專利名稱：蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫的濃縮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于蒽醌法生產(chǎn)濃度為27. 5 35%過氧化氫(H2O2)粗產(chǎn)品濃縮發(fā)方法的改進(jìn)發(fā)明。
背景技術(shù)：
過氧化氫俗稱雙氧水，經(jīng)過濃縮而獲得的高濃過氧化氫用途頗為廣泛。 關(guān)于過氧化氫粗制產(chǎn)品的濃縮方法很多，本發(fā)明是對我國較早的過氧化氫濃縮裝置為兩段升膜蒸發(fā)與一次精餾工藝的徹底改進(jìn)，該工藝裝置是上個世紀(jì)八十年代由原化工部黎明化工研究院發(fā)明的。其發(fā)布專利號85 1 03225 ·7。這一工藝對我國過氧化氫的發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。隨著過氧化氫濃縮技術(shù)不斷地發(fā)展，其過氧化氫濃度和質(zhì)量愈來愈高，凸顯出該工藝還存在以下一些問題(1)在裝置中由于蒸發(fā)器為單一的原料液進(jìn)料，所以兩次蒸發(fā)過程基本為全蒸發(fā)。 而且在全蒸發(fā)過程中，由于蒸發(fā)率高，一般在80 90%。這就產(chǎn)生了很多影響蒸發(fā)的不利因素。例如將進(jìn)入蒸發(fā)器料液中的各種不揮物殘留在剩余液中，在熱負(fù)荷超限情況下，又將這些不揮發(fā)物積垢于設(shè)備內(nèi)，引起設(shè)備堵塞增加了系統(tǒng)阻力，逼得操作人員定期停車清理；(2)在全蒸發(fā)過程中，由于蒸發(fā)率較高，其蒸發(fā)率比的倒數(shù)也就較高，例如當(dāng)蒸發(fā)率χ =90%時，液相粘度μ^ = 0.5MCp，氣相粘度為μν = 0. OllCP ；液相重度P L = 1219. 4kg/m3，氣相重度P ν = 0. 067kg/m3時，其蒸發(fā)率比的倒數(shù)1/ x tt = (χ /1- χ ) °·9 · ( P L/ P V) °·5 · ( μ ν/ μ L) °·1 = 658. 6 > 100,當(dāng)蒸發(fā)器頂部壓力 P = O. 0095kg/ cm2(絕壓)，管內(nèi)出口流速u = 6. 9X 10_4kg/m2 .h。根據(jù)管內(nèi)流動狀態(tài)判斷圖知道加熱管內(nèi)流動狀態(tài)偏離了環(huán)狀流狀態(tài)，基本上處于噴霧流狀態(tài)運行，從而降低了傳熱系數(shù)；增加了蒸汽消耗。(3) 一次蒸發(fā)剩余液要用脫離子水沖稀后進(jìn)行再蒸發(fā)，在精餾塔底部僅獲得濃度為50%化學(xué)級產(chǎn)品，這必然增加了蒸汽消耗；而且在一次蒸發(fā)器所產(chǎn)生的剩余液中，過氧化氫濃度為60 70%，同時剩余液中雜質(zhì)也較多，因而存在著導(dǎo)致催化分解引起爆炸的隱
患、O(4)在濃縮過程中除熱分解外，將二次蒸發(fā)剩余液排放掉，使過氧化氫的產(chǎn)品收率偏低，一般在90%左右。(5)使用的加熱蒸汽壓力偏高，一般在0. 2 0. 3MPa(g)，使飽和蒸汽溫度與蒸發(fā)器內(nèi)的沸點偏離過大，一般為60 70°C。如果系統(tǒng)蒸汽壓力不穩(wěn)，而本裝置又無穩(wěn)壓設(shè)施， 這樣就容易使蒸發(fā)器的熱負(fù)荷超出極限熱負(fù)荷，增加了蒸發(fā)器內(nèi)過氧化氫的分解；剩余液中的不揮發(fā)物更容易在設(shè)備內(nèi)積存。