CN113509888B - 气体进料系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采用空气或氧气作为氧化剂的化工产品生产领域，公开了一种气体进料系统，包括用于为反应釜(14)进料的空气进料管道(1)、氮气进料管道(2)和贫氧空气进料管道(3)，空气进料管道上设有空气进料调节阀(9)和空气进料切断阀(10)，氮气进料管道和贫氧空气进料管道分别接入空气进料管道，各自的接入位置位于空气进料调节阀和空气进料切断阀之间，空气进料切断阀设置在空气进料管道靠近反应釜的根部。本发明实现了对反应釜的氮封、反应釜物质防反窜；迅速降低反应釜中的氧气含量，确保各种工况下反应釜的运行安全。

Description

气体进料系统

技术领域

本发明涉及采用空气或氧气作为氧化剂的化工产品生产领域，具体地涉及气体进料系统。

背景技术

在化工生产中，很多工艺采用空气/氧气作为氧化剂生产化工产品，例如：环己烷氧化制环己酮、对二甲苯氧化制对苯二甲酸、异丙苯氧化制过氧化氢异丙苯、煤气化等。这类物质由于在生产过程中使用空气作为氧化剂，当吸氧不充分时，可能导致反应釜气相发生燃爆事故。同时，在异常工况下，若空气进料停止，反应釜中的有机物可能反窜至空气管线，导致管道内的爆炸事故。此外，由于这类物质的生产设备通常采用多釜串/并联的方式进行反应，若在彼此相连的反应釜中气体分配不当、或者是在紧急情况下隔离不佳，都非常容易发生危险。因此，空气进料系统的合理设置是起到关键作用的要素。

在现有技术中，通常会采用在进料管靠近反应釜的根部设置紧急切断阀，配合设置有流量计用于控制空气流量，并设有紧急停车系统等用于执行自动动作，在一定程度上降低了燃爆的风险。然而，现有技术普遍存在反应釜物质反窜回管道、不同进料管路之间联动性差等问题。比如：文献号为：CN201010522781.2，名称为：一种液相氧化工艺中富氧气体的配置方法的现有技术介绍了一种液相氧化工艺中富氧气体的配置方法，该方法通过纯氧与空气或氮气混合，产生所需富氧气体，通过氧气与空气流量在线计算氧含量，并与在线氧分析仪比较，虽然确保了进料氧含量得到控制，但是却没有解决反应釜物料反窜、单釜紧急隔离等问题。再比如：文献号为：CN201910297506.6，名称为：一种大容量氧化反应器进气系统及其使用方法的现有技术，虽然可使得氧化反应器内氧气分布均匀，但却也没有解决安全问题。由上述内容可知，目前空气进料系统由于阀门内漏、氮气吹扫不及时，导致物料反窜事故多发。究其原因是空气进料系统存在单个切断阀隔离不充分，自控化水平不足，氮气吹扫系统不完善等亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的反应釜物质反窜回管道、不同进料管路之间联动性差的问题，提供气体进料系统，通过将所述氮气进料管道和所述贫氧空气进料管道分别接入所述空气进料管道，各自的接入位置位于所述空气进料调节阀和所述空气进料切断阀之间，实现了对反应釜的氮封、反应釜物质防反窜；通过设置在各个进料管路上的控制阀门的启闭配合，实现进料控制与开车、停车的联锁；同时利用氮气尾气管道吹扫，迅速降低反应釜中的氧气含量，确保各种工况下反应釜的运行安全。

为了实现上述目的，本发明提供一种气体进料系统，包括用于为反应釜进料的空气进料管道、氮气进料管道和贫氧空气进料管道，所述空气进料管道上设有空气进料调节阀和空气进料切断阀，所述氮气进料管道和所述贫氧空气进料管道分别接入所述空气进料管道，各自的接入位置位于所述空气进料调节阀和所述空气进料切断阀之间，且所述空气进料切断阀设置在所述空气进料管道靠近所述反应釜的根部。

