CN108314057A - 一种生产氰化氢过程中热量利用装置及工艺方法 - Google Patents

一种生产氰化氢过程中热量利用装置及工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种生产氰化氢过程中热量利用装置及工艺方法，该装置包括换热器、冷却器、蒸汽包以及蒸汽发生器；换热器内的原料混合气流动的空间与反应器内反应空间通过管路连通，反应器内反应空间与蒸汽发生器内合成气流动空间通过管路连通，蒸汽发生器内合成气流动空间与换热器内合成气流动空间通过管路连通；换热器上设有原料混合气入口，以及合成气出口；反应器内移热介质流动空间与冷却器内移热介质流动空间通过管路连通；冷却器内水汽化空间与蒸汽包通过管路连通；蒸汽发生器内产生蒸汽的空间与蒸汽包也通过管路连通。本发明提供的装置及工艺方法保证了反应过程的安全可控性；降低了生产消耗，提高了整个生产工艺过程中能源的利用率。

Description

一种生产氰化氢过程中热量利用装置及工艺方法
技术领域
本发明属于氨氧化法制氰化氢技术领域，尤其是涉及一种生产氰化氢过程中热量利用装置及工艺方法。
背景技术
氰化氢，分子式为HCN，又名氢氰酸，在有机合成领域有着广泛应用。氰化氢是一种剧毒化学品，在常温常压下极易扩散，并与水混溶。为了确保使用安全，减少对环境的影响，提高生产效率，合理利用资源，必须加快对氰化氢合成技术与分离提纯工艺的研究，以满足不断增长的市场需求。
目前生产氰化氢的工艺方法主要包括Andrussow法及由此引出的氨氧化法、丙烯腈副产法、轻油裂解法等。其中氨氧化法就是在氨氧化催化剂存在下，将氨源和氧源以及可氨氧化的有机物高温转化为氰化物的方法。该法是在常压、高温的条件下，将原料混合气通入反应器进行氨氧化反应，生成反应合成气。以甲烷氨氧化法为例，其反应式为：
2CH4+2NH3+3O2→2HCN+6H2O
反应得到的合成气经过低温溶剂吸收和精制处理最终得到产品氰化氢。
氨氧化法反应时，原料混合气需要预热后进入反应器，但进气温度不能超过设定值范围，因此需要准确控制原料混合气进入反应器的温度；为保证催化剂的活性和使用寿命，氨氧化反应的热点温度需要控制在一定范围内，反应放出的大量的热量需要移出；反应产物为高温的合成气，需要降低温度后才能提高进入下游装置的吸收效果。因此在整个生产过程中，既需要加热原料混合气进入反应器，又需要冷却合成气体，对加热能源以及冷却能源均造成浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种生产氰化氢过程中热量利用装置及工艺方法，不仅有效地解决了氨氧化法制氢氰酸反应过程中工艺操作参数的控制要求，保证了反应过程的安全可控性；而且将反应放出的热量进行了合理的利用，降低了整个生产工艺过程中的生产消耗，提高了能源的利用率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种生产氰化氢过程中热量利用装置，其特征在于：包括换热器、冷却器、蒸汽包以及蒸汽发生器；
换热器内的原料混合气流动的空间与反应器内反应空间通过管路连通，反应器内反应空间与蒸汽发生器内合成气流动空间通过管路连通，蒸汽发生器内合成气流动空间与换热器内合成气流动空间通过管路连通；换热器上设有原料混合气入口，以及合成气出口；
反应器内移热介质流动空间与冷却器内移热介质流动空间通过管路连通；冷却器内水汽化空间与蒸汽包通过管路连通；蒸汽发生器内产生蒸汽的空间与蒸汽包也通过管路连通。
优选的，反应器内移热介质流动空间与冷却器内移热介质流动空间通过两支管路连通，一支是移热介质从反应器流动到冷却器内；一支是移热介质从冷却器流动到反应器中。
优选的，冷却器内水汽化空间与蒸汽包通过两支管路连通；一支是蒸汽包内的凝液流动到冷却器内，一支是冷却器内蒸汽流动到蒸汽包内。
优选的，蒸汽发生器内产生蒸汽的空间与蒸汽包通过两支管路连通；一支是蒸汽包内的凝液流动到蒸汽发生器内，且该管路上设有第二调节阀；一支是蒸汽发生器内蒸汽流动到蒸汽包内。
优选的，所述反应器与冷却器连通的管路上设有循环泵；且移热介质从循环泵到冷却器的管路上设有第一调节阀。
