从环己烷氧化尾气中收集氮气的装置和方法
【专利摘要】本发明提供了一种从环己烷氧化尾气中收集氮气的装置和方法，所述装置包括依次通过管线串联连接的设有变温吸附剂层的变温吸附装置、设有与压缩空气源相连的接空气入口的中间混合器、加热装置、催化氧化装置和设有变压吸附剂层的变压吸附装置，变温吸附装置包括设有与内腔相连通的氧化尾气入口和变温吸附气出口变温吸附装器，催化氧化装置包括设有催化剂床层的催化氧化器，催化氧化器设有与其内腔相连通的变温吸附气入口和催化氧化气出口，变压吸附装置包括设有与内腔相连通的催化氧化气入口和净化气出口的变压吸附器。本发明可获得体积浓度为99.9％以上的氮气，不仅回收了物料，还降低了公用工程的消耗，同时减少火炬气排放量。
【专利说明】
从环己烷氧化尾气中收集氮气的装置和方法
技术领域
[0001]本发明涉及环己烷氧化尾气的处理装置和处理方法。
【背景技术】
[0002]环己烷是一种重要的化工中间体，可以经氧化生成环己基过氧化氢，然后再分解生成环己醇和环己酮。而环己醇和环己酮都是重要的化工原料。进而生产己内酰胺和尼龙-
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[0003]目前，环己烷的无催化空气氧化方法为最流行的方法，取代了环己烷的贫氧氧化，与贫氧氧化相比，空气氧化法具有如下优点:
[0004]所需催化剂、化学品的种类及数量少，工艺流程相对简单，设备台数明显减少，设备材质要求低，装置总投资少，操作压力和温度低，氧化反应器与分解反应器无需特殊机械处理，长期运行不结渣；系统配置特殊的碱液分离系统，使装置能长周期运转，无需定期停车清理。
[0005]环己烷的无催化空气氧化方法所产生的酸性废水和分解过程产生的废液最终混合送至废碱焚烧装置焚烧，在辅助燃料的作用下，利用废碱液中的有机组分的热值副产蒸汽。装置排放的废水数量较少，氧化尾气则通过萃取吸收排放火炬。
[0006]但是，目前的环己烷空气氧化装置存在氧化尾气量大，且直接排放火炬，造成资源浪费和严重的环境污染，资源浪费。
【发明内容】
[0007]本发明的目是公开一种从环己烷氧化尾气中收集氮气的装置和方法，以克服已有技术的不足。
[0008]本发明所述的从环己烷氧化尾气中收集氮气的装置，包括依次通过管线串联连接的设有变温吸附剂层的变温吸附装置、设有与压缩空气源相连接的接空气入口的中间混合器、加热装置、催化氧化装置和设有变压吸附剂层的变压吸附装置；
[0009]所述的变温吸附装置包括:
[0010]设有与内腔相连通的氧化尾气入口和变温吸附气出口变温吸附装器102;
[0011 ]所述的催化氧化装置包括:
[0012]设有催化剂床层的催化氧化器，所述的催化氧化器设有与其内腔相连通的变温吸附气入口和催化氧化气出口 ；
[0013]所述的变压吸附装置包括设有与内腔相连通的催化氧化气入口和净化气出口的变压吸附器；
[0014]所述的变压吸附剂选自分子筛或活性碳；
[0015]采用本发明的装置，从环己烷氧化尾气中收集氮气的方法，包括如下步骤:
[0016](I)将来自环己烷空气氧化装置的氧化尾气，送入变温吸附装置，进行变温吸附，操作条件如下:
[0017]温度为15?30 °C的氧化尾气在变温吸附装置中的停留时间为1?18小时，压力为
0.5?1.5MPa，变温吸附剂选自活性炭；
[0018](2)将排出变温吸附装置的变温吸附气和压缩空气分别送入中间混合器混合，变温吸附气和压缩空气的重量比为:
[0019]变温吸附气:压缩空气=6?10:1，优选的为8:1;
[0020](3)将中间混合器4混合气体送入加热装置，加热至温度150?300°C，然后由顶部进入催化反应器，原料气中的有机物和氧气发生氧化反应，生成二氧化碳和水，并放出大量反应热;操作条件如下:
[0021]温度为380?680°C，优选630°C，变温吸附气在催化反应器中的空速为30?50h一 S优选40b—1，压力为0.6?IMPa，优选0.8MPa ；
[0022]术语“空速”的定义如下:单位时间内单位体积催化剂处理的气体量。
[0023](4)然后进入变压吸附装置，进行变压吸附，即可获得氮气的体积浓度大于99.9%的净化气体；
[0024]操作条件如下:
[0025]温度为40?50°C，优选45°C，氧化尾气在变压吸附装置3中的停留时间为40?60秒，优选50秒，压力为0.5?I.0MP。
