一种生活垃圾热解焦油中提取苯乙酮的系统及方法与流程

1.本发明属于绿色环保及资源化技术领域，涉及一种生活垃圾热解焦油中提取苯乙酮的系统及方法。


背景技术：

2.随着我国对生活垃圾处理技术标准的提高，传统生活垃圾处理方法即填埋、堆肥、焚烧三种技术日益凸显其缺陷性。开发二次污染小、无害化彻底、资源化程度高的生活垃圾热解技术成为目前研究的热点。生活垃圾热解技术在实现垃圾无害化、减量化和资源化的同时，能有效克服焚烧产生二噁英污染问题，因此成为新兴的、具有较大发展前景的处理技术。热解是一种缺氧分解过程，产生的焦油组分主要以烯烃和芳香烃为主，具有较高的利用价值。但是目前热解工艺产生的焦油一般作为燃料返回热解炉中作为热源使用，严重低估了热解油价值，造成资源浪费。因此从生活垃圾热解焦油中提取含量较高、提纯容易的苯乙酮，可以极大的提高垃圾热解工艺的经济性，提高生活垃圾的资源化利用途径，增强垃圾热解处理企业的竞争力。
3.目前国内生产苯乙酮的方法主要包括：植物直接提取法、苯的酰基化反应、乙苯氧化反应、异丙苯氧化副产的苯酚焦油的提纯及生物转化法。因此使用垃圾热解焦油精制苯乙酮的方法为苯乙酮的生产开辟了新方向。
4.随着环保理念的不断深化和人民物质生活水平的不断提高，如何无害化、资源化、减量化处理生活垃圾成为关注的焦点，以上方法提纯精度低、效率低，因此采用精馏-变压分离的方式处理热解焦油，可以高效的提取高附加值、高纯度的苯乙酮，对垃圾处理行业的发展具有重要的作用。


技术实现要素：

5.一定程度上解决生活垃圾热解油作为燃料造成资源浪费的问题，本技术提出一种能够从生活垃圾热解焦油中提取苯乙酮的系统及方法，对垃圾热解油进行高值化处理，以提高生活垃圾热解处理工艺的经济性，提高生活垃圾的资源化利用途径。
6.本技术采用如下的技术方案：
7.一种生活垃圾热解焦油中提取苯乙酮的系统，包括脱轻组分塔、脱重组分塔、变压精馏塔；脱轻组分塔塔底出料口与脱重组分塔中部进料口相连通，脱重组分塔塔顶出料口与变压精馏塔中部进料口相连通，变压精馏塔塔顶出料口与脱重组分塔上部进料口相连通，变压精馏塔塔底出料口与脱重组分塔下部进料口相连通，变压精馏塔上部与真空装置相连。
8.所述脱轻组分塔塔底连接有用于调节塔内温度的第一再沸器，脱轻组分塔塔顶连接有用于冷凝的第一冷凝器。所述脱重组分塔塔底连接有用于调节塔内温度的第二再沸器，脱重组分塔塔顶连接有用于冷凝的第二冷凝器。所述变压精馏塔塔底连接有用于调节塔内温度的第三再沸器，变压精馏塔塔顶连接有用于冷凝的第三冷凝器。
9.所述脱轻组分塔塔底出料口与脱重组分塔中部进料口之间连接有第一输送管，第一输送管上设置有第一再沸器，第一再沸器与脱轻组分塔之间连通有第一再沸回流管；脱重组分塔塔底连通有第二出料管，第二出料管上设置有第二再沸器，第二再沸器与脱重组分塔塔底之间连通有第二再沸回流管；变压精馏塔塔底出料口设置有第三塔底出料管，第三塔底出料管连接有第三再沸器，第三再沸器与变压精馏塔塔底之间连通有第三再沸回流管。
10.所述脱轻组分塔塔顶出料口连通有第一出料管，第一出料管与脱轻组分塔的塔顶之间连通有第一冷凝回流管，第一冷却回流管上设置有第一冷凝器；脱重组分塔塔顶出料口与变压精馏塔中部进料口之间连通有第二输送管，第二输送管与脱重组分塔的顶部之间连通有第二冷凝回流管，第二冷凝回流管设置有第二冷凝器；变压精馏塔塔顶出料口设置有第三塔顶出料管，第三塔顶出料管与变压精馏塔塔顶之间连通有第三冷凝回流管，第三冷凝回流管设置有第三冷凝器。
