CN115738573A - 一种新型丙烯酸反应气分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型丙烯酸反应气分离系统，本发明的产品气首先通过初冷系统进行冷却，随后进入初分塔中分离，初分塔塔顶以原料丙烯为冷源，产品气中的大部分丙烯酸在初分塔中冷凝后从塔底进入共沸塔，而初分塔顶中的剩余产品气则进入吸收塔中，利用脱盐水进行洗涤吸收，丙烯酸吸收液从塔底进入共沸塔；本发明采用产品气初冷系统对丙烯酸产品气中的热量进行高效回收，不仅提高了新鲜空气的预热温度，装置的能量利用率得到极大提高；初分塔塔顶冷凝器采用原料丙烯作为冷源，对产品气进一步冷凝分离，丙烯提供更低的温位，大部分丙烯酸产品在初分塔内冷凝回收，使得后续的吸收塔及废气处理装置中的气体量大大降低，降低了废水量。

Description

一种新型丙烯酸反应气分离系统

技术领域

本发明涉及丙烯酸生产技术领域，具体指一种新型丙烯酸反应气分离系统。

背景技术

丙烯酸作为重要的有机化工原料，大量应用于胶黏剂和水溶性涂料的生产，在化纤、造纸、皮革、建材、塑料改性、合成橡胶、辐射固化水处理剂等领域都发挥着重要作用，也可深加工制成丙烯酸丁酯等。

丙烯酸经历了多种制备方法并存的时代，丙烯腈水解法、高压雷普法(高压羰基合成法)、改良雷普法(低压羰基合成法)、氰乙醇法、烯酮法等都曾作为生产丙烯酸及酯的主要方法，但这些方法皆因设备腐蚀严重，能耗高，收率低，成本高，已基本被淘汰，目前最常用的丙烯酸生产方法为丙烯氧化法。在丙烯氧化法制丙烯酸工艺中，目前产品气分离的方法大体上都是将丙烯酸装置产品气经副产低压蒸汽后直接通入急冷塔，在急冷塔底部设置釜液循环冷却急冷吸收系统，循环醋酸废水或新鲜脱盐水作为丙烯酸产品气吸收剂对丙烯酸产品进行吸收分离，急冷塔底的丙烯酸粗液进入共沸塔进行共沸分离，塔顶尾气通过氧化处理后部分循环回反应系统，部分进行排放。例如中国专利CN103193618B和CN10260036B中，虽然在废气处理方面有所不同，但是两者均采用新鲜脱盐水对初步冷却后的丙烯酸产品气进行急冷吸收，吸收后的尾气部分循环回收，部分处理后去焚烧系统；二者为了降低急冷后丙烯酸尾气中的有机物含量而利用新鲜脱盐水进行再吸收，随后将部分尾气进行加压循环，该技术存在新鲜水消耗量高，且在后续分离过程中废水量大的问题。专利CN105001072B采用三合一吸收塔，并以循环含醋酸废水作为急冷吸收剂，塔顶的尾气经催化氧化废气处理，部分压缩后返回至反应系统，部分进行排放；其将醋酸废水循环用作丙烯酸产品气的急冷吸收剂，急冷塔顶的尾气全部去废气处理系统，不仅消耗了大量的废气处理催化剂，而且碳排放量较高。

上述主流的丙烯酸产品气分离技术中，由于丙烯酸产品气进入急冷塔时温度较高，采用急冷塔底釜液循环急冷方式没有高效回收产品气中的中低温余热。同时，该技术中急冷塔中产品气量大，分离温度较高，为保证产品丙烯酸回收率以及降低急冷后丙烯酸尾气中的有机物含量，需消耗较多的新鲜脱盐水。因此，目前主流的丙烯酸产品气分离技术存在废水、废气处理量大、能量利用效率低等问题。

因此，对于目前丙烯酸反应气的分离系统，有待于做进一步的优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能通过丙烯酸产品气热量高效回收从而提高能量利用率、通过产品气低温冷凝分离减少新鲜脱盐水量、废气处理催化剂消耗量及废水量、通过吸收产品气热量完成原料汽化过程从而减少蒸汽消耗量的新型丙烯酸反应气分离系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种新型丙烯酸反应气分离系统，包括：

