CN103787920B - 甲苯二异氰酸酯生产中紧急分解光气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种甲苯二异氰酸酯生产过程中紧急分解光气的方法。采用循环冷却器方案，包括光气破坏塔、碱液储罐、碱液循环泵、碱液冷却器、高位碱液槽等；含光气的废气、紧急排放气体进入光气破坏塔，吸收的碱液进入光气破坏塔，吸收完全不含光气的尾气从光气破坏塔顶排放，吸收下来的碱液从光气破坏塔进入碱液储罐，流出后经过碱液循环泵进入碱液冷却器中冷却，再进入光气破坏塔循环反应；当循环碱液进入光气破坏塔的流量小于45吨/h持续2秒时，启动高位碱液槽出料阀门，让高位碱液槽中的碱液进入光气破坏塔中破坏光气。本发明方法通过循环冷却器带走大部分的热量，减小塔顶负荷，缩短了停车时间，大大提高生产效率。<!-- 2 -->

Description

甲苯二异氰酸酯生产中紧急分解光气的方法

技术领域：

本发明涉及一种甲苯二异氰酸酯（TDI）生产过程中紧急分解光气的方法。

背景技术：

光气是一种无色剧毒气体，分子式COCl₂，又名氧氯化碳、碳酰氯、氯代甲酰氯等。是无色或略带黄色气体，当浓缩时，具有强烈刺激性气味或窒息性气味。微溶于水并逐渐水解，溶于芳烃、四氯化碳、氯仿等有机溶剂。光气是一种重要的有机中间体，在农药、医药、工程塑料、聚氨酯材料以及军事方面都有广泛的用途。

在甲苯二异氰酸酯生产过程中会出现“紧急停车”现象，所谓“紧急停车”是指生产出现意外或者大检修时，导致无法正常生产，生产管线中存在大量的光气需要破坏。光气破坏装置是将光气通到吸收塔中，然后通入碱液与光气反应，并使碱液在塔中不断循环，由于破坏光气需要放出大量的热量，如何更好处理放出的热量，缩短停车时间，是正常生产的关键。目前，比较常用的方法是依靠塔顶蒸发带走大量热量，这种方法的缺点是碱液中盐浓度高，容易发生堵塞，导致停车时间太长，从而影响生产进度。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种在甲苯二异氰酸酯生产中紧急分解光气的方法，本技术方法通过循环冷却器带走大部分的热量，减小塔顶负荷，缩短停车时间，大大提高生产效率。

为了实现上述发明目的，本发明的甲苯二异氰酸酯生产中紧急分解光气的方法，工艺流程如下：

采用循环冷却器方案，包括光气破坏塔、碱液储罐、碱液循环泵、碱液冷却器、高位碱液槽、进料阀门、出料阀门；含光气的废气、紧急排放气体进入光气破坏塔的底部，吸收的碱液从光气破坏塔顶部进入，吸收完全不含光气的尾气从光气破坏塔顶排放，吸收下来的碱液从光气破坏塔的底部进入碱液储罐，从碱液储罐流出后经过碱液循环泵进入碱液冷却器中，将碱液冷却到50℃，然后进入光气破坏塔循环反应；碱液质量百分比浓度低于9%时，经碱液循环泵后排出碱液，并且向碱液储罐补充质量百分比浓度为19%的新鲜碱液；在光气破坏塔顶部装有高位碱液槽，在紧急停车前高位碱液槽充入碱液，液位达到90%时关闭进料阀门，高位碱液槽的上部装有溢流管线，溢流到碱液储罐中；当循环碱液进入光气破坏塔的流量小于45吨/h持续2秒时，启动高位碱液槽出料阀门，让高位碱液槽中的碱液进入光气破坏塔中破坏光气。

本发明方法所述碱液为NaOH溶液，质量百分比浓度为10-12%为宜，浓度低于4%后就不能使用。

本发明方法所述光气破坏塔为金属鲍尔环填料塔，塔径随碱液循环量的增大而增大，碱液循环量控制在200m³/h以内。

光气破环产生的热量主要由碱液储罐的温升（从40℃到60℃）、塔顶水汽和循环冷却器带走热量。停车时间与碱液储罐的体积大小、循环量和风机的风量有关。碱液储罐体积控制在300m³。

带走光气破坏产生的热量的过程，可以分为两个阶段：（1）碱液储罐物料温度低于60℃；（2）碱液储罐物料温度等于60℃。

第一阶段，放出的热量升高了碱液温度，对系统做热量衡算可得：Q₁=Q_碱液+Q_水汽=qθ₁+Q_水汽，其中Q₁为第一阶段光气反应放出的热量，Q_碱液为碱液升温带走的热量，Q_水汽为第一阶段水汽带走的热量，q为水汽单位时间带走的热量，θ₁为第一阶段光气分解时间。对碱液储罐做热量衡算，可得第一阶段的时间：可通过进入碱液储罐的质量流量W₁和碱液储罐的总碱液量m_NaOH求得。

第二阶段中，碱液温度为60℃，光气反应放出的热量通过塔顶蒸发和循环冷却器冷却带走。第二阶段属于一个稳态的过程，单位时间内光气反应量和新鲜碱液的补充量为定值，根据热量、光气进料量和光气反应热即可求得第二阶段的时间。Q₂==Q-Q₁=Q-Q_碱液-Q_水汽=Q-qθ₁-Q_水汽，其中Q₂为第二阶段光气放出的热量，Q为光气反应放出的总热量，θ₂为第二阶段光气分解的时间，F_光为第二阶段光气分解速度，可对塔进行稳态模拟计算得到，Q_光为光气反应热。

