一种氢气循环的2-甲基呋喃生产装置的制作方法

1.本实用新型涉及生产2-甲基呋喃技术领域，特别涉及一种氢气循环的2-甲基呋喃生产装置。


背景技术：

2.2-甲基呋喃是一类重要的有机溶剂，从生物质经糠醛加氢反应得到。目前先进的2-甲基呋喃生产工艺均采用固定床催化加氢工艺，混合原料在一定的氢气和糠醛比例下，经过汽化、预热等过程进入固定床反应器列管，反应产物冷凝得到2-甲基呋喃粗品并释放循环氢气，循环氢气不但含有氮气、氩气等惰性气，还含副反应生成的二氧化碳等气体，随着生产时间的累计，循环氢气中氢气摩尔含量逐渐降低，循环氢气中氢气摩尔含量降低导致原加氢反应转化率低、原料残余量大等问题；当出现上述问题时，企业一般采取外排循环氢和重新补入新鲜氢气的方式，以保证2-甲基呋喃生产的持续稳定运行；现有企业采用的方式存在着如下缺陷：1、循环氢气中氢气摩尔含量为逐渐降低的过程，该过程中同样会导致转化率低和原料残余量大的缺陷；从而出现浪费原材料以及能源消耗的问题；2、一般企业认为循环氢气中氢气摩尔含量低于50％时，就需要外排循环氢；该过程中造成了氢气资源的浪费，无疑增加了企业的生产成本。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种结构简单、设计合理、能够实现循环氢在不降低氢气摩尔含量的前提下持续持续运行，不仅保证了2-甲基呋喃的转化率和原料的利用率，还能够减少氢气排放及降低企业生产成本的氢气循环的2-甲基呋喃生产装置。
4.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
5.一种氢气循环的2-甲基呋喃生产装置，该生产装置包括2-甲基呋喃生产部，2-甲基呋喃生产部与氢气分离罐相连，氢气分离罐的液相出口与2-甲基呋喃粗品罐相连，氢气分离罐的气相出口氢组分在线分析仪与第一压缩机相连，第一压缩机的出口分别与氢气回收部以及氢气提纯回收部相连；氢气提纯回收部包括与第一压缩机出口相连的第二压缩机，第二压缩机与冷凝器相连，冷凝器的液相出口与2-甲基呋喃粗品罐相连，冷凝器的气相出口与膜分离提氢单元相连，膜分离提氢单元的氢气出口通过氢气回收部中的氢气缓冲罐与2-甲基呋喃生产部中的汽化器中部的氢气进口相连；膜分离提氢单元的杂质气体出口与尾气处理单元相连。
6.优选的，所述氢气回收部包括与第一压缩机出口相连的氢气缓冲罐，以及与氢气缓冲罐的补气口相连的氢气储罐；第一压缩机出口和氢气缓冲罐之间设有循环氢阀。
7.优选的，所述第一压缩机出口和冷凝器之间设有调节阀。
8.优选的，所述2-甲基呋喃生产部包括糠醛罐，糠醛罐通过汽化器、过热器的管程和加氢反应器的管程与热交换单元的工艺气侧相连，热交换单元的工艺气侧出口与氢气分离
罐的进口相连。
9.优选的，所述汽化器的底部液相出口通过糠醛循环泵和糠醛预热器相连，糠醛预热器的出口与汽化器的上部进口相连。
10.优选的，所述热交换单元的氢气侧进口与氢气缓冲罐相连，热交换单元的氢气侧出口与汽化器中部的氢气进口相连。
11.优选的，还包括导热油罐，导热油罐的出口通过导热油循环泵与加氢反应器的壳程相连，加氢反应器的壳程出口通过过热器的壳程与导热油罐的回油口相连。
12.优选的，所述糠醛罐和汽化器之间设有糠醛泵。
13.优选的，所述膜分离提氢单元的氢气出口和氢气缓冲罐之间设有出口阀。
