一种氯化氢和低碳烯烃混合气体的分离回收系统和方法与流程

本发明涉及化工领域，具体而言，涉及一种从氯化氢和低碳烯烃的混合气体中的分离回收氯化氢的系统和分离回收方法。

背景技术：

低碳烯烃和氯气反应是制备氯乙烯、氯丙烯等大宗高分子单体化学品的合成步骤。反应会副产氯化氢气体，并与部分未反应的低碳烯烃以混合气体的形式排出。目前，大部分装置采用水洗工艺吸收低碳烯烃气体中的氯化氢，以得到纯净的低碳烯烃气体并加以利用。但是，这种工艺副产的盐酸不但附加值低、产量较大，并且处理成本较高，有产生二次污染物的弊端，严重制约了企业的发展。

如果能够实现氯化氢和低碳烯烃气体的分离回收，不但可以解决现有水洗工艺产生废盐酸的弊端，而且可以将分离后的氯化氢气体经氧气氧化生成氯气，并与分离后的低碳烯烃再次反应实现整个生产过程的原料循环，大大降低企业的污染排放，显著改善企业的经济效益。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的氯化氢和低碳烯烃混合气的分离问题，根据本发明的一个方面，本发明的一个目的是提供一种从氯化氢和低碳烯烃的混合气体中的分离回收氯化氢的系统，所述系统包括：

缓冲罐，用于暂时储存氯化氢和低碳烯烃的混合气体；

吸收塔，用于通过采用特定吸收溶剂选择性吸收氯化氢和低碳烯烃的混合气体中的氯化氢，实现氯化氢和低碳烯烃的分离；

低碳烯烃收集器，用于收集经过所述吸收塔分离出来的低碳烯烃；

氯化氢加热分离器，用于接收来自所述吸收塔吸收了氯化氢气体的溶剂，并通过加热的方式使氯化氢以气体形式与所述吸收溶剂分离；

氯化氢收集器，用于收集来自所述氯化氢加热分离器的氯化氢气体；和

溶剂收集器，用于收集来自所述氯化氢加热分离器的经过分离的吸收溶剂。

优选地，所述吸收塔选自喷淋吸收塔和膜丝吸收塔。

优选地，所述膜丝吸收塔中膜丝外径为0.4至2.0mm，内径为0.3至1.4mm，膜丝表面微孔直径为0.05至2μm。

优选地，所述吸收塔为立式吸收塔或卧式吸收塔。

优选地，在所述吸收塔和所述低碳烯烃收集器之间设置检测器和阀门，用于监控所述吸收塔产生的低碳烯烃，所述检测器包括但不限于压力检测器、浓度检测器等。

优选地，所述吸收塔和所述氯化氢加热分离器上分别设置有温度检测器、压力检测器、浓度检测器等。

根据本发明的另一个方面，本发明的另一个目的在于提供一种从氯化氢和低碳烯烃的混合气体中的分离回收氯化氢的方法，所述方法包括以下步骤：

1)在室温至60℃下，将包含质量百分比含量为15％-65％的氯化氢、85％-35％的低碳烯烃混合气导入缓冲罐，待气体状态稳定后以一定的流量从吸收塔底部进气口进入吸收塔；将吸收溶剂从吸收塔底部的吸收溶剂入口以一定的流量注入吸收塔，在所述吸收塔中氯化氢和低碳烯烃的混合气与所述吸收溶剂接触，使得吸收溶剂充分吸收氯化氢；

2)经过所述吸收塔的吸收后，分离出的低碳烯烃经过吸收塔顶部出气口被导入低碳烯烃收集器，在所述吸收塔和所述低碳烯烃收集器之间设置用于监控所述吸收塔产生的低碳烯烃的压力检测器、浓度检测器等检测器和阀门，当产生的低碳烯烃的浓度或压力达到预设值后，打开阀门将产生的低碳烯烃导入低碳烯烃收集器；

3)经过所述吸收塔并吸收了氯化氢气体的吸收溶剂的通过所述吸收塔上部的吸收溶剂出口导入氯化氢加热分离器中，所述氯化氢加热分离器升温至100至150℃对所述溶剂加热使吸收的氯化氢重新形成气态，实现与溶剂的分离；

