专利名称：生产甲烷氯化物反应工段反应热利用和混合物纯化方法
技术领域：
本发明涉及一种甲烷氯化物生产过程中的反应热能的综合利用方法。
背景技术：
在化工、石化等生产过程中，经常会遇到由某种高温、高压或具有一定压力的气液固混合物或汽-固混合物组成的混合流股。它们一方面自身含有高品位的热能可资回收利用，另一方面，工艺要求亦经常需要将其中的汽相冷凝为低温的液体，并同时除去其中的少量固体杂质，以便进入下游单元操作。
例如，在以甲醇法生产甲烷氯化物的过程中，深度氯化反应是一个强放热反应，反应器出口的反应产物是一股具有1.2MPa压力和400℃高温，并含有几十种组分(包括微量杂质组分)的气-固混合物，该混合物流股由于流量较大，其中含有大量可资回收利用的高品位热能；另一方面，它亦含有3％以下的碳焦颗粒物，必须将其除去，才能进入下游精馏工段操作而不引起该工段设备的堵塞。因此，设计性能优良的兼有除固作用和热量回收作用的新方法极其必要。
发明内容
本发明针对甲醇法生产甲烷氯化物(一氯甲烷，二氯甲烷，氯仿和四氯化碳)的工艺过程，提出一种既可以回收其中高品位热能，又可以除去混合物中碳黑颗粒等其它固体杂质的方法。
本发明的技术方案如下。
一种生产甲烷氯化物反应工段反应热利用和混合物纯化方法，它基本上由下列步骤组成步骤1.将生产甲烷氯化物的反应器产生的高温、高压的甲烷氯化物混合气体，其中包含一氯甲烷，二氯甲烷，三氯甲烷(氯仿)，四氯甲烷以及少量的氧气、氯气和碳焦颗粒，通过管道1-2从激冷塔2底部进入激冷塔2，激冷塔2底部有气体分布器2-1，气体分布器2-1浸没在激冷塔2底部的冷液之中，底部的冷液为甲烷氯化物气体的冷凝液，高温高压的甲烷氯化物混合气体进入激冷塔2，便通过气体分布器2-1在冷液中鼓泡，通过鼓泡作用，一方面降低了温度，另一方面将碳焦颗粒洗刷下来，沉积到冷液底部，经过冷液鼓泡净化的混合气体仍具有较高的温度和压力，它们向激冷塔2顶部的低压区流动，在穿过塔内设置的多块穿流型热交换塔板(2-3为其中之一)时，与激冷塔2的塔顶液体分布器2-2喷淋下来的低温液体逆流接触，温度进一步降低，同时气体中被夹带的微量碳焦颗粒被液体进一步的冲刷净化，带到了塔的底部，步骤2.激冷塔2塔釜底部含有大量碳焦颗粒的冷液在塔顶喷淋液的冲击以及重力的作用之下，通过管道2-4进入固液分离储槽3，储槽3的入口处设置有挡板3-1，它使得进料混合物中的碳焦颗粒沉降下来，进入固体颗粒沉降槽3-2，再从沉降槽3-2底部排出系统，而上层清液则在连通器原理的作用之下，从挡板3-1底部的缝隙涌上储槽3的上部，其中夹带的少量气体从储槽3顶部，通过管道3-3，重新回到激冷塔2内，步骤3.储槽3内大量的清液则通过管道进入输送泵3-4，流向两条管道3-5和3-6，管道3-6直接将部分清液送入下游的精馏工段6；管道3-5则将清液送入换热器4，换热器4将清液的温度小幅下降，再通过管道4-1送至激冷塔2顶部，经液体分布器2-2喷淋而下，与上升高温气流逆流接触，温度稍有上升，最后到达塔釜，开始新的一轮循环，步骤4.步骤1中进入激冷塔2的甲烷氯化物混合气体经过激冷塔2的塔釜冷液鼓泡和塔顶喷淋液的逐级冷却和净化，温度稍有下降，其中的碳焦颗粒已基本不复存在，有小部分热气体被冷凝成液体随喷淋液一起回流至激冷塔2塔釜，剩下的大部分的高温高压气体通过管道2-5进入废热锅炉5进行热量回收，气体释放出大量热能，自身冷凝为液体，通过管道5-1进入储槽3，成为储槽3中上层清液的一部分。
