CN109908700B

CN109908700B - 一种用于新戊二醇生产装置的尾气回收系统及方法

Info

Publication number: CN109908700B
Application number: CN201711321655.9A
Authority: CN
Inventors: 李江; 孔祥明; 蒋锋; 国欣; 常林; 张宏科; 华卫琦
Original assignee: Wanhua Chemical Group Co Ltd
Current assignee: Wanhua Chemical Group Co Ltd
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2021-09-07
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: CN109908700A

Abstract

一种用于新戊二醇生产装置的尾气回收系统及方法。本发明公开了一种新戊二醇装置尾气回收系统及尾气回收方法。所述回收系统包括组合吸收塔、气液分离罐和压缩机，组合吸收塔的下半段是吸收塔段，上半段是洗涤塔段。处理方法是新戊二醇装置尾气直接进入组合吸收塔底部，吸收剂从吸收塔段顶部进入，吸收尾气中新戊二醇，吸收剂富液返回新戊二醇装置蒸馏单元，回收新戊二醇；处理后的尾气直接进入洗涤塔段下部，洗涤剂从洗涤塔段顶部进入；处理后的尾气经压缩机增压后送至新戊二醇装置回用。本发明方法设备少，投资省，可最大程度回收新戊二醇装置尾气中的新戊二醇和氢气，提高装置的经济效益，同时解决由于尾气中新戊二醇凝固堵塞管线对装置连续稳定运行的影响。

Description

一种用于新戊二醇生产装置的尾气回收系统及方法

技术领域

本发明涉及化工尾气的回收利用，特别是涉及一种用于新戊二醇生产装置的尾气回收系统及尾气回收方法。

背景技术

新戊二醇是一种具有新戊基结构的二元醇，且其分子内的对称位置具有两个伯醇羟基，该特性赋予新戊二醇很好的化学反应性能，也使得新戊二醇制备的后续产品具有优异的热稳定性和耐光性等。新戊二醇主要用于生产聚酯类树脂、聚氨酯、粉末涂料、合成润滑油及其他精细化学品。

新戊二醇的生产一般分两步进行，其中首先使异丁醛(IBA)与甲醛在碱性催化剂的作用下发生醛醇加成反应生成羟基新戊醛。由羟基新戊醛制备新戊二醇的生产方法主要有两种，一种是将羟基新戊醛和甲醛在碱性催化剂作用下发生歧化反应生成新戊二醇，同时副产甲酸钠；一种是将羟基新戊醛在非均相催化剂上氢化制备新戊二醇。

羟基新戊醛在加氢反应器中氢化制备新戊二醇过程中存在很多的副反应，例如专利CN1234017A公开了在异丁醛与甲醛反应制备羟基新戊醛过程中，甲醛会发生Cannizzaro或者Tishchenko反应生成甲酸。甲酸可在氢化期间经催化分解成CO₂和H₂。氢化得到的混合物进入气液分离罐分离，分离后的尾气主要成分是H₂，同时还含有CO₂、甲醇、新戊二醇等组分。目前这股尾气的主要排放至火炬直接焚烧，一方面造成资源的浪费，另一方面造成了环境污染。由于该股尾气中含有少量的新戊二醇，新戊二醇的高熔点特性导致该股尾气在输送过程中会出现NPG凝固堵塞管线和仪表设备的问题，对装置连续稳定运行有很大影响。

回收氢气的技术主要有变压吸附法、膜分离法和深冷分离法，以及上述方法的结合等。专利CN1130096A公开了一种采用选择性递增的串联膜分离氢气的方法，该方法适合从含烃的混合气中分离氢气，专利CN1092696A公开了一种采用膜分离技术从催化剂干气中回收氢气的装置，该方法分离回收氢气的纯度较低，专利CN104986735A公开了一种采用变压吸附和膜分离的组合工艺提高氢气回收率的方法，通过结合变压吸附和膜分离的技术特点，在提高氢气的纯度和回收率的同时降低能耗。由于新戊二醇装置尾气中含有高熔点的新戊二醇，温度降低会导致新戊二醇凝固堵塞设备或管道，常规的氢气回收技术不适宜直接处理新戊二醇装置尾气。