圖一為原濃縮裝置工藝流程圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，針對上述存在的問題，對兩段升膜蒸發(fā)一次精餾濃縮工藝提出了新的改進(jìn)工藝路線，以解決這些問題。將兩段升膜蒸發(fā)一次精餾改為一段升膜蒸發(fā)一次精餾；將蒸發(fā)器、精餾塔、塔頂冷凝器和安全水罐等四臺設(shè)備組成同一軸線四維一體的精餾分離器(詳見圖三)；在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置一臺蒸汽噴射熱壓器；設(shè)置一次剩余液脫碳塔和活性炭吸附器；將精餾塔底部的蒸發(fā)液引出一部份作為蒸發(fā)器的自循環(huán)液，再從循環(huán)液中引出一部分剩余液作為技術(shù)級產(chǎn)品；設(shè)置了脫碳和脫除不揮物系統(tǒng)。(1)將兩段蒸發(fā)改為一段蒸發(fā)其目的在于簡化了工藝流程，節(jié)省蒸汽，降低能耗和一次性投資(詳見表一)；(2)將蒸發(fā)器、精餾塔、塔頂冷凝器和安全水罐組合成一臺設(shè)備。其目的有三其一減少了占地面積和設(shè)備間的連接管道和節(jié)省一次性投資；其二減少從塔頂冷凝器到蒸發(fā)器底部阻力降；第三將蒸發(fā)器連接在精餾塔底部，塔頂冷凝器裝在精餾塔的頂部。而升膜蒸發(fā)器的分離設(shè)施，裝在蒸發(fā)器列管出口的上方。塔頂冷凝器采用接觸冷凝冷卻式。在精餾塔內(nèi)部，塔與冷凝器之間裝有遮板式汽液分離器，將冷凝下來的蒸餾液和冷卻水與上升的蒸發(fā)蒸汽分離。冷凝液和冷卻水收集到塔上部環(huán)形槽內(nèi)，并引出塔外。蒸發(fā)蒸汽經(jīng)分離后進(jìn)入冷凝器。而在塔內(nèi)下部，塔與蒸發(fā)器之間設(shè)置了絲網(wǎng)除霧器和遮板式汽液分離器。遮板式分離器是將精餾塔分離下來的化學(xué)級產(chǎn)品與上升蒸發(fā)蒸汽分離，化學(xué)級產(chǎn)品收集在塔中部偏下環(huán)形槽內(nèi)并及時引出塔外。而在環(huán)形槽下方設(shè)置的絲網(wǎng)除霧器是把蒸發(fā)蒸汽中的霧滴除掉并直接返回到塔下部儲液槽內(nèi)(詳見圖三)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，徹底將蒸發(fā)蒸汽與技術(shù)級產(chǎn)品、化學(xué)級產(chǎn)品和冷凝液與冷卻水分離開來；既保證了化學(xué)級產(chǎn)品質(zhì)量，也將化學(xué)級產(chǎn)品的濃度提高到60%;蒸餾液與冷卻水直接混合，作冷卻水的補充水，消除了精餾產(chǎn)生的污水。同時也非常方便將塔下部蒸發(fā)液引出作為蒸發(fā)器自循環(huán)液。蒸發(fā)器列管出口上方設(shè)置的多孔式分離薄板，具有壓力損失低又能將管內(nèi)蒸汽再分配均勻的作用。蒸發(fā)蒸汽出口速度與操作壓力有著密切關(guān)系。例如在10000噸/年 (100%)濃縮裝置中，蒸發(fā)器頂部壓力為0.0095MPa(a)，其出口氣速為84m/s。當(dāng)蒸發(fā)器頂部壓力為0.0068MPa(a)時，其出口氣速為120m/s。這么高的氣速進(jìn)入精餾塔內(nèi)，影響塔的優(yōu)化操作。所以，在蒸發(fā)器列管出口處設(shè)置的多孔式分離薄板將進(jìn)入精餾塔的蒸汽速度緩沖一下使列管出來的高速蒸汽緩沖到塔內(nèi)操作氣速。