4)经过所述氯化氢加热分离器分离出的气态氯化氢导入氯化氢收集器，分离出的溶剂重新导入所述吸收塔的吸收溶剂入口，实现溶剂的循环利用。

优选地，所述吸收溶剂选自乙二醇、二甘醇和分子量为150-600的聚乙二醇中的一种或两种的混合物。

优选地，所述吸收溶剂为乙二醇和分子量为150-600的聚乙二醇的混合物。

优选地，所述吸收溶剂乙二醇(或二甘醇)和分子量为150-600的聚乙二醇的体积混合比例为1:0.2至1:5，更优选为1:0.5至1:1。

优选地，所述低碳烯烃选自乙烯、丙烯和氯乙烯，更优选为丙烯。

有益效果

根据本发明的从氯化氢和低碳烯烃的混合气体中的分离回收氯化氢的系统和方法利用特定溶剂在室温-60℃下可以选择性吸收氯化氢、分离低碳烯烃。吸收氯化氢的溶剂在一定温度下又可以释放氯化氢气体，并通过溶剂的循环吸收和释放过程，可以实现氯化氢和低碳烯烃的经济性分离，达到减少排放，节约资源的目的。

附图说明

图1为表示根据本发明的分离回收氯化氢的系统的结构示意图。

图2为表示卧式吸收塔的结构示意图。

图3为表示膜丝吸收塔中膜丝气液吸收过程的示意图。

1-缓冲罐，2-吸收塔，3-低碳烯烃收集器，4-氯化氢加热分离器，5-氯化氢收集器，6-溶剂收集器，21-吸收塔底部进气口，22-吸收塔顶部出气口，23-吸收溶剂入口，24-吸收溶剂出口

具体实施方式

为使本领域具有普通知识的人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及申请专利范围中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，皆具有本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。

在本文中，用语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其他任何类似用语均属于开放性连接词(open-endedtransitionalphrase)，其意欲涵盖非排他性的包括物。举例而言，含有复数要素的一组合物或制品并不仅限于本文所列出的这些要素而已，而是还可包括未明确列出但却是该组合物或制品通常固有的其他要素。除此之外，除非有相反的明确说明，否则用语“或”是指涵盖性的“或”，而不是指排他性的“或”。例如，以下任何一种情况均满足条件“a或b”：a为真(或存在)且b为伪(或不存在)、a为伪(或不存在)且b为真(或存在)、a和b均为真(或存在)。此外，在本文中，用语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”的解读应视为已具体公开并同时涵盖“由…所组成”及“实质上由…所组成”等封闭式或半封闭式连接词。

在本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征或条件仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值，特别是整数数值。举例而言，“1至8”的范围描述应视为已经具体公开如1至7、2至8、2至6、3至6、4至8、3至8等等所有次级范围，特别是由所有整数数值所界定的次级范围，且应视为已经具体公开范围内如1、2、3、4、5、6、7、8等个别数值。除非另有指明，否则前述解释方法适用于本发明全文的所有内容，不论范围广泛与否。

为了阐明本发明，在附图中省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中，相同或相似的部件由相同的附图标记表示。

另外，为了便于说明，任意地示出了附图中所示的每个部件的尺寸和厚度，因此本发明不必限于附图中所示的那些。

在整个说明书中，当提到某个元件“连接”到另一个元件时，它不仅包括“直接连接”，还包括其他构件之间的“间接连接”。另外，当提到某个元件“包括”某个部件时，这意味着该元件可以进一步包括其他部件而不是排除其他部件，除非相反地明确描述。

本文所使用的术语“第一”、“第二”等是用来解释各种构成元件，并且它们仅用于将一种构成元件与另一种构成元件区分的目的。

并且，本文中所使用的术语仅用于解释示例性实施例，且并不旨在限制本发明。单数表达也包括其复数表达，除非在上下文中另有明确表示。在本文中所使用的“包含”、“配备有”或“具有”之类的术语用于指定实践特性、数目、步骤、构成元件或其组合的存在，并且应当理解为不排除一个或多个其他特性、数目、步骤、构成元件或其组合的添加或存在的可能。

并且，如果一个层或一个元件被提及为形成于“层”或“元件”的“上面”或“上方”，这意味着每一个层或元件被直接形成在该层或元件上，或者在层、主体或基材之间可形成其他的层或元件。

在下文中，将参照附图详细地描述本公开的优选的实施方式。在描述之前，应当了解在说明书和所附权利要求中使用的术语，并不应解释为局限于一般及辞典意义，而是应当基于允许发明人为最好的解释而适当定义术语的原则，基于对应于本发明技术层面的意义及概念进行解释。因此，在此的描述仅为说明目的的优选实例，而并非是意指限制本发明的范围，因而应当了解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以做出其他等同实施和修改。