本发明的目的是通过回收尾气中新戊二醇，解决尾气中新戊二醇凝固堵塞设备或管线对装置连续稳定运行的影响，同时能通过较低的设备投资及能耗回收尾气中氢气，提高装置的经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于新戊二醇生产装置的尾气回收系统和回收处理方法，通过回收尾气中新戊二醇解决因新戊二醇凝固堵塞管线问题，并通过回收尾气中氢气，达到降低单耗、避免浪费的目的。

根据本发明的第一个目的，提供一种用于新戊二醇生产装置的尾气回收系统，所述系统包括依次连接的组合吸收塔、气液分离罐和压缩机，

其中，组合吸收塔的下半段是吸收塔段，上半段是洗涤塔段；吸收塔段和洗涤塔段通过管线相连；

新戊二醇生产装置尾气进料管连接组合吸收塔的吸收塔段下部或底部进料口，吸收塔段塔釜出口经由循环泵同时或可切换地连接至吸收塔段顶部和新戊二醇装置蒸馏单元，洗涤塔段顶部出口连接气液分离罐的进口，气液分离罐的气体出口连接压缩机的进口，压缩机的出口返回新戊二醇生产装置加氢反应器。

洗涤塔段下端塔体内安装具有圆台状的气体分布器，圆台下端与塔体内壁留有一空隙，作为洗涤液流动通道；圆台壁上均匀开有阶梯状的固定舌形开孔。阶梯状的固定舌形开孔上带有向下倾斜的舌片，起引导气流的作用，能够使气体在塔内均匀分布，并缓慢上升。

圆台壁面可以均匀分布4-12列固定舌形开孔，每列可以含有2-14个固定舌形开孔，固定舌形开孔尺寸可以为0.5-3cm×1-4cm；

优选地，圆台壁面均匀分布6-8列固定舌形开孔，每列含有4-8个固定舌形开孔，固定舌形开孔尺寸为1-1.5cm×1-2cm。

进一步地，圆台状气体分布器通过支架支撑在塔体内壁上。

进一步地，洗涤塔顶部均匀分布多根带有喷嘴的喷淋管，保证洗涤剂喷淋均匀。

进一步地，洗涤塔段顶部设置除沫段，脱除气体中夹带的雾滴。

进一步地，洗涤塔段底部设有洗涤剂外排口，其经由泵同时或可切换地连接新鲜洗涤剂进料管和洗涤液处理装置。

本发明的第二个目的是提供一种用于新戊二醇生产装置的尾气回收处理方法，该方法包括以下步骤：

(1)新戊二醇生产装置尾气从包括吸收塔段和洗涤塔段的组合吸收塔底部进入吸收塔段，吸收剂从吸收塔段顶部进入；吸收剂富液从吸收塔塔釜流出，吸收剂富液经循环泵增压后从吸收塔段顶部进入吸收塔，循环使用，处理后的尾气从吸收塔段顶部离开直接进入洗涤塔段底部；

(2)进入洗涤塔段的尾气，经过洗涤除杂后，从洗涤塔段顶部离开组合吸收塔，洗涤塔段洗涤剂从洗涤塔段顶部通过(优选均匀分布的)喷淋管的喷嘴高速喷出，与尾气充分混合接触，洗涤剂富液从洗涤段底部流出；

(3)离开组合吸收塔的尾气进行气液分离，所分离出的气体经压缩机单元增压后返回新戊二醇装置回用。

新戊二醇生产装置尾气为羟基新戊醛(HPA，异丁醛与甲醛反应产物)与H₂的反应产物经气液分离后的气体。该股尾气中氢气含量约90-95％，二氧化碳约4-7％，甲醇约0.1-1％，异丁醇约0-0.5％，新戊二醇约0.5-2％(均为体积分数)。

该股尾气经过尾气回收系统处理返回新戊二醇装置，其组成氢气含量＞99.6％，二氧化碳含量＜0.1％，新戊二醇含量＜0.01％，甲醇含量＜0.01％(均为体积分数)。