11.所述第三塔底出料管与脱重组分塔下部进料口之间连通有第二流股管；第三塔顶出料管与脱重组分塔上部进料口之间连通有第一流股管。
12.所述从第三塔顶出料口经过第一流股管进入脱重组分塔上部进料口为第一循环流股；从第三塔底出料口经过第二流股管进入脱重组分塔下部进料口为第二循环流股。
13.所述真空装置通过真空管与第三塔顶出料管和第三塔顶出料管连通，真空装置包括设置于真空管上的真空泵和调节阀，真空泵出口与调节阀入口相连。用调节阀开度的大小来调节系统的尾气抽出量，从而调节塔的真空度。
14.所述脱轻组分塔、脱重组分塔和变压精馏塔内均设置有塔板组件，塔板组件包括筛板和圆筒，圆筒垂直且贯穿筛板并连接于筛板的中部，筛板上开设有多个筛孔，圆筒内设置有填料，筛板上设置有溢流部和挡板，筛板上开设有至少两个沿着筛板半径方向的通槽，溢流部连接于通槽的一侧，且逐渐倾斜向下延伸，直到延伸至通槽的另外一侧的底部位置，挡板固定连接于筛板的上表面并位于通槽相对于溢流部连接位置的一侧。
15.沿着所述筛板径向方向，溢流部底部的中部弧形向下凹陷。
16.变压精馏塔内部气体由下至上通过筛板上的筛孔和填料，筛板上留有一定液位，液体通过溢流部流向下一塔板，随后经过下一塔板组件。
17.使得溢流部呈簸箕形，可以有效地增加溢流部气液接触面积和流动速度。以及踏板组件“板填结合”的形式，两者的改变都从一定程度上增加了气液传质面积和速率，增加了精馏塔的分离效率。
18.一种生活垃圾热解焦油中提取苯乙酮的方法，包括以下步骤：
19.(1)将焦油送入脱轻组分塔，轻组分排出，脱轻组分塔底物质为重组分、共沸组分苯乙酮和苯酚，将脱轻组分塔底物质送入脱重组分塔；
20.(2)共沸组分从脱重组分塔塔顶馏出后进入变压精馏塔，重组分由脱重组分塔的塔底采出；
21.(3)变压精馏塔交替进行低压分离状态和高压分离状态；
22.低压分离状态为：110℃、0.05bar，变压精馏塔塔顶出料口与脱重组分塔上部进料口之间的第一循环流股打开，变压精馏塔塔底出料口与脱重组分塔下部进料口之间的第二循环流股关闭，变压精馏塔塔底出料口采出苯乙酮；
23.高压分离状态为：200℃、1.01bar变压精馏塔塔顶出料口与脱重组分塔上部进料口之间的第一循环流股关闭，变压精馏塔塔底出料口与脱重组分塔下部进料口之间的第二循环流股打开，变压精馏塔塔顶出料口采出苯酚；
24.当第三冷凝器(3a)中采出的苯酚纯度(摩尔分数)下降至98％时，切换变压精馏塔的管路，关闭第二循环流股，开启第一循环流股。调节变压精馏塔操作压力由1.00-1.01bar调节至0.04-0.05bar、温度由200-210℃降温至110-120℃，在第三再沸器(3b)采出苯乙酮。当苯乙酮浓度(摩尔分数)下降至99％时，将第一循环流股关闭，开启第二循环流股。同时将温度调节至200-210℃，压力调节至1.00-1.01bar，采出苯酚。
25.具体的，以生活垃圾热解焦油为例：
