一种NMP废液的三塔二效精馏系统及回收方法与流程

一种nmp废液的三塔二效精馏系统及回收方法
技术领域
1.本发明涉及溶剂回收技术领域，尤其涉及一种nmp废液的三塔二效精馏系统及回收方法。


背景技术：

2.nmp又名n
‑
甲基吡咯烷酮，是优良高级溶剂，选择性强和稳定性好的极性溶剂。广泛的应用在锂电、医药、农药、颜料、清洗剂、绝缘材料等行业，在使用的同时产生了nmp废液(nmp含量约为20
‑
50％)，目前采用精馏的方法处理nmp废液是最佳的选择，国内有很多nmp废液的精馏回收方法，但是普遍存在两个问题：能耗高和操作温度高。
3.专利号为cn108658829a的中国专利公开了一种nmp回收精制的方法，该专利从工艺上看是三塔单效精馏回收方法。操作工况如下：
①
第一脱水精馏塔的操作压力为20
‑
100kpa，回流比为0.2
‑
1，理论塔板数为40
‑
60，塔顶温度为60
‑
100℃，塔釜温度为135
‑
180℃；
②
第二脱水精馏塔的操作压力为10
‑
50kpa，回流比为1
‑
4，理论塔板数为25
‑
50，塔顶温度为100
‑
135℃，塔釜温度为140
‑
170℃；
③
nmp精馏塔的操作压力为10
‑
50kpa，回流比为0.5
‑
3，理论塔板数为40
‑
60，塔顶温度为140
‑
170℃，塔釜温度为145
‑
175℃。这个方法有以下两个问题：
①
一次蒸汽仅仅利用了一次，未能有效的二次利用蒸汽，因此整体的能耗高，估计处理1吨nmp废液约需2吨蒸汽；
②
操作温度高。整个系统的塔釜温度都在135
‑
180℃之间，nmp的分解和水解量大。根据有关资料显示，nmp在150
‑
160℃会先分解再水解生成丁二酸半酰胺；同时在酸或碱存在并且温度大于160℃以上会水解生成4
‑
甲胺基丁酸，并且随着温度的上升分解量和水解量急剧增加。由于这两种物质都具有较强的酸性和腐蚀性，对设备的腐蚀严重，严重影响设备的使用。因此nmp废液的精馏系统及回收方法必须严格控制nmp的分解和水解，也就是说操作温度越低越好。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中nmp废液回收时nmp分解、水解和设备的能耗问题，提供一种nmp废液的三塔二效精馏系统及回收方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种nmp废液的回收方法，废液中nmp回收包括以下步骤：
7.步骤1：含有nmp的废液经废液泵送入进料预热器采用蒸汽冷凝水闪蒸的蒸汽预热后进入一级浓缩塔；
8.步骤2：废液预热后进入一级浓缩塔进行第一次脱水浓缩，一级浓缩塔塔顶温度45.5℃，对应的塔釜温度52℃；
9.步骤3：经过一级浓缩塔脱水浓缩后的塔釜液由出料泵送入闪蒸罐，然后用强制循环泵送入进料蒸发器，与一次蒸汽进行换热后，进入闪蒸罐内减压闪蒸，使气、液分离，气相经过丝网除沫器除沫后进入二级浓缩塔；
10.步骤4：气相进入二级浓缩塔的气体在二级浓缩塔内进行第二次脱水浓缩，二级浓
缩塔塔顶温度62℃，对应的塔釜温度75℃；