优选地，从吸收塔段顶部进入洗涤塔段底部的尾气通过圆台状的气体分布器的圆台壁上均匀开设的阶梯状的固定舌形开孔进入，其中，圆台状的气体分布器安装在洗涤塔段下端塔体内。圆台下端与塔体内壁留有一空隙，作为洗涤液流动通道。阶梯状的固定舌形开孔上带有向下倾斜的舌片，起引导气流的作用，能够使气体在塔内均匀分布，并缓慢上升。

进一步地，步骤(1)中，通过定期分析吸收剂富液中新戊二醇浓度，确定吸收剂富液外排量，吸收剂富液外排至新戊二醇装置蒸馏单元，回收新戊二醇。

进一步地，步骤(2)中，洗涤富液循环使用或者连续或间歇外排送至生化处理。

本发明方法中，步骤(1)所述的组合吸收塔中吸收塔段理论塔板数可以为1～15，吸收剂进料温度0～60℃。

进一步的，步骤(1)所述的组合吸收塔中吸收塔段塔板理论数优选为1～8，吸收剂进料优选温度0～40℃。

本发明方法中，步骤(1)中所述的吸收剂可以是水、甲醇、异丁醇、辛醇、正丁醇、正丙醇、新戊二醇装置外排废水中的一种或多种复配；优选水、甲醇、异丁醇、新戊二醇装置外排废水中的一种或多种复配。吸收剂与尾气的质量比为0.1:1～30:1，优选吸收剂和尾气的质量比为1:1～15:1。

本发明方法中，吸收剂富液中新戊二醇浓度为0～70wt％，优选0～40wt％。

本发明方法中，吸收剂富液外可连续外排，也可间歇外排至新戊二醇装置蒸馏单元。

本发明方法中，步骤(2)所述的组合吸收塔中洗涤塔段理论塔板数为2～20，洗涤剂进料温度0～80℃。

进一步的，步骤(2)所述的组合吸收塔中洗涤塔段理论板数优选为4～10，洗涤剂进料温度优选为5～40℃。

本发明方法中，步骤(2)中所述的洗涤剂可以是碳酸钾、氢氧化钠、有机胺、浓氨水、N-甲基二乙醇胺中的一种或多种复配。优选有机胺、氢氧化钠、N-甲基二乙醇胺中的一种或多种复配。洗涤剂与气体的质量比为0.5:1～30:1，优选吸收剂和尾气的质量比为2:1～12:1。

本发明方法中，吸收塔段顶部设置除雾段，脱除气体中夹带的雾滴。

本发明方法中，洗涤剂富液循环使用，洗涤剂富液外可连续外排，也可间歇外排至生化处理。

本法明方法中，组合吸收塔操作压力为0.1～4.5MpaA。

本发明方法中，步骤(3)所述的离开组合吸收塔的尾气，进入压缩机单元，增压后可送至新戊二醇装置回用。

本发明中所述的压力均为绝压。

本发明的积极效果在于：

1、本发明可回收新戊二醇装置尾气中新戊二醇和氢气，可降低新戊二醇单耗、提高装置综合效益。

2、本发明可通过回收新戊二醇装置尾气中的新戊二醇，解决尾气管线出现的新戊二醇凝固堵塞管线和仪表设备的问题，保证新戊二醇装置连续稳定运行。

3、本发明吸收塔段可使用新戊二醇装置外排废水作为吸收剂，吸收剂富液返回新戊二醇装置蒸馏单元。使用新戊二醇装置外排废水作为吸收剂不仅降低尾气回收运行成本，而且不会增加装置外排废水及废液总量。