优选的，所述反应器的内部为列管式，列管外部设有筒壳，列管内为反应空间；列管外以及筒壳之间的空间为移热介质流动空间；且列管内设有第一温度测量仪表，移热介质流动空间内设有第二温度测量仪表。
优选的，连通反应器内反应空间与蒸汽发生器内合成气流动空间的管路上设有第三温度测量仪表；连通蒸汽发生器内合成气流动空间与换热器内合成气流动空间的管路上设有第四温度测量仪表；换热器合成气出口处设有第五温度测量仪表。
本发明还提供一种利用如上所述的装置进行氰化氢生产的工艺方法，包括如下步骤，
(1)原料混合气经换热器预热后进入反应器)发生氨氧化反应，生产合成气；
(2)从反应器出来的合成气，进入蒸汽发生器内合成气流动空间，降温后，进入换热器内合成气流动空间，与换热器内的原料混合气进行换热降温后，排出换热器；
其中，步骤(1)中，在反应过程中，通过移热介质带走反应放出的热量，移热介质通过循环泵在反应器与冷却器之间循环；移动介质通过冷却器内的水冷却，冷却器内的水来自蒸汽包；
步骤(2)中，合成气在蒸汽发生器通过与水交换降温，且蒸汽发生器内的水来自蒸汽包；
冷却器(3)以及蒸汽发生器内产生的蒸汽通过蒸汽包排出；优选的，移动介质为熔盐；蒸汽包内的水为脱氧水。
优选的，原料混合气经换热器预热后进入反应器的温度为150～200℃，反应器列管内的反应温度为400～500℃，反应器筒壳中移热介质的温度为200～400℃，离开反应器的合成气温度为300～370℃，离开蒸汽发生器的反应合成气的温度为250～350℃，经换热器降温后的反应合成气温度为180～250℃。
优选的，移热介质分别经过循环泵进入反应器内移出热量和进入冷却器中回收热量，所述的两股流量的比例为2～20，优选为5～15。
原料混合气经预热后进入反应器发生氨氧化反应，离开反应器的高温合成气，先经蒸汽发生器，通过温度调节阀用蒸汽包的水进行适度降温后，再去换热器与原料混合气换热，换热降温后的反应合成气送入下游装置进行精制处理。
反应器内反应放出的热量利用移热介质吸收，吸热后的移热介质在冷却器中经来自蒸汽包的水冷却后由循环泵送回反应器，冷却器中的水汽化生成蒸汽后进入蒸汽包通过压力调节送入蒸汽管网供全厂用户使用。
所述的移热介质由循环泵循环供应，泵的循环量按一定比例分别进入反应器内移热和进入冷却器中冷却回收热量。移热介质进入冷却器的流量由调节阀根据进入反应器中移热介质所需的温度来调节。进入反应器的原料混合气的温度，可以通过调整进入蒸汽发生器的水量，使反应气温度适当降低后再与原料混合气换热，蒸汽发生器产生的蒸汽进入蒸汽包后通过压力调节送入蒸汽管网。
相对于现有技术，本发明所述的一种生产氰化氢过程中热量利用装置及工艺方法，具有以下优势：
本发明所述的热量利用装置，采用移热介质移出氨氧化反应放出的热量，利用移热介质回收的热量产生蒸汽，利用高温合成气的热量产生蒸汽，并与原料混合气进行换热以满足工艺要求，通过调节进入蒸汽发生器的水量控制高温合成气最终的温度。通过本发明的热量利用装置的使用，不仅有效地解决了氨氧化法制氰化氢反应过程中工艺操作参数的控制要求，保证了反应过程的安全可控性；而且将反应放出的热量进行综合利用，降低了生产消耗，提高了整个生产工艺过程中能源的利用率。
本发明所述的工艺，不需要使用外来的热源，移热介质可以重复使用，大幅度降低了成本。
附图说明
图1为本发明实施例所述的生产氰化氢中热量利用装置的简单结构示意图；
1-反应器；2-循环泵；3-冷却器；4-蒸汽包；5-蒸汽发生器；6-换热器；7-第一调节阀；8-第二调节阀；9-第三调节阀；11-第一温度测量仪表；12-第二温度测量仪表；13-第三温度测量仪表；14-第四温度测量仪表；15-第五温度测量仪表；16-第六温度测量仪表；
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
如图1所示，一种生产氰化氢过程中热量利用装置，包括换热器6、冷却器3、蒸汽包4以及蒸汽发生器5；
换热器6内的原料混合气流动的空间与反应器1内反应空间通过管路连通，反应器1内反应空间与蒸汽发生器5内合成气流动空间通过管路连通，蒸汽发生器5内合成气流动空间与换热器6内合成气流动空间通过管路连通；换热器6上设有原料混合气入口，以及合成气出口；
