CN111099562A - 一种双氧水精馏工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双氧水精馏工艺，包括高浓度粗品双氧水的制备、高浓高纯双氧水的制备和回流步骤，旋风分离，得到较重部分和较轻部分，占比分别为30‑40%和60‑70%，旋风分离的温度为35‑45℃，气体流量为70000‑100000m³/h；所述高浓高纯双氧水的制备，精馏塔顶部压力为‑0.1至‑0.05Mpa，进气量为80000‑100000m³/h。得到的双氧水，浓度60‑75%，TOC≤5ppm。本发明的双氧水精馏工艺，减少能耗和冷凝水的用量，降低成本；精馏塔顶温低，真空度高，提高工艺安全性能；工艺达到稳定时间快，稳定后回流比为0，所采用的装置，简单易操作，减少了阻力故障点，避免安全事故发生。

Description

一种双氧水精馏工艺

技术领域

本发明涉及一种大型精馏工艺，具体地说，涉及一种双氧水精馏工艺，属于双氧水生产技术领域。

背景技术

双氧水生产企业建设大型、技术先进的双氧水精馏装置，是当前中国双氧水工业发展的必然趋势，是一个历史阶段。雄厚的稀品双氧水产量为双氧水精馏发展提供了强大的物质基础，也带来新一轮发展机遇。双氧水浓品市场前景广阔，提高和发展双氧水浓缩技术是市场推动的必然结果。

目前，国内普遍的双氧水精馏装置分为两种：一种是国内单位开发的两段升膜蒸发加精馏技术；一种是引进的一段降膜蒸发加一段升膜蒸发再加精馏技术。这两种技术，都是全蒸全馏，虽然设置了二次蒸汽回收设备，但是能耗较高，也加大了冷凝水的用量。

公开号为CN105833561A的专利公开了一种双氧水浓缩精馏塔，其在进料口处增加了一个液体捕沫过滤网，用来清除气液中的杂质，提高进料纯度。但要过滤住稀品双氧水中的杂质，必然要求过滤网孔径非常小，这样会造成气液混合进料中大部分液体被拦截，不能正常进料。其还增加了一根顶部回流罐，但是这个精馏塔是内置换热器，顶出料都是不凝气，或者水蒸气，实际使用起来根本起不到物料回流作用。在精馏塔底部设置杂质排料口，这导致本来精馏塔底部是提取高纯度双氧水的，如果杂质从此处排出，难以保证纯度。

公开号为CN109019521A的专利公开了一种双氧水浓缩提纯装置及其在双氧水浓缩提纯中的应用，其提出：常温稀品双氧水进入降膜蒸发器进行汽化，并在降膜蒸发器的底部回收高浓度低品质双氧水，而高品质低浓度双氧水进入精馏塔。这样的不足之处在于，降膜蒸发器使用的蒸汽量较大，同时从中下部得到的高品质低浓度双氧水的浓度太低，给精馏塔造成很大负荷。其在精馏塔内部使用了内置换热器，由于只有单纯的传热冷却，很难保证气相中双氧水的含量，容易造成损失；其中的部分不凝气被抽入降膜蒸发器，由于这部分气体基本是水蒸气，容易造成前边流程中提浓的双氧水被稀释，造成循环浪费。

国内技术存在以下缺点：缺少相应的安全措施，易发生安全事故；工艺控制逻辑不正确，产出的双氧水合格率偏低；未设置能量回收装置，造成了能量的浪费。引进技术还存在以下缺点：结构复杂，用料多，阻力大，易发生生产事故；精馏液有溅入成品的可能；产品纯度低。