参考图1和图2进一步说明本发明的分离回收氯化氢的系统，

所述系统包括：

缓冲罐1，用于暂时储存含有氯化氢和低碳烯烃的混合气体，防止混合气体对系统的爆冲，保证混合气体向后续装置输送的稳定性。

吸收塔2，用于通过采用特定吸收溶剂选择性吸收氯化氢和低碳烯烃的混合气体中的氯化氢，实现氯化氢和低碳烯烃的分离，所述吸收塔2底部设置吸收塔底部进气口21，下部侧壁设置吸收溶剂入口23，上部侧壁设置吸收溶剂出口24，顶部设置吸收塔顶部出气口22。

所述缓冲罐1与所述吸收塔2底部的所述吸收塔底部进气口21通过管线连接，将来自所述缓冲罐1中的氯化氢和低碳烯烃的混合气体输送至所述吸收塔2中。

低碳烯烃收集器3，所述低碳烯烃收集器3通过管线与所述吸收塔2顶部的吸收塔顶部出气口22连接，用于收集经过所述吸收塔2分离出来的低碳烯烃。

氯化氢加热分离器4，所述氯化氢加热分离器4通过管线与所述吸收塔2上部侧壁设置的所述吸收溶剂出口24连接，用于接收来自所述吸收塔2吸收了氯化氢气体的溶剂，并通过加热的方式使氯化氢以气体形式与所述吸收溶剂分离。

氯化氢收集器5，所述氯化氢收集器5通过管线与所述氯化氢加热分离器4连接，用于收集来自所述氯化氢加热分离器4的氯化氢气体。

溶剂收集器6，所述溶剂收集器6通过管线与所述氯化氢加热分离器4连接，用于收集来自所述氯化氢加热分离器4的经过分离的吸收溶剂，同时所述溶剂收集器6还通过管线与所述吸收塔2下部侧壁设置的吸收溶剂入口23连接，将吸收溶剂重新输送至所述吸收塔2中，实现吸收溶剂的循环利用。

优选地，所述吸收塔2选自喷淋吸收塔和膜丝吸收塔。

优选地，所述膜丝吸收塔中膜丝外径为0.4至2.0mm，内径为0.3至1.4mm，膜丝表面微孔直径为0.05至2μm。

优选地，所述吸收塔2为立式吸收塔(图1)或卧式吸收塔(图2)。当所述吸收塔2采用卧式吸收塔时，在卧式吸收塔的两端设置气体进口和出口，吸收溶剂的入口设置在卧式吸收塔的下部侧壁，而吸收溶剂的入口设置在卧式吸收塔的上侧部侧壁，具体参见图2。

优选地，在各个部件之间的连接管线上设置检测器和阀门，用于监控物料状态，所述检测器包括但不限于压力检测器、浓度检测器、温度检测器等。

下面参考图1至图3进一步说明本发明的从氯化氢和低碳烯烃的混合气体中的分离回收氯化氢的方法，所述方法包括以下步骤：

1)在室温至60℃下，将包含质量百分比含量为15％-65％的氯化氢、85％-35％的低碳烯烃混合气导入所述缓冲罐1，待气体状态稳定后以一定的流量从所述吸收塔2的底部进气口21进入所述吸收塔2；将吸收溶剂从吸收塔2底部的吸收溶剂入口23以一定的流量注入吸收塔2，在所述吸收塔中氯化氢和低碳烯烃的混合气与所述吸收溶剂接触，使得吸收溶剂充分吸收氯化氢；

2)经过所述吸收塔2的吸收后，分离出的低碳烯烃经过吸收塔顶部出气口22被导入低碳烯烃收集器3，在所述吸收塔2和所述低碳烯烃收集器3之间设置用于监控所述吸收塔2产生的低碳烯烃的压力检测器、浓度检测器等检测器和阀门，当产生的低碳烯烃的浓度或压力达到预设值后，打开阀门将产生的低碳烯烃导入低碳烯烃收集器3；

3)经过所述吸收塔2并吸收了氯化氢气体的吸收溶剂的通过所述吸收塔2上部的吸收溶剂出口24导入氯化氢加热分离器4中，所述氯化氢加热分离器4升温至100至150℃对所述溶剂加热使吸收的氯化氢重新形成气态，实现与溶剂的分离；

4)经过所述氯化氢加热分离器4分离出的气态氯化氢导入氯化氢收集器5，分离出的溶剂导入溶剂收集器6中，并通过管线重新导入所述吸收塔2的吸收溶剂入口23，实现溶剂的循环利用。

