CN1927805B - 过热蒸汽喷射混合快速升温连续脱氢生产草酸钠的工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种过热蒸汽喷射混合快速升温连续脱氢生产草酸钠的工艺及设备，用过热蒸汽作为载热体在喷射混合器中直接加热已经熔融了的甲酸钠，甲酸钠在喷射混合器中迅速升温，快速跃过副反应易发生的温度区域，在自循环脱氢反应器中脱氢后，产物草酸钠被气流迅速带入冷却回收塔，在此被迅速降温，避免了草酸钠的分解。该工艺可实现连续化生产，提高了草酸钠的收率，解决了氢气的安全问题，并可直接得到草酸钠水溶液。
Description
本发明过热蒸汽喷射混合快速升温连续脱氢生产草酸钠的工艺及设备属于有机化学领域，涉及羧酸盐制备，具体来说是一种草酸钠及草酸的生产工艺及设备。
目前，国内生产草酸钠的工艺是间歇法，其过程在间歇脱氢锅中进行。方法是将干燥的甲酸钠投入间歇脱氢锅中，锅底用炉火加热，物料逐渐升温，当温度上升至脱氢温度大约310℃时，开始脱氢，同时升温加快，当温度达到400℃左右时，甲酸钠急剧脱氢，由于脱氢过程放热，物料温度也急剧上升，随即脱氢过程完毕。降温后，人工将产物移出锅外，准备再一次投料。这种方法的优点是设备简单、投资少。但由于加热不匀，靠近锅壁面附近的物料很容易过热分解或碳化，其次因为升温时间过长，副产物多，收率低，通常只有80％至85％。能耗和物料损耗均较大。另外，高温操作、工作条件差、劳动强度大，甲酸钠和草酸钠又有一定的毒性。在操作中粉尘飞扬，对工人健康有极大的影响。
国外为了提高脱氢收率并使脱氢过程连续化，采用的链条式连续脱氢装置，链条是由特殊材料制成的，目的是防止物料粘连。物料通过喷嘴以喷雾状均匀的平摊在经过加热温度约为400～450℃的链条上，受热升温后脱氢，随后物料从链条上剥离，脱氢完毕，链条继续循环运转。这种方法的优点是实现了脱氢连续化，提高了脱氢收率。缺点是设备投资大，从国外引进一台这样的设备，约需3000万元。同时由于它的链条是由特殊材料制成的，到目前为止，我国还不能自行制备这样的设备。
为了提高脱氢收率，并实现脱氢过程连续化，国内外专家均在研究新式的脱氢设备，从目前已公开的专利来看，有两类具有代表性的连续脱氢工艺及设备，一类是转鼓连续脱氢工艺及设备。它是将物料均匀的喷涂在经过加热，具有一定温度的转鼓表面，物料在转鼓表面实现脱氢，然后用刮刀将脱氢产物从转鼓上移走，转鼓连续不断的转动，以实现过程的连续化，这种工艺的优点是实现了脱氢连续化，也可使脱氢收率有所提高，但缺点是设备结构复杂，要求设备制作精度高，工业上难以实现，至今未实现工业化。另一类是流化床连续脱氢，它是将煤气燃烧后形成的烟气作为热源，热气流自下而上通过流化床，气体从物料的间隙窜过并将物料吹离床层，从而形成流化床。物料在流化床中脱氢以后从下料管中离开流化床。此方法的优点也是实现了连续化，也可使脱氢收率提高，但缺点有三，其一是操作弹性小、不易操作，其二是用煤气直接加热，其中的硫对脱氢过程有毒化作用，其三是脱氢以后的产物不能及时降温，可能会导致物料分解或碳化。