4、本发明的工艺具有流程短、能耗低、三废少的特点，本发明的洗涤塔能够使气体在塔内均匀分布，提高塔内气液接触效率。

附图说明

图1是本发明的设备机构及工艺流程图；

图2是洗涤塔段气体分布器开孔示意图；

图3是洗涤塔段气体分布器俯视图。

图中：1组合吸收塔，2气液分离罐，3压缩机，4吸收塔段，5洗涤塔段，6尾气气道，7气体分布器，8支架，9舌片，10固定舌形开孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步的详细说明，所有实施例均按上述技术方案的操作条件进行操作，其目的是为更好的理解本发明的内容。因此所举之例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，该系统由组合吸收塔1、气液分离罐2、压缩机3组成。组合吸收塔下半段是吸收塔段4，上半段是洗涤塔段5，洗涤塔段直接坐落在吸收塔段上面，塔体内两段之间有气相通道。NPG装置尾气从组合吸收塔底部1进入吸收塔段，在吸收塔段与吸收剂逆流充分接触，经过吸收塔段处理的尾气通过气道6进入洗涤塔段。洗涤塔段下部塔体内安装具有圆台状的气体分布器7，圆台壁面均匀分布六列气体出口，每列气体出口为八个固定舌形开孔10，舌片开启角度约25℃。从气道6过来的上升气体进入气体分布器7，气体从气体分布器7上的带有向下倾斜的舌片9的固定舌形开孔10中并流喷出，进入洗涤塔段。洗涤塔段顶部出口连接气液分离罐2的进口，气液分离罐2的气体出口连接压缩机3的进口，压缩机3的出口返回新戊二醇生产装置。气体分布器通过支架8与塔体内壁连接，气体分布器与塔体之间留有一定空隙，空隙面积约占塔内面积的60％，作为洗涤液流动渠道。圆台壁面可以均匀分布4列固定舌形开孔，每列含有4个固定舌形开孔，固定舌形开孔尺寸为1cm×2cm。

组合吸收塔的吸收塔段理论板数为3块，洗涤塔段理论板数为5块。新戊二醇装置尾气由吸收塔段底部进料，新戊二醇尾气中氢气含量约93体积％，CO₂含量约5体积％，新戊二醇含量约1体积％，其余主要杂质为甲醇、异丁醇等。吸收剂从吸收塔段顶部进入，吸收剂富液从吸收塔塔釜流出，吸收剂富液经循环泵增压后从吸收塔段顶部进入吸收塔，循环使用，处理后的尾气从吸收塔段顶部离开直接进入洗涤塔段底部；进入洗涤塔段的尾气，经过洗涤除杂后，从洗涤塔段顶部离开组合吸收塔，洗涤塔段洗涤剂从洗涤塔段顶部通过均匀分布的喷嘴高速喷出，与尾气充分混合接触，洗涤剂富液从洗涤段底部流出；离开组合吸收塔的尾气进行气液分离，所分离出的气体经压缩机单元增压后返回新戊二醇装置回用。

使用循环水作为吸收剂，新鲜吸收剂连续从吸收塔段顶部进入组合吸收塔，吸收剂富液连续外排；使用30wt％氢氧化钠水溶液作为洗涤剂，新鲜洗涤剂从洗涤塔顶部进入组合吸收塔，将洗涤剂富液外排。

吸收塔段吸收剂与尾气进料质量比为1:1，吸收剂进料温度为40℃；洗涤塔段洗涤剂与尾气进料质量比为6:1，洗涤剂进料温度为30℃。

装置稳定后对组合吸收塔进行取样分析，净化后的尾气中氢气含量达到99.7体积％，新戊二醇含量降至40ppm，CO₂含量降至0.2体积％。新戊二醇回收率大于99.9％。

实施例2

在实施例1的基础上，使用新戊二醇装置废水作为吸收剂，废水组成为甲醇2wt％，异丁醇1wt％，新戊二醇2wt％,吸收剂与尾气进料质量比为1:1，吸收剂进料温度为25℃,吸收剂连续从吸收塔顶部进入组合吸收塔，吸收剂循环使用。使用15wt％氢氧化钠水溶液作为洗涤剂，洗涤剂与尾气进料质量比为3:1，洗涤剂进料温度为25℃；洗涤剂从洗涤塔顶部进入组合吸收塔，洗涤剂循环使用。

小试装置连续运行3000h，循环吸收剂中新戊二醇浓度达到15wt％时，吸收剂富液外排，同时补加新鲜吸收剂；循环洗涤剂中氢氧化钠达到10wt％时，洗涤剂富液外排，同时补加新鲜洗涤剂。

装置稳定后对组合吸收塔进行跟踪取样分析，净化后的尾气中氢气含量达到99.6体积％，新戊二醇含量降至0.01体积％，CO₂含量降至0.3体积％。新戊二醇回收率大于99％。

