双氧水生产节能减排技术探讨

当今世界，节能减排是全球各国各地的工业企业要解决的首要问题。双氧水是无机化合物，其生产过程是工业生产中是较为复杂的。随着现代生产工艺的不断精进和现代科学技术的不断提升，双氧水的生产工艺流程已十分成熟，生产设备和生产技术也十分完善，因此双氧水的生产过程在工业生产中并不算高耗高污，但节能减排应当深入工业生产的方方面面，因此对双氧水生产的节能减排工作也是十分重要的。

1双氧水的生产过程

1.1双氧水的工业生产过程

近年来，我国对废弃污染物的治理力度逐渐加大，双氧水以其较低的污染率事实上已经相当于一种环保化学品了。然而随着绿色环保、节能减排的地位日渐提升，双氧水的生产也需要进行进一步的绿色无污染化。要降低双氧水生产过程的污染率，必须充分了解双氧水的工业生产流程和生产工艺，在熟悉和掌握了这些之后，才能更有针对性地进行双氧水工业生产的节能减排工作。双氧水的工业制法不多，国内最常用的是蒽醌自动氧化法。蒽醌自动氧化法有四个生产过程，包括氢化、萃取、净化及后处理。具体的操作步骤是用特殊的溶解剂将乙基蒽醌溶解，将此溶液作为生产溶解液，通入氢化塔，并置入氢化反应催化剂，经过一定时间的混合，两者充分接触并进行反应生成氢蒽醌。然后将反应结束后生成的溶液置入氧化塔，使其与氧气充分混合并进行反应，生成双氧水。将塔中生成的溶液取出，此时溶液中不仅含有制成的双氧水还含有较多杂质，因此需要经过萃取和净化处理，即先从混合溶液中萃取出粗双氧水，再采用物理方法净化提纯为符合标准的纯净双氧水。

1.2双氧水生产的废弃物

通过上一节的介绍可以知道，双氧水的生产过程是先经历氢化反应再经历氧化反应，并且必然伴随着一定的放热和吸热现象出现，同时还会产生和吸收气体、液体，这些热量、气体、液体都是生产过程中的废弃物、污染物，对环境有着极大的破坏。另外，不仅是双氧水的生成反应中会产生废弃物，其他生产过程也有大量污染物产生。第一是生产溶解液中含有芳烃，这是一种有毒的化学物质，会产生较大的环境污染；第二是整个生产流程都会产生大量的碱性污水，对水环境的酸碱平衡造成极大威胁；第三是氢化反应会产生大量水蒸气，这些水蒸气冷凝所产生的水是工业废水，难以进行再次利用。这些生产废弃物从各个方面影响这生态环境，为节能减排的顺利进行造成困扰。除了以上所述的主要生产污染物，还有一些生成量较小的污染物、以及检修设备时产生的污染物，虽然量少但仍然要保持高度警惕，防止其对环境造成污染。例如氧化铝在使用一段时间后需及时更换，其表面附着的生产溶解液需要进行一定的处理，否则溶解液中的芳烃会对环境造成影响。

2节能减排措施

2.1增加氢化液换热器

上述提到的氢化反应的反应式为2-EAQ+H2→2-EAHQ+Q，一般在五十至八十摄氏度进行，该反应对温度控制要求较高，反应温度决定催化剂活性和反应程度。并且由于该反应需要提供反应活化能，所以在反应进行前需要对反应物进行一定的加热，一般加热至五十到六十五摄氏度即可。因此在生产溶解液进入氢化塔以前需要经过预热器的加热，在反应程度达到7g/L左右时，溶液温度由于反应放热一般会升温十二到十七摄氏度，所以反应后的生产溶解液一般会达到六十至八十摄氏度的高温。这对于接下来要进行的氧化反应来说，起始温度偏高，因此需要在从氢化塔出来的溶解液需要在换热器中冷却至合适温度再进行氧化反应。该过程如流程图图1所示。图1氢化塔前后原流程示意图在上文描述的生产流程中，生产溶解液在进出氢化塔时需要预热和冷却，事实上近年来对反应装置的改善大多利用了能量优化改造，通过氢化液换热器利用氢化反应中放出的热量对反应溶液进行升温加热，同时利用氢化塔中的反应溶解液对氢化液进行冷却。如图2所示为改造后的生产流程。经过这样的改造后，预热反应溶解液所消耗的蒸汽就大大减少，同样用来冷却氢化液的冷水量也会大大减少。这样使得双氧水生产过程所需的热量调节剂使用量大大减少，虽然增加了冷却器的投资但预热器和冷却器的面积却大大减少，总得来说这样的改造提高了生产效率。