传统的塔顶蒸发方案，光气反应的总热量由碱槽升温和塔顶蒸发带走，由于单位时间塔顶蒸发带走热量的速度较慢，因而导致总停车时间较长。

本发明方法实验过程中，处理相同的光气28000kg，碱液储罐都为300m³，循环量同为200m³/h，塔径都为3m，通过上述公式计算，可得传统的塔顶蒸发方案的停车时间为66.17小时，本发明方法的停车时间为12小时，大大缩短了停车时间，生产效率显著提高。

附图说明：

图1为甲苯二异氰酸酯生产中紧急分解光气工艺流程图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本发明方法作进一步阐述。

实施例1、

如附图1所示，一种甲苯二异氰酸酯生产中紧急分解光气的方法采用循环冷却器方案，包括光气破坏塔1、碱液储罐2、碱液循环泵3、碱液冷却器4、高位碱液槽5、进料阀门6、出料阀门7；含光气的废气、紧急排放气体进入光气破坏塔1的底部，吸收的碱液从光气破坏塔1顶部进入，吸收完全不含光气的尾气从光气破坏塔1顶部排放，吸收下来的碱液从光气破坏塔1的底部进入碱液储罐2，从碱液储罐2流出后经过碱液循环泵3进入碱液冷却器4中，将碱液冷却到50℃，然后进入光气破坏塔1循环反应；碱液质量百分比浓度低于9%时，经碱液循环泵3后排出碱液，并且向碱液储罐2补充质量百分比浓度为19%的新鲜碱液；在光气破坏塔1顶部装有高位碱液槽5，在紧急停车前高位碱液槽5充入碱液，液位达到90%时关闭进料阀门6，高位碱液槽5的上部装有溢流管线，溢流到碱液储罐2中；当循环碱液进入光气破坏塔1的流量小于45吨/h持续2秒时，启动高位碱液槽5出料阀门7，让高位碱液槽5中的碱液进入光气破坏塔1中破坏光气。

本实施例中假设处理的光气总量是28000kg，其他设备都是在此处理量基础上规定的。

破坏光气的碱液采用NaOH溶液，质量百分比浓度为10-12%；

光气破坏塔1为金属鲍尔环填料塔，塔径为3m，液泛因子0.25；

碱液储罐2的体积为300m³；

碱液循环量的体积流量为200m³/h；

碱液冷却器4的换热面积为200m²。

碱液储罐体积的大小对光气分解的两个阶段有不同影响。在第一阶段中，碱液温度低于60℃，碱液通过循环吸收光气反应热来升高温度，碱液储罐体积越大，碱液越多，升温时间越长，因而碱液储罐的大小与第一阶段的停车时间有很大关系；第二阶段中，碱液温度为60℃，温度不再变化，因此碱液储罐体积与第二阶段的停车时间没有关系。但是由于碱液储罐体积越大，第一阶段消耗的光气越多，使得第二阶段消耗的光气量减少。在光气进料流量不变的条件下，第二阶段的停车时间变小。综上所述，随着碱液储罐体积的增大，光气分解的第一阶段时间增加，第二阶段时间缩短，两者综合起来，总的停车时间增加。

循环量对塔径的影响。对于第一阶段，光气进料量是不断变化的，在刚开始时碱液温度最低，光气进料量最大，随着碱液储罐温度的不断升高，光气进料量不断下降。因此，取其刚开始时光气进料量来计算所需的塔径，通过计算可知，随着循环量的不断增大，第一阶段的最大光气进料量不断增大，塔径也随循环量的增大而增大。对于第二阶段，在循环量确定的前提下，光气进料量、塔径也是确定的。随着循环量的增大，光气反应速度不断增大；在相同的液泛因子下，循环量增大，塔径也不断增大。

循环量对停车时间的影响。在第一阶段中，停车时间由碱液储罐中碱液升温时间决定，可得到第一阶段的停车时间；在第二阶段中，属于稳态过程，停车时间由光气分解速度决定，可求得第二阶段的停车时间。可以得出，随着碱液循环量的不断增大，停车时间会缩短。原因是循环量的不断增大，单位时间带走的热量增大，使得光气进料量增大，因而停车时间缩短。

在相同的液泛因子和风机风量下，与传统的塔顶蒸发方案相比，采用本发明的循环冷却器方案进行光气紧急分解，停车时间短，消耗的新鲜碱液量少，能够保证生产进度的正常进行，大大降低生产成本，更具优势。

Claims (1)

1.一种甲苯二异氰酸酯生产中紧急分解光气的方法，其特征在于采用循环冷却器方案，包括光气破坏塔、碱液储罐、碱液循环泵、碱液冷却器、高位碱液槽、进料阀门和出料阀门；含光气的废气、紧急排放气体进入光气破坏塔的底部，吸收的碱液从光气破坏塔顶部进入，吸收完全不含光气的尾气从光气破坏塔顶排放，吸收下来的碱液从光气破坏塔的底部进入碱液储罐，从碱液储罐流出后经过碱液循环泵进入碱液冷却器中，将碱液冷却到50℃，然后进入光气破坏塔循环反应；碱液质量百分比浓度低于9％时，经碱液循环泵后排出碱液，并且向碱液储罐补充质量百分比浓度为19％的新鲜碱液；在光气破坏塔顶部装有高位碱液槽，在紧急停车前高位碱液槽充入碱液，液位达到90％时关闭进料阀门，高位碱液槽的上部装有溢流管线，溢流到碱液储罐中；当循环碱液进入光气破坏塔的流量小于45吨/h持续2秒时，启动高位碱液槽出料阀门，让高位碱液槽中的碱液进入光气破坏塔中破坏光气；其中，所述光气破坏塔为金属鲍尔环填料塔，塔径随碱液循环量的增大而增大，碱液循环量控制在200m³/h以内；随着碱液储罐体积的增大，停车时间增加，碱液储罐体积为300m³。