反应系统，反应产生丙烯酸气；

初冷系统，设于所述反应系统的下游，用于对反应系统产生的丙烯酸气进行能量回收以及对空气进行预热；所述初冷系统具有供能量回收后所得气相丙烯返回至反应系统的第一出口、所得产品气输出的第二出口；

初分塔，设于所述初冷系统的下游，用于对所述产品气进行冷凝分离，底部开有供初冷系统第二出口的产品气输入的进口及供液相输出的第一输出口，顶部开有供气相输出的第二输出口；

共沸塔，设于所述初分塔的下游且与初分塔的第一输出口相连通，用于对丙烯酸溶液进行共沸精馏分离，塔底开有供得到的丙烯酸粗液输入的输出口；

丙烯酸精制系统，设于所述共沸塔的下游且与其塔底的输出口相连通，用于精致丙烯得到丙烯酸产品；以及

吸收塔，设于所述初分塔的下游且与初分塔的第二输出口相连通，用于对所述初分塔冷凝分离后的剩余气体进行洗涤吸收，塔顶设置有供所得净化循环尾气的一部分输往反应系统作为循环气的输送管道。丙烯酸尾气中作为循环气循环回收的比例为0.5％～60.0％。

优选地，所述初分塔的上部设置有采用原料丙烯作为冷源的冷凝结构。所述初分塔是带冷凝器的精馏塔，所述精馏塔顶部设置冷凝段，所述冷凝结构设于该冷凝段中。所述初分塔的操作压力为0.01～0.2MPaG；所述初分塔的理论塔板数为5～20块。

优选地，所述初冷系统包括依次串接的空气预热器、温水换热器、丙烯过热器、循环水冷却器，所述空气预热器的一个进口与反应系统的丙烯酸气输出口相连接，所述循环水冷却器的出口构成初冷系统的第二出口、与初分塔相连通。

优选地，所述空气预热器的一侧设置有供新鲜原料空气输入的入口、另一侧设置有供预热后的新鲜原料空气输往反应系统的出口。所述的空气预热器中产品气侧出口操作温度为140～220℃。

优选地，所述丙烯过热器的一侧与初分塔的顶部相连通、供汽化丙烯输入的开口，另一侧开有所述初冷系统的第一出口。所述的丙烯过热器中产品气侧出口操作温度为50～90℃。

优选地，所述循环气的输送管道上设置有用于对循环气进行加压的循环气压缩机。

优选地，所述吸收塔的塔顶设置有供所得净化循环尾气的另一部分输往废气处理系统的送气管线，所述废气处理系统的下游管线可选地设置有供部分净化气输往循环气的输送管道的跨线管道。所述跨线管道的流量比例控制在0.5％～60.0％(跨线管道流量占经过废气处理系统后的尾气总流量的0.5％～60.0％)，以控制循环气中有机物的含量。

优选地，还包括串接于所述共沸塔顶部的冷凝器及回流罐，用于对共沸塔顶部物料进行非均向分离从而使分离出的共沸剂返回至共沸塔中、含醋酸废水外排、废气去火炬系统。

优选地，所述共沸塔的塔底设置有再沸器。

优选地，所述空气预热器以压缩后的新鲜原料空气为换热介质、所述温水换热器以温水为换热介质、所述丙烯过热器以原料汽化丙烯为换热介质、所述循环水冷却器以循环水为换热介质依次对丙烯酸产品气进行能量回收。

优选地，所述温水换热器是对产品气中温段热量进行能量回收，预热后的温水用于装置保温伴热。所述的温水换热器中产品气侧出口操作温度为60～100℃。所述的循环水冷却器中产品气侧出口操作温度为30～50℃。

优选地，所述的吸收塔以新鲜脱盐水作为吸收剂对初分塔顶气体进行洗涤吸收，所述的吸收塔中新鲜脱盐水与循环尾气的液气比为0.01～0.1；所述吸收塔操作压力为0.01～0.2MPaG。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的产品气首先通过初冷系统进行冷却，随后进入初分塔中分离，初分塔顶塔以原料丙烯为冷源，产品气中的大部分丙烯酸在初分塔中冷凝后从塔底进入共沸塔，而初分塔顶中的剩余产品气则进入吸收塔中，利用脱盐水进行洗涤吸收，丙烯酸吸收液从塔底进入共沸塔；具体的：