发明内容

本发明为解决现有技术的以上问题，提供了一种双氧水精馏工艺，实现以下目的：

（1） 本发明的一种双氧水精馏工艺，减少能耗和冷凝水的用量，降低成本；

（2）本发明的一种双氧水精馏工艺，精馏塔顶温低，真空度高，提高工艺安全性能；

（3）本发明的一种双氧水精馏工艺，产出的双氧水的合格率高；

（4）本发明的一种双氧水精馏工艺，工艺稳定快速，稳定后回流比为0；

（5）本发明的一种双氧水精馏工艺，所采用的装置，简单易操作，减少了阻力故障点，避免安全事故发生。

为解决上述技术问题，采用以下技术方案：

本发明的一种双氧水精馏工艺，所述双氧水精馏工艺，包括：高浓度粗品双氧水的制备、高浓高纯双氧水的制备和回流步骤。

以下罗列了上述技术方案的优选实施方式：

所述高浓度粗品双氧水的制备，包括旋风分离，得到较重的液相部分和较轻的部分；

所述旋风分离，旋风分离的温度为35-45℃，旋风分离气体流量为70000-100000立方米/小时；

所述较重的液相部分占比为30-40%，较轻的部分占比为60-70%。

所述较重的液相部分，双氧水浓度55-75%，TOC含量在600-700ppm，重金属离子含量为Fe离子100-120ppm，Al离子100-400ppm，Si离子10-40ppm，Hg离子10-56ppm。

所述高浓高纯双氧水的制备，精馏塔顶部压力为-0.1至-0.05Mpa，精馏塔下部温度35-45℃，精馏塔上部温度10-25℃，双氧水进口的进气量为每小时80000-100000立方米。

所述高浓高纯双氧水的制备，精馏的同时加入稳定剂、喷淋，

所述稳定剂为35%硝酸，稳定剂流量为每小时0.005-0.02立方米；

喷淋脱盐水的流量为每小时0.5-2立方米。

所述高浓度粗品双氧水的制备，包括稀品双氧水过滤，所述稀品双氧水为35%的工业级双氧水，稳定度不小于97%。

所述回流，每隔1h取样化验成品双氧水临时储槽下部的产品，直到产出双氧水检测浓度60-75%，TOC降至5ppm以下。

所述高浓度粗品双氧水的制备，稀品双氧水一级换热器和稀品双氧水二级换热器的热介质为8公斤蒸汽；换热器和成品换热器的冷介质为20-33℃冷凝水。

所述一种双氧水精馏工艺，所得到的双氧水，浓度60-75%，TOC≤5ppm。

本发明还提供了一种双氧水精馏工艺需要的设备，所述一种双氧水精馏工艺需要的设备包括：依次相连通的稀品双氧水储罐（1）、稀品双氧水泵（2）、稀品双氧水过滤器（3）、稀品双氧水一级换热器（4）和稀品双氧水二级换热器（5）；

所述稀品双氧水二级换热器（5）与旋风分离器（6）的中部连通；

所述旋风分离器（6）的下部具有60%工业级双氧水出口，60%工业级双氧水依次与换热器（7）和60%工业级双氧水储罐（8）连通；

所述旋风分离器（6）的上部具有双氧水蒸汽出口，双氧水蒸汽出口与精馏塔（9）下部的双氧水蒸汽进口连通；

所述精馏塔（9）中部设置有三个矩鞍环（10），精馏塔（9）底部设置有60%食品级双氧水出口，60%食品级双氧水出口依次与成品换热器（12）和成品双氧水临时储槽（13）上部的成品双氧水进口连通；成品双氧水临时储槽（13）下部双氧水出口与成品双氧水泵（14）连通；成品双氧水泵（14）出口分别与成品储罐（15）进口和精馏塔上部的回流双氧水进口连通；

稳定剂储罐（16）依次与稳定剂泵（17）、稳定剂进口和喷淋装置（18）连通。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本发明的一种双氧水精馏工艺，装置顶部的脱盐水进口，在突发情况下，可以作为水源，降低塔内的温度，减少事故发生的可能性，提高了装置的安全性能；

遇异常情况，精馏塔内温度升高，当控制脱盐水流量为4m3/h时，可在2分钟之内将塔顶温度降至20℃左右，可在5分钟之内将精馏塔底温度从分解后的70℃降至30℃以下，并将浓度60%左右的双氧水，稀释至浓度10%以内，不再发生分解；

（2）本发明的一种双氧水精馏工艺，经旋风分离器将杂质分离，产品不易被精馏液污染，工艺流程简单，没有再沸器，设备投入少；负压机抽出气体可以作为稀品双氧水一级换热器的热介质，避免了热蒸汽的浪费；

（3）本发明的一种双氧水精馏工艺，减少能耗和冷凝水的用量，目前国内有公开的60%双氧水的蒸汽消耗为2.5吨/吨双氧水，本发明的蒸汽用量仅为0.95吨/吨双氧水；

（4）本发明的一种双氧水精馏工艺，可降低成本；负压机采用蒸汽作为动力，减少了电耗；蒸汽冷凝后供给双氧水预热用，吨60%双氧水可节电45KW左右，节蒸汽1.55吨；