11.步骤5：经过二级浓缩塔脱水浓缩后的塔釜液由出料泵送至精馏塔中部进料，在精馏塔内液相中易挥发的组分水向气相中转移，气相中难挥发组分nmp向液相中转移，气、液两相在塔中逆流接触，多次的部分气化和部分冷凝，使混合液得到分离，在塔顶得到纯水含nmp<200ppm，在塔釜得到纯nmp含水<100ppm，精馏塔塔顶45.5℃，对应的塔釜温度135℃；
12.步骤6：当精馏塔塔釜液含水<100ppm时，用nmp成品泵送入成品冷却器经循环水冷却后送入罐区的成品罐。
13.优选的，废液中水的处理包括以下步骤：
14.步骤1：一级浓缩塔塔顶水蒸汽进入塔顶冷凝器与循环水换热成液态塔顶水进入一级浓缩塔塔顶液罐，一部分由回流泵送回一级浓缩塔、一部分由出水泵送至二级浓缩塔塔顶液罐；
15.步骤2：二级浓缩塔塔顶水蒸汽进入一级浓缩塔再沸器与一级浓缩塔塔釜液换热成液态塔顶水后进入二级浓缩塔塔顶液罐，一部分由回流泵送回二级浓缩塔、一部分由出水泵送至罐区的塔顶水罐回生产线重复使用；
16.步骤3：精馏塔塔顶水蒸汽进入精馏塔塔顶冷凝器与循环水换热成液态塔顶水进入精馏塔塔顶液罐，一部分由回流泵送回精馏塔、一部分由出水泵送至气水分离罐后再送入二级浓缩塔塔顶液罐。
17.优选的，废液中高沸物和固态物的处理包括以下步骤：
18.步骤1：利用闪蒸罐的出料调节阀调节出料流量，连续微量采出闪蒸罐内的含高沸物、固态物、nmp和水的混合液体进入蒸发釜，则闪蒸罐内的高沸物和固态物会维持一个平衡的低浓度，以减少进料蒸发器内换热管的堵塞；
19.步骤2：含高沸物、固态物、nmp和水的混合液体在蒸发釜利用一次蒸汽进行加热，同时采用高真空将水和nmp在低温下气化进入一级浓缩塔；
20.步骤3：水和nmp气化后蒸发釜内得到一个含高沸物、固态物和少量nmp的混合液体，用蒸发釜出料泵装桶送到危废焚烧中心焚烧。
21.优选的，能量利用包括以下步骤：
22.步骤1：二级浓缩塔再沸器、进料蒸发器和精馏塔再沸器能源为一次蒸汽加热，由各自的蒸汽调节阀调节蒸汽流量来控制这三台设备的各自的温度；
23.步骤2：二级浓缩塔再沸器采用一次蒸汽加热塔釜液，塔釜液中的水换热气化上升形成二级浓缩塔的塔顶水蒸汽；
24.步骤3：进料蒸发器采用一次蒸汽加热闪蒸罐内的液体，使nmp和水气化进入二级浓缩塔，水蒸汽上升形成二级浓缩塔的塔顶水蒸汽；
25.步骤4：二级浓缩塔的塔顶水蒸汽加热一级浓缩塔再沸器，一级浓缩塔塔釜液中的水换热气化上升形成一级浓缩塔的塔顶水蒸汽。
26.步骤5：一级浓缩塔的塔顶水蒸汽与循环水换热成液态塔顶水进入一级浓缩塔塔顶液罐；
27.步骤6：精馏塔再沸器采用一次蒸汽加热塔釜液，通过能量传递使塔内的水换热气化上升形成精馏塔的塔顶水蒸汽；
28.步骤7：精馏塔的塔顶水蒸汽与循环水换热成液态塔顶水进入精馏塔塔顶液罐。
29.优选的，真空利用包括以下步骤：
30.步骤1：一级浓缩塔、二级浓缩塔和精馏塔均为真空操作，由各自的真空调节阀调节进气流量来控制这三台塔器的各自的真空度；
31.步骤2：一级浓缩塔采用水环真空泵抽吸，其塔顶真空度为：
‑
0.09mpa；
