CN103301717B - 含微量丙酮空气的双塔集成回收装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供改进的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置和方法，包括水吸收塔，吸收水从其上部进入，含微量丙酮的待处理气体从其下部进入，尾气体从其顶部排放，稀丙酮水从其底部流出；还包括回收塔，回收塔设置在水吸收塔的尾气体排气口的上方，与水吸收塔之间保持气相连通、液相隔断；尾气体从冷量回收装置底部进入，顶部排出；吸收水先从回收塔的上部进入，从回收塔的下部排出后，再经过冷却装置冷却后从水吸收塔的上部进入水吸收塔。本发明的尾气体冷量能得到有效回收利用，降低丙酮吸收过程的能耗。

Description

含微量丙酮空气的双塔集成回收装置和方法

技术领域

本发明涉及一种回收丙酮的装置及回收丙酮的方法，特别是烟用醋酸纤维丝束生产过程中含微量丙酮空气的双塔集成回收装置及方法。

背景技术

在烟用醋酸纤维丝束生产过程中，丙酮作为溶剂用来溶解二醋酸纤维素醋片，经纺丝和干燥后，挥发出来的丙酮蒸汽与空气混合形成含有微量丙酮的混合气，需通过丙酮回收单元对丙酮进行回收、净化。由于烟用醋酸纤维丝束生产过程中丙酮空气混合气中所含丙酮的浓度低，只有1.72％或17150ppm左右，其他的回收或净化方法工业化难度较大，目前多采用固定床活性碳吸附法进行回收，通过蒸汽解析、冷凝为稀丙酮水后，再通过蒸馏得到浓度约为99％的丙酮供生产循环使用。但固定床吸附法回收丙酮的缺点之一是能耗大，热能利用率低，约有1/3的解析蒸汽热能利用率仅达5%；之二是生产过程中汽、气流动和量均不连续，过程需频繁切换，不但使锅炉的负荷不断产生波动，而且自控系统投资及维护成本较高；之三是物料输送和吸收工序均以气态方式运行，存在爆炸危险。

参见图1，现有的“水吸收法丙酮回收”装置中，需要在低温条件下进行丙酮的吸收，要将220t/h的吸收水a从19℃降温至4℃的吸收水d，然后从水吸收塔10的上部进入并向下喷淋，在水吸收塔10中与上升的待处理气体f逆流接触，待处理气体f是从生产设备和车间排出的含有微量丙酮的空气。通过与吸收水d逆流接触，待处理气体f中的微量丙酮被吸收，以保证尾气体g中丙酮含量<80ppm，且在塔底得到较高浓度稀丙酮水e，从而减少稀丙酮水、吸收水的循环量和蒸馏过程的蒸汽消耗量。较高浓度的稀丙酮水e经过后续系统70，包括热、冷交换系统、稀丙酮蒸馏系统、吸收液处理系统处理并回收大部分的丙酮后，还生成19℃的吸收水a，若将220t/h的吸收水a降低15℃，通常需要串联3套直接法冷水机组20方能实现，仅此项每小时将耗电约990kwh，电成本600万元/年，使水吸收法新工艺技术的收益低于预期。与此同时水吸收塔10塔顶约20.75万m3/h（8.3℃）的低温放空尾气体g因缺乏有效的回收手段而排入大气。通常可以采用常规换热方法回收该部分冷量，但因尾气量大且其空气导热性能差，须用数万平方米的换热器，又因常规换热受温度差的限制，回收冷量甚微，不具备工业化应用价值。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种尾气冷量能得到有效回收利用，从而降低能耗的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置。

本发明的另一目的是提供一种尾气冷量能得到有效回收利用，从而降低能耗的含微量丙酮空气的双塔集成回收方法。

为实现上述目的之一，本发明提供的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置，包括：水吸收塔，其上部与吸收水进水管相连，下部与含微量丙酮的待处理气体的进气管相连，其顶部设置有排放尾气体的排气口，其底部与稀丙酮水排水管相连；还包括冷量回收装置，冷量回收装置包括回收塔，回收塔的底部与尾气排气口的相连，在回收塔与尾气体排气口之间还设置有液相隔断装置，回收塔的顶部设有与大气相通的排放口，上部与吸收水的进液管相连，下部与吸收水的出液管相连；储液罐，与所述出液管相连，用于储存从所述出液管流出的吸收水；冷却装置，连接在储液罐和所述水吸收塔之间，用于将储液罐中的吸收水冷却后，通过进水管送入所述水吸收塔中。

上述技术方案的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置，能更好的回收利用低温尾气体中的冷量，从而降低冷却装置的能耗，实现节能的目的。同时在水吸收塔中丙酮浓度能从17150ppm降至438ppm，而经过回收塔后，丙酮浓度则可从438ppm进一步降低至66ppm，换言之，水吸收塔是气体向吸收液传热、传质过程，回收塔是吸收液向气体传热，而气体继续向吸收液传质的过程，这是本发明的核心“双塔集成”的意义所在。