(3)在升膜蒸發(fā)器系統(tǒng)設(shè)置蒸汽噴射熱壓器是將精餾塔頂部的二次蒸汽回收一部分作為蒸發(fā)器的熱源；節(jié)省部分冷卻水和蒸汽。而蒸汽噴射熱壓器通過本身的調(diào)節(jié)付線來穩(wěn)定裝置內(nèi)蒸汽壓力，使得外來蒸汽壓力的波動不影響本系統(tǒng)的操作。動力蒸汽壓力采用 0. 9MPa (a)。(4)在裝置中設(shè)置脫碳塔和活性炭吸附柱，其目的是將從循環(huán)液中引除一部分剩余液并沖稀到50%后，經(jīng)過脫碳塔和活性炭吸附柱處里后把剩余液中的芳烴與不揮發(fā)物 (主要是P04_)脫除到GB1616-86國家標(biāo)準(zhǔn)要求而作為技術(shù)級產(chǎn)品。這樣可將廢品轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品ο(5)從精餾塔底部的蒸發(fā)液引出一部分作為蒸發(fā)器的自循環(huán)液。采用這一工藝過程與全蒸發(fā)有關(guān)。通常為了獲得更多化學(xué)級過氧化氫溶液，希望蒸發(fā)率越高越好。所以對于蒸發(fā)器單一進(jìn)料形式的蒸發(fā)工藝，幾乎都是全蒸發(fā)過程，其蒸發(fā)率一般都很高，大約在 80 90%。正如前面所述，其管內(nèi)的流動狀態(tài)基本處于噴霧流流動狀態(tài)而不是環(huán)狀流流動狀態(tài)，使蒸發(fā)器處于極不合理的運行狀態(tài)。如果采用自循環(huán)工藝，加大進(jìn)料液流量來縮小蒸發(fā)率，使管內(nèi)的流動狀態(tài)處于環(huán)狀流流動狀態(tài)。料液循環(huán)量是由蒸發(fā)器頂部沸點、濃度和蒸發(fā)量決定的，一般為進(jìn)料量的3 倍左右。雖然進(jìn)料量加大了，由于循環(huán)液中的濃度和溫度都高于進(jìn)料，所以當(dāng)進(jìn)料液濃度為27. 5%，溫度為30°C時，與化學(xué)級產(chǎn)品換熱器換熱后使其溫度提高到40 45°C，再與蒸發(fā)器頂部(精餾塔底部)來的循環(huán)液混合。該循環(huán)液的溫度為蒸發(fā)器頂部沸點溫度，濃度也是蒸發(fā)器頂部沸點下的濃度，因此混合后的濃度很接近頂部沸點下濃度，混合后溫度比蒸發(fā)器頂部溫度略低2 3°C，基本達(dá)到了沸點進(jìn)料。這就大大的減少了蒸發(fā)列管內(nèi)的顯熱段。進(jìn)料液與自循環(huán)液混合后進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)，只要進(jìn)料液、自循環(huán)液以及蒸發(fā)器頂部的沸點與濃度不變的條件下，其蒸發(fā)率是不會變的。采用循環(huán)混合進(jìn)料比單一進(jìn)料所引出剩余液中的雜質(zhì)含量要低得多，例如對于 10000噸/年(100%)濃縮裝置而言，當(dāng)采用單一進(jìn)料時，剩余液中總有機碳含量一般在 1500 2000PPm ；如果采用循環(huán)進(jìn)料時其剩余液中總有機碳含量一般在600 800PPm ；因此，采用循環(huán)混合進(jìn)料增強了系統(tǒng)的安全性。