优选地，所述氮气进料管道上设有氮气进料切断阀。

优选地，所述贫氧空气进料管道的上游包括分别从所述空气进料管道和所述氮气进料管中引出的两个独立的分支管道，两个所述分支管道上分别设有空气配置调节阀和氮气配置调节阀。

优选地，所述贫氧空气进料管道的下游与混合器的输入管道连通，所述混合器的输出管道的接入位置位于在所述空气进料调节阀和空气进料切断阀之间。

优选地，所述输出管道上设有贫氧空气进料切断阀。

优选地，所述混合器的下游和所述贫氧空气进料切断阀之间设有贫氧空气放空阀。

优选地，所述空气进料管道上还设有空气放空阀，所述空气放空阀设置在所述空气配置调节阀的上游。

优选地，所述反应釜的设置数量为多个，每个所述反应釜上都设有独立的所述空气进料管道，多个所述反应釜的所述空气进料管道之间相互并联。

优选地，所述反应釜上设有尾气管氮气进料管道，多个所述反应釜的所述尾气管氮气进料管道通过尾气氮气总管相连，所述尾气氮气总管上设有尾气管氮气进料调节阀。

优选地，包括开车贫氧空气进料状态，开启空气配置调节阀和氮气配置调节阀，贫氧空气进料切断阀和空气进料切断阀，关闭其他阀门。

优选地，包括开车空气进料状态，开启空气进料调节阀和空气进料切断阀，关闭其他阀门。

优选地，所述开车空气进料状态，开启贫氧空气放空阀。

优选地，包括紧急停车氮气进料状态，开启氮气进料切断阀和空气进料切断阀，关闭其他阀门。

优选地，所述氮气进料状态进一步包括，开启尾气管氮气进料调节阀。

通过上述技术方案，本发明将所述氮气进料管道和所述贫氧空气进料管道分别接入所述空气进料管道，各自的接入位置位于所述空气进料调节阀和所述空气进料切断阀之间，实现了对反应釜的氮封、反应釜物质防反窜；通过设置在各个进料管路上的控制阀门的启闭配合，实现进料控制与开车、停车的联锁；同时利用氮气尾气管道吹扫，迅速降低反应釜中的氧气含量，确保各种工况下反应釜的运行安全。

附图说明

图1为本发明一实施例中气体进料系统的整体结构示意图。

附图标记说明

1空气进料管道 2氮气进料管道 3贫氧空气进料管道 4尾气管氮气进料管道5空气放空阀 6空气配置调节阀 7氮气配置调节阀 8贫氧空气放空阀 9空气进料调节阀 10空气进料切断阀 11贫氧空气进料切断阀 12氮气进料切断阀 13尾气管氮气进料调节阀 14反应釜 15混合器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”通常是指相对于各部件本身的轮廓的内外；“远、近”通常是指相对于各部件本身的轮廓的远近。

如图1所示，本发明提供一种气体进料系统，包括用于为反应釜进料的空气进料管道1、氮气进料管道2和贫氧空气进料管道3，所述空气进料管道1上设有空气进料调节阀9和空气进料切断阀10，所述氮气进料管道2和所述贫氧空气进料管道3分别接入所述空气进料管道1，各自的接入位置位于所述空气进料调节阀9和所述空气进料切断阀10之间，且所述空气进料切断阀10设置在所述空气进料管道3靠近所述反应釜14的根部。进料切断阀10的设置位置靠近反应釜14的根部，可以缩短切断阀到反应釜之间的管线的长度，避免出现异常情况时，反应釜内的可燃气反窜回管线内，与空气混合发生爆炸。管线越长，反窜危险性越高。从空气压缩机输出空气由上述内容可知，本发明通过控制设置在不同进料路径上的多个控制阀门之间的启闭组合，使贫氧空气、空气和氮气通过靠近所述反应釜的根部位置的同一接入位置实现进料，且所述接入位置保持进气状态，有效防止反应釜内的物料反窜。为了方便控制，所述氮气进料管道2上设有氮气进料切断阀12，用以快速关闭或通入氮气。

