CN110026069A - 一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的工艺和系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工生产技术领域，公开了一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的工艺和系统，利用塔顶设置有全凝器和回流槽、塔釜设置有再沸器的反应精馏塔，以三聚氰胺尾气为原料气，原料气在反应精馏塔中与浓盐酸进行反应精馏，得到氯化铵溶液，氯化铵溶液直接输送下一工段进行结晶。本发明使用一个塔达到原料气冷却，中和反应，尾气吸收和产品汽提的目的，大大简化了工艺流程，降低了投资；充分利用原料气的显热和反应热，使上部分尾气吸收精馏能够实现，并且确保了产品氯化铵的浓度达标；尾气采用吸收、精馏的方案，减少了吸收水的消耗和废水的产生，产生巨大的环境和经济效益。

Description

一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的工艺和系统

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体的说，是涉及一种三聚氰胺尾气的处理工艺和处理系统。

背景技术

三聚氰胺是一种重要的有机化工原料。工业上应用最广泛的是尿素法生产三聚氰胺，该生产工艺的反应机理为：6CO(NH₂)₂＝C₃N₆H₆+6NH₃+3CO₂。在生产过程中会产生大量含氨和二氧化碳的混合气体，即三聚氰胺工艺尾气。

尿素法生产三聚氰胺中生成的NH₃和CO₂必须回收后循环利用。目前，氨气的处理方法主要有物理吸附法、生物过滤法、光催化降解法以及化学吸收法等。其中，化学吸收法因为处理量比较大、处理成本低、可回收利用氨等优点被广泛使用，化学吸收法的吸收剂大部分为水或酸性溶液。然而，目前氨气吸收的难点在于如何提高吸收效率以及吸附设备内部易于结垢、腐蚀、堵塞等问题。

发明内容

本发明要解决的现有三聚氰胺尾气处理工艺吸收效率低以及吸附设备内部易于结垢、腐蚀、堵塞的技术问题，提供了一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的工艺和系统，可以仅以单独一塔完成吸收和精馏的涉及两个工段、多项设备才能完成的尾气吸收任务，并且利用大量反应热及原料气的显热作为精馏的部分热源，具有吸收效果好，节省设备、能耗以及操作费用的优点。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的工艺，该工艺利用塔顶设置有全凝器和回流槽、塔釜设置有再沸器的反应精馏塔进行，以三聚氰胺尾气为原料气，原料气在反应精馏塔中与质量浓度为30％-36％的浓盐酸进行反应精馏，得到氯化铵溶液，氯化铵溶液直接输送下一工段进行结晶。

进一步地，流至所述反应精馏塔塔釜的液体在所述再沸器的作用下受热蒸发，部分液体蒸发变为气相上升穿过所述反应精馏塔逐级精馏，上升至所述全凝器部分冷凝后进入所述回流槽，经过所述回流槽气液分离之后放空至安全区域；所述反应精馏塔塔釜其余部分为沸腾状态的氯化铵溶液产品，直接送至下一工段的蒸发结晶装置进行结晶。

进一步地，所述反应精馏塔塔底部温度为100-140℃，所述反应精馏塔塔顶部温度为100-120℃。

进一步地，氯化铵溶液流入所述再沸器的流速大于3000kg/h。

一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的系统，包括反应精馏塔，所述反应精馏塔的塔顶设置有全凝器和回流槽，所述反应精馏塔的塔釜设置有再沸器，所述再沸器的出口与下一工段的蒸发结晶装置连接；所述反应精馏塔由上到下依次为精馏段，反应区，提馏段，塔釜，所述精馏段和所述反应区之间设置有浓盐酸管道，所述浓盐酸管道用于输入质量浓度为30％-36％的浓盐酸；所述提馏段和所述反应区之间设置有原料气管道，所述原料气管道用于输入三聚氰胺尾气。

进一步地，所述回流槽的气体出口放空并在管线上设置压力控制阀。

进一步地，所述回流槽安装有电导率仪和自动控制阀门，或者pH计和自动控制阀门。

进一步地，所述再沸器采用热虹吸式。

进一步地，当氯化铵溶液流入所述再沸器的流速小于等于3000kg/h，所述再沸器设置有强制循环泵。

进一步地，所述反应精馏塔为填料塔，填料为鲍尔环、泰勒环、矩鞍环、阶梯环或高效共轭环，填料采用聚丙烯、聚四氟乙烯或陶瓷材质；所述反应精馏塔的塔壁内衬采用钢衬聚四氟乙烯材质，所述反应精馏塔的内件采用石墨材质。

