本发明涉及化学领域，具体而言，涉及苯加氢生产环己烷的尾气处理装置，还涉及苯加氢生产环己烷的尾气处理工艺以及环己烷生产装置。
背景技术：
环己烷是重要的有机化工原料。环己烷无色，易流动，有刺激性气味，是生产尼龙制品的主要原料，同时环己烷是纤维素醚、树脂、蜡、沥青和橡胶的优良溶剂。90％的环己烷是由苯加氢制备而来，其生产工艺比较成熟。传统苯加氢生产环己烷的工艺中，为了回收未反应的高温高压氢气和有机物，通常直接将高温高压气相通入冷阱中，通过大量的低温制冷剂来冷却气相，是有机物冷凝成液相，从而达到分离有机物和氢气的目的。传统工艺虽然做到了有机物与氢气的分离与回收，但其使用了大量的制冷剂，制冷剂费用高，同时需要后续的制冷设备，这大大增加了能耗与生产成本，同时增加了生产的操作难度。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种苯加氢生产环己烷的尾气处理装置。
本发明的另一个目的在于提出一种环己烷生产装置。
本发明的再一个目的在于提出一种苯加氢生产环己烷的尾气处理工艺。
根据本发明第一方面实施例的尾气处理装置包括：减压阀，所述减压阀具有出口和用于输入苯加氢生产环己烷的尾气的进口；膨胀分离塔，所述膨胀分离塔具有进口、液相出口和气相出口，所述膨胀分离塔的进口与所述减压阀的出口连通；和冷阱，所述冷阱具有进口、液相出口、气相出口、制冷剂进口和制冷剂出口，所述冷阱的进口与所述膨胀分离塔的气相出口连通。
根据本发明实施例的尾气处理装置具有绿色环保、能耗低、结构简单、制造成本低、运行成本低等优点。
另外，根据本发明实施例的尾气处理装置还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述膨胀分离塔进一步包括回流口，所述膨胀分离塔的回流口与所述冷阱的液相出口连通。
根据本发明第二方面实施例的环己烷生产装置包括：反应釜，所述反应釜具有进料口、进气口、尾气出口和出料口；减压阀，所述减压阀具有出口和进口，所述减压阀的进口与所述反应釜的尾气出口连通；膨胀分离塔，所述膨胀分离塔具有进口、液相出口和气相出口，所述膨胀分离塔的进口与所述减压阀的出口连通；和冷阱，所述冷阱具有进口、液相出口、气相出口、制冷剂进口和制冷剂出口，所述冷阱的进口与所述膨胀分离塔的气相出口连通。
根据本发明的一个实施例，所述环己烷生产装置进一步包括压缩机，所述压缩机具有进气口和出气口，所述压缩机的进气口与所述冷阱的气相出口连通，所述压缩机的出气口与所述反应釜的进气口连通。
根据本发明的一个实施例，所述环己烷生产装置进一步包括缓冲罐，所述缓冲罐具有进气口和出气口，所述缓冲罐的进气口与所述压缩机的出气口连通，所述缓冲罐的出气口与所述反应釜的进气口连通。
根据本发明的一个实施例，所述反应釜还具有回流口，所述反应釜的回流口与所述膨胀分离塔的液相出口连通。
根据本发明第三方面实施例的尾气处理工艺包括以下步骤：使苯加氢生产环己烷的高温高压的尾气通过减压阀进入到膨胀分离塔内，以便使所述高温高压的尾气变为低温低压的尾气并使尾气中的部分有机物冷凝为液相，其中所述高温高压的尾气包括氢气和有机物；和利用制冷剂冷却所述低温低压的尾气，以便使所述低温低压的尾气中的剩余的有机物冷凝为液相并得到氢气
根据本发明实施例的尾气处理工艺具有绿色环保、能耗低、结构简单、制造成本低、运行成本低等优点。
根据本发明的一个实施例，所述高温高压的尾气的温度为120℃-250℃、压强为0.3MPa-2.5MPa，所述低温低压的尾气的温度为30℃-40℃、压强为0.1MPa-0.3MPa。
根据本发明的一个实施例，冷凝后的所述尾气的温度小于等于30℃。