32.步骤3：二级浓缩塔采用水环真空泵抽吸，其塔顶真空度为：
‑
0.078mpa；
33.步骤4：精馏塔采用水环真空泵抽吸，其塔顶真空度为：
‑
0.09mpa。
34.优选的，一种nmp废液的三塔二效精馏系统，包括进料预热器、一级浓缩塔、二级浓缩塔、精馏塔、闪蒸罐、进料蒸发器、成品冷却器，罐区的废液罐的物料出口经废液泵与进料预热器物料进口相连，进料预热器物料出口与一级浓缩塔物料进口相连，一级浓缩塔的物料出口经出料泵与闪蒸罐的液相物料进口相连，闪蒸罐的液相物料出口经强制循环泵与进料蒸发器的物料进口相连，进料蒸发器的物料出口与闪蒸罐的气相物料进口相连，闪蒸罐的气相物料出口与二级浓缩塔的物料进口相连，二级浓缩塔的物料出口经出料泵与精馏塔的物料进口相连，精馏塔的物料出口经nmp成品泵与成品冷却器的物料进口相连，成品冷却器的物料出口与罐区的成品罐的物料进口相连。
35.优选的，还包括塔顶冷凝器、一级浓缩塔再沸器、精馏塔塔顶冷凝器、一级浓缩塔塔顶液罐、二级浓缩塔塔顶液罐、精馏塔塔顶液罐，一级浓缩塔的塔顶蒸汽出口与塔顶冷凝器的蒸汽进口相连，塔顶冷凝器的冷凝水出口与一级浓缩塔塔顶液罐的冷凝水进口相连，一级浓缩塔塔顶液罐的出水口经回流泵与一级浓缩塔的塔顶回流口相连，一级浓缩塔塔顶液罐的出水口经出水泵与二级浓缩塔塔顶液罐的进水口相连，二级浓缩塔的塔顶蒸汽出口与一级浓缩塔再沸器的蒸汽进口相连，一级浓缩塔再沸器的冷凝水出口与二级浓缩塔塔顶液罐的冷凝水进口相连，二级浓缩塔塔顶液罐的出水口经回流泵与二级浓缩塔的塔顶回流口相连，二级浓缩塔塔顶液罐的出水口经出水泵与罐区的塔顶水罐的进水口相连，精馏塔的塔顶蒸汽出口与精馏塔塔顶冷凝器的蒸汽进口相连，精馏塔塔顶冷凝器的冷凝水出口与精馏塔塔顶液罐的冷凝水进口相连，精馏塔塔顶液罐的出水口经回流泵与精馏塔的塔顶回流口相连，精馏塔塔顶液罐的出水口经出水泵与气水分离罐的进水口相连，气水分离罐的出水口经气水分离罐出水泵与二级浓缩塔塔顶液罐的进水口相连。
36.优选的，还包括蒸发釜，闪蒸罐的出渣口与蒸发釜的进料口相连，蒸发釜的气相出料口与一级浓缩塔的气相进料口相连，蒸发釜的液相出料口经蒸发釜出料泵与桶相连，一次蒸汽与蒸发釜的蒸汽进口相连，蒸发釜的冷凝水出口与热水槽的冷凝水进口相连。
37.优选的，还包括二级浓缩塔再沸器、进料蒸发器、精馏塔再沸器、一级浓缩塔再沸器、一级浓缩塔塔顶液罐和精馏塔塔顶液罐，一次蒸汽与二级浓缩塔再沸器、进料蒸发器、精馏塔再沸器的蒸汽进口相连，三台设备的冷凝水出口与热水槽的冷凝水进口相连，二级浓缩塔的塔顶蒸汽出口与一级浓缩塔再沸器的蒸汽进口相连，一级浓缩塔的塔顶蒸汽出口与塔顶冷凝器的蒸汽进口相连，塔顶冷凝器的冷凝水出口与一级浓缩塔塔顶液罐的冷凝水进口相连，精馏塔的塔顶蒸汽出口与精馏塔塔顶冷凝器的蒸汽进口相连，精馏塔塔顶冷凝器的冷凝水出口与精馏塔塔顶液罐的冷凝水进口相连。
38.优选的，还包括水环真空泵，一级浓缩塔、二级浓缩塔、精馏塔的真空口与各自的水环真空泵的进气口相连，水环真空泵的出气口与气水分离罐的进气口相连。
39.本发明的有益效果是：本发明解决了nmp分解和水解的问题，nmp的分解和水解是
