CN201785327U - 环氧丙烷的氯醇法制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种环氧丙烷的氯醇法制备系统，以精确控制氯醇化工序及皂化工序，减少副反应的发生并节约能源。该制备系统包括：丙烯蒸发器、氯醇反应器、皂化塔及蒸馏塔；本实用新型中，该系统还包括：控制丙烯蒸发器内气相压力、液相温度及液位的高温蒸汽凝水流量-丙烯气体压力控制子系统，氯气-丙烯比值调节子系统，以及控制皂化搭内的温度的热水与蒸汽流量的串级调节子系统。

Description

环氧丙烷的氯醇法制备系统

技术领域

本实用新型涉及化工技术领域，尤其涉及一种环氧丙烷的氯醇法制备系统。

背景技术

氯醇法生产环氧丙烷技术主要是以丙烯和氯气为原料。首先丙烯经氯醇化反应生成氯丙醇，其次，氯丙醇经皂化反应生成环氧丙烷，最后经精制得到环氧丙烷产品。其生产原理如下：

1、氯醇化工序

工艺水、氯气、丙烯分别进入反应器，发生下列反应：

CL2+H2O→HCLO+HCL   (1-1-1)

CH3CHCH2+HCLO→CH3CHOHCH2CL(β_氯丙醇)

               +CH3CHCLCH20H(α_氯丙醇)(1-1-2)

丙烯和氯气在水相中生成氯丙醇溶液，供皂化工序使用。

2、皂化工序

氯丙醇与石灰乳在皂化塔内发生皂化反应，生成环氧丙烷，供精馏工序使用。

3、精馏工序

然而现有的环氧丙烷控制系统存在以下问题，有待于进一步改进：

1、丙烯、氯气的配比控制问题——丙烯、氯气的配比是氯醇化反应中最为重要的工艺参数，直接决定着中间产物氯丙醇的产出率，因此配比控制是否合理，直接影响氯醇反应的投入产出比，

2、丙烯蒸发器的控制问题——原料丙烯是液态丙烯，丙烯由丙烯储罐通过泵抽送至丙烯蒸发器，然后与高温蒸汽凝水进行换热，气化成气态丙烯后送至氯醇反应器参加下一步反应，而丙烯蒸发器的加热介质是高温蒸汽凝水，因此丙烯蒸发器的气相压力、液相温度及液位的控制对于能否实现工艺的要求至关重要。

3、皂化反应的热量控制。皂化反应阶段，皂化塔需要通入蒸汽以实现对反应生成的环氧丙烷的汽提。蒸汽来自厂区外，其温度、压力很不稳定，控制精度低。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种环氧丙烷的氯醇法制备系统，以精确控制氯醇化工序及皂化工序，减少副反应的发生并节约能源。

为达上述目的，本实用新型公开的环氧丙烷的氯醇法制备系统，包括：丙烯蒸发器、氯醇反应器、皂化塔及蒸馏塔，且该制备系统还包括：

控制丙烯蒸发器内气相压力、液相温度及液位的高温蒸汽凝水(即蒸汽冷凝回收后的水，大约在60摄氏度左右)流量-丙烯气体压力控制子系统，其设有压力数据输入端、流量数据输入端和控制指令输出端，其中，该的压力数据输入端与设置在该气态丙烯出口的压力计数据输出端连接，该的流量数据输入端与设置在该高温蒸汽凝水入口处的流量计的数据输出端连接，该的控制指令输出端与设置在该高温蒸汽凝水入口处的流量调节阀的指令输入端连接；

维持丙烯混合气与氯气的摩尔比在1.6～1.7的氯气-丙烯比值调节子系统，其设置有两个进气端口和两个出气端口，其中，第一进气端口与该丙烯蒸发器的物料输出端和该丙烯回收塔的物料输出端相连通，第二进气端口外接氯气，第一出气端口与该氯醇反应器的物料输入端连接，第二出气端口与该氯气预溶器的物料输入端连接；以及

控制皂化搭内的温度的热水与蒸汽流量的串级调节子系统，其设有蒸汽流量测量变送器，蒸汽流量调节器，调节阀，温度测量变送器和温度调节器，该温度调节器与温度测量变送器连接，分别用于调节及侦测置于皂化塔上部的分凝器的热水出入口处的温度，该蒸汽流量调节器与蒸汽流量测量变送器及调节阀连接，用于调节该皂化塔底部通入的蒸汽的流量。

较佳的，该高温蒸汽凝水流量-丙烯气体压力控制子系统为基于神经网络的PID自适应控制子系统。

较佳的，该氯气-丙烯比值调节子系统包括：在线分析仪，比值调节器，氯气控制回路和丙烯混合气控制回路；其中，

该在线分析仪用于分析丙烯混合气的组分及含量；

该比值调节器用于根据该在线分析仪的组分及含量调节该丙烯混合气与氯气的摩尔质量比维持在1∶1.7，并控制氯气控制回路输送的流量与该丙烯混合气控制回路输送丙烯混合气的流量比为1.6～1.7；