根据本发明的一个实施例，所述制冷剂为水。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的环己烷生产装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1描述根据本发明实施例的尾气处理装置。如图1所示，根据本发明实施例的尾气处理装置包括减压阀V-1、膨胀分离塔C-3和冷阱CS-1。
减压阀V-1具有出口和用于输入苯加氢生产环己烷的尾气的进口。膨胀分离塔C-3具有进口、液相出口和气相出口，膨胀分离塔C-3的进口与减压阀V-1的出口连通。冷阱CS-1具有进口、液相出口、气相出口、制冷剂进口和制冷剂出口，冷阱CS-1的进口与膨胀分离塔C-3的气相出口连通。
下面描述根据本发明实施例的尾气处理工艺。根据本发明实施例的尾气处理工艺包括以下步骤：
使苯加氢生产环己烷的高温高压的尾气通过减压阀V-1进入到膨胀分离塔内，以便使高温高压的尾气变为低温低压的尾气并使尾气中的部分有机物冷凝为液相，其中该高温高压的尾气包括氢气和有机物；和
利用制冷剂冷却该低温低压的尾气，以便使该低温低压的尾气中的剩余的有机物冷凝为液相并得到氢气。
其中，苯加氢生产环己烷的尾气是指：在利用苯加氢生产环己烷的过程中产生的尾气。
根据本发明实施例的尾气处理装置通过设置减压阀V-1和膨胀分离塔C-3，从而可以使苯加氢生产环己烷的高温高压的尾气经过减压阀V-1，由此可以将该高温高压的尾气的内能转变为动能，以便得到低温低压的尾气。该低温低压的尾气（苯加氢生产环己烷的尾气）中的绝大部分有机物在膨胀分离塔C-3内降温冷凝为液相。离开膨胀分离塔C-3的尾气（主要包括氢气，还包括少量未冷凝的有机物）的温度较低，在冷阱CS-1内只需使用普通的、常用的制冷剂（例如水）进行冷却即可。
因此，根据本发明实施例的尾气处理装置可以利用该高温高压的尾气本身的能量来实现物料的分离，即实现尾气中氢气和有机物的分离，从而达到节能降耗的目的。其中，减压阀V-1可以把温度和压力（尤其是压力）悬殊的两部分流体在单向流通的情况下隔离开来。
而且，根据本发明实施例的尾气处理装置无需使用大量的特殊制冷剂（例如低温制冷剂）来冷却尾气，也无需使用后续的制冷设备，由此极大地降低了能耗和费用，同时有机物的捕集率达到99.9％以上。根据本发明实施例的尾气处理装置具有绿色环保、能耗低、结构简单、制造成本低、运行成本低等优点。
同理，根据本发明实施例的尾气处理工艺具有绿色环保、能耗低、结构简单、制造成本低、运行成本低等优点。
如图1所示，根据本发明的一些实施例的环己烷生产装置100包括反应釜R-1、减压阀V-1、膨胀分离塔C-3和冷阱CS-1。
反应釜R-1具有进料口、进气口、尾气出口和出料口。减压阀V-1具有出口和进口，减压阀V-1的进口与反应釜R-1的尾气出口连通。膨胀分离塔C-3具有进口、液相出口和气相出口，膨胀分离塔C-3的进口与减压阀V-1的出口连通。冷阱CS-1具有进口、液相出口、气相出口、制冷剂进口和制冷剂出口，冷阱CS-1的进口与膨胀分离塔C-3的气相出口连通。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，环己烷生产装置100还包括压缩机C-1和缓冲罐C-2。压缩机C-1具有进气口和出气口，压缩机C-1的进气口与冷阱CS-1的气相出口连通，压缩机C-1的出气口与反应釜R-1的进气口连通。缓冲罐C-2具有进气口和出气口，缓冲罐C-2的进气口与压缩机C-1的出气口连通，缓冲罐C-2的出气口与反应釜R-1的进气口连通。
有利地，膨胀分离塔C-3进一步包括回流口，膨胀分离塔C-3的回流口与冷阱CS-1的液相出口连通。反应釜R-1还具有回流口，反应釜R-1的回流口与膨胀分离塔C-3的液相出口连通。
下面参考图1描述根据本发明实施例的环己烷生产装置100和尾气处理装置的工作过程。
