CN205495345U - 一种用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备，原料缓冲罐中为己内酰胺生产过程中产生的尾气，原料缓冲罐与氢气缓冲罐之间通过管道依次连接有变温吸附塔和变压吸附塔，解吸气输入端和解吸气缓冲罐分别独立通过管道连接在变温吸附塔与变压吸附塔之间的管道上，解吸气输出端通过管道连接在原料缓冲罐与变温吸附塔之间的管道上，中间缓冲罐通过管道连接在变压吸附塔与氢气缓冲罐之间的管道上。本实用新型设备能将尾气中的轻组分氢气和重组分环己酮、环己烷以及环己醇等分离，分离出来的氢气和重组分分别送往主装置前段工序用于中间产品的还原和再生产，增加企业的经济效益，同时降低已内酰胺产品生产单耗，为企业降本增效。

Description

一种用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备

技术领域

本实用新型涉及己内酰胺生产以及有类似需要将气体中轻组分与重组分分离并提纯的设备，尤其是涉及一种用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备。

背景技术

己内酰胺是一种比较重要的化工原料，市场前景也比较广阔，但在己内酰胺生产过程中会产生部分尾气，此尾气主要成分为氢气、环己酮、环己烷、环己醇。若直接排放，会造成严重的大气污染，但若直接燃烧，不仅尾气的热值不高，而且燃烧同时产生的废气排放至大气，同样给大气环境造成负担。

发明内容

本实用新型设计了一种用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备，其解决的技术问题是现有己内酰胺生产过程中会产生的部分尾气不易处理，燃烧或直接排放都容易造成环境污染问题。

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用了以下方案：

一种用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备，包括原料缓冲罐、变温吸附塔、变压吸附塔、解吸气缓冲罐、氢气缓冲罐以及中间缓冲罐；其中，原料缓冲罐中为己内酰胺生产过程中会产生的尾气，其特征在于：原料缓冲罐与氢气缓冲罐之间通过管道依次连接有变温吸附塔和变压吸附塔，解吸气输入端和解吸气缓冲罐分别独立通过管道连接在变温吸附塔与变压吸附塔之间的管道上，解吸气输出端通过管道连接在原料缓冲罐与变温吸附塔之间的管道上，中间缓冲罐通过管道连接在变压吸附塔与氢气缓冲罐之间的管道上。

进一步，变温吸附塔数量为多台，多台变温吸附塔并联在原料缓冲罐与变压吸附塔之间；其中，至少一台变温吸附塔进行吸附，一台变温吸附塔进行再生。

进一步，解吸气输入端的管道上还连接解吸气加热器。

进一步，变压吸附塔数量为多台，多台变压吸附塔并联在变温吸附塔与氢气缓冲罐之间。

进一步，压力较高的变压吸附塔与压力较低的变压吸附塔之间进行均压。

进一步，中间缓冲罐与变压吸附塔与氢气缓冲罐之间的管道存在循环回路。

进一步，上述各个管道上都设有通过编程控制仪表风带动的程控阀门。

该用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备具有以下有益效果：

（1）本实用新型设备能将尾气中的轻组分氢气和重组分环己酮、环己烷以及环己醇等分离，分离出来的氢气和重组分分别送往主装置前段工序用于中间产品的还原和再生产，增加企业的经济效益，同时降低已内酰胺产品生产单耗，为企业降本增效。

（2）本实用新型设备采用常压再生方式，最大程度节约运行能耗，降低成本。

（3）本实用新型设备全部由自动控制系统按预先编制好的程序通过仪表风带动程控阀门运行，无需手动操作。

（4）本实用新型设备可有效脱除原料气中的重组分杂质，保证了吸附剂的长期使用，提高了装置的适应能力，并且不会形成对环境的污染。

（5）本实用新型设备扩能非常方便，只需增加吸附塔就可以将处理能力增大，满足扩产的需要。

（6）本实用新型设备可利用己内酰胺尾气自身压力即可实现工艺回收，无需再增压，运行中能耗较低。

附图说明

图1是本实用新型用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备组成示意图。

附图标记说明：

V101—原料缓冲罐；T101A—第一变温吸附塔；T101B—第二变温吸附塔；E101—解吸气加热器；T201A—第一变压吸附塔；T201B—第二变压吸附塔；T201C—第三变压吸附塔；T201D—第四变压吸附塔；T201E—第五变压吸附塔；T201F—第六变压吸附塔；V102—氢气缓冲罐；V103—中间缓冲罐；V104—解吸气缓冲罐。