圖一是85103225. 7專利用于粗制過氧化濃縮裝置工藝流程圖。圖二是本發(fā)明用于提濃粗制過氧化改進(jìn)工藝流程圖。本發(fā)明的工藝路線將粗制的過氧化氫溶液送產(chǎn)品換熱器(4)將其溫度予熱到 40 45°C，進(jìn)入給料槽(1)中與循環(huán)液混合，混合后的溫度低于沸點2 3°C左右，通過給料泵( 將其送入過濾器C3)從底部進(jìn)入蒸發(fā)器(5)，經(jīng)過蒸發(fā)后，未蒸發(fā)的剩余液與蒸發(fā)的飽和蒸汽一起從蒸發(fā)器的上端出來通過汽液分離板進(jìn)行分離，液相進(jìn)入精餾塔的底部儲液槽并在此流出塔外，其大部分進(jìn)入給料槽與進(jìn)料液混合，少部分經(jīng)過水冷卻器(6)后進(jìn)入靜態(tài)混合器(7)與脫離水混合，將其濃度稀釋到50% (wt)進(jìn)入技術(shù)級產(chǎn)品中間儲罐(8) 內(nèi)，再用技術(shù)級中間產(chǎn)品泵(9)將中間槽內(nèi)的剩余液打入脫碳塔(10)，用低沸點芳烴脫除有機碳。再通過活性炭吸附柱(11)脫除無機鹽后而獲得了技術(shù)級產(chǎn)品流入技術(shù)級產(chǎn)品罐。含過氧化氫的蒸發(fā)蒸汽經(jīng)分離板分離后，進(jìn)入絲網(wǎng)除霧器將霧滴除掉再經(jīng)過遮板式分離器進(jìn)入精餾塔(1 填料段進(jìn)行精餾分離。填料段的上端面設(shè)有液體分布器，將脫離子水(回流液)均勻地分布在填料上。脫離子水是由界外送入塔頂冷凝器上方的安全水罐 (13)，再從安全水罐流入液體分布器至填料。獲得的產(chǎn)品稱為化學(xué)級產(chǎn)品，經(jīng)過填料下的遮板式氣液分離器進(jìn)入填料下端的環(huán)形儲槽。從環(huán)形槽流至化學(xué)級產(chǎn)品儲罐(15)，由化學(xué)級產(chǎn)品泵(14)送出界區(qū)。利用蒸汽噴射熱壓器(17)將塔內(nèi)填料上方的部分飽和蒸汽，通過0. 9MPa(a)動力蒸汽將其抽吸過來變?yōu)榛旌系牡蛪?br> 的飽蒸汽，作為蒸發(fā)器加熱的熱源。冷凝液排至冷凝液收集槽(16)，再利用位壓送入循環(huán)水熱水池作為冷卻水的補充水。在塔頂部未被抽吸的飽和蒸汽進(jìn)入接觸式塔頂冷凝器(18)，被冷凝下來的蒸餾液與冷卻水混合在一起經(jīng)遮板式分離器，流入塔上部的環(huán)形收集槽并排出界外。不凝氣和少量的水蒸汽進(jìn)入不凝氣體冷卻器(19)進(jìn)一步冷凝冷卻，將少量的蒸汽冷凝下來后，不凝氣體進(jìn)入真空系統(tǒng)。真空系統(tǒng)的真空度由真空泵00)形成，其真空度的控制由真空泵進(jìn)口管與放空管之間付線上的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)空氣的流入量而實踐的。實施方式利用本發(fā)明將13000噸/年(50% )濃縮裝置(采用85 1 03225. 7專利技術(shù))進(jìn)行技術(shù)改造，經(jīng)過一年實際生產(chǎn)運行，效果良好。其技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)實測數(shù)據(jù)均達(dá)到了設(shè)計值(詳見表一)。從實際運行中可以看出，本發(fā)明與原工藝裝置比較有如下尤點(1)克服了原工藝裝置所具有的缺點；(2)操作簡便、安全、穩(wěn)定可靠；
(3)原材料及動力消耗低，能耗低，無三廢排放；(4)化學(xué)級與技術(shù)級產(chǎn)品濃度均可達(dá)50 60%，原裝置僅生產(chǎn)濃度為50%化學(xué)級
女口
廣 PFt ；(5)占地面積小，一次性投資低。表一經(jīng)濟指標(biāo)的比較(均按設(shè)計值)(每噸50%過氧化氫)
