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环氧丙烷HPPO装置中的过滤技术简析

2018-09-18

作者 张军明 杨晓凯

 

环氧丙烷又名氧化丙烯、甲基环氧乙烷,是非常重要的有机化合物原料,目前已超越丙烯腈成为仅次于聚丙烯的第二大丙烯衍生物。

目前工业化生产PO的方法有:氯醇化法、共氧化法和直接氧化法(HPPO),其中共氧化法又分为乙苯共氧化法和异丁烷共氧化法两种。由于受到环保和产业调整的压力,氯醇法污染无法根除,产能关停严重。产能缺口将由共氧化法和直接氧化法弥补。其中HPPO由于工艺简单、副产物少、产品收率高、基本无污染等特点广受关注。

 


表格来源(许未薇/环氧丙烷工艺知多少-氯醇法 VS HPPO 谁能笑到最后?)

 

环氧丙烷HPPO工艺过滤

过氧化氢直接氧化法的基本生产原理是在相对比较温和的条件下,丙烯和过氧化氢(H2O2)在甲醇/水混合液中,使用特殊的钛硅催化剂在反应器中发生直接氧化反应的工艺。

目前,国内有两套HPPO装置已实现规模化运营,多套新建装置计划或已经上马。由于工艺来源多样,其过滤方式、过滤精度都有所不同。

 



催化剂过滤是大部分工艺装置都需要考虑的问题。目前HPPO装置中以固定床为主,反应后,需要用芯式或者篮式过滤拦截破碎或者细小的催化剂,以达到净化反应液的目的。在齐乐公司提供的装置中,过滤精度从1um-100um各有不同。过滤精度很大程度上决定了过滤方式,在死端过滤的前提下,微米级颗粒的拦截采用金属膜滤芯是不错的选择,而篮式过滤更适合50um以上的颗粒拦截。但目前越来越多的企业追求高品质产品,工艺也越来越完善,过滤精度的要求也随之越来越高。

新HPPO工艺中有采用悬浮床工艺。在这个工艺中,可以将随反应液流出的催化剂进行拦截回用。一般太细小的催化剂已经失活,失去了回用价值,所以通常会采用两级过滤的方式,第一级采用Selfclear过滤系统,将大直径没有失活的催化剂拦截后送回反应釜继续参与反应,细小失活的催化剂随反应液流入二级过滤器,被二级过滤器进行拦截排出系统。

除了上述的外置式过滤器,齐乐公司还开发了反应分离一体化的内置式过滤器,在化工行业有很多应用,例如BDO项目中BYD反应器,就直接将齐乐公司的烛式过滤器置于反应釜内部,作为一级过滤器,将没有失活的大直径催化剂直接在反应釜内进行拦截,细小失活的催化剂颗粒穿过一级过滤器流出反应釜,由二级废催化剂过滤器拦截外排。此工艺中的一级催化剂回收过滤器和二级废催化剂过滤器均为全自动过滤系统,过滤元件可通过反冲洗再生,维护费用低。一级催化剂回收过滤系统的主要作用是使80%以上的没有失活的催化剂得到回用,大大减少废催化剂作为固体危废进行处理的费用,同时也节省了新催化剂的使用量。

当然,除了催化剂过滤,在进料系统和循环体系中,甲醇、丙烯、双氧水都需要过滤,主要为了保证原料的纯净,拦截管路中的腐蚀物等。

双氧水蒽醌法工艺过滤

HPPO工艺的原料为双氧水、丙烯、甲醇,双氧水在运输过程中极不稳定性,促使许多HPPO装置配套建设双氧水装置。

 


同样,双氧水生产中,催化剂过滤器也是核心工艺。在现有的悬浮床工艺中,会采用多台过滤器编组运行,以反应器为中心成辐射状布置,在运行过程中,保证整个过滤系统在同一时间段有且只有1 台过滤器处于反洗状态,其余均在正常过滤,整套系统过滤精度高,拦截能力强,而且采用编组运行的工艺模式保证系统连续操作,提高了操作的可靠性和简便性。在过滤器的工作进程中,依靠气动阀的位置开关指示信号、差压变送器信号等完成相应过程的信号采集,在PLC 程序控制下,保证系统各进程之间的安全、可靠转换。未来在悬浮床工艺中,可以使用内置式过滤器,将过滤器内置入反应釜,作为一体式反应釜,即起到连续反应的目的,也可在反应釜内部直接将没有失活的催化剂直接拦截回用。内置式过滤器与外置式过滤器相比,减少了大量的管线阀门仪表等,控制简单,同时减少了占地面积,大大减少了投资费用与运行维护费用。

双氧水生产中,净化压缩空气、氢气等工艺气是保证反应的第一步。过滤工作液、氢化液、碱液等也是必不可少的工序。如何延长过滤器的使用时间,使滤芯更换周期更长,是研究的方向之一。齐乐公司采用大流量折叠设计的Rocket、Jumbo滤芯产品,增大了滤芯的过滤面积,相对聚酯滤袋产品,其纳污量、使用寿命都成倍增加。气体的过滤使用金属滤芯或者PTFE折叠膜滤芯,都以过滤精度高而著称。PTFE材料具有憎水性,所以PTFE滤芯具有过滤功能外,也具有除水功能。总之,增加过滤元件的单位过滤面积,对流量、纳污量、使用时长都有非凡的意义,设备的体积、一次性投资就可以相对减小。
 

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