（5）本发明的一种双氧水精馏工艺，可提高安全性能，避免事故的发生：精馏塔控制温度顶部为20℃，低温为精馏塔创造了更高的真空度，一般控制在-97.0kpa，这样的真空度和温度，允许浓度80%的双氧水存在而不分解；

（6）本发明的一种双氧水精馏工艺，提高产出双氧水的合格率，合格率在98%以上；

（7）本发明的一种双氧水精馏工艺，精馏塔内采用三段填料，经过两次再收集、再分布，精馏效果更好，由于通过顶部的脱盐水捕集双氧水蒸汽后，在填料上进行热质交换，不再需要大量的产品回流，系统稳定后本发明的回流比为0；

（8）本发明的一种双氧水精馏工艺，工艺流程尽可能简单，减少用料，降低阻力，未使用净化塔、内置换热器、真空泵等，减少了阻力故障点，避免安全事故发生。

附图说明

图1：为本发明实施例中双氧水精馏工艺流程；

图2：为本发明实施例精馏塔的结构简图。

图中，1-稀品双氧水储罐，2-稀品双氧水泵，3-稀品双氧水过滤器，4-稀品双氧水一级换热器，5-稀品双氧水二级换热器，6-旋风分离器，7-换热器，8-60%工业级双氧水储罐，9-精馏塔，10-矩鞍环；11-负压机，12-成品换热器，13-成品双氧水临时储槽，14-成品双氧水泵，15-成品储罐，16-稳定剂储罐，17-稳定剂泵，18-喷淋装置，19-气相出口，20-双氧水回流口，21-双氧水产品出口，22-气相进料口，23-脱盐水进口。

具体实施方式

实施例1 一种双氧水精馏工艺

本发明的一种双氧水精馏工艺采用如下技术方案：如图1-2所示，一种双氧水精馏工艺，包括以下几个步骤：

步骤1：高浓度粗品双氧水的制备

（1）稀品双氧水过滤：

打开稀品双氧水储罐1的出口阀门，稀品双氧水经过稀品双氧水泵2，被送往稀品双氧水过滤器3，稀品双氧水的流量保持在每小时10立方米左右。

所述稀品双氧水为35%的工业级双氧水，稳定度不小于97%。

过滤器滤去稀品双氧水中的杂质后，双氧水保持在常温，过滤除去了双氧水中的固体杂质，浓度、稳定度保持不变。

（2）旋风分离：

稀品双氧水依次进入稀品双氧水一级换热器4和稀品双氧水二级换热器5，稀品双氧水被加热到40℃左右。加热后的双氧水经过旋风分离器6，旋风分离器采用上进料式，气体流量达到80000立方米/小时，当旋风出口温度为42.5℃，负压为-90Kpa时，进料热状况参数为0.6（即达到工况点）时，得到较重的液相部分和较轻的部分；

其中较重的液相部分，占比为40%，成分为：双氧水浓度55-75%，其中TOC含量在600-700ppm，重金属离子含量为：Fe离子120ppm，Al离子400ppm，Si离子40ppm，Hg离子56ppm；

较重的液相部分自旋风分离器6的下部流出，在重力的作用下通过换热器7冷却后被收集在60%工业级双氧水储罐8中。

步骤2：高浓高纯双氧水的制备

所述高浓高纯双氧水的制备，同时包括精馏和加入稳定剂和喷淋步骤，具体为：

（1）精馏：

上述步骤1的（2）中得到的较轻的部分，占比为60%，即双氧水蒸汽，此时双氧水蒸汽中TOC含量2-8ppm，金属离子为Fe离子小于6ppm，Al离子小于7ppm，Si离子小于10ppm，Hg离子小于1ppm；

