本发明涉及环氧氯丙烷尾气处理领域,具体涉及一种脱除环氧氯丙烷尾气中氧气的方法。
背景技术:
1、环氧氯丙烷是重要的有机化工原料,主要用于合成环氧树脂、甘油、氯醇橡胶、硝化甘油炸药等多种产品。
2、环氧氯丙烷的主要工业生产方法为氯丙烯法,占全球环氧氯丙烷产能的90%以上,其工艺过程包括丙烯氯化制氯丙烯、氯丙烯次氯酸化生成二氯丙醇和二氯丙醇皂化合成环氧氯丙烷3个主要步骤。目前,为了实现环氧氯丙烷生产过程的绿色化,将主要产生废水和废渣的氯醇化和皂化两个反应步骤去掉,由3-氯丙烯(简称氯丙烯)直接环氧化一步反应合成环氧氯丙烷,从而显著地减少废水的排放量,同时又不会产生氯化钙废渣。
3、氯丙烯直接环氧化合成环氧氯丙烷新技术是使用氯丙烯、氨和双氧水在低压条件下,甲醇为溶剂,并采用钛硅分子筛催化剂(以下简称催化剂),在固定床列管反应器内一步合成环氧氯丙烷,其化学反应方程式为:
4、clch2ch=ch2+h2o2→clch2choch2+h2o
5、该工艺直接合成环氧氯丙烷,相较于传统的制备工艺,大大缩短了工艺流程,且反应条件温和、选择性、转化率高、不副产氯化钙废渣、减少废水排放,具有较高的技术经济性和环保效益,有望取代传统的生成工艺。
6、在正常条件下,环氧化反应在高转化率、高选择性下进行,但当原料配比不当和/或催化剂活性下降时,主反应速率下降,而主要发生以下副反应:
7、2h2o2→2h2o+o2↑
8、clch2choch2+ch3oh→clch2chohch2och3
9、clch2choch2+h2o→clch2chohch2oh (4)
10、随着主反应转化率和选择性下降,双氧水分解释放出氧气,与环氧氯丙烷、氯丙烯、甲醇等可燃气体混合存在燃爆风险。
11、根据sh 3009-2013《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》5.3.1中规定,“氧气含量大于2%(v%)的可燃性气体”不应排入全厂可燃气体排放系统,如火炬、焚烧炉等。目前,工业上为了解决上述问题主要采用排放火炬或氮气稀释的方法,然而排放火炬的方法造成不饱和烃气体大量浪费并可能存在危险,氮气稀释的方法氮气消耗量大能耗增加,两种方法都影响了经济效益。对于环氧氯丙烷装置,包括传统的氯醇法环氧丙烷装置、近几年应用的双氧水法制环氧丙烷装置,氯丙烯尾气中的氧气含量在0.2-8%的范围波动,按照上述规范要求该股气体不能排入可燃气体排放系统,需将氧气含量降低到0.5%以下进行排放,或降低到0.1%以下进行循环利用。类似由不饱和烃和氧气组成的具有燃爆风险的工业尾气处理都面临同样问题。因此,为降低燃爆风险、回收利用有机气体或者保证含氧有机尾气满足排放要求,需要对含氧有机气体或尾气进行脱氧处理。
12、现有的脱氧技术主要有物理吸附脱氧、化学吸收脱氧、催化燃烧脱氧。其中物理吸附与化学吸收脱氧负荷较小,适合于微量氧气的脱除。催化脱氧是指催化燃烧脱氧技术,绝大部分需要加入h2等还原性气体,在催化脱氧过程中,由于氢气与氧气反应速率较快,若采用固定床反应器,会导致氢气与氧气在床层的下端发生快速反应后导致床层温度过高,而中上端催化剂床层没有起到作用,且下端催化剂由于氢气与氧气的反应放出的热量无法移除,从而发生积碳导致催化剂失活。cn112619564a涉及一种新型烯烃环氧化反应器,该反应器自下而上由预混段、反应段和分离段组成,其中预混段包括预混段筒体,预混段筒体底部设置有进料口,内部填充有规整填料,上部设置有与筒体轴向垂直的分布器;反应段包括反应段筒体和设置在反应段筒体内部的内置换热组件,反应器筒体底部侧面设置有催化剂出口,上部侧面设置有催化剂进料口;分离段自下而上包括扩径段、分离段筒体和分离组件,分离段筒体上方设置有出料口,出料口与分离组件相连。cn209866000u、cn107376792a等通过对反应器内管式结构改进为板式结构以提高换热效率,提高反应稳定性。但是上述反应器无法解决固定床催化剂颗粒装填难度大、取热换热需消耗能耗等缺点。同时,催化剂再生时,需装置停车,从而增加了开停车成本。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题,提供一种脱除环氧氯丙烷尾气中氧气的方法。