优选地，步骤2)中所述吸收塔2为膜丝吸收塔，其中膜丝外径为0.4至2.0mm，内径为0.3至1.4mm，膜丝表面微孔直径为0.05至2μm。参考图3，氯化氢和低碳烯烃的混合气体在膜丝的中空内径中由下而上的流动，吸收溶剂在膜丝外侧流动，在膜丝表面微孔内形成气液接触界面完成吸收溶剂对混合气体中氯化氢的吸收。由于混合气体保持一定压力并且膜丝表面微孔直径为0.05至2μm，使得气液接触界面仅在膜丝表面微孔中形成，而不会导致吸收溶剂进入膜丝内径的情况。

优选地，所述吸收溶剂选自乙二醇、二甘醇和分子量为150-600的聚乙二醇中的一种或两种的混合物。

更优选地，所述吸收溶剂为乙二醇和分子量为150-600的聚乙二醇的混合物，或者二甘醇和分子量为150-600的聚乙二醇的混合物。

优选地，所述吸收溶剂乙二醇(或二甘醇)和分子量为150-600的聚乙二醇的体积混合比例为1:0.2至1:5，更优选为1:0.5至1:1。

优选地，所述吸收溶剂为乙二醇和分子量为150-600的聚乙二醇的混合物。乙二醇或二甘醇在长期吸收氯化氢、加热释放氯化氢的过程中存在分解、氯代等副反应，容易产生损耗，而分子量为150-600的聚乙二醇则很稳定，几乎没有因副反应产生的损耗问题，故加入聚乙二醇可以比较好的稀释乙二醇或二甘醇，避免因副反应产生明显的溶剂消耗。分子量为150-600的聚乙二醇常温下为液态，但是粘稠度较高，单独使用时存在输送困难的问题，采用与乙二醇或二甘醇混合的方式可以显著降低液态的粘稠度，易于工业过程。

优选地，所述吸收溶剂乙二醇(或二甘醇)与分子量为150-600的聚乙二醇的混合比例(体积比)为1:0.2至1:5，当乙二醇(或二甘醇)含量过高时，因在吸收氯化氢、加热释放氯化氢的过程中存在分解、氯代等副反应产生较明显的损耗，增加使用成本；而聚乙二醇含量过高时，液体的粘稠度明显变大，不利于管道输送。吸收溶剂乙二醇(或二甘醇)与分子量为150-600的聚乙二醇的混合比例(体积比)更优选为1:0.5至1:1。

优选地，根据本发明的分离回收氯化氢的系统和方法可以分离多种低碳烯烃，例如所述低碳烯烃可以选自乙烯、丙烯和氯乙烯，更优选为丙烯。

以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。

实施例1

1)在室温下，使用包含质量百分比含量为15％的氯化氢、85％的丙烯混合气为对象，以20.0l/小时的流量从缓冲罐1通过管线由吸收塔2的底部进气口21进入吸收塔2，所述吸收塔2为喷淋吸收塔，所述吸收塔2顶部吸收溶剂乙二醇以10.0l/小时的流量进行喷淋，吸收过程中控制吸收塔2温度保持在室温。塔底得到氯化氢质量浓度为10-15％的乙二醇溶液，塔顶得到丙烯气体，所述丙烯气体通过管线被导入低碳烯烃收集器3中。在所述吸收塔2和所述低碳烯烃收集器3的管线上设置有温度检测器、压力检测器和气体检测器，如得到的丙烯气体内仍含有氯化氢气体，可以将丙烯气体再次导入所述吸收塔2的底部进气口21中经过多次分离过程，实现氯化氢气体的完全分离。

2)将吸收了氯化氢的乙二醇溶液通过吸收塔2的吸收溶剂出口24输送至氯化氢加热分离器4，将所述氯化氢加热分离器升温至145℃，并保持1小时，所述氯化氢加热分离器4顶部通过管线与氯化氢收集器5连接，将释放得到的氯化氢的纯净气体导入所述氯化氢收集器5中收集，经加热后吸收溶剂乙二醇中氯化氢气体的释放率为80％，残留的氯化氢质量浓度为1-3％。待乙二醇降至室温后通过管线输送至所述吸收塔2的吸收溶剂入口23中继续用于混合气的分离。

