一種順酐尾氣處理設(shè)備及其工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種正丁烷氧化法制順酐尾氣處理工藝，特別是涉及一種順酐尾氣脫 酸設(shè)備和一種順酐尾氣處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 順酐是世界上僅次于醋酐和苯酐的第三大酸酐，廣泛用于合成樹脂、涂料、農(nóng)藥、 潤滑油添加劑、醫(yī)藥、紙張?zhí)幚韯?、食品添加劑和穩(wěn)定劑等方面，具有極其廣闊的應(yīng)用前景。 由于結(jié)構(gòu)上存在許多特點(diǎn)，順酐具有很強(qiáng)的反應(yīng)性能，可合成不飽和聚酯樹脂（UPR)、醇酸 樹脂等，又是制備1，4-丁二醇（BDO)、四氫呋喃（THF)等系列有機(jī)化學(xué)和精細(xì)化學(xué)品的原 料，是重要的化工中間體之一。2013年，國內(nèi)順酐生產(chǎn)能力達(dá)到172. 9萬噸/年，預(yù)計(jì)到 2015年順酐年產(chǎn)將超過180萬噸。
[0003] 以原料來劃分，順酐的生產(chǎn)方法主要有苯法和正丁烷法。我國順酐生產(chǎn)以苯法為 主，但正丁烷法具有環(huán)境污染小、碳原子利用率高、原料來源廣泛且價(jià)格低廉等優(yōu)勢，加之 近幾年我國純苯價(jià)格高漲以及日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題，所以正丁烷法廣受關(guān)注。隨著我國在 建正丁烷法順酐裝置的投產(chǎn)，正丁烷法順酐正進(jìn)入快速發(fā)展期。
[0004] 正丁烷選擇氧化制順酐反應(yīng)在固定床順酐反應(yīng)器或流化床順酐反應(yīng)器中進(jìn)行，催 化劑是VPO催化劑，氧化劑一般是廉價(jià)的空氣，也可以是富氧空氣或者純氧。正丁烷和空氣 在順酐反應(yīng)器中反應(yīng)轉(zhuǎn)化為順酐，轉(zhuǎn)化率一般為82 %~90%，對(duì)應(yīng)選擇性為55 %~72%。 從順酐反應(yīng)器出來的反應(yīng)氣經(jīng)冷卻后送往順酐吸收塔，在順酐吸收塔中反應(yīng)氣與順酐吸收 劑逆向接觸傳質(zhì)，吸收劑一般為鄰苯二甲酸二烷基酯類、環(huán)烷酸酯類或其混合溶劑。在順酐 吸收塔操作過程中，每生產(chǎn)一噸順酐，塔頂尾氣就會(huì)因氣體夾帶損耗4kg的順酐吸收劑（以 鄰苯二甲酸二丁酯DBP為例），而且在生產(chǎn)過程中溶劑消耗異常升高時(shí)，有發(fā)生溶劑最高日 消耗甚至超過2噸，經(jīng)濟(jì)日消耗增加上萬元。順酐吸收塔塔頂尾氣的典型組成如下表1所 示。目前大多數(shù)工業(yè)過程將這部分尾氣直接送往焚燒爐焚燒，產(chǎn)生的熱量用于生產(chǎn)蒸汽，然 后放空。
[0005] 表1典型正丁烷法制順酐工藝順酐吸收塔塔頂尾氣組成
[0006]
[0007] 由表1可以發(fā)現(xiàn)順酐吸收工序產(chǎn)生的尾氣具有以下特點(diǎn)：（1)尾氣量大，順酐年產(chǎn) 量2萬噸的順酐生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的尾氣高達(dá)80000kg/h左右；（2)尾氣中仍含有0. 61 % (質(zhì) 量分?jǐn)?shù)，下同）的未反應(yīng)的正丁烷，約占總烴進(jìn)料17%; (3)尾氣中仍含有0.01%的順酐吸 收溶劑DBP，約占溶劑總損失量的30%; (4)尾氣中含有大量的水蒸氣；(5)尾氣中氧氣含量 仍占15. 46%，可充當(dāng)氧化劑。因此，對(duì)于順酐產(chǎn)品成本50%左右是原料費(fèi)用的順酐生產(chǎn)技 術(shù)來說，如果將這部分尾氣直接燃燒，不僅會(huì)降低原料正丁烷的利用率，加大順酐吸收溶劑 的損失量，增加順酐生產(chǎn)成本，而且還會(huì)增加焚燒爐的負(fù)荷，產(chǎn)生大量的溫室氣體，對(duì)環(huán)境 造成污染。