为了方便调整构成贫氧空气中的氮气和空气的混合比例，所述贫氧空气进料管道3的上游包括分别从所述空气进料管道1和所述氮气进料管2中引出的两个独立的分支管道，两个所述分支管道上分别设有空气配置调节阀6和氮气配置调节阀7。更具体地，所述贫氧空气进料管道3的下游与混合器15的输入管道连通，所述混合器15的输出管道的接入位置位于在所述空气进料调节阀9和空气进料切断阀10之间。所述输出管道上设有贫氧空气进料切断阀11。

另外，所述混合器15的下游和所述贫氧空气进料切断阀11之间设有贫氧空气放空阀8。所述空气进料管道1上还设有空气放空阀5，所述空气放空阀5设置在所述空气配置调节阀9的上游。

通常情况下，气体进料系统中的反应釜14的设置数量为多个，每个所述反应釜14上都设有独立的所述空气进料管道1，多个所述反应釜14的所述空气进料管道1之间相互并联。所述反应釜14上设有单独的尾气管氮气进料管道4，多个所述反应釜14的所述尾气管氮气进料管道4通过尾气氮气总管相连，所述尾气氮气总管上设有尾气管氮气进料调节阀13，用以进行氮气吹扫。

由上述内容可知，本发明所提供的气体进料系统，将氮气进料管道2接入空气进料管道1，且接入位置位于所述空气进料调节阀9和所述空气进料切断阀10之间，从而防止反应釜内的物料反串至空气进料管线，导致燃爆，通过氮封实现了充分隔离。通常情况下，除了氮气之外，所有其他的惰性气体理论上都是可以采用的，但工业上一般使用氮气，在本发明如图1所示的实施例中，也采用了氮封的方式。除了氮封之外，本发明还通过设置在不同进料路径上的多个控制阀门之间的启闭组合实现自动化控制，确保紧急情况下的自动处置，并通过氮气在进料与尾气管道进入反应釜以迅速降低氧含量，从而确保各种工况下反应釜的安全。

结合图1所示，本发明所提供的这种气体进料系统的进料包括：开车贫氧空气进料、开车空气进料和紧急停车氮气进料三种进料状态，在所述三种进料状态下，通过控制设置在不同进料路径上的多个控制阀门之间的启闭组合，使贫氧空气、空气和氮气通过靠近所述反应釜的根部位置的同一接入位置实现进料，且所述接入位置保持进气状态，并实现贫氧空气、空气和氮气之间的转换。其中，所述开车贫氧空气进料状态具体包括：先将空气和氮气配置混合为所述贫氧空气，再将配置好的所述贫氧空气进料至所述反应釜。所述开车贫氧空气进料转变为开车空气进料状态具体包括：空气进料路径保持进气状态，将贫氧空气进料路径放空。所述紧急停车氮气进料状态具体包括：紧急停车时，检测尾气中的氧含量，保持氮气进气状态直至尾气中的氧含量达到阈值条件，所述阈值条件为：所述尾气中氧含量＜1％-3％。此外，正常运行时尾气中的氧含量>3％-10％，如果尾气中的氧含量不在上述的正常范围内，则通过独立设置的尾气氮气进料路径进行尾气氮气进料。

本发明所提供的气体进料系统，通过设置合理的正常通气与紧急处理方法来确保安全。对于气体进料系统来说，主要的进料状态包括开车贫氧空气进料状态、开车空气进料状态和紧急停车氮气进料状态。开车贫氧空气进料状态下，开启空气配置调节阀6和氮气配置调节阀7，贫氧空气进料切断阀11和空气进料切断阀10，关闭其他阀门，通过空气配置调节阀、氮气配置调节阀配置不同浓度的贫氧空气，进入反应釜参与反应；在开车空气进料状态下，开启空气进料调节阀9、贫氧空气放空阀8和空气进料切断阀10，关闭其他阀门，通过空气进料调节阀配置不同流量的空气进入反应釜参与反应；在紧急停车氮气进料状态下，开启氮气进料切断阀12和空气进料切断阀10，关闭其他阀门。对于单独设置的尾气管氮气进料管道4来说，所述氮气进料状态还可以进一步包括，若尾氧含量超标，开启尾气管氮气进料调节阀13，关闭其他阀门，往反应釜气相通入氮气，降低氧含量。