进一步的，本发明提供的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置，其回收塔内装有波纹板填料层并设置有水分布器。

在冷量回收装置的回收塔中采用表面积较大的波纹板并采用直接接触法进行气相和液相的热交换，解决了传统换热技术无法解决的大空气量换热设备庞大、尾气体导热性能差以及经济极限温度差限制的问题，使尾气体冷量回收具有了可行性和工业化价值。

更好的，本发明提供的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置，其回收塔为与水吸收塔一体的等径筒体，并设置在水吸收塔的上方。这种设计使含微量丙酮空气的双塔集成回收装置结构紧凑，使用方便。

进一步的，本发明提供的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置，其冷却装置包括冷水机组蒸发器和制冷工质蒸发器。由于先期的冷量回收利用，可以相应将原来的三组冷水机组蒸发器减少为一组冷水机组，显著减少了能耗。

较优的，本发明提供的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置，水吸收塔的中下部还设置二次进水管，部分稀丙酮水通过二次进水管回流入水吸收塔中并向下喷淋。

上述技术方案中，稀丙酮水的一部分作为回流重新进入水吸收塔中，与刚进入的含有较多丙酮的待处理气体进行热交换和传质交换，能进一步提高稀丙酮水中丙酮的含量，提高丙酮吸收效率。

为实现本发明的另一目的，本发明提供的含微量丙酮空气的双塔集成回收方法，包括如下过程：

水吸收过程，含微量丙酮的待处理气体从底部进入水吸收塔，吸收水从上部进入水吸收塔，溶解了处理气体中微量丙酮的稀丙酮水从水吸收塔底部流出，尾气体从水吸收塔顶部排出；

还包括冷量回收过程，尾气体从水吸收塔顶部排出后进入回收塔中，吸收水在进入水吸收塔之前，先进入回收塔与尾气体进行热交换和传质过程；经过热交换和传质过程之后，尾气体从回收塔顶部排出，吸收水从回收塔底部排出，经过再冷却过程后进入水吸收塔中。

上述技术方案的含微量丙酮空气的双塔集成回收方法，能更好的回收利用低温尾气体中的冷量，从而降低冷却装置的能耗，实现节能的目的。

进一步的，本发明提供的含微量丙酮空气的双塔集成回收方法中，其回收塔内装有波纹板填料层并设置有水分布器，尾气体经过填料层与分布器喷淋的吸收水逆流接触。

在回收塔中采用表面积较大的波纹板并采用直接接触法进行气相和液相的热交换，解决了传统换热技术无法解决的大空气量换热设备庞大、尾气体导热性能差以及经济极限温度差限制的问题，使尾气体冷量回收具有了可行性和工业化价值。

更好的，本发明提供的含微量丙酮空气的双塔集成回收方法，其回收塔为与水吸收塔一体的等径筒体，设置在水吸收塔的上方。这种设计使水吸收塔和回收塔的结构紧凑，使用更方便。

进一步的，本发明提供的含微量丙酮空气的双塔集成回收方法，其冷却装置包括冷水机组蒸发器和制冷工质蒸发器。由于先期的冷量回收利用，可以相应将原来的三组冷水机组蒸发器减少为一组冷水机组蒸发器，显著减少了能耗。

较优的，本发明提供的含微量丙酮空气的双塔集成回收方法，其生产的稀丙酮水的一部分从水吸收塔的中下部回流入水吸收塔中并向下喷淋，与上升的待处理气体逆流接触进行丙酮的二次吸收。

这种技术方案，稀丙酮水的一部分作为回流重新进入水吸收塔中，与刚进入的含有较多丙酮的待处理气体进行热交换和传质交换，能进一步提高稀丙酮水中丙酮的含量，提高丙酮吸收效率。

附图说明

图1是现有的丙酮水吸收装置的示意图；

图2是本发明含微量丙酮空气的双塔集成回收装置的示意图。

    以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

以下实施例介绍过程中针对的具体结构或者零部件，仅作为本领域技术人员理解本发明的参考性例证，本领域技术人员在实施例描述技术方案的启示下，还可以设计出或者摹制得到不超出本发明之技术范围或者技术实质的各种等同或者类似的技术特征。由此，如果用这种示例性说明来限制本发明权利要求所囊括的保护范围是不适宜的。等同或类似于本发明的技术方案仍然属于本发明权利要求的保护范围。