[0008] 為了更加合理地處理這部分尾氣，許多專利文獻(xiàn)（例如US3899516，US3904652， US4222945,US4342699,US5011945)提供了一種尾氣循環(huán)利用的方法，但這些技術(shù)一般 使用純氧或富氧氣流，與使用空氣做氧化劑的工業(yè)過程顯著不同，而且尾氣處理裝置復(fù)雜， 投資成本大，收益不高，而且對(duì)于已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)裝置，這些尾氣循環(huán)工藝很難對(duì)其進(jìn)行技 術(shù)改造。另外也有專利文獻(xiàn)（如US4231943等）報(bào)道使用空氣做氧化劑的尾氣循環(huán)技術(shù)， 但受限于典型工業(yè)過程的固有思維，該工藝進(jìn)料氧氣濃度較低，正丁烷濃度很高，其轉(zhuǎn)化率 為20%~40%，但高正丁烷濃度進(jìn)料和出料容易造成正丁烷的損耗量更大，另外在實(shí)際生 產(chǎn)過程中大量惰性氣體（如N2SAr)會(huì)逐漸積累，需要不斷從尾氣中移出。為了克服這些 缺陷，US4231943提出使用活性炭吸附裝置來選擇吸附尾氣中未反應(yīng)的正丁烷，然后在合 適的操作條件下解吸正丁烷，但裝置操作復(fù)雜，而且尾氣處理量很大，導(dǎo)致處理費(fèi)用很高。
[0009] 相比以上專利，專利文獻(xiàn)US6040460提出了一種切實(shí)可行的方案，僅將部分尾氣 經(jīng)過脫酸塔脫酸后直接與空氣混合進(jìn)入順酐反應(yīng)器，并且與之對(duì)應(yīng)的Conser尾氣循環(huán)工 藝已經(jīng)成功運(yùn)行多年，其具體操作是將順酐吸收塔吸收順酐后尾氣的40%循環(huán)回用，其余 部分直接送往焚燒爐焚燒，40%尾氣經(jīng)脫酸塔脫去有機(jī)酸后送入空氣壓縮機(jī)二段入口，與 來自空氣壓縮機(jī)一段出口新鮮空氣混合，然后混合氣與正丁烷按一定比例混合進(jìn)入順酐反 應(yīng)器反應(yīng)。該尾氣循環(huán)工藝可充分利用順酐吸收塔尾氣壓力，并減少壓縮機(jī)軸功率以達(dá)到 節(jié)能的目的。但由于尾氣氣量大，而且還帶有酸性，這就導(dǎo)致了脫酸塔設(shè)備較大且需防腐 蝕，同時(shí)額外脫酸劑水的引入產(chǎn)生了大量酸性廢水，而且60%的尾氣不經(jīng)處理直接燃燒，既 造成尾氣中大量未反應(yīng)的正丁烷仍未得到充分利用，也造成尾氣由于夾帶所造成的溶劑損 失。因此，順酐尾氣循環(huán)技術(shù)還有很大的提升空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明公開了一種順酐尾氣處理設(shè)備及其工藝，該工藝能夠提高正丁烷氧化收 率，降低順酐吸收溶劑消耗量，減少脫酸廢水的排放量。
[0011] 本發(fā)明為達(dá)到上述目的所采取的技術(shù)方案是：
[0012] 一種順酐尾氣處理裝置，包括通過管路連接的空氣壓縮機(jī)、順酐反應(yīng)器、氣體冷卻 器、順酐吸收塔、焚燒爐、順酐解吸塔、貧油閃蒸塔、尾氣洗滌塔、氣體流量分配器、補(bǔ)濕器、 尾氣脫酸器、氣液分離器，所述氣體流量分配器包括進(jìn)口和至少三個(gè)出口，其進(jìn)口連接至順 酐吸收塔的尾氣出口，其第一出口連接至補(bǔ)濕器，第二出口連接至焚燒爐，第三出口連接至 尾氣洗滌塔。
[0013] 本發(fā)明中，通過氣體流量分配器將順酐吸收塔尾氣分為洗滌、循環(huán)、焚燒三股氣 流，能最大程度的回收尾氣中的正丁烷與順酐吸收溶劑，降低生產(chǎn)成本。
[0014] 作為優(yōu)選，所述尾氣洗滌塔的尾氣出口連接至焚燒爐，充分焚燒后排向大氣。
[0015] 作為優(yōu)選，所述順酐反應(yīng)器為固定床順酐反應(yīng)器、流化床順酐反應(yīng)器、循環(huán)流化床 順酐反應(yīng)器中的一種，優(yōu)選為固定床順酐反應(yīng)器。