2、为了实现上述目的,本发明提供了一种脱除环氧氯丙烷尾气中氧气的方法,该方法包括:
3、第一阶段:将稀释气和环氧氯丙烷尾气引入装填有催化剂的流化床反应器中使环氧氯丙烷尾气中的氧气与氢气发生氧化反应,催化剂床层的温度逐渐升高,其中,稀释气和环氧氯丙烷尾气的总体积空速的初始值为v;
4、第二阶段:催化剂床层的温度基本稳定,提高稀释气和环氧氯丙烷尾气的总体积空速为3v-8v,并往流化床反应器中补充冷氢以控制所述流化床反应器的出料管线排出的气体中的氧气含量在0.5体积%以下,同时选择性地往流化床反应器中补充冷稀释气以减缓催化剂床层温度的升高速率;
5、第三阶段:催化剂床层的温度升高至大于200℃,将稀释气和环氧氯丙烷尾气的总体积空速调整为0.8v-1.2v,但继续引入冷稀释气且停止补入冷氢,催化剂床层的温度开始降低且待温度稳定后重新进入第一阶段,开始新的循环。
6、通过上述技术方案,本发明能够有效提高反应转化率,降低尾气出口氧含量,达到抑制气相燃爆的效果。而且,本发明的动态调控方法可以在维持催化剂活性、延长催化剂寿命的情况下尽可能地提高尾气处理量,可解决脱氧过程中放出的热量导致催化剂表面发生积碳,防止产生副产物co、co2的生成。
1.一种脱除环氧氯丙烷尾气中氧气的方法,其特征在于,该方法包括:
2.根据权利要求1所述的方法,其中,v=500-50000m3/(m3·h);
3.根据权利要求1所述的方法,其中,v=1000-10000m3/(m3·h);
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法,其中,冷氢的温度为-10℃至10℃;
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述流化床反应器设置有至少两个冷稀释气进料口和至少两个催化剂床层温度测量点,第二阶段中,至少一个冷稀释气进料口和至少一个催化剂床层温度测量点设置在所述流化床反应器中部,至少一个冷稀释气进料口和至少一个催化剂床层温度测量点设置在所述流化床反应器的上部,根据流化床反应器中部的至少一个催化剂床层温度测量点的测量结果确定是否通过所述流化床反应器中部的至少一个冷稀释气进料口引入冷稀释气,根据流化床反应器上部的至少一个催化剂床层温度测量点的测量结果确定是否通过所述流化床反应器上部的至少一个冷稀释气进料口引入冷稀释气。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,第二阶段或第三阶段中,催化剂床层的温度基本稳定是指催化剂床层的温度每分钟的变化值小于5℃。
7.根据权利要求1所述的方法,其中,所述稀释气的用量使得氧气体积占稀释气与环氧氯丙烷尾气总体积的25体积%以下。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述稀释气的用量使得氧气体积占稀释气与环氧氯丙烷尾气总体积的5体积%以下。
9.根据权利要求1、7或8所述的方法,其中,所述稀释气为气态烷烃。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,所述稀释气选自c1-c4的烷烃。
11.根据权利要求9所述的方法,其中,所述稀释气为甲烷、乙烷和丙烷中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的方法,其中,所述环氧氯丙烷尾气中氧气的含量为1-5体积%,氢气的含量为3-10体积%,环氧氯丙烷的含量为5-10体积%,氯丙烯的含量为80-90体积%,甲醇的含量为1-10体积%。
13.根据权利要求1或12所述的方法,其中,所述方法进一步包括:将所述流化床反应器的出料管线排出的气体引入隔壁塔以回收稀释气。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述隔壁塔的操作条件包括:压力为1-10mpa,温度为-30℃至20℃。