序號項目單位改前指標(biāo)改后指標(biāo)備注一原料127. 5%過氧化氫kg/t195018602磷酸kg/t0. 20-3焦磷酸鈉kg/t0. 09-48-羥基喹啉kg/t0. 06-5六偏磷酸鈉kg/t0. 02-6復(fù)合穩(wěn)定劑kg/t0. 100. 10_.動力1脫離子水t/t1. 21. 202冷卻水t/t30018030. 4MPa(a)蒸汽t/t3. 01. 54電kwh/t5050能耗(折標(biāo)準(zhǔn)煤)t/t0. 920. 52四一次性總投資萬元60045013000t/a(50% )

圖一原兩段升膜蒸發(fā)與精餾流程簡圖。其中2-給料槽3-給料泵4-1-換熱器4-2-予熱器4-3-予熱器5-第一蒸發(fā)器6- —次蒸發(fā)汽液分離器7-精餾塔8- —次剩余液儲槽9- 一次剩余液泵10-第二蒸發(fā)器11- 二次蒸發(fā)分離器14- 二次剩余液泵15-安全水罐16-塔頂冷凝器17-不凝氣體冷卻器20-蒸餾液儲槽21-產(chǎn)品儲槽22-產(chǎn)品泵；圖二閡歡紊膜蒸發(fā)與一次精餾濃縮流程。其中1-給料槽、2-給料泵、3-過濾器、4-換熱器、 5-升膜蒸發(fā)器、6-冷卻器、7-靜態(tài)混合器、8-剩余液儲槽、9-剩余液泵、10-脫碳塔、11-活性炭吸附器、12-精餾塔、12-技術(shù)級產(chǎn)品槽、13-安全水罐、14-化學(xué)級產(chǎn)品泵、15-化學(xué)級產(chǎn)品槽、16-冷凝液儲槽、17-蒸汽噴射熱壓器、18-塔頂冷凝器、19-不凝氣體冷凝冷卻器、 20-真空泵、21-技術(shù)級產(chǎn)品槽、22-技術(shù)級產(chǎn)品泵；圖三四維一體蒸發(fā)器。
權(quán)利要求
1.過氧化氫濃縮方法包括以下操作驟將濃度為27.5 35%粗制的過氧化氫溶液依次送入過濾器C3)進(jìn)入產(chǎn)品換熱器，將其溫度提高到40 45°C ；在給料槽(1)中與循環(huán)液混合，混合后的溫度低于蒸發(fā)器底部液相沸點2 3°C左右，從底部進(jìn)入蒸發(fā)器(5)，經(jīng)過蒸發(fā)后，未蒸發(fā)的剩余液與蒸發(fā)的飽和蒸汽一起從蒸發(fā)器的上端出來通過汽液分離板進(jìn)行分離，液相進(jìn)入精餾塔的底部儲液槽并在此流出塔外，其大部分作為循環(huán)液與進(jìn)料液混合。從循液引出少部分徑過水冷卻器(6)后進(jìn)入靜態(tài)混合器(7)與脫離水混合，將其濃度稀釋到50% (wt)進(jìn)入技術(shù)級產(chǎn)品中間儲罐(8)內(nèi)，再用技術(shù)級中間產(chǎn)品泵(9)將中間槽內(nèi)的技術(shù)級產(chǎn)品打入脫碳塔(10)，用低沸點芳烴脫除有機碳。再通過活性炭吸附柱(11)脫除無機鹽后而獲得了技術(shù)級產(chǎn)品流入技術(shù)級產(chǎn)品罐01)。含過氧化氫的蒸發(fā)蒸汽經(jīng)分離板分離后，進(jìn)入絲網(wǎng)除霧器將霧滴除掉再經(jīng)過遮板式分離器進(jìn)入精餾塔(1 填料段進(jìn)行精餾分離。填料段的上端面設(shè)有液體分布器，將脫離子水 (回流液)均勻地分布在填料上。脫離子水是由界外送入塔頂冷凝器上方的安全水罐(13)， 再從安全水罐流入液體分布器至填料。獲得的產(chǎn)品稱為化學(xué)級產(chǎn)品，經(jīng)過填料下的遮板式氣液分離器進(jìn)入精餾塔下端的環(huán)形儲槽。從環(huán)形槽流至化學(xué)級產(chǎn)品儲罐(15)，由化學(xué)級產(chǎn)品泵(14)送出界區(qū)。