[0026]本发明的有益效果在于:氧化尾气不直接排放至火炬，先通过变温吸附，回收氧化尾气中的有机物，再通过催化氧化装置2去除尾气中少量的有机物，再变压吸附装置纯化，获得体积浓度为99.9以上的％氮气。不仅回收了物料，还降低了公用工程的消耗，同时减少火炬气排放量，具有显著的社会和经济效益。以年产8000万Nm3计，将减少排气量8000万Nm3，降低了电的消耗1100万度。
【附图说明】
[0027]图1为从环己烷氧化尾气中收集氮气的装置示意图。
[0028]图2为催化反应器结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]参见图1和图2，本发明所述的从环己烷氧化尾气中收集氮气的装置，包括依次通过管线串联连接的设有变温吸附剂层101的变温吸附装置1、设有与压缩空气源6相连的接空气入口 401的中间混合器4、加热装置5、催化氧化装置2和设有变压吸附剂层301的变压吸附装置3;
[0030]所述的变温吸附装置I包括:
[0031]设有与内腔相连通的氧化尾气入口和变温吸附气出口变温吸附装器102;
[0032]所述的催化氧化装置2包括:
[0033]设有催化剂床层201的催化氧化器202，所述的催化氧化器202设有与其内腔相连通的变温吸附气入口和催化氧化气出口 ；
[0034]优选的，所述的催化氧化器202，包括上催化床203和下催化床204，上催化床203和下催化床204之间的催化氧化器设有冷激气入口 205，所述的冷激气入口 205通过管线与所述的中间混合器4的混合气出口相连接；
[0035]优选的，所述的上催化床203和下催化床204之间设有与所述的冷激气入口205相连通的气体分布器206;
[0036]所述的变压吸附装置3包括设有与内腔相连通的催化氧化气入口和净化气出口的变压吸附器302;
[0037]变压吸附剂选自分子筛或活性碳；
[0038]优选的，还包括火炬，所述的火炬通过控制阀与变温吸附装器102的氧化尾气入口相连接；
[0039]火炬的作用是用于处理生产装置开停工、非正常生产及紧急状态下无法进行有效回收的可燃气体、可燃液体。
[0040]采用本发明的装置，从环己烷氧化尾气中收集氮气的方法，包括如下步骤:
[0041 ] (I)将来自环己烷空气氧化装置的氧化尾气，送入变温吸附装置I，进行变温吸附，操作条件如下:
[0042]温度为15?30°C的氧化尾气在变温吸附装置I中的停留时间为10?18小时，压力为0.5?1.5MPa;
[0043]变温吸附剂选自活性炭；
[0044](2)将排出变温吸附装置I的变温吸附气和压缩空气分别送入中间混合器4混合，变温吸附气和压缩空气的重量比为:
[0045]变温吸附气:压缩空气=6?10:1，优选的为8:1;
[0046](3)将中间混合器4混合气体送入加热装置5，加热至温度150?300°C，然后由顶部进入催化反应器，原料气中的有机物和氧气发生氧化反应，生成二氧化碳和水，并放出大量反应热;操作条件如下:
[0047]温度为380?680°C，优选630°C，变温吸附气在催化反应器中的空速为30?50h一 S优选40b—1，压力为0.6?IMPa，优选0.8MPa ；
[0048]术语“空速”的定义如下:单位时间内单位体积催化剂处理的气体量。
[0049]优选的，中间混合器4的混合气体，部分进入加热装置5，加热至温度150?300°C，然后由顶部进入催化反应器；
[0050]余量的中间混合器4的混合气体通过催化氧化器的冷激气入口205，进入催化氧化器，通过气体分布器与上部下来的反应气混合升温，进入反应器第二层催化剂床层进行反应；
[0051 ] 余量的中间混合器4的混合气体为中间混合器4的混合气体总体积的45?50% ;
[0052]第一层催化剂床层的操作条件如下:
[0053]温度为580?680°C，优选630°C，变温吸附气在催化反应器中的空速为30?50h一 S优选40b—1，压力为0.6?IMPa，优选0.8MPa ；
[0054]第二层催化剂床层的操作条件如下:
[0055]温度为530?630°C，优选580°C，变温吸附气在催化反应器中的空速为30?50h一 S优选40b—1，压力为0.6?IMPa，优选0.8MPa ；
[0056]催化剂为脱烃催化剂，有低温型和高温型，为混合装填；