具体实施方式

下面结合图1，对本实用新型做进一步说明：

本实用新型用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备由两大部分组成：一是前预处理部分，二是氢气提纯部分。

1、预处理部分；

针对己内酰胺尾气中杂质含量相对较高、净化深度要求高的情况，设备采用干法脱除杂质，采用变温吸附塔，塔内装填多种专用吸附剂和催化剂，同时脱除多种有害组分。变温吸附塔在常温吸附，加热解吸再生，多次重复利用，使产品净化深度能连续满足氢气提纯要求。

该部分由一台原料气缓冲罐、两台变温吸附塔、一台解吸气加热器构成。

具体流程如下：来自界外的已内酰胺尾气首先经原料气缓冲罐缓冲并除去尾气中的大部分游离的水和液态重组分，然后进入变温吸附塔内，依次通过装填高效吸附剂和催化剂组成的复合床。有害组分被各专用吸附剂和催化剂吸附和催化，从而使尾气得以净化。当处于吸附状态的吸附塔吸附饱和后，进入再生状态，用解吸气对其加热和冷却再生，再生完毕后又继续转入吸附状态，从而达到循环工作。两台变温吸附塔中一台进行吸附，一台进行再生。通过装置的阀门自动切换实现切换吸附塔的操作。

2、氢气提纯部分；

氢气提纯部分由六台变压吸附塔、一台中间缓冲罐、一台氢气缓冲罐和一台解吸气缓冲罐组成。本实用新型设备采用PSA流程来实现氢气的提纯。设备中的每台变压吸附塔都会经过吸附、多次均压降压、冲洗、多次均压升压、终升等几个步骤。所有变压吸附塔由自动控制系统交替进行以上步骤，即可实现氢气和重组分的连续分离与回收。所有步骤由程序自动完成，无需人工手动操作。每台变压吸附塔工作过程如下：

2.1、 吸附过程；

从设备前预处理部分过来的净化尾气自变压吸附塔底进入正处于吸附状态的变压吸附塔内。在多种吸附剂的选择吸附下，其中的轻组分杂质被吸附下来，未被吸附的氢气从塔顶流出，此时氢气纯度很高，经氢气缓冲罐调节缓冲后去用户。

当被吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段时，关掉该变压吸附塔的原料气进料阀和氢气出口阀，停止吸附。吸附床开始转入再生过程。

2.2、均压降压过程；

这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将变压吸附塔内的较高压力的气体放入其它已完成再生的较低压力变压吸附塔的过程，这一过程不仅是降压、解吸过程，更是回收床层死空间氢气的过程。

2.3、顺放过程；

在均压回收氢气过程结束后，继续顺着吸附方向进行减压，将气体通过程控阀放至中间缓冲罐中并储存，用作变压吸附塔冲洗再生气源。

2.4、逆放过程；

顺放结束时、吸附前沿已达到床层出口，逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中大量解吸出来，逆放气进入解吸气缓冲罐，经缓冲稳压调节后去用户。

2.5、冲洗过程；

逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用中间缓冲罐中储存的氢气逆着吸附方向冲洗吸附床层，进一步降低杂质组分的分压，使杂质解吸出来。冲洗解吸气也送至解吸气缓冲罐同样经缓冲稳压调节后去用户。

2.6、均压升压过程；

在冲洗再生过程完成后，用来自其它变压吸附塔的较高压力气体依次对较低压力吸附塔进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是吸附塔升压过程，而且也是回收其它吸附塔的床层死空间氢气的过程。

