CN108273282B - 三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收系统及其回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收系统及其回收方法，回收系统包括冷凝器，分离器，第一调节阀，第二调节阀，流量计，通过管道依次连通的真空蒸发器、甲醛储槽、三聚甲醛合成反应器和合成蒸馏塔，合成蒸馏塔顶部设置有第一管道和用于给真空蒸发器提供侧壳热源的第二管道；第一管道穿过第一调节阀后与冷凝器连通；冷凝器的底部与分离器连通设置；真空蒸发器侧壁下部设置有冷凝液排出口；分离器的底部与合成蒸馏塔侧壁上部连通。本发明能够有效回收利用合成三聚甲醛蒸汽中的低位热，减少加热蒸汽消耗，节约能源。给企业带来可观的经济效益，更为重要的是减少了整个工艺流程中所产生的热污染，同时降低了生产工艺中所需的燃料消耗。
Description
技术领域
本发明涉及化工节能环保领域，具体涉及三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收系统及其回收方法。
背景技术
目前，国内的共聚甲醛生产工艺主要有波兰ZAT工艺和中国香港富艺工艺两种，与国外先进工艺相比较，波兰ZAT工艺和中国香港富艺工艺的能耗较高，因此，国内共聚甲醛在中高端市场中的竞争力较弱，如何降低共聚甲醛生产能耗成为国内共聚甲醛生产商亟待解决的问题。
在三聚甲醛合成工艺过程中，合成蒸馏塔顶部汽相蒸汽含有的热值较高，其在冷凝器中通过冷却水带走的热量太过浪费。相对于已经广泛进行回收利用的高位热能而言，这些低位热能较难得到全面的回收利用。
发明内容
本发明的目的在于提供三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收系统及其回收方法，以解决目前三聚甲醛合成过程中低位热回收困难、热污染高、工艺过程中燃料消耗量大等技术问题。
本发明一方面提供三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收系统，包括冷凝器，分离器，第一调节阀，第二调节阀，流量计，通过管道依次连通的真空蒸发器、甲醛储槽、三聚甲醛合成反应器和合成蒸馏塔，所述合成蒸馏塔底部与三聚甲醛合成反应器连通，所述合成蒸馏塔顶部设置有第一管道和用于给真空蒸发器提供侧壳热源的第二管道，所述第二管道上设置有流量计和第二调节阀；所述第一管道穿过第一调节阀后与冷凝器连通；所述冷凝器的底部与分离器连通设置；
所述真空蒸发器侧壁中部设置有不凝气排放管线，真空蒸发器侧壁下部设置有冷凝液排出口，冷凝液排出口与冷凝器连通；
所述分离器的底部与合成蒸馏塔侧壁上部连通。
进一步，所述甲醛储槽与三聚甲醛合成反应器的连接管道上还设置有泵。
进一步，所述分离器底部与合成蒸馏塔的连接管道上还设置有泵。
进一步，所述真空蒸发器为耐腐蚀金属材质；所述耐腐蚀金属材质为S32507或者S32205或者904L或者C22或者304L。
进一步，真空蒸发器的耐腐蚀金属材料厚度为10～14mm。
进一步，所述第二管道一端与合成蒸馏塔顶部连通，所述第二管道另一端与真空蒸发器侧壁上部连通。
本发明另一方面提供一种上述回收系统进行三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收的方法，包括如下步骤：
步骤一，将工业甲醛送入真空蒸发器内蒸汽加热，浓缩蒸发后得到浓甲醛水溶液并将其输送至甲醛储槽内，通过泵将甲醛储槽内的浓甲醛水溶液送入三聚甲醛合成反应器中；同时，不凝气排放管线持续将不凝气体排出，以提高换热率；
步骤二，在催化作用下，三聚甲醛合成反应器内物料再沸得到三聚甲醛气态混合物；
步骤三，三聚甲醛气态混合物进入合成蒸馏塔内进行初步分离，分离后的汽相蒸汽一部分通过第二管道进入真空蒸发器，另一部分通过第一管道进入冷凝器；
步骤四，冷凝器中的三聚甲醛和甲醛混合液进入分离器，进行二次分离处理，通过泵送入合成蒸馏塔；
其中，步骤三中的气相蒸汽进入真空蒸发器内为其提供侧壳热源。
进一步，步骤一中真空蒸发器内使用的冷凝液通过管道送入冷凝器中循环使用。
本发明的有益效果体现在：
（1）本发明三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收系统及其回收方法，能够有效回收利用合成三聚甲醛蒸汽中的低位热，减少加热蒸汽消耗，节约能源。