本发明采用产品气初冷系统对丙烯酸产品气中的热量进行高效回收，不仅提高了新鲜空气的预热温度，同时产品气余热供应了温水系统的生产运转，装置的能量利用率得到极大提高；初分塔塔顶冷凝器采用原料丙烯作为冷源，对产品气进一步冷凝分离，丙烯提供更低的温位，温度低越有利于丙烯酸及有机物的吸收，大部分丙烯酸产品在初分塔内冷凝回收，使得后续的吸收塔及废气处理装置中的气体量大大降低，减少了新鲜脱盐水及废气处理催化剂的消耗量，降低了废水量；原料液相丙烯在初分塔冷凝器中吸收产品气热量完成汽化过程，取代原有丙烯蒸发器，减少了蒸汽消耗量，使生产装置的经济性大大增加；

本发明中采用产品气初冷系统及初分塔，根据产品气不同段的温位采用不同换热介质对其进行热回收，提高了产品气余热的能量利用效率。在初分塔中，采用原料丙烯作为冷凝器冷源，不仅降低了产品气的冷凝温度，提高了产品丙烯酸的回收率，同时有效降低了吸收塔和废气处理系统中的气体量。因此，新鲜脱盐水和废气处理催化剂的消耗量得到有效降低，装置的经济效益和环境效益得到极大提高。

附图说明

图1为本发明实施例1的工艺流程图；

图2为本发明实施例2的工艺流程图；

图3为本发明实施例3的工艺流程图；

图4为本发明实施例4的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例的新型丙烯酸反应气分离系统，包括：

反应系统1，反应产生丙烯酸气；

初冷系统2，设于反应系统1的下游，用于对反应系统1产生的丙烯酸气进行能量回收以及对空气进行预热；初冷系统2具有供能量回收后所得气相丙烯返回至反应系统1的第一出口、所得产品气输出的第二出口；

初分塔3，设于初冷系统2的下游，用于对产品气进行冷凝分离，底部开有供初冷系统第二出口的产品气输入的进口及供液相输出的第一输出口，顶部开有供气相输出的第二输出口；

共沸塔7，设于初分塔3的下游且与初分塔3的第一输出口相连通，用于对丙烯酸溶液进行共沸精馏分离，塔底开有供得到的丙烯酸粗液输入的输出口；

丙烯酸精制系统12，设于共沸塔7的下游且与其塔底的输出口相连通，用于精致丙烯得到丙烯酸产品；以及

吸收塔4，设于初分塔3的下游且与初分塔3的第二输出口相连通，用于对初分塔3冷凝分离后的剩余气体进行洗涤吸收，塔顶设置有供所得净化循环尾气的一部分输往反应系统作为循环气的输送管道。丙烯酸尾气中作为循环气循环回收的比例为0.5％～60.0％。

在本实施例中，初分塔3的上部设置有采用原料丙烯作为冷源的冷凝结构。初分塔3是带冷凝器的精馏塔，精馏塔顶部设置冷凝段，冷凝结构设于该冷凝段中。初分塔3的操作压力为0.01～0.2MPaG；初分塔的理论塔板数为5～20块，本实施例采用多少块10块塔板。

本实施例的初冷系统2包括依次串接的空气预热器2.1、温水换热器2.2、丙烯过热器2.3、循环水冷却器2.4，空气预热器2.1的一个进口与反应系统1的丙烯酸气输出口相连接，循环水冷却器2.4的出口构成初冷系统2的第二出口、与初分塔3相连通。空气预热器2.1的一侧设置有供新鲜原料空气输入的入口、另一侧设置有供预热后的新鲜原料空气输往反应系统的出口。空气预热器2.1中产品气侧出口操作温度为140～220℃。丙烯过热器2.3的一侧与初分塔3的顶部相连通、供汽化丙烯输入的开口，另一侧开有初冷系统2的第一出口。丙烯过热器2.3中产品气侧出口操作温度为50～90℃。空气预热器2.1以压缩后的新鲜原料空气为换热介质、温水换热器2.2以温水为换热介质、丙烯过热器2.3以原料汽化丙烯为换热介质、循环水冷却器2.4以循环水为换热介质依次对丙烯酸产品气进行能量回收。温水换热器2.2是对产品气中温段热量进行能量回收，预热后的温水用于装置保温伴热。温水换热器2.2中产品气侧出口操作温度为60～100℃。循环水冷却器2.4中产品气侧出口操作温度为30～50℃。