本发明的有益效果是：

本发明使用一个塔达到原料气冷却，中和反应，尾气吸收和产品汽提的目的，大大简化了工艺流程，降低了投资；充分利用原料气的显热和反应热，使上部分尾气吸收精馏能够实现，并且确保了产品氯化铵的浓度达标；尾气采用吸收、精馏的方案，减少了吸收水的消耗和废水的产生，产生巨大的环境和经济效益。

本发明的精馏吸收塔优选采用耐腐蚀、耐高温的钢衬PTFE和石墨分别作为内件和壳体材料，填料优选采用高效共轭环填料，有良好的分散效果，可强化对流传质和传热。

附图说明

图1是本发明所提供的浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的系统结构示意图。

图中：1.反应精馏塔；2.原料气管道；3.浓盐酸管道；4.中间塔段；5.全凝器；6.回流槽；7.再沸器；8.塔釜。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

本实施例公开了一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的工艺，该工艺利用塔顶设置有全凝器5和回流槽6、塔釜设置有再沸器7的反应精馏塔1进行，以三聚氰胺尾气为原料气，在反应精馏塔1中与质量浓度为30％-36％的浓盐酸进行反应精馏，得到质量浓度较高的氯化铵溶液，一般浓度可达35％-40％，而氯化铵溶液直接输送下一工段进行结晶。

具体地，如图1所示，来自上一工段的三聚氰胺生产尾气，经过原料气管道2直接进入反应精馏塔1的反应区下部，浓盐酸经过浓盐酸管道3进入反应精馏塔1的反应区上部，向上的气体与向下的液体在反应精馏塔1塔内件(填料、液体分布器、格栅板等)的表面进行接触和反应，同时放出反应热。在反应精馏塔1的反应区发生了三聚氰胺尾气和浓盐酸的化学反应，溶液稀释等大量放热的过程，同时发生蒸发和溶解的传质过程。

本发明的工艺还将反应得到的溶液进行回流来增加塔釜8产品中重组分含量。液体流至反应精馏塔1塔釜8后受热蒸发，部分液体蒸发变为气相上升穿过塔体，逐级精馏，气相中含有的少量氨气和原料气一同与浓盐酸发生反应，反应后蒸汽中占比最大的组分为水蒸气，氨夹带的氯化氢气体已占比很小。蒸汽上升至塔顶的全凝器5，部分冷凝后进入回流槽6，蒸汽中的水蒸气冷凝，对塔顶气体中未反应完全的氯化氢或氨气气体进行二次吸收，对氯化氢气体和氨气进行最后一步截留，控制尾气排放中的氨气和氯化氢达标。塔顶气体中的不凝气经过回流槽6气液分离之后，通过压力控制阀放空至安全区域。

塔釜8的氯化铵溶液部分经过再沸器7加热后回流，塔釜8中其余部分为沸腾状态的氯化铵溶液产品，直接送至下一工段的蒸发结晶装置进行结晶。反应精馏塔1塔底部设置的提馏段，提馏段溶液主体为NH⁴⁺和Cl^-，并含有水吸收的少量CO₃ ²⁺。利用再沸器7作为补充热源加热塔釜8中液体至沸腾状态，目的在于控制塔釜8产品中的碳酸根离子浓度尽量低，从而使氯化铵液体纯度尽量高，同时可以使游离氨的浓度达到最低，从而使塔顶释放的尾气中氨气和氯化氢气体含量达标。铵根、碳酸根和水中的氢离子结合会生成碳酸氢铵，碳酸根离子浓度取决于CO₂的溶解程度，将塔釜8液体加热至沸腾可使影响氯化铵晶体纯度的碳酸根离子浓度降至最低。同时，加热步骤可以最大程度将溶解于水中的氨气从液体中蒸发，继续进行蒸馏步骤。