以下结合具体实施例对本发明所提供的气体进料系统进行详细地说明，实施例中所涉及到的开车贫氧空气进料、开车空气进料和紧急停车氮气进料三种进料状态，是根据反应时间、温度、压力、尾气中的氧浓度来判定的，具体条件需要结合具体装置和所生产的产品的不同而有所不同。鉴于三种进料状态之间的转换条件并不是本发明所要保护的重点内容，以下实施例中的具体参数作为理解本发明技术方案，其他具体的参数范围不再赘述。

实施例一：

针对环己烷氧化制环己酮的工艺，反应釜14采用5釜串料的方式连接供料，5个反应釜中的空气进料管道1之间为并联的关系，但反应釜14中的液相走料采用的是串联的关系，由于液相走料不属于本发明主要所要保护的内容，在此不再赘述。对于各自的空气进料管道1之间并联的5个反应釜来说，采用的是依次通气的方式，即：先为第1、2个反应釜通气，然后为第3-5个反应釜通气。结合图1所示，每个反应釜14都包括单独设置的空气进料调节阀9、空气进料切断阀10、贫氧空气进料切断阀11和氮气进料切断阀12。

当系统从冷态过渡到工艺正常生产的过程，即：开车时，起初处于引发阶段，只向第1、2个反应釜中通贫氧空气，第3-5个反应釜无需通贫氧空气。开车状态转换条件：反应釜内充装液体物料，反应釜温度160℃、压力1MPa到达开车预设值，开始引入贫氧空气。打开空气进料切断阀10，贫氧空气进料切断阀11，空气配置调节阀6、氮气配置调节阀7，关闭其他阀门，通过空气配置调节阀6、氮气配置调节阀7配置不同浓度的贫氧空气，其中氧气的浓度范围控制在3％-21％-3％v/v，进入反应釜14参与反应。

开车通空气状态转换条件：反应釜温度165℃、压力1MPa、氧含量<3％-5％。开车通空气时，关闭贫氧空气进料切断阀11，空气配置调节阀6、氮气配置调节阀7，打开贫氧空气放空阀8，维持空气进料切断阀10开启，打开其他釜空气进料切断阀，打开所有空气进料调节阀，通过空气进料调节阀配置不同流量的空气进入反应釜参与反应。

紧急情况下，关闭所有空气进料调节阀，打开所有氮气进料切断阀，吹扫一段时间后关闭所有空气进料切断阀。若尾氧含量>5％-12％中的某个数值，还需要同时打开尾气管氮气进料调节阀13，往反应釜气相通入氮气，降低氧含量；紧急情况是指：温度超过175℃，或压力超过1.15MPa，或氧含量大于6％v/v。此时会启动紧急停车系统，本发明中的所有阀门均为自动动作。

实施例二：

针对异丙苯氧化制过氧化氢异丙苯的工艺，反应釜采用3釜串联。串料数量是由生产要求决定的，一般来说，串联越多，返混越少，利于反应。串料越多，产品浓度越高。参照图1所示，对于每个反应釜14，都包括单独设置的空气进料调节阀9、空气进料切断阀10、贫氧空气进料切断阀11和氮气进料切断阀12。

反应釜内充装液体物料，反应釜温度80℃、压力到达开车预设值，如：0.3MPa，开始引入贫氧空气。开车时，往第一个反应釜14通贫氧，打开空气进料切断阀10，贫氧空气进料切断阀11，空气配置调节阀6、氮气配置调节阀7，关闭其他阀门，通过空气配置调节阀6、氮气配置调节阀7配置不同浓度的贫氧空气，进入反应釜参与反应。

开车通空气状态转换条件：反应釜温度90℃、压力0.3MPa、氧含量<3％-5％。开车通空气时，关闭贫氧空气进料切断阀11、空气配置调节阀6、氮气配置调节阀7，打开贫氧空气放空阀8，维持空气进料切断阀10开启，打开其他釜空气进料切断阀，打开所有空气进料调节阀，通过空气进料调节阀配置不同流量的空气进入反应釜参与反应。