本实施例循环气的输送管道上设置有用于对循环气进行加压的循环气压缩机6。吸收塔4的塔顶设置有供所得净化循环尾气的另一部分输往废气处理系统5的送气管线，废气处理系统5的下游管线可选地设置有供部分净化气输往循环气的输送管道的跨线管道5.1。跨线管道5.1的流量比例控制在0.5％～60.0％(跨线管道，流量占经过废气处理系统后的尾气总流量的0.5％～60.0％)以控制循环气中有机物的含量。

本实施例还包括串接于共沸塔7顶部的冷凝器8及回流罐9，用于对共沸塔7顶部物料进行非均向分离从而使分离出的共沸剂返回至共沸塔7中、含醋酸废水外排、废气去火炬系统。共沸塔7的塔底设置有再沸器11。

吸收塔4以新鲜脱盐水作为吸收剂对初分塔顶气体进行洗涤吸收，吸收塔4中新鲜脱盐水与循环尾气的液气比为0.01～0.1；吸收塔4操作压力为0.01～0.2MPaG。

以20万吨/年规模丙烯氧化制丙烯酸装置产品气分离系统为例进行说明：

140～190t/hr丙烯酸产品气(150～300℃，0.01～0.20MPaG)首先进入初冷系统2，依次通过空气预热器2.1、温水换热器2.2、丙烯过热器2.3和循环水冷却器2.4进行能量回收，产品气温度降为40～60℃，预热后的空气和气相丙烯则送入反应系统1。初冷后的产品气直接通入初分塔3进行冷凝分离，初分塔3塔顶设置冷凝段，以原料液化丙烯(12～20℃)为冷源，将初分塔3顶反应气冷却至15～35℃。反应气中的大部分丙烯酸在初分塔3中冷凝后从塔底流出进入共沸塔7，剩余气体进入吸收塔4。吸收塔4以新鲜脱盐水作为吸收剂，对初分塔3冷凝分离后的剩余气体进行洗涤吸收，脱盐水与产品气的液气比为0.01～0.10，吸收塔4顶得到净化循环尾气，一部分尾气(40～100％)通过废气处理系统5进行高温催化氧化处理，达标烟气排放，一部分尾气(0～60％)经循环气压缩机6升压后返回反应系统1。为保证反应器的正常运行，在废气处理系统后的尾气管线上设置与循环气间的跨线管道51，可通过流量比例(0.0％～60.0％)调整控制循环气中有机物的含量。吸收塔4底为丙烯酸吸收液，进入共沸塔7进行分离提纯。在共沸塔7中，塔顶采用共沸剂对丙烯酸溶液进行共沸精馏分离，共沸塔中共沸剂与丙烯酸溶液比例为1.0～3.0，塔底得到丙烯酸粗液去丙烯酸精制系统12，最终得到丙烯酸产品。而共沸塔顶经回流罐9非均相分离后，共沸剂返回至共沸塔中，而含醋酸废水外排，少量废气去火炬系统。

经计算，当20万吨/年规模丙烯氧化制丙烯酸装置采用新型产品气分离系统后，可降低新鲜水耗量约2t～20t/h，约占传统技术的50％～85％，节省蒸汽耗量约15t～21t/h，约占传统工艺技术的10％～15％，降低废气处理量约10～40t/h，约占传统工艺技术的7％～30％，降低废液处理量约1t～4t/h，约占传统工艺技术的5％～20％。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：如图2所示，将初分塔3塔顶的冷凝段拆分出初分塔3，以初分塔冷凝器13、分液罐14的形式连接于初分塔3与吸收塔4之间。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于：如图3所示，考虑到初分塔3所需理论塔板数较少，因此为减少占地面积将初分塔3与共沸塔7耦合在一个塔体中以减少设备的占地面积。

实施例4：

本实施例与实施例1的区别在于：如图4所示，产品气初冷系统2中的换热顺序进行了改变，考虑到气化丙烯温度较低，因此在初冷系统2中，其依次以压缩后的新鲜原料空气、温水、及循环水汽化丙烯为换热介质对丙烯酸产品气进行能量回收，并降低产品气的冷凝温度。经初冷系统1后，产品气温度可降为30～50℃。