（2）本发明三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收系统及其回收方法，提高了生产三聚甲醛的能源利用效率，创造了经济价值，也间接地减少了标煤使用量和二氧化碳排放量，有利于环保。不仅给企业带来可观的经济效益，更为重要的是减少了整个工艺流程中所产生的热污染，同时降低了生产工艺中所需的燃料消耗。
（3）本发明提供的装置设计的工艺路线，采用的设备成本可控，维护方便，工人操作方便，自动化程度高。甲醛真空蒸发器出口浓甲醛浓度稳定性而且回收系统可以实现连续稳定的运行，运行周期较长，具有非常好的工业化应用前景。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
图1为三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收系统示意图。
图2为真空蒸发器内隔板结构示意图。
附图说明：1—冷凝器，2—分离器，3—第一调节阀，4—第一管道，5—第二调节阀，6—第二管道， 7—甲醛储槽，8—三聚甲醛合成反应器，9—合成蒸馏塔，10—泵，11—流量计，12—真空蒸发器，13—不凝气排放管线，14—冷凝液排出口。
具体实施方式
如本发明所用，术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。以上术语涵盖术语“由……组成”和“基本上由……组成”。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。
参考图1，本发明主要针对国内各共聚甲醛生产企业的三聚甲醛合成工艺方法中均存在合成蒸汽低位热浪费的问题，提供三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收系统及其回收方法，所述回收系统包括冷凝器1，分离器2，第一调节阀3，第二调节阀5，流量计11，通过管道依次连通的真空蒸发器12、甲醛储槽7、三聚甲醛合成反应器8和合成蒸馏塔9，所述合成蒸馏塔9底部与三聚甲醛合成反应器8连通，所述合成蒸馏塔9顶部设置有第一管道4和用于给真空蒸发器12提供侧壳热源的第二管道6，所述第二管道6上设置有流量计11和第二调节阀5；所述第二管道6一端与合成蒸馏塔9顶部连通，所述第二管道6另一端与真空蒸发器12侧壁上部连通。所述第一管道4穿过第一调节阀3后与冷凝器1连通；所述冷凝器1的底部与分离器2连通设置。所述分离器2的底部与合成蒸馏塔9侧壁上部连通，连接管道上还设置有泵10。
所述真空蒸发器12侧壁中部设置有用于排放不凝气体的不凝气排放管线13，以提高真空蒸发器12内换热效果。真空蒸发器12内部设置了隔板结构，用以减小壳侧介质流动阻力；同时，为消除流动死角，壳侧底部增加排放管线。
侧壁下部还设置有冷凝液排出口14，冷凝液排出口14可以与冷凝器1连通，参见图1所示。因加热源压力和温度变化，甲醛真空蒸发器12的换热面积需要相应改变。真空蒸发器12为耐腐蚀金属材质；所述耐腐蚀金属材质为S32507或者S32205或者904L或者C22或者304L。
其中，真空蒸发器12的耐腐蚀金属材料厚度为10～14mm，换热管厚度2mm。
其中，所述甲醛储槽7与三聚甲醛合成反应器8的连接管道上还设置有泵10。
使用上述回收系统进行三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收的方法，包括如下步骤：
步骤一，将工业甲醛（通常浓度为40%，wt）送入真空蒸发器12内用三聚甲醛合成蒸汽加热，在真空条件下蒸发浓缩后得到浓度为60%（wt）甲醛水溶液并将其输送至甲醛储槽7内，通过泵10将甲醛储槽7内的浓甲醛水溶液送入三聚甲醛合成反应器8中；同时，不凝气排放管线13持续将不凝气体排出，以提高换热率；真空蒸发器12内产生的冷凝液通过管道送入冷凝器1中循环使用。
步骤二，在催化作用下，三聚甲醛合成反应器8内，用硫酸作为催化剂，经再沸器加热至101℃～106℃，得到三聚甲醛气态混合物；
步骤三，三聚甲醛气态混合物进入合成蒸馏塔9内进行初步分离，分离后的汽相蒸汽一部分通过第二管道6进入真空蒸发器12，另一部分通过第一管道4进入冷凝器1，最后通过循环冷却水进入凉水塔，进而释放到环境中；
步骤四，冷凝器1中的三聚甲醛、甲醛混合液进入分离器2，进行二次分离处理，通过泵10送入合成蒸馏塔9；
其中，步骤三中的气相蒸汽进入真空蒸发器12内为其提供侧壳热源。
实施例1～3为依据本发明公开的三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收系统及其回收方法进行的实验：
下面根据发明人已经在国内进行了的聚甲醛装置改造实例详细描述本发明，本发明的目的及效果将变得更加明显。