上述的反应热利用和混合物纯化方法，所述的热交换塔板2-3可以是筛板、浮阀塔板、泡罩塔板或斜孔塔板。
上述的反应热利用和混合物纯化方法，所述的废热锅炉5产生的高压蒸汽则可作为下游精馏工段6的补充热源，首先，通过管道5-2为精馏工段6的再沸器7供热，换热后形成的冷凝水通过管道7-1输送到废热锅炉5进行循环使用。
上述的反应热利用和混合物纯化方法，所述的换热器4和精馏工段精馏塔顶部的塔顶冷凝器8所产生的热水可以用来预热反应器1的原料氯化氢和甲醇。
与传统方法相比，本方法有三大优点1.充分回收利用系统自身的高品质热能(高温高压的甲烷氯化物混合气体所带热能)。综观系统，有三处热量回收利用的措施首先是废热锅炉5，将大量的热能回收利用；其次是管道3-6将储槽3中的部分上层清液直接送入精馏工段6，利用了这部分清液所带有的热能；再者是换热器4和塔顶冷凝器8可将从系统所获得的热能用来预热反应器1的反应物料；2.节约大量水资源。传统方法中没有使用废热锅炉，完全利用换热器来冷却高温高压的甲烷氯化物混合气体，需要消耗大量冷却水以及电能，本方法中，换热器4只需小幅降低清液温度，用水很少，大部分热能由废热锅炉5回收再利用，效率很高。并且在整个系统中，水都是在一个密闭管线中循环使用，几乎没有损耗；3.有效解决了反应器1产生的甲烷氯化物气体中碳焦颗粒的净化问题。通过气体分布器2-1的鼓泡作用和激冷塔2中喷淋液的逐板逆流接触，到达激冷塔2顶部的气流已基本不再含有碳焦颗粒，这为物料顺利进入下游分离工段扫除了障碍。
图1为本发明方法的流程示意图，其中1为反应器，1-1为管道，1-2为管道；2为激冷塔，2-1为气体分布器，2-2为液体分布器，2-3为热交换塔板，2-4为管道，2-5为管道；3为储槽，3-1为挡板，3-2为沉降槽，3-3为管道，3-4为输送泵，3-5为管道，3-6为管道；4为换热器，4-1为管道；5为废热锅炉，5-1为管道，5-2为管道；6为精馏工段；7为再沸器，7-1为管道；8为精馏塔塔顶冷凝器。
具体实施例方式
实施例某工厂甲烷氯化物生产系统，其反应器1产生的甲烷氯化物混合气体的压力为1.2MPa，温度为450℃，(气体的量37吨/小时)采用传统方法处理该高温高压的混合气体，不但消耗大量的水和电能，而且白白浪费了混合气体所带有的高品质的热能，改用本发明的方法后，激冷塔2塔底冷液温度为190℃，塔顶喷淋液180℃，到达塔顶气体压力0.8MPa，温度为220℃，在废热锅炉内产生蒸汽压力为0.6MPa温度200℃，供给下游精馏工段精馏塔使用，每年为工厂节约各项费用总计达500万元。其方法如下生产甲烷氯化物的原料氯化氢和甲醇通过管道1-1进入反应器1，在反应器1内，在催化剂的作用下发生剧烈的放热反应，产生高温高压(温度为450℃，压力为1.2MPa)的甲烷氯化物混合气体一氯甲烷，二氯甲烷，三氯甲烷(氯仿)，四氯甲烷以及少量的氧气、氯气和碳焦颗粒，总产量为37吨/小时。