Claims (10)

1.一种新型丙烯酸反应气分离系统，其特征在于包括：

反应系统，反应产生丙烯酸气；

初冷系统，设于所述反应系统的下游，用于对反应系统产生的丙烯酸气进行能量回收以及对空气进行预热；所述初冷系统具有供能量回收后所得气相丙烯返回至反应系统的第一出口、所得产品气输出的第二出口；

初分塔，设于所述初冷系统的下游，用于对所述产品气进行冷凝分离，底部开有供初冷系统第二出口的产品气输入的进口及供液相输出的第一输出口，顶部开有供气相输出的第二输出口；

共沸塔，设于所述初分塔的下游且与初分塔的第一输出口相连通，用于对丙烯酸溶液进行共沸精馏分离，塔底开有供得到的丙烯酸粗液输入的输出口；

丙烯酸精制系统，设于所述共沸塔的下游且与其塔底的输出口相连通，用于精致丙烯得到丙烯酸产品；以及

吸收塔，设于所述初分塔的下游且与初分塔的第二输出口相连通，用于对所述初分塔冷凝分离后的剩余气体进行洗涤吸收，塔顶设置有供所得净化循环尾气的一部分输往反应系统作为循环气的输送管道，丙烯酸尾气中作为循环气循环回收的比例为0.5％～60.0％。

2.根据权利要求1所述的新型丙烯酸反应气分离系统，其特征在于：所述初分塔的上部设置有采用原料丙烯作为冷源的冷凝结构。

3.根据权利要求2所述的新型丙烯酸反应气分离系统，其特征在于：所述初分塔是带冷凝器的精馏塔，所述精馏塔顶部设置冷凝段，所述冷凝结构设于该冷凝段中；

所述初分塔的操作压力为0.01～0.2MPaG；所述初分塔的理论塔板数为5～20块。

4.根据权利要求1所述的新型丙烯酸反应气分离系统，其特征在于：所述初冷系统包括依次串接的空气预热器、温水换热器、丙烯过热器、循环水冷却器，所述空气预热器的一个进口与反应系统的丙烯酸气输出口相连接，所述循环水冷却器的出口构成初冷系统的第二出口、与初分塔相连通。

5.根据权利要求4所述的新型丙烯酸反应气分离系统，其特征在于：所述空气预热器的一侧设置有供新鲜原料空气输入的入口、另一侧设置有供预热后的新鲜原料空气输往反应系统的出口，所述的空气预热器中产品气侧出口操作温度为140～220℃。

6.根据权利要求4所述的新型丙烯酸反应气分离系统，其特征在于：所述丙烯过热器的一侧与初分塔的顶部相连通、供汽化丙烯输入的开口，另一侧开有所述初冷系统的第一出口，所述的丙烯过热器中产品气侧出口操作温度为50～90℃。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的新型丙烯酸反应气分离系统，其特征在于：所述循环气的输送管道上设置有用于对循环气进行加压的循环气压缩机。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的新型丙烯酸反应气分离系统，其特征在于：所述吸收塔的塔顶设置有供所得净化循环尾气的另一部分输往废气处理系统的送气管线，所述废气处理系统的下游管线可选地设置有供部分净化气输往循环气的输送管道的跨线管道，所述跨线管道的流量比例控制在0.5％～60.0％，以控制循环气中有机物的含量。

9.根据权利要求4～6中任一项所述的新型丙烯酸反应气分离系统，其特征在于：所述空气预热器以压缩后的新鲜原料空气为换热介质、所述温水换热器以温水为换热介质、所述丙烯过热器以原料汽化丙烯为换热介质、所述循环水冷却器以循环水为换热介质依次对丙烯酸产品气进行能量回收；

所述温水换热器是对产品气中温段热量进行能量回收，预热后的温水用于装置保温伴热；所述的温水换热器中产品气侧出口操作温度为60～100℃。所述的循环水冷却器中产品气侧出口操作温度为30～50℃。

10.根据权利要求1～6中任一项所述的新型丙烯酸反应气分离系统，其特征在于：所述的吸收塔以新鲜脱盐水作为吸收剂对初分塔顶气体进行洗涤吸收，所述的吸收塔中新鲜脱盐水与循环尾气的液气比为0.01～0.1；所述吸收塔操作压力为0.01～0.2MPaG。

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