该氯气控制回路包括依次连接的氯气流量调节器、氯气调节阀、氯气流量变送器；

该丙烯混合气控制回路包括依次连接的丙烯混合气流量调节器、丙烯调节阀、丙烯流量变送器；

该氯气控制回路和该丙烯混合气控制回路经该比值调节器连接。

本实用新型提供的环氧丙烷的氯醇法制备系统，高温蒸汽凝水流量-丙烯气体压力控制子系统可以精确控制丙烯蒸发器的气相压力、液相温度及液位，从而为氯气-丙烯比值调节子系统精确控制纯丙烯的流量提供了条件；而氯气-丙烯比值调节子系统中，通过调节丙烯混合气(包括纯丙烯、回收的丙烯及少量杂质)以及氯气的流量，可以减少副反应的发生；而在热水与蒸汽流量的串级调节子系统的作用下，可以精确控制从皂化塔内输入的蒸汽的流量，从而可以节省蒸汽能源。

附图说明

图1为本实用新型公开的环氧丙烷的氯醇法制备系统的简易结构框图；

图2为本实用新型公开的高温蒸汽凝水流量-丙烯气体压力控制子系统的结构框图；

图3及图4分别为本实用新型公开的氯气-丙烯比值调节子系统的部署及内部结构框图；

图5为本实用新型实施例提供的制备环氧丙烷的热水与蒸汽流量的串级调节系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细描述。

本实用新型公开一种环氧丙烷的氯醇法制备系统，如图1所示，该系统包括：丙烯蒸发器、氯醇反应器、皂化塔、蒸馏塔，且还包括用于控制丙烯蒸发器的气相压力、液相温度及液位的高温蒸汽凝水流量-丙烯气体压力控制子系统，用于控制氯醇反应器物料配比的氯气-丙烯比值调节子系统，以及用于控制皂化塔温度的热水与蒸汽流量的串级调节子系统。

图2是上述高温蒸汽凝水流量-丙烯气体压力控制子系统的一具体实施例，丙烯发生器上设有高温蒸汽凝水入口2，高温蒸汽凝水出口3，液态丙烯入口4和气态丙烯出口5。其中，高温蒸汽凝水流量-丙烯气体压力控制子系统1设有压力数据输入端11、流量数据输入端12和控制指令输出端13；其中，所述的压力数据输入端11与设置在所述气态丙烯出口5的压力计51数据输出端连接，所述的流量数据输入端12与设置在所述高温蒸汽凝水入口2处的流量计21的数据输出端连接，所述的控制指令输出端13与设置在所述高温蒸汽凝水入口2处的流量调节阀22的指令输入端连接。

在实际的工作状态中，所述丙烯蒸发器绝大部分的时间都工作在稳态。因此，所述高温蒸汽凝水流量-丙烯气体压力控制系统1所能采集到的丙烯气体压力和高温蒸汽凝水流量的数据都是工作点附近的数据，通过筛选，一共获得有代表性的296对数据。由于这里所要建立的模型是静态模型，所以采用RBF神经网络作为辨识器。首先对所得到的数据进行归一化处理，然后利用处理后的数据建立F-P模型。其模型N如下：

$X(t+1)=(1-b)X\left(t\right)+\frac{\mathrm{aX}(t-\mathrm{\τ})}{1+X(t-\mathrm{\τ})}$

其中，a＝0.2，b＝0.1，τ＝17。

再在该模型的输出端增加一个一阶环节P(s)，

$P\left(S\right)=\frac{1}{1+{\mathrm{\τ}}_{2}S}$

其中，τ₂为时间常数。这样，整体模型M为M＝N.P(s)。

引入P(s)的主要目的是在静态模型的基础上进行动态的模拟，以得到一个近似的动态模型。时间常数τ₂可以利用装置的工艺参数进行估算，取τ₂＝5.5。

然后，建立好数据模型的所述高温蒸汽凝水流量-丙烯气体压力控制系统1的压力数据输入端接收到所述压力计51输出的数据，便可精确的向外输出控制指令控制所述流量调节阀22，进而得到控制高温蒸汽凝水的流量，有效的保证了所述丙烯蒸发器输出的丙烯气体的压力，更有利于氯醇化反应过程中对丙烯和氯气的配比的控制。