反应器1内移热介质流动空间与冷却器3内移热介质流动空间通过管路连通；冷却器3内水汽化空间与蒸汽包4通过管路连通；蒸汽发生器5内产生蒸汽的空间与蒸汽包4也通过管路连通。
反应器1内移热介质流动空间与冷却器3内移热介质流动空间通过两支管路连通，一支是移热介质从反应器1流动到冷却器3内；一支是移热介质从冷却器3流动到反应器1中。
冷却器3内水汽化空间与蒸汽包4通过通过两支管路连通；一支是蒸汽包4内的水流动到冷却器3内，一支是冷却器3内蒸汽流动到蒸汽包4内。冷却器3中的水汽化生成蒸汽后进入蒸汽包4通过压力调节后送入蒸汽管网供全厂用户使用。
蒸汽发生器5内产生蒸汽的空间与蒸汽包4通过两支管路连通；一支是蒸汽包4内的水流动到蒸汽发生器5内，且该管路上设有第二调节阀8；一支是蒸汽发生器5内蒸汽流动到蒸汽包4内。
所述反应器1与冷却器3连通的管路上设有循环泵2；且移热介质从循环泵2到冷却器3的管路上设有第一调节阀7。移热介质进入冷却器3的流量由第一调节阀7根据进入反应器1中移热介质所需的温度来调节。
所述反应器1的内部为列管式，列管外部设有筒壳，列管内为反应空间；列管外以及筒壳之间的空间为移热介质流动空间；且列管内设有第一温度测量仪表11，移热介质流动空间内设有第二温度测量仪表12。通过控制移热介质的温度，使反应温度稳定。
连通反应器1内反应空间与蒸汽发生器5内合成气流动空间的管路上设有第三温度测量仪表13；连通蒸汽发生器5内合成气流动空间与换热器6内合成气流动空间的管路上设有第四温度测量仪表14；换热器6合成气出口处设有第五温度测量仪表。
实施例1
原料混合气经换热器6预热后进入列管式反应器-1发生氨氧化反应，反应放出的热量由反应器1筒壳中循环的熔盐及时移走，通过控制熔盐的温度在360～390℃，使反应温度稳定在460～480℃，吸热后的熔盐在冷却器3中经来自蒸汽包4的脱氧水冷却后由循环泵2送回反应器1的筒壳中，冷却器3中的水汽化生成蒸汽后进入蒸汽包4通过第三调节阀9调节压力后送入蒸汽管网供全厂用户使用。
熔盐由循环泵2循环供应，循环流量按12:1的比例分别进入反应器1筒壳中移热和进入冷却器3中冷却回收热量，熔盐进入冷却器3的流量由第一调节阀7根据进入反应器1中熔盐所需的温度来调节。
离开反应器1的高温反应合成气温度为340～370℃，先经蒸汽发生器5，通过第二调节阀8用蒸汽包4中的脱氧水进行降温至300～350℃，再经换热器6与原料混合气进行换热降温至220～250℃，送入下游吸收装置进行精制处理。
进入反应器1的原料混合气的温度为170～200℃，通过第二调节阀8调整进入蒸汽发生器5的水量，使反应合成气温度降至300～350℃，再与原料混合气经换热器6进行换热，蒸汽发生器5产生的蒸汽进入蒸汽包4后通过第三调节阀9调节压力后送入蒸汽管网。
实施例2
原料混合气经换热器6预热后进入列管式反应器1发生氨氧化反应，反应放出的热量由反应器1筒壳中循环的熔盐及时移走，通过控制熔盐的温度在310～340℃，使反应温度稳定在410～440℃，吸热后的熔盐在冷却器3中经来自蒸汽包4的脱氧水冷却后由循环泵2送回反应器1的筒壳中，冷却器3中的水汽化生成蒸汽后进入蒸汽包4通过第三调节阀9调节压力后送入蒸汽管网供全厂用户使用。
熔盐由循环泵2循环供应，循环流量按6:1的比例分别进入反应器1筒壳中移热和进入冷却器3中冷却回收热量，熔盐进入冷却器3的流量由调节阀7根据进入反应器1中熔盐所需的温度来调节。离开反应器1的高温反应合成气温度为300～340℃，先经蒸汽发生器5，通过第二调节阀8用蒸汽包4中的脱氧水进行降温至250～300℃，再经换热器6与原料混合气进行换热降温至180～220℃，送入下游吸收装置进行精制处理。
进入反应器1的原料混合气的温度为150～170℃，通过第二调节阀8调整进入蒸汽发生器5的水量，使反应合成气温度降至250～300℃，再与原料混合气经换热器6进行换热，蒸汽发生器-5产生的蒸汽进入蒸汽包-4后通过第三调节阀9调节压力后送入蒸汽管网。
实施例一和实施例二中，催化剂的使用寿命较常规操作提升了50％-100％；且氰化氢的纯度达到99.5％以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生产氰化氢过程中热量利用装置，其特征在于：包括换热器(6)、冷却器(3)、蒸汽包(4)以及蒸汽发生器(5)；