可见，本发明对反应热以及原料气显热的利用，显热和反应热始终伴随液相，除了少量热损耗，其余热能全部在塔釜8进行的蒸发回流步骤中得到利用，由此也节约结晶需要的热能。

本发明通过控制回流比来控制反应精馏塔1塔内的温度和热量平衡，一般精馏塔在设计回流比时都会遇到产品纯度与再沸器7、全凝器5能耗之间的取舍，而本发明的反应精馏则可利用反应放出的大量热和尾气带有的显热，大大提高产品的纯度。一般地，本发明的工艺通过控制回流比，保证反应精馏塔1塔底部温度为100-140℃，反应精馏塔1塔顶部温度为100-120℃。

氯化铵溶液流入再沸器7的流速应保持大于3000kg/h，优选为3500-4200kg/h；氯化铵溶液流入再沸器7的流速小于等于3000kg/h，则添加强制循环泵保证流速。

回流槽6安装pH计或电导率仪，以及自动控制阀门，当pH计或电导率仪检测回流槽6内液体的pH值或电导率仪过大或过小时，应增大回流比。例如，当pH值小于5.16或大于8.77时，应调节回流槽6增大回流比，从而使塔顶出料中氯化氢气体浓度达标。

如图1所示，针对上述工艺，本发明还提供了一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的系统，包括反应精馏塔1，反应精馏塔1的塔顶设置有全凝器5和回流槽6，反应精馏塔1的塔釜8设置有再沸器7。反应精馏塔1的反应区顶部设置有用于浓盐酸进入的浓盐酸管道3，反应区底部设有三聚氰胺尾气进入的原料气管道2。

全凝器5的入口与反应精馏塔1的蒸汽出口管路连接，全凝器5的出口与回流槽6的入口连接，回流槽6的液体出口与反应精馏塔1的回流管路连接，回流槽6的气体出口放空并在管线上设置压力控制阀。回流槽6安装有电导率仪或pH计，以及自动控制阀门，用于监测塔顶水溶液纯度，并调节回流比。

再沸器7的入口与反应精馏塔1的塔釜液体出口连接，再沸器7的出口与下一工段的蒸发结晶装置连接。再沸器7采用热虹吸式，以防止氯化铵溶液产品在输送管道内结晶、阻塞管道；必要时还可增加强制循环泵，以保证塔釜8液体有一定的流速和冲刷效果。这样，最终确保沸腾的氯化铵液体可以快速通过管路，直接进入下一工段结晶。

反应精馏塔1为填料塔，包括塔壁和填料，填料以乱堆形式填装在塔壁内的反应区。

以形状角度，填料可选用鲍尔环、泰勒环、矩鞍环、阶梯环、高效共轭环中的一种或一种以上，优选为新型高效共轭环。新型高效共轭环公开于专利公开号为CN208554219U的中国专利申请文件中，其吸收了鞍型填料和环型填料的优点，且结构更加紧凑对称，增大了传质表面积，改善了传质性能，防止填料散装时填料体之间发生叠台，使液体在填料表面能达均匀分布，能够促进气液接触的表面更新，具有压降小，气液接触表面积大，流体力学和传质性能优良等特点。

而以材质角度，填料可以选择聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、陶瓷等，优选为聚四氟乙烯。塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎，可以制成薄壁结构，其通量大、压降低，虽表面润湿性能差，但可通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能。

反应精馏塔1的塔壁外层主要采取钢材和混凝土进行必要的强度支撑，塔壁内衬采用钢衬PTFE材质，反应精馏塔1内件选用石墨材质。以上是为了避免反应精馏塔1反应物的酸性或腐蚀性以及反应中产生大量热损坏塔设备的情况，钢衬聚四氟乙烯PTFE材质及其制作的配件具有优异的耐温性能和耐腐蚀性能，可长期在高温(150℃以内)极限负压工况稳定运行。不透性石墨材料由于具有优良的耐腐蚀性能，除了用于制造换热、吸收、反应设备外，还用来制造各种类型的塔器和容器，用于吸收、冷却、蒸馏、蒸发、过滤、洗涤等许多工业操作中。

下面通过一模拟实例对本发明的浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的工艺进行详细说明：

原料气组成如下表

成分	NH<sub>3</sub>	CO<sub>2</sub>	N<sub>2</sub>	氰尿酸	甲胺	H<sub>2</sub>O
							组成wt％	66.5	28	5	0.25	0.25	0