实施例3

在实施例1的基础上，使用循环水作为吸收剂，吸收剂与尾气进料质量比为5:1，吸收剂进料温度为5℃,吸收剂连续从吸收塔顶部进入组合吸收塔，吸收剂富液连续外排；使用40wt％的有机胺溶液作为洗涤剂，有机胺溶液为MDEA和脱盐水，洗涤剂与尾气进料质量比为3:1，洗涤剂进料温度为25℃,新鲜洗涤剂从洗涤塔顶部进入组合吸收塔，洗涤剂富液外排。

装置稳定后对组合吸收塔进行取样分析，净化后的尾气中氢气含量达到99.6体积％，新戊二醇含量降至2ppm，CO₂含量降至0.25体积％。新戊二醇回收率大于99.9％。

实施例4

在实施例1的基础上，组合吸收塔的吸收塔段理论板数为6块，洗涤塔段理论板数为10块。吸收塔段吸收剂与尾气进料质量比为1:1，吸收剂进料温度为10℃；洗涤塔段洗涤剂与尾气进料质量比为10:1，洗涤剂进料温度为20℃；组合吸收塔操作压力为2.0MPa。

装置稳定后对组合吸收塔进行跟踪取样分析，净化后的尾气中氢气含量达到99.9体积％，新戊二醇含量降至5ppm，CO₂含量降至0.05体积％。新戊二醇回收率大于99.9％。

对比例1

气相从吸收塔顶部直接进入洗涤塔底部，不经过气体分布设备。组合吸收塔的吸收塔段理论板数为3块，洗涤塔段理论板数为5块。使用循环水作为吸收剂，新鲜吸收剂连续从吸收塔段顶部进入组合吸收塔，吸收剂富液连续外排；使用30wt％氢氧化钠水溶液作为洗涤剂，新鲜洗涤剂从洗涤塔顶部进入组合吸收塔，将洗涤剂富液外排。

装置稳定后对组合吸收塔进行取样分析，净化后的尾气中氢气含量达到98.4体积％，新戊二醇含量降至50ppm，CO₂含量降至0.8体积％。新戊二醇回收率大于99.8％。

以上所述为本发明的较佳实施案例，但该发明不局限于实施例所公开的内容。在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于新戊二醇生产装置的尾气回收系统，所述系统包括依次连接的组合吸收塔、气液分离罐和压缩机，

新戊二醇生产装置尾气进料管连接组合吸收塔的吸收塔段下部或底部进料口，吸收塔段塔釜出口经由循环泵同时或可切换地连接至吸收塔段顶部和新戊二醇装置蒸馏单元，洗涤塔段顶部出口连接气液分离罐的进口，气液分离罐的气体出口连接压缩机的进口，压缩机的出口返回新戊二醇生产装置加氢反应器；

其中，洗涤塔段下端塔体内安装具有圆台状的气体分布器，圆台下端与塔体内壁留有一空隙，作为洗涤液流动通道；圆台壁上均匀开有阶梯状的固定舌形开孔。

2.根据权利要求1所述的尾气回收系统，其中，圆台壁面均匀分布4-12列固定舌形开孔，每列含有2-14个固定舌形开孔，固定舌形开孔尺寸为0.5-3cm×1-4cm。

3.根据权利要求2所述的尾气回收系统，其中，圆台壁面均匀分布6-8列固定舌形开孔，每列含有4-8个固定舌形开孔，固定舌形开孔尺寸为1-1.5cm×1-2cm。

4.根据权利要求1所述的尾气回收系统，其中，圆台状气体分布器通过支架支撑在塔体内壁上。

5.根据权利要求1所述的尾气回收系统，其中，洗涤塔顶部均匀分布多根带有喷嘴的喷淋管。

6.根据权利要求1所述的尾气回收系统，其中，洗涤塔段顶部设置除沫段，脱除气体中夹带的雾滴。

7.根据权利要求1所述的尾气回收系统，其中，洗涤塔段底部设有洗涤剂外排口，其经由泵同时或可切换地连接新鲜洗涤剂进料管和洗涤液处理装置。

8.一种用于新戊二醇生产装置的尾气回收处理方法，该方法包括以下步骤：

(1)新戊二醇生产装置尾气从组合吸收塔底部进入吸收塔段，吸收剂从吸收塔段顶部进入；吸收剂富液从吸收塔塔釜流出，吸收剂富液经循环泵增压后从吸收塔段顶部进入吸收塔，循环使用，处理后的尾气从吸收塔段顶部离开直接进入洗涤塔段底部；