装置的实施例

如图2所示，含微量丙酮空气的双塔集成回收装置包括：水吸收塔10、直冷水机组20、储液罐30、一级吸收水泵40、二级吸收水泵50和回收塔60。水吸收塔10的上部连接有吸收水d的进水管13、底部连接有稀丙酮水e的出水管14、下部设有待处理气体f的进气管15，顶部设有尾气体g的排气口16，水吸收塔10的中下部还设有二级进水管17。回收塔60设置在水吸收塔10的上方，为与水吸收塔10直径相同的筒体，回收塔60上部与吸收水a的进液管63相连，下部与吸收水b的出液管相连，底部与尾气体g的排气口16相连通，顶部设有将废气h排放至大气的排放口65，回收塔60与水吸收塔10的交界处还设置有只允许气相通过不允许液相通过的隔断装置62。除此之外，在含微量丙酮空气的双塔集成回收装置的各设备的出、入口及各工艺管路上还依需要设有阀门、仪表等。图2中的70表示热交换系统、稀丙酮水蒸馏系统和吸收水处理系统等不同的后续设备。

含微量丙酮的待处理气体f从水吸收塔10的下部进入水吸收塔10中并不断上升，与从水吸收塔10上部进入的吸收水d在一级水吸收段11逆流相遇，丙酮被吸收水d吸收下落至水吸收塔10的底部形成稀丙酮水e，稀丙酮水e经出水管14流出后大部分进入后续的蒸馏系统进行丙酮提纯，小部分经过后续设备70中的热交换系统降温后从水吸收塔10的中下部通过二级进水管17回流入水吸收塔10中，在二级水吸收段12与上升的待处理气体f逆流接触进行二级水吸收，该过程是待处理气体f向吸收液e传热、传质的过程，待处理气体f的温度从20℃降至11.7℃，待处理气体f中的丙酮浓度从17150ppm降至438ppm；而稀丙酮水e中的丙酮浓度进一步提高。稀丙酮水e经过后续设备70中的蒸馏系统后，其中的丙酮被提取出来，再经过后续设备70中的热交换系统降温后，形成可以循环使用的温度为19℃的吸收水a；吸收水a经一级吸收水泵40加压后泵入回收塔60中。待处理气体f依次经过与稀丙酮水e和吸收水d的逆流接触后形成尾气体g，从水吸收塔10的顶部进入回收塔60中。

回收塔60设置在水吸收塔10的尾气体g的排气口上部，回收塔60内部的冷量交换段61设置有波纹板填料和水分布器，隔断装置62能允许尾气体g进入回收塔60中，但能防止回收塔60中的液体进入水吸收塔10中。吸收水a从回收塔60的上部进入，通过水分布器向下喷淋，尾气体g从回收塔60的底部向上流动，经过波纹板填料与吸收水a逆流直接接触，吸收水a经过冷量交换段61后落入回收塔60的底部形成经过初步冷却的吸收水b，尾气体g经过冷量交换段61后形成温度较高的尾气体h从回收塔60的排放口65排出。该过程是吸收水a向尾气体g传热、而尾气体g继续向吸收水a传质的过程，在这个过程中，尾气体g的温度从8.3℃升至17℃，尾气体g中的丙酮浓度从438ppm继续降至66ppm。吸收水b通过出液管64进入到储液罐30中，然后通过二级冷却水泵50泵入直水冷机组20中，经过冷却水冷却后形成温度更低的吸收水d从水吸收塔10的上部进入水吸收塔10中。在该冷却过程中，也可以将吸收水b直接引入冷水机组的蒸发器列管内，使出蒸发器的吸收水d温度达到4℃左右。

在上述水吸收装置中，吸收水a的温度为19℃，经过回收塔60降温形成9℃左右的吸收水b，而尾气体g的温度为8.3℃，经过回收塔60后升温至17℃的尾气体h排出；吸收水b经过直水冷机组20降温后形成4℃的吸收水d进入水吸收塔10中。

在本实施例中，冷量交换段61由2.5米高的500X波纹板填料构成。此2.5米高的冷量交换段61不但能回收尾气体g中的冷量，在传质上也相当于在水吸收塔10上增加了2块理论板，使水吸收塔10的尾气体g排放位置的气体丙酮含量提高至438ppm，再经过回收塔60后尾气体h的气体丙酮浓度降为66ppm，从而提高了稀丙酮水e的浓度。增加回收塔60后，仅回收冷量即可减少直冷水机组电耗成本约400万元/年。

在其他实施例中，根据制冷功率大小，直冷水机组也可以被串联的冷却水蒸发器和制冷工质蒸发器代替。

方法的实施例

含微量丙酮空气的双塔集成回收方法可以参见图2，包括如下过程：

水吸收过程，含微量丙酮的待处理气体f从底部进入水吸收塔10，吸收水从上部进入水吸收塔10，溶解了待处理气体f中微量丙酮的稀丙酮水e从水吸收塔10底部流出，尾气体g从水吸收塔10顶部排出；