双氧水蒸汽自旋风分离器6的上部通过精馏塔9下部的进料口进入塔内，此时双氧水主要呈现气态，双氧水进口的进气量保持在每小时80000立方米左右。

热的双氧水蒸汽在向上移动过程中在填料表面与回流的液相接触，进行传热传质交换；

部分轻组分，主要是水，汽化后继续向上移动；

而分子较大的双氧水则沿着填料流下，至精馏塔顶部成为高浓度高纯度产品，即高浓高纯双氧水。

精馏塔9中部具有三个高度2米的矩鞍环填料段10，矩鞍环段之间相隔1米。矩鞍环10规格为1英寸，所用材质为316L。

精馏塔9通过顶部的出口与负压机11连通，达到抽负压的目的；精馏塔9顶部压力为-0.097Mpa，负压机11的流量控制在每小时65000立方米。

精馏塔9下部温度控制在40℃左右，上部温度控制在20℃左右。

精馏塔进料口的双氧水蒸汽进入精馏塔9后，在负压机11作用下，在矩鞍环10上凝结为液态双氧水，在重力作用下顺着矩鞍环10向下移动；其中，一部分双氧水在流动过程中再次气化，剩余洁净双氧水通过精馏塔9下部的双氧水出口通过成品换热器12后进入成品双氧水临时储槽13；双氧水出口的流量控制在每小时5立方米。

成品双氧水临时储槽13与成品双氧水泵14连通。

（2）加入稳定剂、喷淋

打开稳定剂储罐16的出口阀门，稳定剂经过稳定剂泵17，通过精馏塔9顶部的稳定剂进口进入精馏塔9；稳定剂进口流量控制在每小时0.01立方米。

本发明使用高纯度硝酸（纯度99%）作为稳定剂，浓度调配为35%，加入以提高双氧水的稳定性。

喷淋采用脱盐水，脱盐水经过精馏塔9顶部脱盐水进口进入精馏塔9，通过喷淋装置18，形成均匀的水瀑，减少出塔气体中可能夹带的双氧水。

脱盐水的流量控制在每小时1立方米。

采用顶部用脱盐水喷淋吸收的方法，这样既有传热，又有传质，明显降低双氧水逃逸比例，减少损失，经测定，不凝气中双氧水含量为0-5ppm。

本发明所述的脱盐水是纯水。

步骤3：回流

成品双氧水泵14有两个出口：一个通往成品储罐15，另一个通往精馏塔9上部通过成品双氧水泵14回到精馏塔9。

初始得到的成品即初品双氧水应当全部回流到精馏塔9，控制回流流量为每小时1立方米；随着流程进行，进料量增加，回流量每30min减少0.2立方，约2.5小时后，回流量降为0。

化验通过成品双氧水临时储槽13下部的取样口每隔一个小时取样化验，直到产出双氧水符合60%食品级双氧水的标准，（此时，检测双氧水浓度为60-75%，TOC在5ppm以下），达标后，不再进行回流。

检测合格的双氧水通过双氧水泵14被送往成品储罐15。

实现以上精馏工艺的装置，包括相连通的稀品双氧水储罐1、稀品双氧水泵2、稀品双氧水过滤器3、稀品双氧水一级换热器4和稀品双氧水二级换热器5；稀品双氧水二级换热器5与旋风分离器6的中部连通；旋风分离器6的下部具有60%工业级双氧水出口，60%工业级双氧水依次与换热器7和60%工业级双氧水储罐8连通；旋风分离器6的上部具有双氧水蒸汽出口，双氧水蒸汽出口与精馏塔9下部的双氧水蒸汽进口连通；精馏塔中部设置有三个矩鞍环10，矩鞍环间距为1米，矩鞍环宽度2米；精馏塔9底部设置有60%食品级双氧水出口，60%食品级双氧水出口依次与成品换热器12和成品双氧水临时储槽13上部的成品双氧水进口连通 ；成品双氧水临时储槽13下部双氧水出口与成品双氧水泵14连通；成品双氧水泵14出口分别与成品储罐15进口和精馏塔上部的回流双氧水进口连通。

稳定剂储罐16依次与稳定剂泵17、稳定剂进口和喷淋装置连通。

稀品双氧水一级换热器4和稀品双氧水二级换热器5的热介质为8公斤蒸汽；换热器7和成品换热器12的冷介质为20-33℃冷凝水。

以上设备均为目前市售的公知设备。

结果与分析：产出双氧水经检验，符合60%食品级双氧水的国家标准。

本发明的技术效果

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本发明的一种双氧水精馏工艺，装置顶部的脱盐水进口，在突发情况下，可以作为水源，降低塔内的温度，减少事故发生的可能性，提高了装置的安全性能；

遇异常情况，精馏塔内温度升高，当控制脱盐水流量为4m3/h时，可在2分钟之内将塔顶温度降至20℃左右，可在5分钟之内将精馏塔底温度从分解后的70℃降至30℃以下，并将浓度60%左右的双氧水，稀释至浓度10%以内，不再发生分解；