在高温下才进行的，因此只有采用低温浓缩和低温精馏，才能从根本上抑制nmp的水解和分解，本发明nmp在一级浓缩塔塔釜温度52℃的工况下进行一级浓缩和在二级浓缩塔塔釜温度75℃的工况下进行二级浓缩，在精馏塔塔釜温度135℃的工况下进行精馏，整个工艺过程全部在低温下进行，nmp基本不分解，因此nmp成品回收率约99.5％。
附图说明
40.图1为本发明提出的一种nmp废液的三塔二效精馏系统的工艺流程图。
41.图中：1一级浓缩塔塔顶液罐、2塔顶冷凝器、3离心泵、4一级浓缩塔、5气水分离罐、6二级浓缩塔、7精馏塔塔顶液罐、8精馏塔、9预热器、10热水槽、11二级浓缩塔塔顶液罐、12真空泵、13蒸发釜、14闪蒸罐、15精馏塔塔顶冷凝器。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
43.一种nmp废液的回收方法，废液中nmp回收包括以下步骤：
44.步骤1：含有nmp的废液经废液泵送入进料预热器采用蒸汽冷凝水闪蒸的蒸汽预热后进入一级浓缩塔；
45.步骤2：废液预热后进入一级浓缩塔进行第一次脱水浓缩，一级浓缩塔塔顶温度45.5℃，对应的塔釜温度52℃；
46.步骤3：经过一级浓缩塔脱水浓缩后的塔釜液由出料泵送入闪蒸罐，然后用强制循环泵送入进料蒸发器，与一次蒸汽进行换热后，进入闪蒸罐内减压闪蒸，使气、液分离，气相经过丝网除沫器除沫后进入二级浓缩塔；
47.步骤4：气相进入二级浓缩塔的气体在二级浓缩塔内进行第二次脱水浓缩，二级浓缩塔塔顶温度62℃，对应的塔釜温度75℃；
48.步骤5：经过二级浓缩塔脱水浓缩后的塔釜液由出料泵送至精馏塔中部进料，在精馏塔内液相中易挥发的组分水向气相中转移，气相中难挥发组分nmp向液相中转移，气、液两相在塔中逆流接触，多次的部分气化和部分冷凝，使混合液得到分离，在塔顶得到纯水含nmp<200ppm，在塔釜得到纯nmp含水<100ppm，精馏塔塔顶45.5℃，对应的塔釜温度135℃；
49.步骤6：当精馏塔塔釜液含水<100ppm时，用nmp成品泵送入成品冷却器经循环水冷却后送入罐区的成品罐。
50.进一步的，废液中水的处理包括以下步骤：
51.步骤1：一级浓缩塔塔顶水蒸汽进入塔顶冷凝器与循环水换热成液态塔顶水进入一级浓缩塔塔顶液罐，一部分由回流泵送回一级浓缩塔、一部分由出水泵送至二级浓缩塔塔顶液罐；
52.步骤2：二级浓缩塔塔顶水蒸汽进入一级浓缩塔再沸器与一级浓缩塔塔釜液换热成液态塔顶水后进入二级浓缩塔塔顶液罐，一部分由回流泵送回二级浓缩塔、一部分由出水泵送至罐区的塔顶水罐回生产线重复使用；
53.步骤3：精馏塔塔顶水蒸汽进入精馏塔塔顶冷凝器与循环水换热成液态塔顶水进入精馏塔塔顶液罐，一部分由回流泵送回精馏塔、一部分由出水泵送至气水分离罐后再送
入二级浓缩塔塔顶液罐。
54.进一步的，废液中高沸物和固态物的处理包括以下步骤：
55.步骤1：利用闪蒸罐的出料调节阀调节出料流量，连续微量采出闪蒸罐内的含高沸物、固态物、nmp和水的混合液体进入蒸发釜，则闪蒸罐内的高沸物和固态物会维持一个平衡的低浓度，以减少进料蒸发器内换热管的堵塞；