26.脱轻组分：在脱轻组分塔中由塔顶将轻组分采出，组分命名以苯乙酮、苯酚为分割点定义轻重组分，沸点低于苯乙酮、苯酚的组分为轻组分，沸点高于苯乙酮、苯酚的组分为重组分。此时第一再沸器的温度随热解焦油各物质含量不同而调节。具体条件为常压、200-210℃。轻组分油品质量好，可以经过脱色除臭后直接使用或外卖。
27.脱重组分：脱轻组分塔中塔釜重组分、共沸组分苯乙酮和苯酚进入脱重组分塔，其中重组分由脱重组分塔塔底采出，重组分可以进行二次热解或燃烧供热。此时，共沸组分苯乙酮和苯酚由脱重组分塔塔顶馏出后进入变压精馏塔。
28.变压精馏：变压精馏塔可以通过真空装置改变塔体内的压力，使变压精馏塔实现高压精馏塔与低压精馏塔之间的切换，同时通过第三再沸器实现变压精馏塔内的温度调节。
29.当共沸组分进入变压精馏塔时，首先使用真空装置将变压精馏塔变压成为低压精馏塔，经过低压精馏塔后可以分离出大部分高纯度的苯乙酮，部分苯乙酮、苯酚共沸物和苯酚经过第一循环流股循环回脱重组分塔；当馏出苯乙酮纯度(摩尔分数)下降至99％时，使得变压精馏塔变为高压精馏塔、改变精馏温度，此时，需要采集塔顶馏出物组分苯酚，同时关闭第一循环流股，开启第二循环流股，使得苯乙酮和苯乙酮、苯酚共沸物进过循环全部进入脱重组分塔。第一循环流股1和第二循环流股交替使用，苯乙酮和苯酚交替采出。此流程可以简化共沸物分离过程。可以针对热解焦油这种成分复杂，成分含量较少的分离组分设计此种共沸组分分离设备。
30.进一步，所述的脱重组分塔通过设置不同的进料位置，实现了变压精馏塔中第一循环流股与第二循环流股的循环精馏，保证了整个系统的连续操作。
31.所述的变压精馏塔，实现了低压精馏与高压精馏二塔合一，通过操作参数的变化，实现了单塔的变压精馏操作。
32.进一步，所述第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器为间壁式换热器。
33.进一步，在真空装置中真空泵的出口与调节阀入口相连。用调节阀开度的大小来调节系统的尾气抽出量，从而调节塔的真空度。
34.综上所述，本技术至少包括以下有益技术效果：
35.(1)三个塔连续进料，连续出料，可以大型化。
36.(2)最大化的利用生活垃圾热解后副产焦油中的有用成分，实现生活垃圾的资源利用。在流程中已经将热解焦油分离成轻、重组分，实现热解焦油的初步精制，轻组分经过脱色、除臭后就是外卖产品。而重组分可以二次热解或燃烧供热。提高热解焦油价值，实现
生活垃圾的资源化利用。
37.(3)本方法是一种全新的制备苯乙酮的方法，成本低，产品纯度高，苯乙酮摩尔分数可高达99％以上。同时产出高纯度副产物苯酚，苯酚摩尔纯度高达98％以上。
38.(4)本方法所使用的变压精馏塔由传统的需要两个精馏塔整合为一个可调节温度、压力的多功能精馏塔，使得共沸组分可以在一塔内实现分离和分别收集，降低了能耗。
39.(5)塔板采用“板填结合”的形式、溢流部采用簸箕形，从一定程度上增加了气液传质面积和速率，增加了精馏塔的分离效率。
附图说明
40.图1为本技术的实施例中一种生活垃圾热解焦油中提取苯乙酮的系统及方法流程示意图；
41.图2本技术的实施例中的塔板组件的结构示意图。
42.附图标记说明：1、脱轻组分塔；2、脱重组分塔；3、变压精馏塔；4、真空装置；41、真空泵；42、调节阀；