利用蒸汽噴射熱壓器(17)將塔內(nèi)填料上方的部分飽和蒸汽，通過0. 9MPa(a)動力蒸汽將其抽吸過來變?yōu)榛旌系牡蛪篧.072MPa(a)]蒸汽，作為蒸發(fā)器加熱的熱源。冷凝液排至冷凝液收集槽(16)，再利用位壓送出界區(qū)。在塔頂部未被抽吸的飽和蒸汽進(jìn)入直冷式塔頂冷凝器(18)，被冷凝下來的蒸餾液與冷卻水混合在一起經(jīng)遮板式分離器，流入底部的環(huán)形收集槽并排出界外。不凝氣和少量的水蒸汽進(jìn)入不凝氣體冷卻器(19)進(jìn)一步冷凝冷卻，將少量的蒸汽冷凝下來后，不凝氣體進(jìn)入真空系統(tǒng)。真空系統(tǒng)的真空度由真空泵00)形成，其真空度的控制由真空泵進(jìn)口管與放空管之間付線上的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)空氣的流入量而實踐的。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將原裝置中兩段蒸發(fā)一次精餾改為一次蒸發(fā)一次精餾工藝；
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，蒸發(fā)器、精餾塔、塔頂冷凝器和安全水罐組成同一軸線的四維一體精餾分離器，這樣可減少系統(tǒng)阻力，減少占地面積，省掉連接管道，從而減少了一次性投資；
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)料液與循環(huán)液混合后再進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)， 以克服全蒸發(fā)造成的隱患；
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于系統(tǒng)中設(shè)置了蒸汽噴射熱壓器以達(dá)到節(jié)能降耗和穩(wěn)定系統(tǒng)壓力的作用；
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于系統(tǒng)中設(shè)置了脫碳塔和活性炭吸附器，可將棄掉的剩余液回收為技術(shù)級產(chǎn)品并符合GB1616-86產(chǎn)品要求。
全文摘要
蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫的濃縮方法。本發(fā)明是針對兩段升膜蒸發(fā)一次精餾過氧化氫濃縮裝置所存在一些問題，在工藝方面提出了較為合理而又實用的改措施進(jìn)由兩段升膜蒸發(fā)和一次精餾改為一段升膜蒸發(fā)與一次精餾；將蒸發(fā)器、精餾塔、塔頂冷凝器和安全水罐四臺關(guān)鍵設(shè)備組成同一軸線四維一體的精餾分離器；增設(shè)了蒸汽噴射熱壓器以回收余熱；設(shè)置了脫碳塔和活性炭吸附柱將剩余殘液回收為產(chǎn)品；蒸發(fā)器增加了蒸發(fā)液自循環(huán)措施以解決全蒸發(fā)帶來的問題。通過這些改進(jìn)措施，基本解決了原裝置所存在工藝問題，達(dá)到了節(jié)能、降耗；提高了產(chǎn)品質(zhì)量，使整套裝置不發(fā)生廢水及廢氣問題；大大降低了裝置一次性投資。
文檔編號C01B15/013GK102161475SQ20091007106
公開日2011年8月24日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者鄭國玉 申請人:鄭國玉