冷量回收过程，尾气体g从水吸收塔10顶部排出后进入回收塔60，吸收水在进入水吸收塔10之前，先进入回收塔60与尾气体g进行热交换和传质过程；尾气体g经过热交换和传质过程之后形成废气h，废气h从回收塔60中排出，吸收水从回收塔60中排出后，经过再冷却过程后进入水吸收塔10中。

参见图2，上述过程中，吸收水根据温度的不同被标示为吸收水a、吸收水b和吸收水d，吸收水a的温度为19℃左右，经过回收塔60后被冷却为温度为9℃左右的吸收水b，之后吸收水b经过第二次冷却过程形成温度为4℃左右的吸收水d，吸收水d进入水吸收塔10进行水吸收过程。

水吸收过程包含一个二级水吸收过程，水吸收塔10底部的稀丙酮水e的小部分从水吸收塔10的中下部回流入水吸收塔10中并向下喷淋，与上升的待处理气体f逆流接触进行丙酮的二次吸收；而稀丙酮水e的大部分进入后续的热交换工序和蒸馏工序进行丙酮的提取和吸收水的循环利用。

上述方法中，回收塔60为与水吸收塔10等径的筒体，设置在水吸收塔10的上方，其内装有波纹板填料层并设置有水分布器，尾气体g经过填料层与分布器喷淋的吸收水a逆流接触。再冷却过程中采用的冷却装置为一组冷水机组蒸发器。由于先期的冷量回收利用，可以相应将原来的三组冷水机组蒸发器减少为一组冷水机组蒸发器，显著减少了能耗。

在其他实施例中，回收塔可以单独设计，在空间有限的情况下，回收塔可以与水吸收塔并排设置，通过管道将气相和液相进行连通，也能实现同样的技术效果；另外，冷却过程中也可以只采用一组或多组直冷水冷却机组。

Claims (10)

1.含微量丙酮空气的双塔集成回收装置，包括：

水吸收塔，其上部与吸收水进水管相连，下部与含微量丙酮的待处理气体的进气管相连，其顶部设置有排放尾气体的排气口，其底部与稀丙酮水出水管相连；其特征在于：

还包括：

回收塔，所述回收塔的底部与所述尾气体的排气口相连，在所述回收塔与所述尾气体的排气口之间还设置有液相隔断装置，所述回收塔的顶部设有与大气相通的排放口，上部与吸收水的进液管相连，下部与吸收水的出液管相连；

储液罐，与所述出液管相连，用于储存从所述出液管流出的吸收水；

冷却装置，连接在所述储液罐和所述水吸收塔之间，用于将所述储液罐中的吸收水冷却后，通过所述进水管送入所述水吸收塔中。

2.根据权利要求1所述的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置，其特征在于：

所述回收塔内设有波纹板填料层并设置有水分布器。

3.根据权利要求2所述的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置，其特征在于：

所述回收塔为与所述水吸收塔一体的等径筒体，设置在所述水吸收塔的上方。

4.根据权利要求3所述的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置，其特征在于：

所述冷却装置包括冷水机组蒸发器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置，其特征在于：

所述水吸收塔的中下部还设置二级进水管，部分稀丙酮水通过所述二级进水管回流入所述水吸收塔中并向下喷淋。

6.一种采用权利要求1所述的含微量丙酮空气的双塔集成回收装置的回收方法，包括如下过程：

水吸收过程，含微量丙酮的待处理气体从底部进入水吸收塔，吸收水从上部进入水吸收塔，溶解了处理气体中微量丙酮的稀丙酮水从水吸收塔底部流出，尾气体从水吸收塔顶部排出；

其特征在于：

还包括冷量回收过程，尾气体从所述水吸收塔顶部排出后进入回收塔中，吸收水在进入所述水吸收塔之前，先进入所述回收塔与尾气体进行热交换和传质过程；经过热交换和传质过程之后，尾气体从所述回收塔顶部排出，吸收水从所述回收塔中底部排出，经过再冷却过程后进入所述水吸收塔中。

7.根据权利要求6所述的回收方法，其特征在于：

所述回收塔内装有波纹板填料层并设置有水分布器，所述尾气体经过所述填料层与所述分布器喷淋的吸收水逆流接触。

8.根据权利要求7所述的回收方法，其特征在于：

所述回收塔为与所述水吸收塔一体的等径筒体，设置在所述水吸收塔的上方。

9.根据权利要求8所述的回收方法，其特征在于：

所述再冷却过程使用的冷却装置包括冷水机组蒸发器。

10.根据权利要求6至9任一项所述的回收方法，其特征在于：

还包括二次吸收过程，所述稀丙酮水的一部分从所述水吸收塔的中下部回流入所述水吸收塔中向下喷淋，与上升的所述待处理气体逆流接触进行丙酮的二次吸收。