CN204848705U - 精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，包括依次连接的第一降温设备、第一气液分离设备、第二降温设备、吸收塔、第二气液分离设备、除氧设备、变压吸附设备和多级氢压机组，第一降温设备的进口连接精制单元的结晶器或结晶器组的不凝气体出口，各氢压机的进口各自连接变压吸附设备的出口管路，各氢压机的进口或出口各自连接新鲜氢气供气管路，各氢压机的出口接入精制单元的加氢反应器，各氢压机的进口管路和出口管路上均设有阀门。本实用新型能量回收充分、可操作性强，能得到较高纯度的氢气，实现氢气回收利用的同时有利于降低能耗、节约成本、提高生产安全性，适用于新建PTA生产线及己有生产装置的改造。

Description

精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置

技术领域

本实用新型涉及一种能够对精对苯二甲酸（PTA）精制过程中过量的氢气进行除杂并循环利用的装置。

背景技术

精对苯二甲酸（PTA）常温下为白色晶体或粉末，无毒，无味，PTA的下游加工产品主要是聚酯。PTA产品中的微量杂质（对甲基苯甲酸，p-TA、对羧基苯甲醛，4-CBA）对聚酯产品的外观及品质有较大影响，因此需严格控制。

PTA生产主工艺包括氧化和精制两部分。氧化生产出来的产品中4-CBA含量较高，一般为2000-4000ppm。由于4-CBA不易溶于水，经过洗涤后，无法将4-CBA除去，因此，需要在精制过程中净化去除，精制部分采用加氢工艺，将4-CBA还原为较易溶于水的p-TA，再经过水洗后得到高纯度的PTA产品。在此过程中，为保证反应产品质量，氢气是过量的，经过结晶器闪蒸、回收热量后排放至大气。

目前对于PTA生产过程中氢气回收已有部分研究，中国专利200910090510.1中描述通过三级冷却，将结晶器闪蒸汽降温、降压后，实现氢气与水蒸汽的分离，该方法基本上不改变原有的生产工艺，投资基本不变，且简单易行。中国专利申请201110159006.X中提到将结晶器闪蒸汽降温、降压、吸收水分、氢气提纯、压缩后进行回收利用，实现生产成本降低。中国专利申请201310090450.X中利用降温、降压、碱洗、水洗、变压吸附将闪蒸汽中的水、有机酸等除去后，回收利用。美国专利US6407286采用降温、汽液分离、冷却、变换、压缩，回收未反应完全的氢气，在此工艺中引入了CO变换过程，使CO转化为CO₂和H₂。

现有的氢气回收技术中都没有涉及对其中所含氧气的处理。从氧化得到的浆料调配至精制反应器的工艺过程中，由于浆料调配是与大气接触的，在这个过程中会将空气中的氧气溶解带入精制反应器，加氢过程不会将氧气去除。如果氢气回收过程中也不能很好地去除氧气，氧气会进入氢气循环系统，进而不断累积，存在一定的爆炸危险。

发明内容

为了克服现有技术下的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，能去除包括氧气在内的各种杂质，实现处理后氢气纯度在99.9%以上，不仅降低了能耗，节约了成本，还提高了系统安全性。

本实用新型的技术方案是：

一种精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，包括多台相串联的氢压机组成的氢压机组，还包括依次连接的第一降温设备、第一气液分离设备、第二降温设备、吸收塔、第二气液分离设备、除氧设备和变压吸附设备，所述第一降温设备的进口连接精制单元的结晶器或结晶器组的不凝气体出口，所述变压吸附设备的出口连接所述氢压机组的进口。

所述除氧设备可以为除氧反应器。

所述第一降温设备可以为第一换热器，所述第一换热器的放热介质进口连接所述精制单元的结晶器组的不凝气体出口，放热介质出口连接第一气液分离设备的进口，所述第一换热器的吸热介质进口连接精制单元的浆料供料装置或浆料供料管路，吸热介质出口连接精制单元的加氢反应器的浆料进口。

所述第一气液分离设备可以为汽液分离罐，所述汽液分离罐的气相出口连接第二降温设备的进口，所述汽液分离罐的液相出口连接精制单元的浆料供料装置或浆料供料管路。

第二降温设备可以为冷却器，所述冷却器优选采用循环冷却水冷却方式。

所述吸收塔的顶部设有高压除盐水进口和气相出口，所述吸收塔底部设有塔底液出口，所述塔底液出口优选连接精制单元的浆料供料装置或浆料供料管路，所述气相出口连接第二气液分离设备，所述吸收塔中下部的物料进口作为所述吸收塔的进口。

所述第二气液分离设备可以为保安汽液分离罐，所述保安汽液分离罐的液相出口可以连接精制单元的浆料供料装置或浆料供料管路，所述保安汽液分离罐的气相出口作为所述第二气液分离设备的出口。

所述保安汽液分离罐中优选设有除沫器。

对于前述任意一种所述的精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，各氢压机的进口可以各自通过管路连接到所述变压吸附设备的出口管路上，各氢压机的进口或各氢压机的出口可以各自通过管路连接新鲜氢气供气管路，各氢压机的出口均连接到精制单元的加氢反应器的氢气进口，各氢压机的进口构成了所述氢压机组的进口，各氢压机与所述变压吸附设备的出口管路和新鲜氢气供气管路的连接管路上均设有阀门。