换热器(6)内的原料混合气流动的空间与反应器(1)内反应空间通过管路连通，反应器(1)内反应空间与蒸汽发生器(5)内合成气流动空间通过管路连通，蒸汽发生器(5)内合成气流动空间与换热器(6)内合成气流动空间通过管路连通；换热器(6)上设有原料混合气入口，以及合成气出口；
反应器(1)内移热介质流动空间与冷却器(3)内移热介质流动空间通过管路连通；冷却器(3)内水汽化空间与蒸汽包(4)通过管路连通；蒸汽发生器(5)内产生蒸汽的空间与蒸汽包(4)也通过管路连通。
2.根据权利要求1所述的生产氰化氢过程中热量利用装置，其特征在于：反应器(1)内移热介质流动空间与冷却器(3)内移热介质流动空间通过两支管路连通，一支是移热介质从反应器(1)流动到冷却器(3)内；一支是移热介质从冷却器(3)流动到反应器(1)中。
3.根据权利要求1所述的生产氰化氢过程中热量利用装置，其特征在于：冷却器(3)内水汽化空间与蒸汽包(4)通过两支管路连通；一支是蒸汽包(4)内的凝液流动到冷却器(3)内，一支是冷却器(3)内蒸汽流动到蒸汽包(4)内。
4.根据权利要求1所述的生产氰化氢过程中热量利用装置，其特征在于：蒸汽发生器(5)内产生蒸汽的空间与蒸汽包(4)通过两支管路连通；一支是蒸汽包(4)内的凝液流动到蒸汽发生器(5)内，且该管路上设有第二调节阀(8)；一支是蒸汽发生器(5)内蒸汽流动到蒸汽包(4)内。
5.根据权利要求1所述的生产氰化氢过程中热量利用装置，其特征在于：所述反应器(1)与冷却器(3)连通的管路上设有循环泵(2)；且移热介质从循环泵(2)到冷却器(3)的管路上设有第一调节阀(7)。
6.根据权利要求1所述的生产氰化氢过程中热量利用装置，其特征在于：所述反应器(1)的内部为列管式，列管外部设有筒壳，列管内为反应空间；列管外以及筒壳之间的空间为移热介质流动空间；且列管内设有第一温度测量仪表(11)，移热介质流动空间内设有第二温度测量仪表(12)。
7.根据权利要求1所述的生产氰化氢过程中热量利用装置，其特征在于：连通反应器(1)内反应空间与蒸汽发生器(5)内合成气流动空间的管路上设有第三温度测量仪表(13)；连通蒸汽发生器(5)内合成气流动空间与换热器(6)内合成气流动空间的管路上设有第四温度测量仪表(14)；换热器(6)合成气出口处设有第五温度测量仪表。
8.一种利用如权利要求1～7任一项所述的装置进行氰化氢生产的工艺方法，其特征在于：包括如下步骤，
(1)原料混合气经换热器(6)预热后进入反应器(1)发生氨氧化反应，生产合成气；
(2)从反应器(1)出来的合成气，进入蒸汽发生器(5)内合成气流动空间，降温后，进入换热器(6)内合成气流动空间，与换热器(6)内的原料混合气进行换热降温后，排出换热器(6)；
其中，步骤(1)中，在反应过程中，通过移热介质带走反应放出的热量，移热介质通过循环泵(2)在反应器(1)与冷却器(3)之间循环；移动介质通过冷却器(3)内的水冷却，冷却器(3)内的水来自蒸汽包(4)；
步骤(2)中，合成气在蒸汽发生器(5)通过与水交换降温，且蒸汽发生器(5)内的水来自蒸汽包(4)；
冷却器(3)以及蒸汽发生器(5)内产生的蒸汽通过蒸汽包(4)排出；优选的，移动介质为熔盐；蒸汽包(4)内的水为脱氧水。
9.根据权利要求8所述的工艺方法，其特征在于：原料混合气经换热器(6)预热后进入反应器(1)的温度为150～200℃，反应器(1)列管内的反应温度为400～500℃，反应器(1)筒壳中移热介质的温度为200～400℃，离开反应器(1)的合成气温度为300～370℃，离开蒸汽发生器(5)的反应合成气的温度为250～350℃，经换热器(6)降温后的反应合成气温度为180～250℃。
10.根据权利要求8所述的工艺方法，其特征在于：移热介质分别经过循环泵(2)进入反应器(1)内移出热量和进入冷却器(3)中回收热量，所述的两股流量的比例为2～20，优选为5～15。
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