14.本实用新型采用的是对循环氢进行动态除杂的形式，该形式具体表现为通过氢组分在线分析仪对循环氢的摩尔含量进行分析，分析后将一部分循环氢循环使用，另一部分循环氢进行脱除杂质气体处理，并使脱除杂质气体的循环氢进行回收利用，在此基础上通过补充新鲜氢的形式用于补足排放的杂质气体，以保证气体总量不变从而维持正常的2-甲基呋喃生产；在上述过程中，本实用新型通过第一压缩机和第二压缩机提压以保证膜分离提氢单元的正常运行，在此基础上通过设置冷凝器能够实现对有机成分的回收，不仅减少了外排气vocs，又增加了产品的收率；同时通过缓冲罐内的氢气与加氢反应器中产出的物料进行换热，以达到节约能源的目的，上述过程中能够保证循环氢中氢气摩尔含量稳定在85％以上，且减少了新鲜氢气的消耗以及降低了循环氢中氢气的排放量；进一步地的，本实用新型中通过设置导热油循环部能够在对加氢反应器中热量及时移出的同时对该热量进行有效的利用；具有结构简单、设计合理、能够实现循环氢在不降低氢气摩尔含量的前提下持续持续运行，不仅保证了2-甲基呋喃的转化率和原料的利用率，还能够减少氢气排放及降低企业生产成本的优点。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型的结构示意图。
17.上图中：
18.1、糠醛罐；2、糠醛泵；3、糠醛循环泵；4、糠醛预热器；5、过热器；6、加氢反应器；7、导热油循环泵；8、导热油罐；9、热交换单元；10、氢气分离罐；11、2-甲基呋喃粗品罐；12、氢组分在线分析仪；13、第一压缩机；14、调节阀；15、循环氢阀；16、第二压缩机；17、膜分离提氢单元；18、尾气处理单元；19、出口阀；20、氢气储罐；21、氢气缓冲罐；22、汽化器；23、冷凝器。
具体实施方式
19.下面将结合具体实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型
的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.参照图1，本实用新型为一种氢气循环的2-甲基呋喃生产装置，该生产装置包括2-甲基呋喃生产部，2-甲基呋喃生产部与氢气分离罐10相连，氢气分离罐10的液相出口与2-甲基呋喃粗品罐11相连，氢气分离罐10的气相出口氢组分在线分析仪12与第一压缩机13相连，第一压缩机13的出口分别与氢气回收部以及氢气提纯回收部相连；氢气提纯回收部包括与第一压缩机13出口相连的第二压缩机16，第二压缩机16与冷凝器23相连，冷凝器23的液相出口与2-甲基呋喃粗品罐11相连，冷凝器23的气相出口与膜分离提氢单元17相连，膜分离提氢单元17的氢气出口通过氢气回收部中的氢气缓冲罐21与2-甲基呋喃生产部中的汽化器22中部的氢气进口相连；膜分离提氢单元17的杂质气体出口与尾气处理单元18相连。本实用新型摒弃了传统技术中采用的循环氢一直使用至摩尔浓度降低至50％后整体外排的技术方案，而是采用对循环氢进行动态除杂的形式，使循环氢的摩尔浓度始终保持在85％以上，具体的说2-甲基呋喃生产部中参与加氢反应的循环氢通过氢组分在线分析仪12对氢含量进行分析，分析后使一部分循环氢进入氢气提纯回收部中去除杂质气体继续使用，另一部分循环氢直接继续使用，并在氢气缓冲罐21中补足新鲜氢气，以满足加氢反应生产2-甲基呋喃的需求；同时，本实用新型在进行氢气提纯前使用了冷凝器23对循环氢进行冷凝，能够有效降低膜分离提氢单元17的工作负荷，同时能够对有机成分实现回收以及减少外排气vocs，以达到环境友好的特点。
21.进一步地，所述氢气回收部包括与第一压缩机13出口相连的氢气缓冲罐21，以及与氢气缓冲罐21的补气口相连的氢气储罐20；第一压缩机13出口和氢气缓冲罐21之间设有循环氢阀15。本实用新型中所述的氢气缓冲罐21用于接收来自循环氢阀15的循环氢、膜分离提氢单元17中的渗透气以及用于补充新鲜氢气的氢气储罐20，上述渗透气和新鲜氢气与循环氢混合使混合后的气体中氢气的摩尔浓度不低于85％，以保证2-甲基呋喃的转化率和原料利用率的特点。
22.进一步地，所述第一压缩机13出口和冷凝器23之间设有调节阀14。
23.进一步地，所述2-甲基呋喃生产部包括糠醛罐1，糠醛罐1通过汽化器22、过热器5的管程和加氢反应器6的管程与热交换单元9的工艺气侧相连，热交换单元9的工艺气侧出口与氢气分离罐10的进口相连。所述的糠醛罐1用于供给原料糠醛，汽化器22用于实现糠醛和氢气的汽化，并在过热器5中进行加热，最终进入加氢反应器6的固定床列管内进行反应。
