甲苯肟净化处理是TS-1分子筛催化环己酮氨肟化工艺重要的生产过程之一, 原设计采用重力沉降技术和聚结分离技术串联使用, 去除甲苯肟中的含水和硅胶、催化剂等杂质。实际生产中甲苯肟经净化处理之后, 仍有很大一部分硅胶和催化剂颗粒随物流一起被带至后续精馏系统, 导致精馏塔结焦而不能正常运行, 造成生产消耗增加以及大幅度缩短精馏塔的开车周期。
事实上, 重力沉降分离的原理是靠分散相自身的比重沉降, 只有大颗粒分离介质才能有效地沉降, 硅胶、钛硅催化剂颗粒等细小介质无法沉降;聚结器主要对水滴有分离作用, 而且存在催化剂等不洁净物时易造成元件堵塞, 降低分离效果。因此要从根本上解决精馏塔结焦的问题, 必须对甲苯肟净化系统进行改造, 选择其它的更有效的分离方法来解决甲苯肟的净化问题。本文研究采用旋流分离技术来脱除甲苯肟溶液中的硅胶、钛硅催化剂等杂质, 和重力沉降技术、聚结分离技术组合构成甲苯肟溶液净化新工艺。
1 旋流分离技术的特点
旋流分离技术是一种新型、高效的分离技术, 具有处理速度快、操作简单的优点。旋流管内为强烈的旋转湍流流动, 旋流管相当于一个高效“混合分离器”。非均相混合液进入旋转筒, 靠旋转离心力和重力作用达到介质分离的目的。旋流分离的离心因数是重力沉降的1000-2000倍, 对于分散相粒径大于10μm、两相密度差大于0.05g/cm3的互不相溶或溶解度不高的液-液体系均具有良好的分离效果。
2 装置侧线实验
2.1 实验流程
实验流程见图1。侧线实验建在70kt/a环己酮氨肟化装置, 首先, 将甲苯肟溶液在混合器中与脱盐水混合进行水洗, 以完成水与原料的弥散混合, 原料中盐类和硅胶等杂质向水迁移、以及水中杂质富集, 待甲苯肟溶液与水充分混合、杂质向水充分传递后, 在重力沉降罐中进行第一步分离, 除去部分盐类和硅胶等杂质。其次, 将经第一步分离的混合物注水后 (注水控制在进料量的1-3%) 送入旋流分离器中, 进行第二步的旋流分离, 分离出的水、杂质及有机相进入收集槽。侧线实验中旋流分离器和聚结分离器并联。
图1、甲苯肟溶液分离净化系统实验流程1.混合器;2.重力沉降罐;3.旋流分离器;4.聚结器;5.收集槽;6.水萃取塔
2.2 分析方法及仪器
水含量采用光谱法测定;硅胶含量分析步骤如下:硅胶溶于水, 先用一定量的去离子水对甲苯肟溶液进行水洗, 沉降出的水相硅胶含量采用原子吸收光度法分析, 然后推导出甲苯肟溶液中的硅胶含量。
3 试验结果与讨论
3.1 动力特性
3.1.1 进口流量与进口和溢流口压力差的关系
对于脱水型旋流芯管, 分流比通常是底流口流量与入口流量之比。分流比影响底流口和溢流口的流量, 分流比越大, 则底流口的流量越大, 溢流口的流量越小。分流比是旋流芯管的重要操作参数, 其理想值为分散相与分散相和连续相总体积之比。在实际工业应用中, 为了达到较高的分离效果, 分流比一般大于分散相和连续相总体积之比。
0%、6%、10%分流比条件下进口流量与进口和溢流口压力差关系如图2所示。当分流比一定时, 进口流量Qi随着进口和溢流口压力差△pio的增大以对数趋势增大;当分流比小于10%时, 分流比的变化对进口流量与压力差的关系影响不大。
□-0%;▲-6%;●-10%
3.1.2 进口流量与进口和底流口压力差的关系
0%、6%、10%分流比条件下进口流量与进口和底流口压力差的关系如图3所示。当分流比一定时, 进口流量Qi随着进口和底流口压力差△piu的增大而增大, 在分流比为零时, 底流口关死, 进口和底流口压力差表现为进口压力, 关系曲线与其他情况下的数值相差较大, 这和图2的曲线分布有显著差别。