紧急情况下，关闭所有空气进料调节阀，打开所有氮气进料切断阀，吹扫一段时间后关闭所有空气进料切断阀。若尾氧含量超标，还需要同时打开尾气管氮气进料调节阀13，往反应釜气相通入氮气，降低氧含量；紧急情况是指：温度超过105℃，或氧含量大于8％，启动紧急停车系统，阀门自动动作。

综上所述，本发明通过将所述氮气进料管道和所述贫氧空气进料管道分别接入所述空气进料管道，各自的接入位置位于所述空气进料调节阀和所述空气进料切断阀之间，实现了对反应釜的氮封、反应釜物质防反窜；通过设置在各个进料管路上的控制阀门的启闭配合，实现进料控制与开车、停车的联锁；同时利用氮气尾气管道吹扫，迅速降低反应釜中的氧气含量，确保各种工况下反应釜的运行安全。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，例如，可以根据生产产品和产量的不同，调增反应釜的设置数量。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种气体进料系统，包括用于为反应釜(14)进料的空气进料管道(1)、氮气进料管道(2)和贫氧空气进料管道(3)，所述空气进料管道(1)上设有空气进料调节阀(9)和空气进料切断阀(10)，其特征在于，所述氮气进料管道(2)和所述贫氧空气进料管道(3)分别接入所述空气进料管道(1)，各自的接入位置位于所述空气进料调节阀(9)和所述空气进料切断阀(10)之间；

所述氮气进料管道(2)上设有氮气进料切断阀(12)；

所述贫氧空气进料管道(3)的上游包括分别从所述空气进料管道(1)和所述氮气进料管道(2)中引出的两个独立的分支管道，两个所述分支管道上分别设有空气配置调节阀(6)和氮气配置调节阀(7)，所述贫氧空气进料管道(3)的下游与混合器(15)的输入管道连通，所述混合器(15)的输出管道的接入位置位于所述空气进料调节阀(9)和空气进料切断阀(10)之间，所述输出管道上设有贫氧空气进料切断阀(11)；所述气体进料系统包括开车贫氧空气进料状态，开启空气配置调节阀(6)和氮气配置调节阀(7)，贫氧空气进料切断阀(11)和空气进料切断阀(10)，关闭其他阀门；

所述气体进料系统包括开车空气进料状态，开启空气进料调节阀(9)和空气进料切断阀(10)，关闭其他阀门；

所述气体进料系统包括紧急停车氮气进料状态，开启氮气进料切断阀(12)和空气进料切断阀(10)，关闭其他阀门。

2.根据权利要求1所述的气体进料系统，其特征在于，且所述空气进料切断阀(10)设置在所述空气进料管道(1)靠近所述反应釜(14)的根部。

3.根据权利要求1所述的气体进料系统，其特征在于，所述混合器(15)的下游和所述贫氧空气进料切断阀(11)之间设有贫氧空气放空阀(8)。

4.根据权利要求3所述的气体进料系统，其特征在于，所述空气进料管道(1)上还设有空气放空阀(5)，所述空气放空阀(5)设置在所述空气配置调节阀(6)的上游。

5.根据权利要求4所述的气体进料系统，其特征在于，所述反应釜(14)的设置数量为多个，每个所述反应釜(14)上都设有独立的所述空气进料管道(1)，多个所述反应釜(14)的所述空气进料管道(1)之间相互并联。

6.根据权利要求5所述的气体进料系统，其特征在于，所述反应釜(14)上设有尾气管氮气进料管道(4)，多个所述反应釜(14)的所述尾气管氮气进料管道(4)通过尾气氮气总管相连，所述尾气氮气总管上设有尾气管氮气进料调节阀(13)。

7.根据权利要求3所述的气体进料系统，其特征在于，所述开车空气进料状态，开启贫氧空气放空阀(8)。

8.根据权利要求6所述的气体进料系统，其特征在于，所述氮气进料状态进一步包括，开启尾气管氮气进料调节阀(13)。

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