实施例2

1)在室温下，使用包含质量含量为15％的氯化氢、85％的丙烯混合气为对象，以5.0l/小时的流量从缓冲罐1通过管线由吸收塔2的底部进气口21进入吸收塔2，所述吸收塔2为膜丝吸收塔，吸收溶剂乙二醇以5.0l/小时的流量由所述吸收塔2的吸收溶剂入口23进入所述吸收塔2，并在中空膜丝的缝隙间流动(中空纤维丝内径1.0mm，外径1.5mm，微孔尺寸0.2μm，长度1.0m，纤维丝数目1000根)。流出的乙二醇中氯化氢质量浓度为15-25％，经膜丝吸收后得到丙烯气体，所述丙烯气体通过管线被导入低碳烯烃收集器3中。在所述吸收塔2和所述低碳烯烃收集器3的管线上设置有温度检测器、压力检测器和气体检测器，如得到的丙烯气体内仍含有氯化氢气体，可以将丙烯气体再次导入所述吸收塔2的底部进气口21中经过多次分离过程，实现氯化氢气体的完全分离。

所述中空膜丝可以由选自以下材料制成：聚丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯等。

2)将吸收了氯化氢的乙二醇溶液通过吸收塔2的吸收溶剂出口24输送至氯化氢加热分离器4，将所述氯化氢加热分离器升温至145℃，并保持1小时，所述氯化氢加热分离器4顶部通过管线与氯化氢收集器5连接，将释放得到的氯化氢的纯净气体导入所述氯化氢收集器5中收集，经加热后吸收溶剂乙二醇中氯化氢气体的释放率为80％，残留的氯化氢质量浓度为1-3％。待乙二醇降至室温后通过管线输送至所述吸收塔2的吸收溶剂入口23中继续用于混合气的分离。

实施例3

1)在室温下，使用包含质量含量为15％的氯化氢、85％的丙烯混合气为对象，以5.0l/小时的流量从缓冲罐1通过管线由吸收塔2的底部进气口21进入吸收塔2，所述吸收塔2为膜丝吸收塔，吸收溶剂为乙二醇和分子量为200的聚乙二醇的混合溶剂，乙二醇和分子量为200的聚乙二醇的质量比为1:1。

混合溶剂以5.0l/小时的流量由所述吸收塔2的吸收溶剂入口23进入所述吸收塔2，并在中空膜丝的缝隙间流动(中空纤维丝内径1.0mm，外径1.5mm，微孔尺寸0.2μm，长度1.0m，纤维丝数目1000根)。流出的混合溶剂中氯化氢质量浓度为15-25％，经膜丝吸收后得到丙烯气体，所述丙烯气体通过管线被导入低碳烯烃收集器3中。在所述吸收塔2和所述低碳烯烃收集器3的管线上设置有温度检测器、压力检测器和气体检测器，如得到的丙烯气体内仍含有氯化氢气体，可以将丙烯气体再次导入所述吸收塔2的底部进气口21中经过多次分离过程，实现氯化氢气体的完全分离。

所述中空膜丝可以由选自以下材料制成：聚丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯等。

2)将吸收了氯化氢的混合溶剂通过吸收塔2的吸收溶剂出口24输送至氯化氢加热分离器4，将所述氯化氢加热分离器升温至145℃，并保持1小时，所述氯化氢加热分离器4顶部通过管线与氯化氢收集器5连接，将释放得到的氯化氢的纯净气体导入所述氯化氢收集器5中收集，经加热后吸收混合溶剂中氯化氢气体的释放率为90％，残留的氯化氢质量浓度为1-3％。待混合溶剂降至室温后通过管线输送至所述吸收塔2的吸收溶剂入口23中继续用于混合气的分离。

实施例4

除了使用包含质量含量为15％的氯化氢、85％的乙烯的混合气为对象以外，按照实施例3相同的方式进行氯化氢气体的分离，在所述氯化氢加热分离器4中经加热后吸收混合溶剂中氯化氢气体的释放率为92％，残留的氯化氢质量浓度为1-3％。

实施例5

除了使用包含质量含量为15％的氯化氢、85％的氯乙烯的混合气为对象以外，按照实施例3相同的方式进行氯化氢气体的分离，在所述氯化氢加热分离器4中经加热后吸收混合溶剂中氯化氢气体的释放率为93％，残留的氯化氢质量浓度为1-3％。另外，各个实施例中吸收溶剂循环使用多次后的损耗率测试结果如下表1。

表1

由表1的数据可以看出，根据本发明的分离回收氯化氢的方法中，溶剂的损耗率非常小，特别是使用乙二醇(或二甘醇)与分子量为150-600的聚乙二醇的混合溶剂时，溶剂的损耗率较单独使用的溶剂更小，更为经济。