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工艺集成技术

工艺集成是将两种或两种以上的工艺过程进行集成,以实现降低操作能耗、节省设备投资、提高产物收率或纯度等目的的技术。

(1)反应-精馏集成:

反应精馏技术是将化学反应与精馏分离两个过程在同一设备中进行的耦合过程。通过精馏将反应物、产物或中间产物及时分离,以破坏可逆反应的平衡关系,使反应继续向生成产物的方向进行,从而提高可逆反应的转化率和选择性。此外,反应精馏过程中可通过化学反应打破气-液平衡关系,从而提高传质速率,缩短反应时间;而放热反应提供的反应热又可作为精馏所需的汽化热,供产品分离,达到节能的目的。总之,与传统工艺相比,具有选择性高、转化率高、生产能力高、产品纯度高、投资少、操作费用低和能耗低等特点。适用于多种类型的反应,如串联反应、可逆反应、转化率受化学平衡限制的反应。目前,反应精馏技术主要应用于醚化、酯化、加氢、烷基化、脱水等反应。反应精馏隔壁塔(RDWC)是隔壁精馏塔(DWC)和反应精馏(RD)过程集成的典型。反应精馏隔壁塔是将反应精馏应用于隔壁塔中,它融合了反应精馏与隔壁塔的优势,能够进一步提高反应转化率和选择性、简化流程、实现节能减排的目的。

2)精馏-结晶集成:

熔融结晶是一种高效率、低能耗、低污染的技术,但结晶过程也存在生产能力低、生产周期长等缺点。对于沸点接近的物质分离,若只采用精馏方法,需要的理论板多且回流比大,导致设备投资大。而精馏-结晶集成工艺是将精馏和结晶这两种分离方法结合在一起,取长补短,来分离易结晶、熔点差大、沸点接近物质的新型分离工艺。即先将粗品精馏到一定纯度后,再进入结晶器进行结晶,经过结晶、发汗即可得到高纯产品。

3)精馏-膜分离集成

精馏-膜分离集成技术,是将精馏分离和分子筛膜脱水分离工艺高度整合,对有机溶剂进行脱水回收的技术。该技术主要有2种情况:1)在分子筛膜装备前引入精馏装备,精馏塔顶的溶剂蒸气以气相形式直接进入膜分离系统,实现精馏与膜分离的耦合运行,缩短流程,显著减少分子筛膜装备二次蒸发过程产生的能耗。2)在分子筛膜装备后引入精馏装备,将分子筛膜装备脱水后的溶剂蒸气不经冷凝,以汽相形式直接引入后级精制精馏塔,实现膜分离与精馏的耦合运行,显著减少精制精馏塔过程能耗。

膜分离精馏集成技术优势:1)通过对溶剂蒸气余热回收,能够充分节约过程能耗,与常规精馏、吸附工艺相比节能40%以上。2)精馏塔顶的高温高压蒸气能够直接进入分子筛膜分离系统,显著提高了膜分离效率。3)适用于不同水含量的有机溶剂脱水或含水量要求高的溶剂产品,拓宽了膜分离脱水技术的应用范围。4)耦合分离过程的自控系统与装备优化,提高了生产工艺稳定性,实现了耦合装置小型化,降低装备成本和运行成本。

目前,文献报道较多的是用渗透汽化膜-精馏集成分离醇溶液,例如:先将低浓度的乙醇用精馏浓缩至共沸组成的乙醇水溶液,然后用渗透汽化透水膜除去共沸物中的水。该过程利用成熟的精馏工艺实现低浓度产品的提纯,然后用渗透汽化过程分离普通精馏过程难以实现的共沸物的分离,即利用渗透汽化膜代替了共沸精馏和萃取精馏,既避免了第三组分的加入,同时也能降低生产成本。

4)反应-渗透汽化膜集成:

渗透汽化与反应集成过程是利用渗透汽化及时移出反应产物,促进反应朝生成产物的方向进行。由于很多酯化和醚化反应中存在平衡反应,导致过程转化率较低,如能在反应进行的同时移出产品或副产物,可促进反应向生成产物方向进行,提高反应转化率。目前,渗透汽化-反应集成过程主要应用在酯化反应、醚化反应和酯类水解反应,其中应用最多的是酯化反应。该耦合过程结构紧凑,环境友好,具有较好的应用前景。