43.1a、第一冷凝器；1b、第一再沸器；2a、第二冷凝器；2b、第二再沸器；3a、第三冷凝器；3b、第三再沸器；
44.a、填料；b、溢流部；c、筛板；d、筛孔；e、挡板。
具体实施方式
45.下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细的描述：
46.本技术实施例公开一种生活垃圾热解焦油中提取苯乙酮的系统及方法。
47.一种生活垃圾热解焦油中提取苯乙酮的系统，如图1所示，包括脱轻组分塔1、脱重组分塔2、变压精馏塔3；脱轻组分塔1塔底出料口与脱重组分塔2中部进料口相连通，脱重组分塔2塔顶出料口与变压精馏塔3中部进料口相连通，变压精馏塔3塔顶出料口与脱重组分塔2上部进料口相连通，变压精馏塔3塔底出料口与脱重组分塔2下部进料口相连通，变压精馏塔3上部与压力控制装置相连。
48.脱轻组分塔1塔底出料口与脱轻组分塔1塔底出料口之间连接有第一输送管，第一输送管上设置有第一再沸器1b，第一再沸器1b与脱轻组分塔1之间连通有第一再沸回流管；脱轻组分塔1塔顶出料口连通有第一出料管，第一出料管与脱轻组分塔1的塔顶之间连通有第一冷凝回流管，第一冷却回流管上设置有第一冷凝器1a。脱重组分塔2塔底连通有第二出料管，第二出料管上设置有第二再沸器2b，第二再沸器2b与脱重组分塔2塔底之间连通有第二再沸回流管；脱重组分塔2塔顶出料口与变压精馏塔3中部进料口之间连通有第二输送管，第二输送管与脱重组分塔2的顶部之间连通有第二冷凝回流管，第二冷凝回流管设置有第二冷凝器2a。变压精馏塔3塔底出料口设置有第三塔底出料管，第三塔底出料管连接有第三再沸器3b，第三再沸器3b与变压精馏塔3塔底之间连通有第三再沸回流管；变压精馏塔3塔顶出料口设置有第三塔顶出料管，第三塔顶出料管与变压精馏塔3塔顶之间连通有第三冷凝回流管，第三冷凝回流管设置有第三冷凝器3a。
49.第三塔底出料管与脱重组分塔2下部进料口之间连通有第二流股管；第三塔顶出料管与脱重组分塔2上部进料口之间连通有第一流股管。从第三塔顶出料口经过第一流股
管进入脱重组分塔2上部进料口为第一循环流股；从第三塔底出料口经过第二流股管进入脱重组分塔2下部进料口为第二循环流股。
50.真空装置4为真空泵，真空装置4的调节阀装在真空泵的回流管线上，用调节阀开度的大小来调节系统的尾气抽出量，从而调节塔的真空度。
51.变压精馏塔3内部设置有塔板组件，塔板组件包括筛板c和圆筒，圆筒垂直且贯穿筛板c并连接于筛板c的中部，筛板c上开设有多个筛孔d，圆筒内设置有填料a，筛板c上设置有溢流部b和挡板e，筛板c上开设有至少两个沿着筛板c半径方向的通槽，溢流部b连接于通槽的一侧，且逐渐倾斜向下延伸，直到延伸至通槽的另外一侧的底部位置，挡板e固定连接于筛板c的上表面并位于通槽相对于溢流部b连接位置的一侧。沿着所述筛板c径向方向，溢流部b底部的中部弧形向下凹陷，呈簸箕形。本实施例中，通槽设置两个，两个通槽绕筛板c的轴线均匀分布。
52.本实施例还公开了一种生活垃圾热解焦油中提取苯乙酮的方法，以生活垃圾热解焦油为例，生活垃圾热解焦油的参数如下：
[0053][0054]
包括以下步骤：
[0055]
(1)通过泵将热解焦油4.12l/h送入脱轻组分塔1，第一再沸器1b保持在温度203℃、常压条件下，随着反应的进行，热解焦油中的轻组分由塔顶第一冷凝器1a采出。