三相流化床双循环连续脱氢生产草酸钠的工艺是将氮气、空气或脱硫后的烟道气加热至430℃～600℃作为载热介质，经鼓风机从流化床的底部通入，自下而上通过流化床；将甲酸钠在熔融锅中熔化并预热至200℃～250℃，然后将熔融状态的甲酸钠用压力泵打入流化床上部；在流化床内甲酸钠通过喷头以喷雾状喷淋下来，与上升的高温气流逆流接触，甲酸钠在流化床中的停留时间控制在20秒以内，脱氢产物草酸钠在流化床中的停留时间控制在10秒以内；脱氢产物草酸钠被上升气流迅速带出流化床并依次进入旋风分离器和洗涤塔中进行分离和冷却。此方法的优点是在普通流化床的基础上进行了改进，脱氢后的产物被迅速带出流化床并得以迅速降温，避免了产物的进一步分解，进一步提高了产物的收率，但也有一个缺点，就是未能彻底解决由于脱氢产物中含有大量氢气而带来的安全问题。
本发明的目的在于改进上述生产工艺，提高脱氢收率，并克服上述技术存在的不足，从而提供一种更加安全、可靠的过热蒸汽喷射混合快速升温连续脱氢生产草酸钠的工艺及设备。
本发明的目的可以通过以下措施来实现：
本发明过热蒸汽喷射混合快速升温连续脱氢生产草酸钠的工艺及设备是以甲酸钠为原料，连续脱氢制备草酸钠的新工艺。这个反应的化学式如下：
反应在310～450℃之间进行，最佳反应温度在420℃左右，而在物料升温过程中，尤其在300℃左右很容易产生副反应。
因而必须采取措施使物料快速升温，迅速越过300℃左右这个阶段，用尽可能短的时间达到脱氢温度420℃左右。此外，脱氢过程是一放热过程，脱氢后物料温度仍会继续上升，而脱氢后生成的草酸钠在高温下容易分解和碳化。所以脱氢后的产物草酸钠应立即离开高温区并立即降温，才能避免分解和碳化。
过热蒸汽喷射混合快速升温连续脱氢生产草酸钠的工艺，(1)将温度为500℃左右的过热蒸汽和加热至熔融状态，温度为200～250℃的甲酸钠同时进入喷射混合器，控制过热蒸汽和甲酸钠的比例，使混合后的温度达到420℃左右；
(2)将上述混合物通入自循环脱氢反应器中进行脱氢反应；
(3)脱氢以后的混合物进入冷却回收塔下部与从塔顶喷淋下来的草酸钠水溶液接触，使其迅速降温，并经冷却回收塔下降管流入草酸钠水溶液槽。
(4)上述混合物中的氢气在冷却回收塔中自下而上，与自上而下的草酸钠水溶液充分接触，经洗涤后的氢气从冷却回收塔的顶部排出；
(5)从冷却回收塔下降管排出的草酸钠水溶液一部分到下一工段进一步加工，另一部分经热交换器冷却后，由循环泵打入冷却回收塔上部循环使用。
过热蒸汽喷射混合快速升温连续脱氢生产草酸工艺的设备是：由喷射混合器(1)、自循环脱氢反应器(2)、冷却回收塔(3)、循环泵(4)、草酸钠水溶液槽(5)、热变换器(6)所组成，喷射混合器(1)通过管道与自循环脱氢反应器(2)接通，自循环脱氢反应器(2)通过管道与冷却回收塔(3)接通，冷却回收塔(3)下部通过下降管与草酸钠水溶液槽接通，上部通过管道经热交换器(6)和循环泵(4)与草酸钠水溶液槽接通。循环泵(4)的入口通过管道与草酸钠水溶液槽(5)接通，出口通过管道经热交换器(6)与冷却回收塔(3)接通。
本发明的优点：
1.实现了连续化生产，提高了劳动生产率，改善了生产条件和劳动环境；
2.由于过热蒸汽和甲酸钠液体在喷射混合器中充分混合快速升温，缩短了升温时间，减少了副产物的生成，提高了草酸钠的收率；
3.甲酸钠在自循环脱氢反应器中脱氢以后生成的草酸钠彭松状固体颗粒，被气流迅速带出脱氢反应器，并进入冷却回收塔迅速降温，减少了草酸钠的分解，提高了草酸钠的收率；