24.进一步地，所述汽化器22的底部液相出口通过糠醛循环泵3和糠醛预热器4相连，糠醛预热器4的出口与汽化器22的上部进口相连。
25.进一步地，所述热交换单元9的氢气侧进口与氢气缓冲罐21相连，热交换单元9的氢气侧出口与汽化器22中部的氢气进口相连。通过设置热交换单元9能够对产品进行降温，同时对氢气实现预热，为进入汽化器22创造条件。
26.进一步地，还包括导热油罐8，导热油罐8的出口通过导热油循环泵7与加氢反应器6的壳程相连，加氢反应器6的壳程出口通过过热器5的壳程与导热油罐8的回油口相连。本实用新型中由导热油罐8、导热油循环泵7、加氢反应器6的壳程以及过热器5的壳程构成导热油循环系统，该循环系统能够将加氢反应产生的热量及时移走以避免其对后续反应造成影响，同时通过导热油带走的热量用于对汽化后的物料进行加热，以达到在该装置对热能
实现有效利用的目的，
27.进一步地，所述糠醛罐1和汽化器22之间设有糠醛泵2。
28.进一步地，所述膜分离提氢单元17的氢气出口和氢气缓冲罐21之间设有出口阀19。
29.本实用新型的工作原理为：步骤一：所述糠醛罐1内的糠醛原料通过糠醛泵2送入汽化器22底部；部分气相的糠醛上升进入汽化器22的上部，液相糠醛通过糠醛循环泵3进入糠醛预热器4内进行预热，预热后的糠醛返回汽化器22内；所述糠醛循环泵3出口压力0.1～0.25mpa；所述糠醛预热器4出口温度为75～120℃；所述汽化器22内的压力为60～80kpa；步骤二：氢气和糠醛在汽化器22内汽化，并经过热器5加热到反应温度进入加氢反应器6内进行加氢反应；所述汽化器22的出口温度85-110℃；所述过热器5出口温度为130～155℃；导热油罐8中的导热油通过导热油循环泵7进入加氢反应器6的壳程，导热油移除加氢反应器6管程内产生的反应热，加热后的导热油进入过热器5的壳程对过热器5管程的物料进行加热，换热冷却后的导热油进入导热油罐8中循环使用；所述加氢反应器6管程内床层温度为165～210℃；步骤三：所述加氢反应器6出口的工艺气通过热交换单元9降温进入氢气分离罐10闪蒸得到液体进入2-甲基呋喃粗品罐11。所述热交换单元9包括气汽换热器、循环水冷却器等多个换热设备。所述热交换单元9工艺气侧出口温度10～40℃，所述热交换单元9氢气侧出口温度90～130℃；所述氢气分离罐10内的闪蒸压力30～50kpa；步骤四：所述氢气分离罐10中的循环氢气进入氢组分在线分析仪12分析氢含量后，再进入第一压缩机13内进行提压；所述第一压缩机13出口压力80～120kpa；步骤五：所述第一压缩机13出口分别连接调节阀14和循环氢阀15；第二压缩机器进口阀14和循环氢阀15控制两路气量比例1～10:1，比例变动依据氢组分在线分析仪12中分析的数据；步骤六：通过调节阀14的循环氢通过第二压缩机16提压后进入冷凝器23降温回收其中的有机成分，有机成分成为液相并回流至2-甲基呋喃粗品罐11内；降温后的气相进入膜分离提氢单元17中；所述膜分离提氢单元17的渗透气为氢气，未渗透气为大分子量的氮气、二氧化碳等气体；通过膜分离提氢单元17得到的氢气摩尔浓度大于95％，通过出口阀19送入氢气缓冲罐21内；未渗透气送入尾气处理单元18中；所述第二压缩机16出口压力为：1.0～2.5mpa；所述的尾气处理单元18包括火炬和燃料气管网；所述的膜分离提氢单元17包括预处理器、换热器以及膜束，主要利用气体分子在膜束中扩散速度不同，得到渗透气和未渗透气；步骤七：所述氢气缓冲罐21接收来自膜分离提氢单元17中的渗透气，氢气储罐内的新鲜氢气以及通过循环氢阀15的循环氢，然后通过热交换单元9的氢气侧升温后进入汽化器22中部。上述生产2-甲基呋喃后的循环氢通过循环、提氢以及补充新鲜氢气后氢气缓冲罐21内的氢气摩尔浓度不低于85％。
30.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。