在所述变压吸附设备的出口管路上、所述阀门的上游还可以设置在线分析系统。

本实用新型的有益效果为：

由于设置了除氧设备，可以有效去除精制阶段浆料调配溶解带入的氧气，可避免氢气循环利用造成的系统中氧气的累积，从而降低或避免系统爆炸危险，显著提高了系统安全性。

由于使不同级的氢压机各自连接变压吸附设备的出口管路以及加氢反应器的新鲜氢气供气管路，可以结合不同生产装置进行不同配置，实现除杂处理后的氢气进入氢压机的级间不同，进而保证最大的能量回收效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理图。

具体实施方式

图1中各部分名称为：R01-加氢反应器；V01-结晶器（组）；E01-浆料换热器；G01-初级汽液分离罐；E02-冷却器；C01-吸收塔；G02-保安汽液分离罐；R02-除氧反应器；R03-变压吸附设备/系统；M01-第一级氢压机；M02-第二级氢压机；M03-第三级氢压机。

参见图1，本实用新型提供了一种精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，包括多台相串联的氢压机组成的氢压机组，还包括依次连接的第一降温设备、第一气液分离设备、第二降温设备、吸收塔、第二气液分离设备、除氧设备和变压吸附设备，所述第一降温设备的进口连接精制单元的结晶器（组）的不凝气体出口，所述变压吸附设备对进入其中的气相进行净化处理。所述变压吸附设备的出口连接所述氢压机组的进口。含有未反应氢气的结晶闪蒸汽通过降温、吸收、分离、除氧、变压吸附等过程后，氢气纯度可达99.9%以上，实现了氢气的除杂和回收利用。

所述除氧设备可以为除氧反应器，使第二气液分离设备出来的气相进入催化氧化装置进行除氧处理。该装置的操作温度可以为20-90℃，最好在40-60℃范围。

所述第一降温设备可以为第一换热器，所述第一换热器的放热介质进口连接所述精制单元的结晶器组的不凝气体出口，放热介质出口连接第一气液分离设备的进口，所述第一换热器的吸热介质进口连接精制单元的浆料供料装置或浆料供料管路，吸热介质出口连接精制单元的加氢反应器的浆料进口。

所述第一气液分离设备可以为汽液分离罐，所述汽液分离罐的气相出口连接第二降温设备的进口，所述汽液分离罐的液相出口连接精制单元的浆料供料装置或浆料供料管路。

第二降温设备可以为冷却器，所述冷却器优选采用循环冷却水冷却方式。

所述吸收塔的顶部设有高压除盐水进口和气相出口，所述吸收塔底部设有塔底液出口，所述塔底液出口优选连接精制单元的浆料供料装置或浆料供料管路，所述气相出口连接第二气液分离设备，所述吸收塔中下部的物料进口作为所述吸收塔的进口。所述吸收塔可以采用筛板塔或者规整填料的填料塔。

所述第二气液分离设备可以为保安汽液分离罐，所述保安汽液分离罐的液相出口可以连接精制单元的浆料供料装置或浆料供料管路，所述保安汽液分离罐的气相出口作为所述第二气液分离设备的出口。

所述保安汽液分离罐中优选设有除沫器，以保持气相中水夹带量在较低的水平。

各氢压机的进口优选各自通过管路连接到所述变压吸附设备的出口管路上，各氢压机的进口或各氢压机的出口优选各自通过管路连接新鲜氢气供气管路，各氢压机的出口均连接到精制单元的加氢反应器的氢气进口，各氢压机的进口构成了所述氢压机组的进口，各氢压机与所述变压吸附设备的出口管路和新鲜氢气供气管路的连接管路上均设有阀门。除杂处理后的高纯度氢气与新鲜氢气混合后经氢压机压缩后送入加氢反应器中循环利用，或者，除杂处理后的高纯度氢气经氢压机压缩后并入新鲜氢气送入加氢反应器中循环利用。各氢压机与所述变压吸附设备的出口管路和新鲜氢气供气管路的连接管路上均设有阀门，使得可以灵活改变进入加氢反应器的氢气的量，氢气是除杂处理后的高纯度氢气、新鲜氢气还是二者混合物，以及氢气从压缩机组的哪个级开始进行压缩。

在所述变压吸附设备的出口管路上、所述阀门的上游还可以设置在线分析系统。根据氢气压缩机的级间压力，可方便地调节除杂后得到的高纯度氢气进入氢压机组的不同级间。

利用本实用新型对精对苯二甲酸精制单元过量的氢的除杂回收过程如下：

（1）闪蒸：精制单元中，加氢反应完成后的浆料从加氢反应器出来进入结晶器（组）进行闪蒸，闪蒸压力宜控制在0.1-6MPaG，最好控制在3-5MPaG。

（2）换热：结晶器（组）顶部出来的闪蒸汽与进入加氢反应器的浆料在第一换热器中进行换热。一方面加热浆料，另一方面将水蒸汽转化为凝液，回收其热量。控制气相分率在0.01-0.3，回收部分能量，节省新鲜蒸汽的使用量。

