蒽醌法生產(chǎn)雙氧水裝置的節(jié)能措施

彭易

摘要：本文結合自己在公司的生產(chǎn)情況，對近年來國內雙氧水生產(chǎn)方面為節(jié)約能源和減少污染排放等采取的技術措施，進行了分析和歸納，主要有增設氫化液/工作液換熱器，省略氧化液泵和磷酸泵，提高空氣和氫氣的利用率，合理處置殘液和尾氣，對雙氧水生產(chǎn)和裝置設計工作具有一定的參考價值。

關鍵詞：蒽醌法；生產(chǎn)雙氧水；節(jié)能措施

前言

雙氧水不僅是一種重要的無機化工產(chǎn)品，且作為綠色環(huán)保工藝雙氧水法制環(huán)氧丙烷的主要原料，在國內生產(chǎn)裝置規(guī)模和產(chǎn)能正不斷得到擴大和提高。雖然不是高耗能和高污染產(chǎn)品，但節(jié)能減排對于降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染仍然具有重要的現(xiàn)實意義，。本文結合自己所在的蒽醌法制雙氧水裝置的生產(chǎn)經(jīng)驗與國內現(xiàn)有裝置生產(chǎn)情況對雙氧水的節(jié)能措施進行分析和歸納。

1.蒽醌法生產(chǎn)雙氧水生產(chǎn)過程分析

蒽醌法生產(chǎn)雙氧水由氫化工序、氧化工序、萃取工序、凈化工序、后處理工序和其他輔助工序組成。工藝流程為：將烷基蒽醌（2-EAQ）溶解在由芳烴和磷酸三辛酯組成的混合溶劑中，配制成工作溶液（工作液），工作液先由上到下流經(jīng)裝有鈀催化劑的氫化塔，工作液中的蒽醌在鈀催化劑的作用下，與一同進入塔內的氫氣反應，生成氫蒽醌。含有氫蒽醌的工作液（氫化液）進入氧化塔，在這里氫蒽醌和空氣中的氧氣反應，生成雙氧水，同時氫蒽醌還原為蒽醌。從氧化塔出來的含有雙氧水的工作液（氧化液）進入萃取塔，利用雙氧水較易溶于水的特點，通過純水將氧化液中的雙氧水萃取出來，從萃取塔底流出的粗雙氧水再經(jīng)過凈化等，即得到合格的雙氧水產(chǎn)品，萃余液則從萃取塔頂部流出，進入活性氧化鋁床，進行脫水和降解物的再生后，工作液重新回到氫化塔循環(huán)使用。

圖1 雙氧水生產(chǎn)過程示意圖

2.節(jié)能減排措施

2.1增設氫化液 / 工作液換熱器

工作液的氫化和氧化反應是放熱反應，工作液流經(jīng)氫化塔及氧化塔反應后，會有一定溫升，導致氫化液及氧化液的溫度較高，為防止雙氧水在過高溫度下分解，保證氧化工序的安全，出氫化塔的氫化液需先經(jīng)過一個氫化液冷卻器冷卻，再進入氧化塔反應。而出萃取塔工作液的溫度較低，進入后處理白土床再生時，為保證再生效果，需進行升溫處理。在上述工藝流程中，氫化液進氧化塔前需先經(jīng)過一個氫化液冷卻器冷卻降溫，需要消耗循環(huán)冷卻水，而工作液進后處理白土床時，需先經(jīng)過一個工作液加熱器升溫，需要消耗蒸汽。本單位所處的雙氧水裝置對上述工藝流程進行了能量利用優(yōu)化改造，即增設了工作液/氫化液換熱器，利用氫化液溫度較高，來預熱進后處理白土床的工作液，同時使氫化液得到冷卻。例如本裝置的工藝流程如圖2所示：

流程進行上述改進后，既減少了預熱工作液所需的蒸汽，又減少了冷卻氫化液所需的冷卻水量。據(jù)統(tǒng)計，這項改造可使雙氧水的蒸汽消耗減少，經(jīng)濟效益顯著。投資方面，雖然增加了換熱器，但工作液預熱器和氫化液冷卻器的面積可相應減小。