4.采用了草酸钠水溶液循环冷却，在提高草酸钠收率的同时，洗涤净化了氢气，草酸钠水溶液可直接进入下一工段，即铅化工段，省略了草酸钠溶解工序。
5.采用过热蒸汽作为加热介质，整个系统无三废排放，而且由于有锅炉用水除氧的成熟技术，过热蒸汽中几乎不含有氧气，彻底解决了氢气的安全问题，为工业化生产提供了安全保障。
附图说明如下：
附图是本发明的工艺设备原理图，其中1是喷射混合器，2是自循环脱氢反应器，3是冷却回收塔，4是循环泵，5是草酸钠水溶液槽，6是热交换器。
下面结合附图通过实施例进一步评述：
年产10000吨草酸钠生产装置，将500℃左右的过热蒸汽作为载热介质，与加热至熔融状态，温度为200～250℃的甲酸钠液体同时进入喷射混合器，在喷射混合器中迅速混合，控制过热蒸汽与甲酸钠的比例，使混合后的温度达到420℃左右，混合物迅速进入自循环脱氢反应器中进行脱氢反应，脱氢后产生的氢气与水蒸汽混合，彻底解决了氢气的安全隐患问题，脱氢后的彭松状的草酸钠被氢气和水蒸汽形成的混合气流迅速带出进入冷却回收塔，未脱氢的甲酸钠由于其比重较大则继续在脱氧反应器中循环，直到脱氢反应发生为止，冷却回收塔用草酸钠水溶液循环喷淋冷却，冷却回收塔内设有填料，温度低的草酸钠水溶液从塔顶喷淋下来，自上而下流过填料层，氢气和水蒸汽形成的混合气体夹带着脱氢后产生的产物草酸钠自下而上流过填料层，经充分接触，并控制好草酸钠水溶液的流量，使其将混合气体中的水蒸汽恰好完全冷凝下来变成冷凝水，同时将其中夹带的草酸钠全部溶解在水溶液中，通过下降管直接流入草酸钠水溶液槽，然后一部分由循环泵经热变换器冷却后打入冷却回收塔上部循环使用，另一部分到下一工段进一步加工。经过洗涤、冷却、净化后的氢气从冷却回收塔顶排出送入气柜待用。
Claims (2)
1.一种过热蒸汽喷射混合快速升温连续脱氢生产草酸钠的工艺，其特征是：(1)将温度为500℃的过热蒸汽和加热至熔融状态温度为200-250℃的甲酸钠同时进入喷射混合器，控制过热蒸汽和甲酸钠的比例，使混合后的温度达到420℃；
(2)将上述混合物通入自循环脱氢反应器中进行脱氢反应；
(3)脱氢以后的混合物进入冷却回收塔下部与从塔顶喷淋下来的草酸钠水溶液接触，使其迅速降温，并经冷却回收塔下降管流入草酸钠水溶液槽；
(4)上述混合物中的氢气在冷却回收塔中自下而上，与自上而下的草酸钠水溶液充分接触，经洗涤后的氢气从冷却回收塔的顶部排出；
(5)从冷却回收塔下降管排出的草酸钠水溶液一部分到下一工段进一步加工，另一部分经热交换器冷却后，由循环泵打入冷却回收塔上部循环使用。
2.根据权利要求1所述的过热蒸汽喷射混合快速升温连续脱氢生产草酸钠的工艺的设备，其特征是由喷射混合器(1)、自循环脱氢反应器(2)、冷却回收塔(3)、循环泵(4)、草酸钠水溶液槽(5)、热变换器(6)所组成，喷射混合器(1)通过管道与自循环脱氢反应器(2)接通，自循环脱氢反应器(2)通过管道与冷却回收塔(3)接通，冷却回收塔(3)下部通过下降管与草酸钠水溶液槽接通，上部通过管道经热交换器(6)和循环泵(4)与草酸钠水溶液槽接通，循环泵(4)的入口通过管道与草酸钠水溶液槽(5)接通，出口通过管道经热交换器(6)与冷却回收塔(3)接通。
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