图3及图4是上述氯气-丙烯比值调节子系统的一具体实施例，如图3所示，氯醇反应器的物料输入端分别与丙烯蒸发器的物料输出端、氯气预溶器的物料输出端和丙烯回收塔的物料输出端相连通，氯醇反应器的物料输出端与氯丙醇分离器的物料输入端相连通，在丙烯蒸发器和氯醇反应器之间，氯气预溶器的物料输入端设置一氯气-丙烯比值调节系统，氯气-丙烯比值调节系统设置有两个进气端口和两个出气端口，其中，第一进气端口与丙烯蒸发器的物料输出端和丙烯回收塔的物料输出端相连通，第二进气端口外接氯气，第一出气端口与氯醇反应器的物料输入端连接，第二出气端口与氯气预溶器的物料输入端连接。

如图4所示，该氯气一丙烯比值调节子系统包括：在线分析仪，比值调节器，氯气控制回路和丙烯混合气控制回路；其中，该氯气控制回路包括依次连接的氯气流量调节器、氯气调节阀、氯气流量变送器；该丙烯混合气控制回路包括依次连接的丙烯混合气流量调节器、丙烯调节阀、丙烯流量变送器；该氯气控制回路和该丙烯混合气控制回路经该比值调节器连接。图4中，在线分析仪用于分析丙烯混合气(包括纯丙烯、回收的丙烯及少量杂质)的组分及含量；而比值调节器用于根据该在线分析仪的组分及含量调节该丙烯混合气与氯气的摩尔质量比维持在1∶1.7，并控制氯气的流量与该丙烯混合气的流量比为1.6～1.7。较佳的，对于外界对氯气流量对象的干扰，本实施例可以用温度压力补偿器对其进行温度和压力补偿。

丙烯从丙烯球罐管道输送到丙烯蒸发器，汽化后通过调节气体压力，与回收丙烯混合形成丙烯混合气，所述丙烯混合气和外接氯气经所述氯气-丙烯比值调节系统，根据氯气的流量调节丙烯混合气的流量，使得丙烯混合气与氯气的摩尔比保持在1.6-1.7。经所述氯气-丙烯比值调节系统输出的氯气进入所述氯气预溶器溶解后进入所述氯醇化反应器，同时输出的所述丙烯混合气进入所述氯醇化反应器，并发生氯醇化反应。

反应生成的氯丙醇水溶液进入氯丙醇分离器进行气液分离，氯丙醇溶液从氯丙醇分离器底部进入氯丙醇缓冲罐，供皂化工序使用。另外，氯醇反应器的反应尾气进入第一碱洗塔，洗去酸雾，然后将气体冷却。冷却下来的气体大部分进入丙烯回收塔，回收的丙烯与新鲜丙烯再次混合。冷却下来的液体和丙烯回收塔回收丙烯以后的气体进入碱液循环罐。经丙烯回收塔回收丙烯以后的气体，主要是不发生反应的丙烷、氧气、氮气等惰性气体，还有少量过量的丙烯，从第二碱洗塔的底部进入，碱洗酸雾和可能带出的氯气后，经冷却、气液分离，排空。

图5是上述热水与蒸汽流量的串级调节子系统的一具体实施例，如图5所示，皂化塔包括皂化反应器及置于其上的分凝器，该分凝器的内部通有热水，其中该热水可源自精馏塔再沸器，该精馏塔再沸器由蒸汽加热，以对易挥发的环氧丙烷进行精馏处理。而该皂化塔的底部则通有蒸汽，其中，该蒸汽主要用于完成环氧丙烷气提，而部分蒸汽热量则用于与分凝器中的热水发生热交换并得以部分回收，由此该蒸汽也可用于控制热水的温度，使皂化塔内的温度满足工艺要求。

如图5所示，热水与蒸汽流量的串级调节系统包括：温度测量变送器，温度调节器，蒸汽流量测量变送器，蒸汽流量调节器和调节阀。一方面，温度调节器用于调节分凝器热水入口的温度，温度测量变速器用于感测分凝器热水出口(该出口的热水可进一步回收至精馏塔再沸器)的温度，且温度调节器与温度测量变送器连接，以此形成一个控制皂化塔内温度的环路。另一方面，蒸汽流量调节器与蒸汽流量测量变送器及调节阀连接，用于调节皂化塔底部通入的蒸汽的流量，进而形成又一个控制皂化塔内温度的环路。

较佳的，上述调节阀为在该蒸汽流量调节器发生故障时处于全关状态的气开式调节阀；如此则一旦蒸汽流量调节器损坏，调节阀处于全关状态，切断蒸汽进入皂化反应器，从而可确保设备安全。为提高控制的精度，本实施例中的蒸汽流量测量变送器选自漩涡式流量测量变送器。

图5所示的热水与蒸汽流量的串级调节系统在使用时，以温度调节器主控皂化塔顶部温度，而以蒸汽流量调节器进行皂化塔底部温度的控制并辅助控制塔顶的温度。两者协同作业以控制皂化塔内的温度。