2.2省略氧化液泵

雙氧水生產(chǎn)的工作液循環(huán)主要由工作液泵、氫化液泵、氧化液泵完成，其中工作液泵用于將工作液送到氫化塔，氧化液泵用于將氧化塔出來的氧化液送到萃取塔底部，氫化液泵用于將氫化液送往氧化塔。3 臺泵的總電耗約占到生產(chǎn)總電耗的 15%。氧化塔氣液分離器頂部氣相壓力一般控制在0.200MPa，氣液分離器液位比萃取塔底（地面）高出約 8 m，其液相密度為 0.92 g/cm3。萃取塔高一般為 30m，塔內液體平均密度約 1.03g/cm3，萃取塔工作壓力為常壓。氣液分離器中氧化液低點和萃取塔底存在壓差，前者壓力遠大于后者，而由于管程短，流體阻力可以忽略。由此可知，完全可以不用氧化液泵，即可由氧化液自有能量直接進入萃取塔底部。目前國內有部分規(guī)模不大的裝置（一般<2萬t/a）已采用此思路，省去了氧化液泵和氧化液儲槽，氧化液氣液分離器中的物料經(jīng)過一個控制液位的氣動閥后，直接進入萃取塔。但對于循環(huán)量較大的裝置例如本單位，現(xiàn)有流程已建立，但考慮到可控制性，本裝置這種套流程暫未正式投用。

圖2氫化反應熱利用工藝流程

2.3提高空氣和氧氣利用率

氧化塔是雙氧水生成的主要塔設備，在氧化塔中，壓縮空氣中的氧氣和工作液中的氫蒽醌反應生成雙氧水。氧化塔一般為 2 節(jié)，自上而下串聯(lián)運行。氫化液從上塔底部進入，從塔頂部出來，進入下節(jié)塔底部繼續(xù)反應。壓縮空氣則分別從各節(jié)底部并聯(lián)進入，在塔內與工作液一起并聯(lián)而上，發(fā)生氧化反應。將 2 節(jié)反應余下的空氣合并到一起，經(jīng)回收其中的芳烴后放空。為改變氧化塔下塔空氣利用率低的問題，許多新建裝置對氧化塔空氣流程進行了改變即把原來的空氣分成兩路并聯(lián)分別進入上下塔，改為空氣由下塔進入，出下塔的尾氣再進入上塔，即兩節(jié)氧化塔空氣是以串聯(lián)形式進入的。

氫氣是雙氧水生產(chǎn)的主要原料之一，其成本依來源不同占到車間總成本的 20%～40%。國內利用氯酸鹽電解裝置或氯堿電解裝置的氫氣生產(chǎn)雙氧水的較多。該氫氣來源流量可能不穩(wěn)定，為減少氫氣的排放和浪費，提高其利用率，本裝置的氫氣選用由巴陵石化管道運輸?shù)拿褐茪庋b置甲烷化后產(chǎn)生的氫氣提純后得到的，成本低廉，從而相對于其他企業(yè)中，突出裝置的資源配置最優(yōu)化。

2.4合理處理殘液和尾氣

國內大多雙氧水裝置蒽醌法大多采用堿性工藝，且在尾氣芳烴回收方面存在一些問題，所以本裝置在最初設計時，注意這些問題采用全酸性工藝，在正常生產(chǎn)中，這樣的工藝氧化殘液穩(wěn)定性高，分解少，可回收至氧化液受槽利用，增加氧化收率。在尾氣回收方面，采用渦輪膨脹機組初步冷卻回收氧化尾氣中的芳烴氣，再利用碳吸附機組進一步回收芳烴氣，達到芳烴最大可能的回收，不污染環(huán)境的目的。同時加強濃縮裝置的冷凝液的收回利用，合格后可用于萃取單元萃取水的原料等等之類。對節(jié)能方面都取得一定的成效。

3.小結

雙氧水生產(chǎn)的節(jié)能減排工作是一項長期的工作，這是適應產(chǎn)品競爭力的需要。本裝置雖然采取節(jié)能工藝加以改善，但與國外裝置相比，還有一定差距。國內應當不斷優(yōu)化工藝設計和操作，選用有效的節(jié)能設備，使雙氧水生產(chǎn)節(jié)能減排工作邁上新的水平。

參考文獻

[1]王忠平，傅騏.蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫工作液體系和催化劑體系的改進 [J]；工業(yè)催化；2004 年 08期

[2]劉建勛，王亞權.蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫溶劑的研究進展 [J]；化學工業(yè)與工程；2005年01期endprint