表1, 实施例1～3为合成蒸馏塔汽相低位热回收改造的性能表征
上表1为不同聚甲醛装置改造后参数，实施例1～3均针对年生产量为2万吨/年的聚甲醛装置进行改造。
从表中可以看出，在真空蒸发器12内加装隔板（图2所示），蒸发面积均维持在135m2以上。改造后的真空蒸发器，每小时蒸汽消耗量为0，是因改造后真空蒸发器不再使用0.1MPa蒸汽加热，而完全利用回收的低位热加热。不再需要外部热源的真空蒸发器完全依赖回收的低位热工作，大大降低能源消耗，降低生产成本。
通过在合成蒸馏塔9顶部设置第一管道4和第二管道6并同时装配流量传感器和调节阀，实现整体系统的串联调节，进一步保证了整体系统的流量和压力稳定。本发明对传统的真空蒸发器12做了改进，加入了用于减小壳侧介质流动阻力的隔板结构（参见图2所示），将蒸发面积提高了一倍以上；增设了提高换热效果的不凝气排放管线13；使用了耐腐蚀金属材质；使得真空蒸发器12能更好的适应热源压力、温度变化以及换热面积。
采用本发明提供的三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收系统及其回收方法，改造后的系统，可以有效的回收合成蒸馏塔9汽相低位热并将其部分用于甲醛真空蒸发器12用作壳侧热源；系统中仅剩三聚甲醛合成反应器使用外部蒸汽加热，有效降低生产成本，提高了生产三聚甲醛的能源利用效率，创造更多的经济价值，也间接地减少了标煤使用量和二氧化碳排放量，更为重要的是减少了整个工艺流程中所产生的热污染。设备成本可控，维护方便，工人操作方便，自动化程度高。能实现连续稳定的运行，具有非常好的工业化应用前景。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种使用三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收系统进行三聚甲醛合成蒸馏塔汽相低位热回收的方法，其特征在于，所述回收系统包括冷凝器（1），分离器（2），第一调节阀（3），第二调节阀（5），流量计（11），通过管道依次连通的真空蒸发器（12）、甲醛储槽（7）、三聚甲醛合成反应器（8）和合成蒸馏塔（9）；所述合成蒸馏塔（9）底部与三聚甲醛合成反应器（8）连通，所述合成蒸馏塔（9）顶部设置有第一管道（4）和用于给真空蒸发器（12）提供侧壳热源的第二管道（6），所述第二管道（6）上设置有流量计（11）和第二调节阀（5）；所述第一管道（4）穿过第一调节阀（3）后与冷凝器（1）连通；所述冷凝器（1）的底部与分离器（2）连通设置；所述真空蒸发器（12）侧壁中部设置有不凝气排放管线（13），真空蒸发器（12）侧壁下部设置有冷凝液排出口（14），冷凝液排出口（14）与冷凝器（1）连通；所述分离器（2）的底部与合成蒸馏塔（9）侧壁上部连通；甲醛储槽（7）与三聚甲醛合成反应器（8）的连接管道上还设置有泵（10）；
分离器（2）底部与合成蒸馏塔（9）的连接管道上还设置有泵（10）；第二管道（6）一端与合成蒸馏塔（9）顶部连通，所述第二管道（6）另一端与真空蒸发器（12）侧壁上部连通；
包括如下步骤：
步骤一，将工业甲醛送入真空蒸发器（12）内蒸汽加热，浓缩蒸发后得到浓甲醛水溶液并将其输送至甲醛储槽（7）内，通过泵（10）将甲醛储槽（7）内的浓甲醛水溶液送入三聚甲醛合成反应器（8）中；同时，不凝气排放管线（13）持续将不凝气体排出，以提高换热率；
步骤二，在催化作用下，三聚甲醛合成反应器（8）内物料再沸得到三聚甲醛气态混合物；
步骤三，三聚甲醛气态混合物进入合成蒸馏塔（9）内进行初步分离，分离后的汽相蒸汽一部分通过第二管道（6）进入真空蒸发器（12），另一部分通过第一管道（4）进入冷凝器（1）；
步骤四，冷凝器（1）中的三聚甲醛和甲醛混合液进入分离器（2），进行二次分离处理，通过泵（10）送入合成蒸馏塔（9）；
其中，步骤三中的气相蒸汽进入真空蒸发器（12）内为其提供侧壳热源。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中真空蒸发器（12）内使用的冷凝液通过管道送入冷凝器（1）中循环使用。
3.如权利要求1所述的方法，所述真空蒸发器（12）为耐腐蚀金属材质；耐腐蚀金属材质为S32507或者S32205或者904L或者C22或者304L。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，真空蒸发器（12）的耐腐蚀金属材料厚度为10～14mm。
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