉、苯甲酸中的一种或几种的混合物，其在原料双氧水中的浓度为1-100ppm。 

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