这混合气体通过管道1-2进入激冷塔2，激冷塔2直径为2000mm，高10500mm，内有12块穿流型热交换塔板2-3，热交换塔板2-3为浮阀塔板，开孔率为30％。激冷塔2的底部有气体分布器2-1，气体分布器2-1浸没在激冷塔底部的冷液之中。冷液的温度为190℃，高温高压的混合物气体进入激冷塔2，便通过气体分布器2-1在冷液中鼓泡，通过鼓泡作用，一方面降低了温度，另一方面将碳焦颗粒洗刷下来，沉积到冷液底部。经过冷液鼓泡净化的气体仍具有较高的温度和压力，它们向激冷塔2顶部的低压区流动，在穿过塔内的穿流型热交换塔板2-3时，与塔顶液体分布器2-2喷淋下来的低温液体(180℃)逆流接触，温度进一步降低，同时气体中被夹带的微量碳焦颗粒被液体进一步的冲刷净化，带到了塔的底部。塔釜底部含有大量碳焦颗粒的冷液在塔顶喷淋液的冲击以及重力的作用之下，通过管道2-4进入固液分离储槽3，储槽3的入口处设置有挡板3-1，它使得进料混合物中的碳焦颗粒沉降下来，进入固体颗粒沉降槽3-2，再从沉降槽3-2底部排出系统，而上层清液则在连通器原理的作用之下，从挡板3-1底部的缝隙涌上储槽3的上部，其中夹带的少量气体从储槽3顶部，通过管道3-3，重新回到激冷塔2内。储槽3内大量的清液则通过管道进入输送泵3-4，流向两条管道3-5和3-6，管道3-6直接将部分清液送入下游的精馏工段6；管道3-5则将清液送入换热器4，换热器4将清液的温度小幅下降，再通过管道4-1送至激冷塔2顶部，经液体分布器2-2喷淋而下，与上升高温气体逆流接触，温度稍有上升，最后到达塔釜，开始新的一轮循环。再看上升气体，上升气体本身是高温高压的，经过塔釜冷液鼓泡和塔顶喷淋液的逐级冷却和净化，温度稍有下降，其中的碳焦颗粒已基本不复存在，有小部分气体被冷凝成液体随喷淋液一起流至塔釜，剩下的大部分的高温高压气体到达激冷塔2的塔顶，此时气体的温度为220℃，压力为0.8MPa，通过管道2-5进入废热锅炉5进行热量回收，气体释放出大量热能，自身则冷凝为液体，通过管道5-1进入储槽3，成为储槽3中上层清液的一部分。然后在泵的作用下，一部分经换热器4后，输送至激冷塔2的顶部，循环使用，其余部分则经管道3-6进入下游的精馏工段6，而废热锅炉产生的高压蒸汽(压力为0.6MPa，温度200℃)则可作为下游精馏工段的补充热源首先，通过管道5-2为精馏工段6的再沸器7供热，换热后形成的冷凝水通过管道7-1输送到废热锅炉5进行循环使用；其次，换热器4和精馏塔顶部的塔顶冷凝器8所产生的热水可以用来预热反应器1的原料氯化氢和甲醇。就这样，整个反应系统的优质的高温热能便得到了充分回收利用，节约了大量的能量和工业用水，同时也解决了气流中碳焦颗粒的净化问题。
权利要求
1.一种生产甲烷氯化物反应工段反应热利用和混合物纯化方法，其特征是它基本上由下列步骤组成步骤1.将生产甲烷氯化物的反应器产生的高温、高压的甲烷氯化物混合气体通过管道(1-2)从激冷塔2底部进入激冷塔(2)，激冷塔(2)底部有气体分布器(2-1)，气体分布器(2-1)浸没在激冷塔(2)底部的冷液之中，底部的冷液为甲烷氯化物混合气体的冷凝液，高温高压的甲烷氯化物混合气体进入激冷塔(2)，便通过气体分布器(2-1)在冷液中鼓泡，它们向激冷塔(2)顶部的低压区流动，穿过塔内设置的多块穿流型热交换塔板(2-3)，与激冷塔(2)的塔顶液体分布器(2-2)喷淋下来的低温液体逆流接触，步骤2.