按工艺要求，新鲜的氢气通过压缩机C-1压缩至缓冲罐C-2，将氢气压缩至温度为100-120℃、压强为0.3-1MPa。氢气通过管路2由反应釜R-1底部的分布器进入反应釜R-1，常温的液相苯原料通过管路3进入反应釜R-1，催化剂通过管路4进入反应釜R-1，同时开动电机S-1转动搅拌桨，混合和加热至温度120-250℃、压强0.3-2.5MPa。
随着反应的进行，反应釜R-1内的压力升高至设定值后，缓慢打开反应釜R-1顶部的尾气出口阀门，控制尾气流量，以维持反应釜R-1内所需的操作压力。反应生成的产物和部分中间产物以及未反应的苯原料通过管路6由泵P-2输送至后续工段。
反应釜R-1产生的高温高压的尾气的温度为120-250℃、压强为0.3-2.5MPa，高温高压的尾气通过管路5到达减压阀V-1，随后高温高压的尾气进入到膨胀分离塔C-3内，以便使高温高压的尾气变为低温低压的尾气，低温低压的尾气的温度为30℃-40℃、压强为0.1MPa-0.3MPa。在尾气膨胀的过程中，尾气中的有机物冷凝为液相，液相的有机物从膨胀分离塔C-3的底部的液相出口流出，进而液相的有机物通过管路9由泵P-1输送到管路3，作为原料的补充。
也就是说，利用高温高压的尾气的自身压力通过减压阀V-1并进入到膨胀分离塔C-3内，高温高压的尾气变为低温低压的尾气，从而实现尾气的降温，同时在膨胀分离塔C-3中有机相冷凝为液相。
膨胀分离塔C-3中未冷凝的氢气夹杂着少量残余的有机相通过膨胀分离塔C-3的顶部的管路11进入冷阱CS-1，进入冷阱CS-1中的冷凝后的尾气（即未冷凝的氢气）的温度小于等于30℃。冷阱CS-1的制冷剂为冷水，由此操作简单，不污染环境。氢气中残留的有机物冷凝为液相，液相的有机物通过管路12流回膨胀分离塔C-3，氢气通过管路15返回压缩机C-1。
在反应结束后，反应釜R-1的底部的残留液通过反应釜R-1底部的管路7由泵P-2抽出。
实施例1：
向容积为1M3的反应釜R-1中加入30kg/h常温的苯和催化剂，通过缓冲罐C-2向反应釜R-1中加入温度为120℃、压强为0.3MPa的新鲜氢气；开启反应釜R-1的电机S-1和换热器H-1，混合和加热至温度为180℃、压强为2.0MPa。当反应釜R-1的压力达到设定值后，缓慢开启反应釜R-1顶部的尾气出口阀门，控制尾气流量在设定值1.2m3/h，以维持反应所需的压力，尾气通过管路5经由减压阀V-1减压后进入膨胀分离塔C-3。冷凝为液相的有机物通过膨胀分离塔C-3底部的液相出口由经泵P-1输送回反应釜R-1，氢气夹带少许残留有机物进入冷阱CS-1，此时气体的温度只有25℃，冷阱CS-1的制冷液为冷水，残留的有机物冷凝为液相流回膨胀分离塔C-3，氢气通过管路15返回压缩机C-1经压缩再次进入反应，反应产物通过管路6由泵P-2输送到后续工段。最终尾气中有机物的回收率达到99.9％以上。
实施例2：
向容积为2.5M3的反应釜R-1中加入60kg/h常温的苯和催化剂，通过缓冲罐C-2向反应釜R-1中加入温度为140℃、压强为0.8MPa的新鲜氢气；开启反应釜R-1的电机S-1和换热器H-1，混合和加热至温度为230℃、压强为2.3MPa。当反应釜R-1的压力达到设定值后，缓慢开启反应釜R-1顶部的尾气出口阀门，控制尾气流量在设定值1.5m3/h，以维持反应所需的压力，尾气通过管路5经由减压阀V-1减压后进入膨胀分离塔C-3。冷凝为液相的有机物通过膨胀分离塔C-3底部的液相出口由经泵P-1输送回反应釜R-1，氢气夹带少许残留有机物进入冷阱CS-1，此时气体的温度只有25℃，冷阱CS-1的制冷液为冷水，残留的有机物冷凝为液相流回膨胀分离塔C-3，氢气通过管路15返回压缩机C-1经压缩再次进入反应，反应产物通过管路6由泵P-2输送到后续工段。最终尾气中有机物的回收率达到99.9％以上。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。