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環氧丙烷HPPO裝置中的過濾技術簡析

2018-09-18

作者 張軍明 楊曉凱

 

環氧丙烷又名氧化丙烯、甲基環氧乙烷,是非常重要的有機化合物原料,目前已超越丙烯腈成為僅次于聚丙烯的第二大丙烯衍生物。

目前工業化生産PO的方法有:氯醇化法、共氧化法和直接氧化法(HPPO),其中共氧化法又分為乙苯共氧化法和異丁烷共氧化法兩種。由于受到環保和産業調整的壓力,氯醇法污染無法根除,産能關停嚴重。産能缺口将由共氧化法和直接氧化法彌補。其中HPPO由于工藝簡單、副産物少、産品收率高、基本無污染等特點廣受關注。

 


表格來源(許未薇/環氧丙烷工藝知多少-氯醇法 VS HPPO 誰能笑到最後?)

 

環氧丙烷HPPO工藝過濾

過氧化氫直接氧化法的基本生産原理是在相對比較溫和的條件下,丙烯和過氧化氫(H2O2)在甲醇/水混合液中,使用特殊的钛矽催化劑在反應器中發生直接氧化反應的工藝。

目前,國内有兩套HPPO裝置已實現規模化運營,多套新建裝置計劃或已經上馬。由于工藝來源多樣,其過濾方式、過濾精度都有所不同。

 



催化劑過濾是大部分工藝裝置都需要考慮的問題。目前HPPO裝置中以固定床為主,反應後,需要用芯式或者籃式過濾攔截破碎或者細小的催化劑,以達到淨化反應液的目的。在飛潮公司提供的裝置中,過濾精度從1um-100um各有不同。過濾精度很大程度上決定了過濾方式,在死端過濾的前提下,微米級顆粒的攔截采用金屬膜濾芯是不錯的選擇,而籃式過濾更适合50um以上的顆粒攔截。但目前越來越多的企業追求高品質産品,工藝也越來越完善,過濾精度的要求也随之越來越高。

新HPPO工藝中有采用懸浮床工藝。在這個工藝中,可以将随反應液流出的催化劑進行攔截回用。一般太細小的催化劑已經失活,失去了回用價值,所以通常會采用兩級過濾的方式,第一級采用Selfclear過濾系統,将大直徑沒有失活的催化劑攔截後送回反應釜繼續參與反應,細小失活的催化劑随反應液流入二級過濾器,被二級過濾器進行攔截排出系統。

除了上述的外置式過濾器,飛潮公司還開發了反應分離一體化的内置式過濾器,在化工行業有很多應用,例如BDO項目中BYD反應器,就直接将飛潮公司的燭式過濾器置于反應釜内部,作為一級過濾器,将沒有失活的大直徑催化劑直接在反應釜内進行攔截,細小失活的催化劑顆粒穿過一級過濾器流出反應釜,由二級廢催化劑過濾器攔截外排。此工藝中的一級龙8国际:催化剂回收過濾器和二級廢催化劑過濾器均為全自動過濾系統,過濾元件可通過反沖洗再生,維護費用低。一級龙8国际:催化剂回收過濾系統的主要作用是使80%以上的沒有失活的催化劑得到回用,大大減少廢催化劑作為固體危廢進行處理的費用,同時也節省了新催化劑的使用量。

當然,除了催化劑過濾,在進料系統和循環體系中,甲醇、丙烯、雙氧水都需要過濾,主要為了保證原料的純淨,攔截管路中的腐蝕物等。

雙氧水蒽醌法工藝過濾

HPPO工藝的原料為雙氧水、丙烯、甲醇,雙氧水在運輸過程中極不穩定性,促使許多HPPO裝置配套建設雙氧水裝置。

 


同樣,雙氧水生産中,催化劑過濾器也是核心工藝。在現有的懸浮床工藝中,會采用多台過濾器編組運行,以反應器為中心成輻射狀布置,在運行過程中,保證整個過濾系統在同一時間段有且隻有1 台過濾器處于反洗狀态,其餘均在正常過濾,整套系統過濾精度高,攔截能力強,而且采用編組運行的工藝模式保證系統連續操作,提高了操作的可靠性和簡便性。在過濾器的工作進程中,依靠氣動閥的位置開關指示信号、差壓變送器信号等完成相應過程的信号采集,在PLC 程序控制下,保證系統各進程之間的安全、可靠轉換。未來在懸浮床工藝中,可以使用内置式過濾器,将過濾器内置入反應釜,作為一體式反應釜,即起到連續反應的目的,也可在反應釜内部直接将沒有失活的催化劑直接攔截回用。内置式過濾器與外置式過濾器相比,減少了大量的管線閥門儀表等,控制簡單,同時減少了占地面積,大大減少了投資費用與運行維護費用。

雙氧水生産中,淨化壓縮空氣、氫氣等工藝氣是保證反應的第一步。過濾工作液、氫化液、堿液等也是必不可少的工序。如何延長過濾器的使用時間,使濾芯更換周期更長,是研究的方向之一。飛潮公司采用大流量折疊設計的Rocket、Jumbo濾芯産品,增大了濾芯的過濾面積,相對聚酯濾袋産品,其納污量、使用壽命都成倍增加。氣體的過濾使用金屬濾芯或者PTFE折疊膜濾芯,都以過濾精度高而著稱。PTFE材料具有憎水性,所以PTFE濾芯具有過濾功能外,也具有除水功能。總之,增加過濾元件的單位過濾面積,對流量、納污量、使用時長都有非凡的意義,設備的體積、一次性投資就可以相對減小。
 

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