2.7、产品气（H₂）升压过程；

均压升过程完成后，变压吸附塔内的压力还未达到吸附压力，为了吸附塔平稳地切换至下一次吸附并保证产品气纯度和压力在这一过程中不发生波动，需要通过升压调节阀缓慢而平稳地用产品气将吸附塔压力升至吸附压力。

六台变压吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作，即可实现氢气的连续分离与提纯。

本实用新型用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备工作原理如下：

主要由多台塔和缓冲罐以及加热器组成。设备由两大部分组成：按照流程，一是前面预处理部分，二是后面的氢气提纯部分。前预处理部分采用变温吸附（Temperature Swing Absorption 缩写TSA）方法对重组分进行脱除。充分利用环己烃类、苯及其聚合物本身具有升华和气化的特性，采用复合变温吸附塔，塔内装填催化聚合功能的小颗粒中孔径专用吸附剂和催化剂，苯及不饱和烃能在吸附剂内外表面发生聚合反应，生成分子量大的聚合物从气体中被分离吸附下来。此聚合物在升温时，又能分解并直接升华再生出来，从而使重组分脱除。根据不同的工况。TSA流程中每台变温吸附塔都会经过不同的吸附和再生过程，但基本都会有吸附、加热再生、冷却再生等三个步骤。

设备的后半部分氢气提纯采用变压吸附（Pressure Swing Absorption 缩写PSA）方法来实现氢气提纯。利用气体在吸附剂中的吸附容量具有随气体压力的升高而增大，随气体压力的降低而减少的特性。在较高压力下通过变压吸附塔中的吸附剂床层对气体混合物进行吸附，容易吸附的组分被吸附剂吸附，不易吸附的氢气组分从床层的一端流出，这样就能够实现氢气的提纯。 PSA流程中每台变压吸附塔都会经过吸附、多次均压降压、冲洗、多次均压升压、终升等几个步骤。

所有变温吸附塔和变压吸附塔由自动控制系统交替进行以上步骤即可实现杂质气体的连续分离与氢气的回收。

TSA和PSA流程中均压次数的选择取决于原料气的压力、原料气的组成等因素。吸附塔的总数量取决于同一时间进料的吸附塔数、均压次数和吸附时间长短三个因素。而同一时间进料的吸附塔数又主要取决于装置的处理量、吸附压力、投资和占地等因素。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备，包括原料缓冲罐、变温吸附塔、变压吸附塔、解吸气缓冲罐、氢气缓冲罐以及中间缓冲罐；其中，原料缓冲罐中为己内酰胺生产过程中产生的尾气，其特征在于：原料缓冲罐与氢气缓冲罐之间通过管道依次连接有变温吸附塔和变压吸附塔，解吸气输入端和解吸气缓冲罐分别独立通过管道连接在变温吸附塔与变压吸附塔之间的管道上，解吸气输出端通过管道连接在原料缓冲罐与变温吸附塔之间的管道上，中间缓冲罐通过管道连接在变压吸附塔与氢气缓冲罐之间的管道上。

2.根据权利要求1所述用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备，其特征在于：变温吸附塔数量为多台，多台变温吸附塔并联在原料缓冲罐与变压吸附塔之间；其中，至少一台变温吸附塔进行吸附，一台变温吸附塔进行再生。

3.根据权利要求1所述用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备，其特征在于：解吸气输入端的管道上还连接解吸气加热器。

4.根据权利要求2或3所述用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备，其特征在于：变压吸附塔数量为多台，多台变压吸附塔并联在变温吸附塔与氢气缓冲罐之间。

5.根据权利要求4所述用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备，其特征在于：压力较高的变压吸附塔与压力较低的变压吸附塔之间进行均压。

6.根据权利要求5所述用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备，其特征在于：中间缓冲罐与变压吸附塔与氢气缓冲罐之间的管道存在循环回路。

7.根据权利要求6所述用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备，其特征在于：上述各个管道上都设有通过编程控制仪表风带动的程控阀门。