(2)进入洗涤塔段的尾气，经过洗涤除杂后，从洗涤塔段顶部离开组合吸收塔，洗涤塔段洗涤剂从洗涤塔段顶部通过喷淋管的喷嘴高速喷出，与尾气充分混合接触，洗涤剂富液从洗涤段底部流出；

任选地，(3)离开组合吸收塔的尾气进行气液分离，所分离出的气体经压缩机单元增压后返回新戊二醇装置回用。

9.根据权利要求8所述的尾气回收处理方法，其中，新戊二醇生产装置尾气为羟基新戊醛与H₂的反应产物经气液分离后的气体，新戊二醇生产装置尾气中氢气含量90-95体积％，二氧化碳4-7体积％，甲醇0.1-1体积％，新戊二醇0.5-2体积％。

10.根据权利要求8所述的尾气回收处理方法，其中，从吸收塔段顶部进入洗涤塔段底部的尾气通过圆台状的气体分布器的圆台壁上均匀开设的阶梯状的固定舌形开孔进入，其中，圆台状的气体分布器安装在洗涤塔段下端塔体内。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的尾气回收处理方法，其中，步骤(1)中，通过定期分析吸收剂富液中新戊二醇浓度，确定吸收剂富液外排量，吸收剂富液外排至新戊二醇装置蒸馏单元，回收新戊二醇；和/或

步骤(2)中，洗涤富液循环使用或者连续或间歇外排送至生化处理。

12.根据权利要求8-10中任一项所述的尾气回收处理方法，其中，步骤(1)所述的组合吸收塔中吸收塔段理论塔板数为1～15，吸收剂进料温度0～60℃。

13.根据权利要求12所述的尾气回收处理方法，其中，步骤(1)所述的组合吸收塔中吸收塔段塔板理论数为1～8，吸收剂进料温度0～40℃。

14.根据权利要求8-10中任一项所述的尾气回收处理方法，其中，步骤(1)中所述的吸收剂是水、甲醇、异丁醇、辛醇、正丁醇、正丙醇、新戊二醇装置外排废水中的一种或多种复配；

吸收剂与尾气的质量比为0.1:1～30:1。

15.根据权利要求14所述的尾气回收处理方法，其中，步骤(1)中所述的吸收剂是水、甲醇、异丁醇、新戊二醇装置外排废水中的一种或多种复配，吸收剂和尾气的质量比为1:1～15:1。

16.根据权利要求8-10中任一项所述的尾气回收处理方法，其中，步骤(2)所述的组合吸收塔中洗涤塔段理论塔板数为2～20，洗涤剂进料温度0～80℃。

17.根据权利要求16所述的尾气回收处理方法，其中，步骤(2)所述的组合吸收塔中洗涤塔段理论板数为4～10，洗涤剂进料温度为5～40℃。

18.根据权利要求8-10中任一项所述的尾气回收处理方法，其中，步骤(2)中所述的洗涤剂是碳酸钾、氢氧化钠、有机胺、浓氨水、N-甲基二乙醇胺中的一种或多种复配；洗涤剂与尾气的质量比为0.5:1～30:1。

19.根据权利要求18所述的尾气回收处理方法，其中，步骤(2)中所述的洗涤剂是有机胺、氢氧化钠、N-甲基二乙醇胺中的一种或多种复配；

吸收剂和尾气的质量比为2:1～12:1。

20.根据权利要求8-10中任一项所述的尾气回收处理方法，其中，吸收塔段顶部设置除雾段，脱除气体中夹带的雾滴。

21.根据权利要求8-10中任一项所述的尾气回收处理方法，其中，洗涤剂富液循环使用和/或洗涤剂富液外连续外排或间歇外排至生化处理。

22.根据权利要求8-10中任一项所述的尾气回收处理方法，其中，组合吸收塔操作压力为0.1～4.5MPaA。