[0057](4)然后进入变压吸附装置3，进行变压吸附，即可获得氮气的体积浓度大于99.9%的净化气体；
[0058]操作条件如下:
[0059]温度为40?50°C，优选45°C，氧化尾气在变压吸附装置3中的停留时间为40?60秒，优选50秒，压力为0.5?1.0MP;变压吸附剂选自分子筛或活性碳。
[0060]实施例1
[0061]采用图1的流程和图2的反应器。
[0062]基本参数:
[0063]环己烷空气氧化装置的氧化尾气中，氮气的体积浓度96.4%;
[0064]变温吸附剂为活性炭；
[0065]催化剂为脱烃催化剂，有低温型和高温型，为混合装填；
[0066]变压吸附剂为活性碳。
[0067](I)变温吸附，操作条件如下:
[0068]温度为25°C，氧化尾气在变温吸附装置I中的停留时间为14小时，压力为0.9MPa;
[0069](2)变温吸附气和压缩空气的重量比为:变温吸附气:压缩空气= 8:1;
[0070](3)中间混合器4的混合气体，部分进入加热装置5，加热至温度230°C，然后由顶部进入催化反应器；
[0071 ]余量的中间混合器4的混合气体通过催化氧化器的冷激气入口 205，进入催化氧化器；
[0072]余量的中间混合器4的混合气体为中间混合器4的混合气体总体积的50% ;
[0073]第一层催化剂床层的操作条件如下:
[0074]温度为630°C，变温吸附气在催化反应器中的空速为40b—1，压力为0.8MPa;
[0075]第二层催化剂床层的操作条件如下:
[0076]温度为580°C，变温吸附气在催化反应器中的空速为40b—1，压力为0.8MPa;
[0077](4)变压吸附装置3的操作条件如下:
[0078]温度为45°C，氧化尾气在变压吸附装置3中的停留时间为50秒，压力为0.75MPa;
[0079]获得的净化气体中，氮气的体积浓度为99.99%。
[0080]实施例2
[0081]采用图1的流程和图2的反应器
[0082]基本参数:
[0083]环己烷空气氧化装置的氧化尾气中，氮气的体积浓度96.4%;
[0084]变温吸附剂为活性炭；
[0085]催化剂为脱烃催化剂，有低温型和高温型，为混合装填；
[0086]变压吸附剂为分子筛。
[0087](I)变温吸附，操作条件如下:
[0088]温度为30°C，氧化尾气在变温吸附装置I中的停留时间为16小时，压力为IMPa;
[0089](2)变温吸附气和压缩空气的重量比为:变温吸附气:压缩空气= 10:1;
[0090](3)中间混合器4的混合气体，部分进入加热装置5，加热至温度210°C，然后由顶部进入催化反应器；
[0091 ]余量的中间混合器4的混合气体通过催化氧化器的冷激气入口 205，进入催化氧化器；
[0092]余量的中间混合器4的混合气体为中间混合器4的混合气体总体积的45% ;
[0093]第一层催化剂床层的操作条件如下:
[0094]温度为630°C，变温吸附气在催化反应器中的空速为35h—S压力为0.8MPa;
[0095]第二层催化剂床层的操作条件如下:
[0096]温度为580°C，变温吸附气在催化反应器中的空速为35h—S压力为0.8MPa;
[0097](4)变压吸附装置3的操作条件如下:
[0098]温度为40°C，氧化尾气在变压吸附装置3中的停留时间为45秒，压力为0.75MPa;
[0099]获得的净化气体中，氮气的体积浓度为99.99%。
【主权项】
1.从环己烷氧化尾气中收集氮气的装置，其特征在于，包括依次通过管线串联连接的设有变温吸附剂层(101)的变温吸附装置(I)、设有与压缩空气源(6)相连的接空气入口(401)的中间混合器(4)、加热装置(5)、催化氧化装置(2)和设有变压吸附剂层(301)的变压吸附装置(3); 所述的变温吸附装置包括: 设有与内腔相连通的氧化尾气入口和变温吸附气出口的变温吸附装器(102); 所述的催化氧化装置(2)包括: 设有催化剂床层的催化氧化器(202)，所述的催化氧化器设有与其内腔相连通的变温吸附气入口和催化氧化气出口； 所述的变压吸附装置包括设有与内腔相连通的催化氧化气入口和净化气出口的变压吸附器(302)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的催化氧化器包括上催化床(203)和下催化床(204)，上催化床(203)和下催化床(204)之间的催化氧化器设有冷激气入口(205),所述的冷激气入口(205)通过管线与所述的中间混合器(4)的混合气出口相连接。