[0016] 作為優(yōu)選，所述尾氣脫酸器為設(shè)有冷凝液排放口的冷凝器。
[0017] 作為優(yōu)選，所述尾氣洗滌塔為動(dòng)力波洗滌塔。
[0018] 為了取得更好的技術(shù)效果，本發(fā)明同時(shí)還提供了一種使用上述設(shè)備的尾氣處理工 藝，包括以下步驟：
[0019] (1)原料處理：新鮮空氣與循環(huán)尾氣經(jīng)第二混合器混合進(jìn)入空氣壓縮機(jī)。從空氣 壓縮機(jī)出來的氣流與正丁烷按一定比例混合形成順酐反應(yīng)器進(jìn)料氣流。
[0020] (2)反應(yīng)：將進(jìn)料氣流引入順酐反應(yīng)器，其中的正丁烷在催化劑的作用下反應(yīng)生 成順酐。
[0021] (3)吸收解吸：從順酐反應(yīng)器出來的反應(yīng)氣經(jīng)氣體冷卻器冷卻回收熱量，冷卻后 從塔底引入順酐吸收塔，與從順酐吸收塔頂部進(jìn)入的溶劑逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)，回收其中的 順酐，塔底含有順酐的富油送往順酐解吸塔解吸出順酐，粗順酐產(chǎn)品側(cè)線產(chǎn)出。順酐解吸塔 塔底貧油送往貧油閃蒸塔，進(jìn)一步回收貧油內(nèi)包含的順酐。
[0022] (4)尾氣處理：順酐吸收塔尾氣經(jīng)氣體流量分配器分為部分洗滌、部分循環(huán)、部分 焚燒三股氣流，其中部分洗滌氣流與順酐解吸塔尾氣、貧油閃蒸塔尾氣匯合進(jìn)入尾氣洗滌 塔；部分循環(huán)氣流與補(bǔ)濕劑在補(bǔ)濕器中充分混合形成混合流，補(bǔ)濕劑的量由循環(huán)尾氣含量 確定，以確保能夠溶解尾氣中所有有機(jī)酸。隨后混合流進(jìn)入尾氣脫酸器冷凝形成液相流和 氣相流，其中在混合流冷凝時(shí)補(bǔ)濕劑和水蒸汽優(yōu)先冷凝，以確保后續(xù)冷凝下來的有機(jī)酸和 酸酐等溶解在補(bǔ)濕劑和水里，隨后經(jīng)冷凝液排放口排出界外，氣相流經(jīng)氣液分離后與新鮮 空氣混合進(jìn)入空氣壓縮機(jī)循環(huán)使用；部分焚燒氣流送往焚燒爐，氣流中正丁烷、一氧化碳和 其他有機(jī)物與氧氣充分燃燒，煙氣回收熱量后，排入大氣。
[0023] 順酐反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率取決于催化劑和反應(yīng)條件，尤其是順酐反應(yīng)器 進(jìn)料組成、溫度、壓力和空速。為了取得更好的技術(shù)效果，進(jìn)一步的改進(jìn)對(duì)反應(yīng)條件作出了 優(yōu)化選擇。
[0024] 作為優(yōu)選，所述順酐吸收塔尾氣的分流體積占比（占尾氣總體積的比例）為：部分 循環(huán)氣流占10~50 %、部分洗滌氣流占0~40 %、部分焚燒氣流占10~90 %。即，上述順 酐吸收塔頂出去的尾氣中10%~50%作為循環(huán)尾氣進(jìn)入所述尾氣洗滌塔回用全部正丁烷 和氧氣，0~40%作為凈化尾氣進(jìn)入所述尾氣凈化塔回收溶劑和部分正丁烷，其余部分送 往焚燒爐焚燒回收熱量。經(jīng)研究表明，上述比例的分配能夠最大程度的回用尾氣中未反應(yīng) 的正丁烷和順酐吸收溶劑，并且不影響現(xiàn)有順酐生產(chǎn)指標(biāo)，因此，本發(fā)明對(duì)尾氣的分配采用 上述比例。
[0025] 作為優(yōu)選，所述補(bǔ)濕劑的添加和混合是在補(bǔ)濕器中完成的，所述補(bǔ)濕劑與順酐、順 酸、富馬酸、乙酸、丙烯酸互溶，與正丁烷難溶。
[0026] 作為優(yōu)選，所述補(bǔ)濕劑為脫鹽水，所述順酐吸收塔中所用吸收劑為鄰苯二甲酸二 烷基酯類、六氫苯二甲酸二烷基酯類中的一種或其混合溶劑，優(yōu)選為鄰苯二甲酸二丁酯或 六氫苯二甲酸二丁酯，所述尾氣洗滌塔中的洗滌劑與順酐吸收塔中的吸收劑相同。