（2）本发明的一种双氧水精馏工艺，经旋风分离器将杂质分离，产品不易被精馏液污染，工艺流程简单，没有再沸器，设备投入少；负压机抽出气体可以作为稀品双氧水一级换热器的热介质，避免了热蒸汽的浪费；

（3）本发明的一种双氧水精馏工艺，减少能耗和冷凝水的用量，目前国内有公开的60%双氧水的蒸汽消耗为2.5吨/吨双氧水，本发明的蒸汽用量仅为0.95吨/吨双氧水；

（4）本发明的一种双氧水精馏工艺，可降低成本；负压机采用蒸汽作为动力，减少了电耗；蒸汽冷凝后供给双氧水预热用，吨60%双氧水可节电45KW左右，节蒸汽1.55吨；

（5）本发明的一种双氧水精馏工艺，可提高安全性能，避免事故的发生：精馏塔控制温度顶部为20℃，低温为精馏塔创造了更高的真空度，一般控制在-97.0kpa，这样的真空度和温度，允许浓度80%的双氧水存在而不分解；

（6）本发明的一种双氧水精馏工艺，提高产出双氧水的合格率，合格率在98%以上；

（7）本发明的一种双氧水精馏工艺，精馏塔内采用三段填料，经过两次再收集、再分布，精馏效果更好，由于通过顶部的脱盐水捕集双氧水蒸汽后，在填料上进行热质交换，不再需要大量的产品回流，系统稳定后本发明的回流比为0；

（8）本发明的一种双氧水精馏工艺，工艺流程尽可能简单，减少用料，降低阻力，未使用净化塔、内置换热器、真空泵等，减少了阻力故障点，避免安全事故发生。

除非另有说明，本发明所采用的百分数均为重量百分数，本发明所述的比例，均为质量比例。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)

1.一种双氧水精馏工艺，其特征在于，

所述双氧水精馏工艺，包括：高浓度粗品双氧水的制备、高浓高纯双氧水的制备和回流步骤。

2.根据权利要求1所述的一种双氧水精馏工艺，其特征在于，

所述高浓度粗品双氧水的制备，包括旋风分离，得到较重的液相部分和较轻的部分；

所述旋风分离，旋风分离的温度为35-45℃，旋风分离气体流量为70000-100000立方米/小时；

所述较重的液相部分占比为30-40%，较轻的部分占比为60-70%。

3.根据权利要求1所述的一种双氧水精馏工艺，其特征在于，

所述较重的液相部分，双氧水浓度55-75%，TOC含量在600-700ppm，重金属离子含量：Si离子10-40ppm，Hg离子10-56ppm。

4.根据权利要求1所述的一种双氧水精馏工艺，其特征在于，

所述高浓高纯双氧水的制备，精馏塔顶部压力为-0.1至-0.05Mpa，精馏塔下部温度35-45℃，精馏塔上部温度10-25℃，双氧水进口的进气量为每小时80000-100000立方米。

5.根据权利要求1所述的一种双氧水精馏工艺，其特征在于，

所述高浓高纯双氧水的制备，精馏的同时加入稳定剂、喷淋，

所述稳定剂为35%硝酸，稳定剂流量为每小时0.005-0.02立方米；

喷淋脱盐水的流量为每小时0.5-2立方米。

6.根据权利要求1所述的一种双氧水精馏工艺，其特征在于，

所述高浓度粗品双氧水的制备，包括稀品双氧水过滤，所述稀品双氧水为35%的工业级双氧水，稳定度不小于97%。

7.根据权利要求1所述的一种双氧水精馏工艺，其特征在于，

所述回流，每隔1h取样化验成品双氧水临时储槽下部的产品，直到产出双氧水检测浓度60-75%，TOC降至5ppm以下。

8.根据权利要求1所述的一种双氧水精馏工艺，其特征在于，

所述高浓度粗品双氧水的制备，稀品双氧水一级换热器和稀品双氧水二级换热器的热介质为8公斤蒸汽；换热器和成品换热器的冷介质为20-33℃冷凝水。

9.根据权利要求1所述的一种双氧水精馏工艺，其特征在于，

所述一种双氧水精馏工艺，所得到的双氧水，浓度60-75%，TOC≤5ppm。

Images