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的上催化床(203)和下催化床(204)之间设有与所述的冷激气入口(205)相连通的气体分布器206。4.根据权利要求1?3任一项所述的装置，其特征在于，还包括火炬，所述的火炬通过控制阀与变温吸附装器的氧化尾气入口相连接。5.采用权利要求1或4所述的装置，从环己烷氧化尾气中收集氮气的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将来自环己烷空气氧化装置的氧化尾气，送入变温吸附装置，进行变温吸附； (2)将排出变温吸附装置I的变温吸附气和压缩空气分别送入中间混合器混合； (3)将中间混合器4混合气体送入加热装置5，加热，然后由顶部进入催化反应器，原料气中的有机物和氧气发生氧化反应； (4)然后进入变压吸附装置，进行变压吸附，即可获得氮气的体积浓度大于99.0%的净化气体。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(I)中，温度为15?30°C的氧化尾气在变温吸附装置I中的停留时间为10?18小时，压力为0.5?1.5MPa，变温吸附剂选自活性炭。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，变温吸附气和压缩空气的重量比为:变温吸附气:压缩空气=6?10:1。8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，将中间混合器4混合气体送入加热装置5，加热至温度150?300°C，然后由顶部进入催化反应器，原料气中的有机物和氧气发生氧化反应，操作条件如下: 温度为380?680°C，变温吸附气在催化反应器中的空速为30?50h—S压力为0.6?IMPa，催化剂为脱烃催化剂。9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，操作条件如下:温度为40?500C，氧化尾气在变压吸附装置3中的停留时间为40?60秒，压力为0.5?1.0MP，变压吸附剂为分子筛或活性碳。10.采用权利要求2?4任一项所述的装置，从环己烷氧化尾气中收集氮气的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将来自环己烷空气氧化装置的氧化尾气，送入变温吸附装置，进行变温吸附； (2)将排出变温吸附装置的变温吸附气和压缩空气分别送入中间混合器混合； (3)将中间混合器混合气体送入加热装置加热，中间混合器的混合气体，部分进入加热装置，加热至温度150?30(TC，然后由顶部进入催化反应器； 余量的中间混合器的混合气体通过催化氧化器的冷激气入口，进入催化氧化器，通过气体分布器与上部下来的反应气混合升温，进入反应器第二层催化剂床层进行反应； 余量的中间混合器的混合气体为中间混合器的混合气体总体积的35?65% ； 第一层催化剂床层的操作条件如下: 温度为580?680°C，变温吸附气在催化反应器中的空速为30?50h—S压力为0.6?IMPa ； 第二层催化剂床层的操作条件如下: 温度为530?630°C，变温吸附气在催化反应器中的空速为30?50h—S压力为0.6?IMPa ； (4)然后进入变压吸附装置，进行变压吸附，即可获得氮气的体积浓度大于99.9%的净化气体； 变温吸附剂选自活性炭，催化剂为脱烃催化剂，变压吸附剂为分子筛或活性碳。
【文档编号】C01B21/04GK106082145SQ201610609401
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月28日 公开号201610609401.6, CN 106082145 A, CN 106082145A, CN 201610609401, CN-A-106082145, CN106082145 A, CN106082145A, CN201610609401, CN201610609401.6
【发明人】陈恩之, 姜曦, 赵风轩, 张银杏, 万冬, 陈东生, 谯映辉, 邓闯, 高泉, 张义全, 谢毅
【申请人】重庆华峰化工有限公司