2.2省略氧化液泵

氧化液泵用于将氧化塔出来的氧化液送到萃取塔底部。氧化塔气液分离器顶部气相压力一般控制在0.30MPa，气液分离器液位比萃取塔底（地面）高出约8m，其液相相对密度为0.92。萃取塔高一般为30m，塔内液体平均相对密度约1.03，萃取塔工作压力为常压。则如果将气液分离器中氧化液直接引至萃取塔底部，其低点压力为0.30MPa+920kg/m3×9.81m/s2×8m=0.372MPa，而萃取塔底压力为ρgh=1030kg/m3×9.81m/s2×30m=303129Pa=0.303MPa，前者压力远大于后者，而由于管程短，流体阻力可以忽略。由此可知，完全可以不需要氧化液泵，即可由氧化液自有能量直接进入萃取塔底部。目前国内有部分规模不大的装置（一般小于20kt/a）已采用此思路，省去了氧化液泵和氧化液储槽。具体方法是，直接自氧化下塔的气液分离器液相出口引管至萃取塔底部，中间设置一个气动阀，控制和维持气液分离器的液位。该流程实际运行较为平稳。对于一套20kt/a的装置，氧化液泵的功率一般为30kW，这样一年（按330天计）可以节省电能约30×24×330=237600kW•h，节能效果显著。但对于较大装置，采用此流程还有一些问题需要解决，主要是萃取塔如何克服氧化液中夹带的少量气体带来的影响等。

2.3提高空气的利用率

氧化塔是双氧水生产的主要塔设备，在氧化塔中，压缩空气中的氧气和工作液中的氢蒽醌反应生成双氧水。氧化塔一般为两节，自上而下串联运行。氢化液从上塔底部进入，从塔顶部出来，进入下节塔底部继续反应。压缩空气则分别从各节底部并联进入，在塔内与工作液一起并联而上，发生氧化反应。两节反应余下的空气合并到一起，经回收其中的芳烃后放空。如图3。在这个流程中，顶部氧化塔主要发生氧化反应，进入底部氧化塔的氢化液浓度约为2g/L，为了保证底部塔内的反应效率，提供给底部氧化塔的空气比顶部氧化塔稍少，两者比例约为11:9，可见底部氧化塔的利用率是较低的。分析显示，底部氧化塔反应后的气体中，氧的质量分数高达百分之十五。空气压缩机提供反应过程所需压缩空气，因此是生产过程消耗电能较大的设备，耗电量超过总耗电的一半。因此，降低空气使用量，提高其使用效率是提升双氧水生产节能效果的重要手段。反应结束后气体中的含氧量高低反映了空气的利用效率，传统生产工艺氧的质量分数大致为百分之六。为改善底部氧化塔空气利用率，可将进入氧化塔的空气集中输入氧化塔，如图4所示。

3小结

双氧水生产的节能减排工作是一项长期的工作，这是产品竞争力的需要。这几年，国内在这方面取得了一定的成绩，但与国外装置相比，还有一定的差距。因此，应不断优化工艺设计和操作，选用有效的节能设备，使双氧水生产节能减排工作迈上新的水平。

作者:张哲 单位:中国石化长岭炼化公司化工作业部

参考文献

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