56.步骤2：含高沸物、固态物、nmp和水的混合液体在蒸发釜利用一次蒸汽进行加热，同时采用高真空将水和nmp在低温下气化进入一级浓缩塔；
57.步骤3：水和nmp气化后蒸发釜内得到一个含高沸物、固态物和少量nmp的混合液体，用蒸发釜出料泵装桶送到危废焚烧中心焚烧。
58.进一步的，能量利用包括以下步骤：
59.步骤1：二级浓缩塔再沸器、进料蒸发器和精馏塔再沸器能源为一次蒸汽加热，由各自的蒸汽调节阀调节蒸汽流量来控制这三台设备的各自的温度；
60.步骤2：二级浓缩塔再沸器采用一次蒸汽加热塔釜液，塔釜液中的水换热气化上升形成二级浓缩塔的塔顶水蒸汽；
61.步骤3：进料蒸发器采用一次蒸汽加热闪蒸罐内的液体，使nmp和水气化进入二级浓缩塔，水蒸汽上升形成二级浓缩塔的塔顶水蒸汽；
62.步骤4：二级浓缩塔的塔顶水蒸汽加热一级浓缩塔再沸器，一级浓缩塔塔釜液中的水换热气化上升形成一级浓缩塔的塔顶水蒸汽。
63.步骤5：一级浓缩塔的塔顶水蒸汽与循环水换热成液态塔顶水进入一级浓缩塔塔顶液罐；
64.步骤6：精馏塔再沸器采用一次蒸汽加热塔釜液，通过能量传递使塔内的水换热气化上升形成精馏塔的塔顶水蒸汽；
65.步骤7：精馏塔的塔顶水蒸汽与循环水换热成液态塔顶水进入精馏塔塔顶液罐。
66.进一步的，真空利用包括以下步骤：
67.步骤1：一级浓缩塔、二级浓缩塔和精馏塔均为真空操作，由各自的真空调节阀调节进气流量来控制这三台塔器的各自的真空度；
68.步骤2：一级浓缩塔采用水环真空泵抽吸，其塔顶真空度为：
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0.09mpa；
69.步骤3：二级浓缩塔采用水环真空泵抽吸，其塔顶真空度为：
‑
0.078mpa；
70.步骤4：精馏塔采用水环真空泵抽吸，其塔顶真空度为：
‑
0.09mpa。
71.参照图1，一种nmp废液的三塔二效精馏系统，包括进料预热器9、一级浓缩塔4、二级浓缩塔6、精馏塔8、闪蒸罐14、进料蒸发器、成品冷却器，罐区的废液罐的物料出口经废液泵3(即离心泵3，下同)与进料预热器9物料进口相连，进料预热器9物料出口与一级浓缩塔4物料进口相连，一级浓缩塔4的物料出口经出料泵3与闪蒸罐14的液相物料进口相连，闪蒸罐14的液相物料出口经强制循环泵3与进料蒸发器的物料进口相连，进料蒸发器的物料出口与闪蒸罐14的气相物料进口相连，闪蒸罐14的气相物料出口与二级浓缩塔6的物料进口相连，二级浓缩塔6的物料出口经出料泵3与精馏塔8的物料进口相连，精馏塔8的物料出口经nmp成品泵3与成品冷却器的物料进口相连，成品冷却器的物料出口与罐区的成品罐的物料进口相连。
72.进一步的，还包括塔顶冷凝器2、一级浓缩塔再沸器、精馏塔塔顶冷凝器15、一级浓