假若根据工艺要求，该热水与蒸汽流量的串级调节系统需要维持分凝器内的热水温度在70℃～75℃，则控制方式如下所述：

1、如果在该温度测量变送器所测的温度在70℃～75℃内波动时，若温度调节器所调节的分凝器热水入口的温度较高，则蒸汽流量调节器可减少调节阀所通过的蒸汽的流量；若蒸汽流量调节器调节的蒸汽的流量增加，则温度调节器可降低分凝器热水入口的温度。如此，则温度调节器与蒸汽流量调节器之间互相反馈，通过此消彼长的交替作用，精确控制皂化塔内的温度，使之既有利于皂化反应，又节约了蒸汽能源。进一步的，该温度调节器与蒸汽流量调节器之间连接有一调度温度调节器与蒸汽流量调节器协同作业的中央处理器(图中未示出)。

2、当该温度测量变送器所测的温度高于75℃时，既可通过温度调节器调低分凝器热水入口的温度，又可通过蒸汽流量调节器减少调节阀所通过的蒸汽的流量，或者两者同时进行作业。

3、当温度测量变送器所测的温度低于70℃时，既可通过温度调节器增加分凝器热水入口的温度，又可通过蒸汽流量调节器增加调节阀所通过的蒸汽的流量，或者两者同时进行作业。

图5所示的热水与蒸汽流量的串级调节系统，通过温度调节器与蒸汽流量调节器协同作业，可以精确控制皂化塔内的温度，进而达成在利于皂化反应的同时又节约了蒸汽能源。

综上所述，本实用新型提供的环氧丙烷的氯醇法制备系统，高温蒸汽凝水流量-丙烯气体压力控制子系统可以精确控制丙烯蒸发器的气相压力、液相温度及液位，从而为氯气-丙烯比值调节子系统精确控制纯丙烯的流量提供了条件；而氯气-丙烯比值调节子系统中，通过调节丙烯混合气以及氯气的流量，可以减少副反应的发生；而在热水与蒸汽流量的串级调节子系统的作用下，可以精确控制从皂化塔内输入的蒸汽的流量，从而可以节省蒸汽能源。

以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种环氧丙烷的氯醇法制备系统，包括：丙烯蒸发器、氯醇反应器、皂化塔及蒸馏塔，其特征在于，还包括：

控制丙烯蒸发器内气相压力、液相温度及液位的高温蒸汽凝水流量-丙烯气体压力控制子系统，其设有压力数据输入端、流量数据输入端和控制指令输出端，其中，所述的压力数据输入端与设置在所述气态丙烯出口的压力计数据输出端连接，所述的流量数据输入端与设置在所述高温蒸汽凝水入口处的流量计的数据输出端连接，所述的控制指令输出端与设置在所述高温蒸汽凝水入口处的流量调节阀的指令输入端连接；

氯气-丙烯比值调节子系统，其设置有两个进气端口和两个出气端口，其中，第一进气端口与所述丙烯蒸发器的物料输出端和所述丙烯回收塔的物料输出端相连通，第二进气端口外接氯气，第一出气端口与所述氯醇反应器的物料输入端连接，第二出气端口与所述氯气预溶器的物料输入端连接；以及

控制皂化搭内的温度的热水与蒸汽流量的串级调节子系统，其设有蒸汽流量测量变送器，蒸汽流量调节器，调节阀，温度测量变送器和温度调节器，所述温度调节器与温度测量变送器连接，分别用于调节及侦测置于皂化塔上部的分凝器的热水出入口处的温度，所述蒸汽流量调节器与蒸汽流量测量变送器及调节阀连接，用于调节所述皂化塔底部通入的蒸汽的流量。

2.根据权利要求1所述的环氧丙烷的氯醇法制备系统，其特征在于，所述高温蒸汽凝水流量-丙烯气体压力控制子系统为基于神经网络的PID自适应控制子系统。

3.根据权利要求1所述的环氧丙烷的氯醇法制备系统，其特征在于，所述氯气-丙烯比值调节子系统包括：在线分析仪，比值调节器，氯气控制回路和丙烯混合气控制回路；其中，

所述在线分析仪用于分析丙烯混合气的组分及含量；

所述比值调节器用于根据所述在线分析仪的组分及含量调节所述丙烯混合气与氯气的摩尔质量比维持在1∶1.7，并控制氯气控制回路输送的流量与所述丙烯混合气控制回路输送丙烯混合气的流量比为1.6～1.7；

所述氯气控制回路包括依次连接的氯气流量调节器、氯气调节阀、氯气流量变送器；

所述丙烯混合气控制回路包括依次连接的丙烯混合气流量调节器、丙烯调节阀、丙烯流量变送器；

所述氯气控制回路和所述丙烯混合气控制回路经所述比值调节器连接。

Images