（3）初级汽液分离：经换热完成的物流（凝液）送入汽液分离罐，实现大部分液体和气体的分离，液体通过液位控制，作为回用水回用到浆料中用于调节浆料浓度。初级汽液分离出来的气体主要包括：水蒸汽、H2、N₂、O₂、CO、CO₂、苯甲酸（BA）、p-TA、4-CBA、醋酸（HAc），以及夹带的少量TA粉末。

（4）冷却：从初级汽液分离出来的气相再经循环冷却水继续冷却，将剩余的水蒸汽冷凝下来，冷却温度为40-150℃。

（5）吸收：为保证气体中杂质气体含量较低，在洗涤塔中加入高压除盐水进行洗涤吸收，将其中少量的BA、p-TA、HAc、4-CBA等有机物进一步洗涤吸收去除，使剩余的p-TA等杂质降到可接受范围。经喷淋后的气体温度控制在20-90℃，最好在40-60℃范围。

（6）保安分离：洗涤后的气体再经保安汽液分离罐进一步分离。保安汽液分离罐内设置除沫器，可减少对水汽的夹带。

（7）除氧：为保证氧气不在系统中富集，设置催化除氧装置，以催化氧气与氢气反应生成水。

（8）变压吸附（PSA）：除氧后的富氢气体送入PSA进行处理，将剩余杂质气体除去以满足加氢精制需要。

（9）压缩：经PSA处理后的气体并入新鲜氢气，根据回收气体的压力与氢气压缩机的压力匹配，将回收氢气加到相应的级间，最大程度的回收能量。

以某年产120万吨PTA装置为例，采用本实用新型的装置进行氢气除杂回收，结晶器闪蒸气为4MPaG，PSA出口压力为2.2MPaG，加入到第二级氢气压缩机与新鲜氢气混合。初级汽液分离气相组成见表1，处理后的氢气达到99.98（vol%），完全可以满足加氢反应的需要。

本实用新型是根据PTA实际生产过程中结晶器闪蒸汽的组成，针对性的开发出的流程简单、能量回收充分、可操作性强的氢气除杂回收装置。含有未反应氢气的结晶闪蒸汽通过降温、吸收、分离、除氧、变压吸附等过程，实现氢气的回收利用，降低能耗、节约成本。本实用新型适用于新建PTA生产线及己有生产线的改造。

Claims (10)

1.一种精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，包括多台相串联的氢压机组成的氢压机组，其特征在于还包括依次连接的第一降温设备、第一气液分离设备、第二降温设备、吸收塔、第二气液分离设备、除氧设备和变压吸附设备，所述第一降温设备的进口连接精制单元的结晶器或结晶器组的不凝气体出口，所述变压吸附设备的出口连接所述氢压机组的进口。

2.如权利要求1所述的精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，其特征在于所述除氧设备为除氧反应器。

3.如权利要求2所述的精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，其特征在于所述第一降温设备为第一换热器，所述第一换热器的放热介质进口连接所述精制单元的结晶器组的不凝气体出口，放热介质出口连接第一气液分离设备的进口，所述第一换热器的吸热介质进口连接精制单元的浆料供料装置或浆料供料管路，吸热介质出口连接精制单元的加氢反应器的浆料进口。

4.如权利要求3所述的精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，其特征在于所述第一气液分离设备为汽液分离罐，所述汽液分离罐的气相出口连接第二降温设备的进口，所述汽液分离罐的液相出口连接精制单元的浆料供料装置或浆料供料管路。

5.如权利要求4所述的精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，其特征在于第二降温设备为冷却器，所述冷却器采用循环冷却水冷却方式。

6.如权利要求5所述的精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，其特征在于所述吸收塔的顶部设有高压除盐水进口和气相出口，所述吸收塔底部设有塔底液出口，所述塔底液出口连接精制单元的浆料供料装置或浆料供料管路，所述气相出口连接第二气液分离设备，所述吸收塔中下部的物料进口作为所述吸收塔的进口。

7.如权利要求6所述的精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，其特征在于所述第二气液分离设备为保安汽液分离罐，所述保安汽液分离罐的液相出口连接精制单元的浆料供料装置或浆料供料管路，所述保安汽液分离罐的气相出口作为所述第二气液分离设备的出口。

8.如权利要求7所述的精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，其特征在于所述保安汽液分离罐中设有除沫器。

9.如权利要求1-8中任意一个权利要求所述的精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，其特征在于各氢压机的进口各自通过管路连接到所述变压吸附设备的出口管路上，各氢压机的进口或各氢压机的出口各自通过管路连接新鲜氢气供气管路，各氢压机的出口均连接到精制单元的加氢反应器的氢气进口，各氢压机的进口构成了所述氢压机组的进口，各氢压机与所述变压吸附设备的出口管路和新鲜氢气供气管路的连接管路上均设有阀门。

10.如权利要求9所述的精对苯二甲酸精制单元氢气除杂回收装置，其特征在于在所述变压吸附设备的出口管路上所述阀门的上游设置在线分析系统。