[0056]
(2)随后脱轻组分塔1塔底重组分与苯酚、苯乙酮由泵送入脱重组分塔2，第二再沸器2b保持在温度250℃、常压条件。在脱重组分塔2中可以将共沸组分由热解焦油中完全分离，在此过程中轻组分和重组分也进行了简单的分离，轻组分沸点在250℃以下，具有较高的使用价值；重组分可以重新进入热解反应器进行二次热解或燃烧供热。
[0057]
(3)由脱重组分塔2塔顶第二冷凝器2a采出的共沸组分进入变压精馏塔3，经过管
路切换和操作条件的调整可以依次在变压精馏塔3塔顶第三冷凝器3a采出高纯度苯酚溶液共5.6mol/h，塔底第三再沸器3b采出高纯度苯乙酮溶液共9.721mol/h，剩余共沸物再次进入脱重组分塔2进行循环分离。
[0058]
变压精馏塔3分两种情况：高压精馏塔和低压精馏塔。当共沸组分进入变压精馏塔3时，首先通过第三再沸器3b调整温度、真空装置4调节压力使得变压精馏塔3成为低压精馏塔，变压精馏塔3低压过程中温度110℃、压力0.05bar，此时，第一循环流股为开启状态，第二循环流股关闭。在此过程中主要是将苯乙酮从热解焦油中分离出来，并从变压精馏塔3塔底出料口采出，部分苯乙酮、苯酚共沸物和苯酚经过第一循环流股由脱重组分塔2上部进入脱重组分塔2；在此循环过程中苯酚逐渐累积，当苯乙酮摩尔浓度下降至99％时，切换变压精馏塔3，使得变压精馏塔3变为高压精馏塔，变压精馏塔3高压过程温度200℃、压力1.01bar，此时，关闭第一循环流股、开启第二循环流股，开始采集塔顶第三冷凝器3a馏出物组分苯酚，通过第二循环流股使得苯乙酮和苯乙酮、苯酚共沸物全部由塔下部进入脱重组分塔2。
[0059]
当第二循环流股中的苯酚摩尔浓度下降至98％时，切换变压精馏塔的管路，关闭第二循环流股，开启第一循环流股。调节变压精馏塔操作压力由1.01bar调节至0.05bar、温度由210℃降温至120℃，使得在第三再沸器3b采出苯乙酮，苯酚进入循环，以此类推进行管路切换和变压精馏塔3操作压力、温度。此流程可以简化共沸物分离过程。针对热解焦油这种成分复杂，成分含量较少的分离组分设计此种共沸组分分离设备。
[0060]
对分离出的产物进行以下检测：
[0061]
根据气相色谱-质谱法，对产物苯酚和苯乙酮的纯度进行检测。
[0062]
得到生活垃圾热解焦油中，苯乙酮、苯酚的产率和纯度如下：
[0063] 产率/(％)纯度/(摩尔分数)苯乙酮》9599.6苯酚》9599
[0064]
针对热解焦油这种成分复杂、成分含量少且含有共沸组分的待分离物质，将传统的变压分离由需要两个精馏塔(高压塔和低压塔)变为一个可变压的分离塔，只需调节塔体温度和压力实现分离物质的转化。此时不仅可以分离出高纯度、高价值的苯乙酮，还可以分离出高纯度的副产物苯酚溶液。对热解焦油进行简单精制，使得轻重组分以苯乙酮和苯酚为界限得以分离。轻组分可以经过脱色、除臭等过程后，直接外卖或作为燃料油进行使用。重组分重进进入热解炉进行二次热解或燃烧供热。
[0065]
以上所述为本发明的优选实施方式，应当指出，在本领域内，很多技术人员在本发明的基础上，可通过适当的变形和改进做出其他的提取方案，这些通过变形和改进的方案也应视为该发明的保护范围。