激冷塔2塔釜底部含有大量碳焦颗粒的冷液在塔顶喷淋液的冲击以及重力的作用之下，通过管道(2-4)进入固液分离储槽(3)，储槽(3)的入口处设置有挡板(3-1)，它使得进料混合物中的碳焦颗粒沉降下来，进入固体颗粒沉降槽(3-2)，再从沉降槽(3-2)底部排出系统，而上层清液则在连通器原理的作用之下，从挡板(3-1)底部的缝隙涌上储槽(3)的上部，其中夹带的少量气体从储槽(3)顶部，通过管道(3-3)，重新回到激冷塔(2)内，步骤3.储槽(3)内大量的清液则通过管道进入输送泵(3-4)流向两条管道(3-5)和(3-6)，管道(3-6)直接将部分清液送入下游的精馏工段(6)；管道(3-5)则将清液送入换热器(4)，换热器(4)将清液的温度小幅下降，再通过管道(4-1)送至激冷塔(2)顶部，经液体分布器(2-2)喷淋而下，与上升高温气流逆流接触，温度稍有上升，最后到达塔釜，开始新的一轮循环，步骤4.步骤1中进入激冷塔(2)的甲烷氯化物混合气体经过激冷塔(2)的塔釜冷液鼓泡和塔顶喷淋液的逐级冷却和净化，温度稍有下降，其中的碳焦颗粒已基本不复存在，有小部分热气体被冷凝成液体随喷淋液一起回流至激冷塔(2)塔釜，剩下的大部分的高温高压气体通过管道(2-5)进入废热锅炉(5)进行热量回收，气体释放出大量热能，自身冷凝为液体，通过管道(5-1)进入储槽(3)，成为储槽(3)中上层清液的一部分。
2.根据权利要求1所述的反应热利用和混合物纯化方法，其特征是所述的热交换塔板(2-3)是筛板、浮阀塔板、泡罩塔板或斜孔塔板。
3.根据权利要求1所述的反应热利用和混合物纯化方法，其特征是所述的废热锅炉(5)产生的高压蒸汽作为下游精馏工段(6)的补充热源首先，通过管道(5-2)为精馏工段(6)的再沸器(7)供热，换热后形成的冷凝水通过管道(7-1)输送到废热锅炉(5进行循环使用。
4.根据权利要求3所述的反应热利用和混合物纯化方法，其特征是所述的换热器(4)和精馏工段(6)精馏塔顶部的塔顶冷凝器(8)所产生的热水用来预热反应器(1)的原料氯化氢和甲醇。
全文摘要
生产甲烷氯化物反应工段反应热利用和混合物纯化方法，它是将反应器产生的高温、高压的甲烷氯化物混合气体通入激冷塔，进入底部的冷液，将碳焦颗粒洗刷下来沉积到冷液底部，混合气体穿过塔内的热交换塔板，与塔顶喷淋下来的液体逆流接触，气体中被夹带的微量碳焦颗粒被液体进一步净化，带到了塔的底部，通过管道进入储槽，固体颗粒进入沉降槽，从底部排出系统，上层清液涌上储槽的上部，储槽内清液通过输送泵直接将部分清液送入下游的精馏工段；将部分清液送至激冷塔顶部喷淋而下，大部分的高温高压气体进入废热锅炉进行热量回收，自身冷凝为液体，通过管道进入储槽。本方法既回收了热能又清除了碳焦颗粒物。
文档编号C07C17/10GK1927789SQ200610096480
公开日2007年3月14日 申请日期2006年9月28日 优先权日2006年9月28日
发明者张志炳, 周政, 李磊, 孟为民 申请人:南京大学