利用浓度为31％盐酸进行吸收反应生产氯化铵产品。

浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的系统包括反应精馏塔1、全凝器5，回流槽6，再沸器7。反应精馏塔1可大致分为提馏段，精馏段，反应区，塔釜这四段。浓盐酸由精馏段和反应区之间的浓盐酸管道3进入，原料气由提馏段和反应区之间的原料气管道2进入，二者在反应区发生反应。反应生成的溶液进行提馏，部分液体蒸发，蒸汽经过塔体上升，至塔顶的全凝器5流入回流槽6，混合物达到气液平衡，溶液中的水对其中未反应完全的氯化氢气体进行吸收。对照《GB-J473工业三废排放试行标准》中对氯化氢气体排放的标准及《GB-3095大气环境质量标准》中对恶臭污染物排放的标准，经过色谱分析，塔顶排放气体HCl浓度1.5mg/m³，NH₃浓度0.8mg/m³，塔顶气体达标可予排放。溶液进行提馏时，流至塔釜8经过再沸器7加热，通过控制温度使塔釜8产品中的碳酸根离子浓度满足产品要求，同时降低游离氨的浓度，增加铵根离子浓度。塔釜8中沸腾的氯化铵溶液送至结晶蒸发工段，实际得到的氯化铵液体浓度为38％。

可见，经过反应、精馏处理的三聚氰胺尾气，反应产物氯化铵溶液可以直接作为下一工段的原料，排放的少量气体符合大气环境质量标准；过程中无有毒有害副产物，以尽可能少的原料和尽可能简化的设备处理了污染，产生巨大的环境和经济效益。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的工艺，其特征在于，该工艺利用塔顶设置有全凝器和回流槽、塔釜设置有再沸器的反应精馏塔进行，以三聚氰胺尾气为原料气，原料气在反应精馏塔中与质量浓度为30％-36％的浓盐酸进行反应精馏，得到氯化铵溶液，氯化铵溶液直接输送下一工段进行结晶。

2.根据权利要求1所述的一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的工艺，其特征在于，流至所述反应精馏塔塔釜的液体在所述再沸器的作用下受热蒸发，部分液体蒸发变为气相上升穿过所述反应精馏塔逐级精馏，上升至所述全凝器部分冷凝后进入所述回流槽，经过所述回流槽气液分离之后放空至安全区域；所述反应精馏塔塔釜其余部分为沸腾状态的氯化铵溶液产品，直接送至下一工段的蒸发结晶装置进行结晶。

3.根据权利要求1所述的一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的工艺，其特征在于，所述反应精馏塔塔底部温度为100-140℃，所述反应精馏塔塔顶部温度为100-120℃。

4.根据权利要求1所述的一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的工艺，其特征在于，氯化铵溶液流入所述再沸器的流速大于3000kg/h。

5.一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的系统，其特征在于，包括反应精馏塔，所述反应精馏塔的塔顶设置有全凝器和回流槽，所述反应精馏塔的塔釜设置有再沸器，所述再沸器的出口与下一工段的蒸发结晶装置连接；所述反应精馏塔由上到下依次为精馏段，反应区，提馏段，塔釜，所述精馏段和所述反应区之间设置有浓盐酸管道，所述浓盐酸管道用于输入质量浓度为30％-36％的浓盐酸；所述提馏段和所述反应区之间设置有原料气管道，所述原料气管道用于输入三聚氰胺尾气。

6.根据权利要求1所述的一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的系统，其特征在于，所述回流槽的气体出口放空并在管线上设置压力控制阀。

7.根据权利要求1所述的一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的系统，其特征在于，所述回流槽安装有电导率仪和自动控制阀门，或者pH计和自动控制阀门。

8.根据权利要求1所述的一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的系统，其特征在于，所述再沸器采用热虹吸式。

9.根据权利要求1所述的一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的系统，其特征在于，当氯化铵溶液流入所述再沸器的流速小于等于3000kg/h，所述再沸器设置有强制循环泵。

10.根据权利要求1所述的一种浓盐酸反应精馏吸收三聚氰胺尾气的系统，其特征在于，所述反应精馏塔为填料塔，填料为鲍尔环、泰勒环、矩鞍环、阶梯环或高效共轭环，填料采用聚丙烯、聚四氟乙烯或陶瓷材质；所述反应精馏塔的塔壁内衬采用钢衬聚四氟乙烯材质，所述反应精馏塔的内件采用石墨材质。