缩塔塔顶液罐1、二级浓缩塔塔顶液罐11、精馏塔塔顶液罐，一级浓缩塔4的塔顶蒸汽出口与塔顶冷凝器2的蒸汽进口相连，塔顶冷凝器2的冷凝水出口与一级浓缩塔塔顶液罐1的冷凝水进口相连，一级浓缩塔塔顶液罐1的出水口经回流泵3与一级浓缩塔4的塔顶回流口相连，一级浓缩塔塔顶液罐1的出水口经出水泵3与二级浓缩塔塔顶液罐11的进水口相连，二级浓缩塔6的塔顶蒸汽出口与一级浓缩塔再沸器的蒸汽进口相连，一级浓缩塔再沸器的冷凝水出口与二级浓缩塔塔顶液罐11的冷凝水进口相连，二级浓缩塔塔顶液罐11的出水口经回流泵3与二级浓缩塔6的塔顶回流口相连，二级浓缩塔塔顶液罐11的出水口经出水泵3与罐区的塔顶水罐的进水口相连，精馏塔8的塔顶蒸汽出口与精馏塔塔顶冷凝器15的蒸汽进口相连，精馏塔塔顶冷凝器15的冷凝水出口与精馏塔塔顶液罐的冷凝水进口相连，精馏塔塔顶液罐的出水口经回流泵3与精馏塔的塔顶回流口相连，精馏塔塔顶液罐的出水口经出水泵3与气水分离罐5的进水口相连，气水分离罐5的出水口经气水分离罐5出水泵3与二级浓缩塔塔顶液罐11的进水口相连。
73.进一步的，还包括蒸发釜13，闪蒸罐14的出渣口与蒸发釜13的进料口相连，蒸发釜13的气相出料口与一级浓缩塔的气相进料口相连，蒸发釜13的液相出料口经蒸发釜13出料泵3与桶相连，一次蒸汽与蒸发釜13的蒸汽进口相连，蒸发釜13的冷凝水出口与热水槽10的冷凝水进口相连。
74.进一步的，还包括二级浓缩塔再沸器、进料蒸发器、精馏塔再沸器、一级浓缩塔再沸器、一级浓缩塔塔顶液罐1和精馏塔塔顶液罐，一次蒸汽与二级浓缩塔再沸器、进料蒸发器、精馏塔再沸器的蒸汽进口相连，三台设备的冷凝水出口与热水槽10的冷凝水进口相连，二级浓缩塔6的塔顶蒸汽出口与一级浓缩塔再沸器的蒸汽进口相连，一级浓缩塔4的塔顶蒸汽出口与塔顶冷凝器2的蒸汽进口相连，塔顶冷凝器2的冷凝水出口与一级浓缩塔塔顶液罐1的冷凝水进口相连，精馏塔8的塔顶蒸汽出口与精馏塔塔顶冷凝器15的蒸汽进口相连，精馏塔塔顶冷凝器15的冷凝水出口与精馏塔塔顶液罐的冷凝水进口相连。
75.进一步的，还包括水环真空泵12，一级浓缩塔4、二级浓缩塔6、精馏塔8的真空口与各自的水环真空泵12的进气口相连，水环真空泵12的出气口与气水分离罐5的进气口相连。
76.本实施例中，本发明解决现有技术的nmp分解和水解的问题，所采用的技术方案是：nmp在一级浓缩塔4塔釜温度52℃的工况下进行一级浓缩和在二级浓缩塔6塔釜温度75℃的工况下进行二级浓缩，在精馏塔8塔釜温度135℃的工况下进行精馏，整个工艺过程全部在低温下进行，nmp基本不分解和水解，
77.二级浓缩塔6的塔顶蒸汽加热一级浓缩塔的塔釜，热量重复利用了一次，节能效果明显。
78.下表是三塔单效精馏系统与本发明在运行情况上的比较。
[0079][0080]
本发明的优点在于解决了nmp分解和水解的问题，nmp的分解和水解是在高温下才进行的，因此只有采用低温浓缩和低温精馏，才能从根本上抑制nmp的水解和分解。本发明nmp在一级浓缩塔塔釜温度52℃的工况下进行一级浓缩和在二级浓缩塔塔釜温度75℃的工况下进行二级浓缩，在精馏塔塔釜温度135℃的工况下进行精馏，整个工艺过程全部在低温下进行，nmp基本不分解，因此nmp成品回收率约99.5％。
[0081]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。