图3进口流量与进口和底流口压力差的关系□-0%;▲-6%;●-10%
3.2 分离性能
3.2.1 脱水效果
旋流分离器脱水试验结果见表1。
由表1可见, 在旋流分离器进口与有机相出口压差在0.20-0.25MPa范围内, 注水量为1-3%, 分离净化后的有机相含水均稳定在0.5%左右, 并且普遍低于同期聚结器出口的水含量。取分离净化后的有机相经过1h静置沉降, 看不到明显水珠沉淀, 其中0.5%左右的含水大部分为溶于甲苯肟溶液的饱和水。
3.2.2 硅胶脱除效果
旋流分离器的硅胶脱除试验结果见表2。
由表2可见, 在旋流分离器进口与有机相出口压差在0.20-0.25MPa范围内, 注水量为1-3%, 旋流分离器进口硅胶含量不大于19μg/g情况下, 分离净化后的有机相硅胶含量基本小于7μg/g, 并且普遍低于同期聚结器出口的硅胶含量。硅胶的脱除率比较高, 是因为旋流管内为强烈的旋转湍流流动, 增强了硅胶从有机相向水相传递, 强化了水洗硅胶的效果, 能够在同样的脱水率情况下尽可能多的脱除硅胶。
4 旋流分离技术的应用
4.1 工艺流程
工业应用中充分考虑到重力沉降罐、旋流分离器和聚结分离器的特点, 在重力沉降罐与聚结分离器之间设置单级旋流分离器, 将三者有效组合, 提高分离净化效果。具体工艺流程见图4。
图4改造后甲苯肟分离净化系统工艺简图1.重力沉降罐;2.增压泵;3.混合器;4.旋流分离器;5.聚结器;6.界面控制器;7.补水流量计;8.收集槽;9.入口压力表;10.出口压力表
4.2 效果检查
旋流分离技术在氨肟化装置应用后, 效果相当明显, 甲苯肟净化分离后硅胶、钛硅催化剂含量大大降低, 有效地避免了精馏塔结焦。根据2005年和2006年统计得出聚结器出口甲苯肟中硅胶和水含量、电导、聚结器滤芯更换周期、精馏塔清洗周期数据对比表见表3。
5 结语
5.1采用专用的旋流管, 将含油污水旋流分离技术应用到甲苯肟溶液分离净化工艺, 在旋流器进口水含量不大于3%时, 分离净化后的甲苯/肟溶液中水含量不大于0.6%, 非饱和水基本实现分离。
旋流管内为强烈的旋转湍流流动, 旋流管相当于一个高效“混合分离器”, 增强了硅胶从有机相向水相传递, 可以强化水洗硅胶的效果, 能够在同样的脱水率情况下尽可能多的脱除硅胶。
5.3在旋流分离器进口与有机相出口压差在0.20-0.25MPa范围内, 注水量为1-3%, 旋流分离器进口硅胶含量不大于19μg/g情况下, 分离净化后的有机相硅胶含量基本小于7μg/g, 并且普遍低于同期聚结器出口的硅胶含量。5.4
旋流分离器体积小、操作方便、分离效率高, 自旋流分离系统投用后, 效果非常明显, 有效避免了精馏塔结焦的问题, 大大延长了精馏塔有效生产时间。
摘要：介绍了氨肟化装置目前所采用的甲苯肟净化分离技术的特点, 指出了存在的不足, 进行了甲苯肟旋流净化分离的装置侧线试验研究和相应的技术改造, 有效应用旋流分离净化技术解决了甲苯肟中硅胶、催化剂等杂质分离效率不高的问题。
关键词：氨肟化,硅胶,催化剂,甲苯肟净化,旋流分离
参考文献
[1] 谭天恩, 麦本熙, 丁惠华编著, 化工原理 (第二版) 北京:化学工业出版社, 1990.
[2] 陈洪钫, 刘家祺, 化工分离过程北京:化学工业出版社, 1999.
[3] 赵庆国, 张明贤编著, 水力旋流器分离技术北京:化学工业出版社, 2003.