以改进的安全性在过程中处理异丙苯过氧化氢的方法和装置

摘要

本发明提供了在通过CHP分解来生产苯酚和丙酮的过程中，在过程中处理浓异丙苯过氧化氢的方法和装置。本发明的方法利用管/壳型热交换器作为来自蒸馏装置的有效体积浓CHP的富集容器。然后将浓CHP从该富集有效体积向分解装置进料。与利用未改进的罐或桶的设计相比，管/壳型热交换器的使用改善了安全性。

说明书

发明领域

本发明涉及通过分解异丙苯过氧化氢来生产苯酚和丙酮的领域。更具体而言，本发明涉及在通过分解异丙苯过氧化氢来生产苯酚和丙酮的过程中，安全地处理浓缩异丙苯过氧化氢的方法。

发明背景

通过分解异丙苯过氧化氢来生产苯酚和丙酮是公知的，并且自1950年代起即被商业化应用。异丙苯过氧化氢(CHP)本身是从异丙苯在所谓的氧化器装置中氧化而制得的。然后，在蒸馏装置中使这样制得的CHP浓缩，根据工艺，一般浓缩至60％-92％的浓度。然后将浓缩的CHP加入分解(或裂解)装置中，在此将CHP酸式分解为苯酚、丙酮和其它产物如α-甲基苯乙烯。在很多情况下，在加入分解装置前，用异丙苯、丙酮或水来稀释浓缩的CHP。

在一些工艺设计中，希望在中间富集容器中从蒸馏装置富集有效体积的浓缩CHP并从该有效体积，而不直接从蒸馏装置向分解装置供料。在该设计中，随着浓缩的CHP从富集容器向分解装置进料和富集容器从蒸馏装置接收新鲜物料，总是将富集的有效体积转移。

富集有效体积向分解装置供料的目的是向分解装置提供浓CHP源，以防止氧化和/或蒸馏装置中的故障会使浓缩CHP的生产暂时中断。在沸腾介质中进行CHP的分解过程中这尤其重要，故障后工艺的起动或重新起动是危险的操作。即使是在非沸腾工艺中，提供有效体积的浓CHP以避免在从氧化器和/或蒸馏装置供应CHP中断的情况下发生泵的气蚀和串线也是有益处的。

虽然知道，希望如上所述富集有效体积的浓CHP，该操作本身仍具有特殊的危险。浓CHP分解是大量放热反应，释放出大约1,421,000焦耳/kg的热，对溶液的80重量％而言。在一些设计中，会富集几千加仑的浓CHP。因此，在意外事故中灾难性释放能量的可能性获得了极大关注。多种现有富集有效体积的浓异丙苯过氧化氢的方法都不足以解决这个安全问题。

在采用沸腾CHP分解装置工艺的典型构型中，只是简单地将富集体积的预先冷却CHP贮存在未做改装的罐或桶中，仅将一部分富集体积用作真正的有效体积。在这样的设计中，大部分贮存材料以不流动体积的形式存在，除了自然的进出流之外，没有循环或混合流动。而且，这样的设计没有提供对贮存体积进行直接冷却的方式。

因此，希望提供有效体积浓异丙苯过氧化氢的贮存方法，其可以缓解无冷却贮存极大体积不流动浓缩物所引起的安全问题。

发明概述

本发明提供了在通过酸催化分解CHP生产苯酚和丙酮的过程中富集有效体积的浓异丙苯过氧化氢(CHP)的改进方法。本发明的方法缓解了许多富集有效体积的浓CHP的现有设计所引起的安全问题。

本发明的方法通过采用管/壳型热交换器作为富集容器来代替用于典型设计中的未改进的罐或桶，从而实现了这一改进。根据具体设备设计的要求和空间限制，热交换器可以在垂直或水平位置定向。在优选实施方案中，热交换器是u型管热交换器并定向在垂直位置。热交换器的管间距可根据具体设备的要求而改变，但一般为约2英寸。

而且，可以使该热交换器经过安装，在热交换器的管侧或壳侧输送浓CHP，在每种情况下，分别在管侧或壳侧输送热交换液。优选在热交换器的壳侧输送浓CHP，在管侧输送热交换液。在热交换器壳侧输送浓CHP的情况下，可以在热交换器壳体的内部安装折流板，其诱导产生经由热交换器的富集体积混合流。

另外，该热交换器/富集容器优选安装了至少一个温度传感器和至少一个水平传感器。

通过用管/壳型热交换器来代替用于典型设计中的未改进罐或桶，有可能为富集有效体积的浓CHP施加恒定的冷却。而且，通过在热交换器内部提供折流板，在富集材料中，随着其经热交换器移动，诱导出混合流。还有，藉此设计，该管/壳型热交换器使全部富集体积用作有效体积，由此消除了现有设计中固有的大量不流动物料的问题。

附图简述

图1：显示了可用作本发明富集容器的示范性管/壳型热交换器。

图2：显示了可用于本发明的示范性管/壳型热交换器中管束的俯视图。

图3：显示了对管/壳型热交换器管间距的测量。

图4：显示了可用作本发明富集容器的示范性管/壳型热交换器的横截面。

发明详述

通过采用管/壳型热交换器来代替典型现有设计中用作有效体积浓CHP富集容器的未改进桶或罐，本发明的方法缓解了现有设计中固有的大量危险。

首先，采用本发明的管/壳型热交换器使恒定的直接冷却施加在有效体积的浓CHP上。第二，通过在管/壳型热交换器的内部提供折流板，对浓CHP而言，当将其在热交换器的壳侧输送时，可产生出弯曲的流径，随着其经由富集容器移动，这在富集体积中诱导出混合流。第三，因为管/壳型热交换器内贮存的全部体积都可以用作有效体积，必须的总富集体积比现有设计中的要小。

富集容器中富集的浓CHP的实际有效体积取决于实施本发明方法的具体设备的要求。然而，富集有效体积通常应为，当从蒸馏装置供应的浓CHP中断的情况下，在典型的分解装置进料速度下，至少能不间断地向分解装置提供2.5分钟浓CHP的供应。因此，本发明方法的特定应用中所用的热交换器的尺寸和大小将根据工艺和所涉及设备的要求而变化。本发明方法中所用的浓CHP一般为约60％-约92重量％的异丙苯过氧化氢。

用于本发明方法中的热交换器制造材料的选择在苯酚生产的普通技术人员的能力范围之内。然而，优选的制造材料是不锈钢。可用作制造材料的不锈钢的等级包括但不限于304SS和316SS。

参考图1，显示了本发明使用的示范性管/壳型热交换器10。热交换器10基本呈圆柱形并具有入口12，使热交换液进入管束，和出口14，使热交换液离开管束返回冷却回路。热交换器10还具有入口16，使浓CHP从蒸馏装置进入热交换器的壳侧。出口18将浓CHP从有效体积向CHP分解(裂解)装置转移。出口20用作减压出气口。如上所述，本发明方法的特定实施方式中所用的热交换器的尺寸和大小是变化的，适宜的热交换器的选择在技术人员的能力范围内。

图1中的热交换器10是以本发明的优选定向方式显示的。即，热交换器的主轴定向在垂直方向。同样根据本发明的优选实施方案，该热交换器是u型管热交换器，但是管束的其它构型也在本发明的考虑范围之内。作为替换方案，可以使热交换器定向为主轴在水平位置。在该替换实施方案中，要相应地重新布置热交换液和浓CHP的入口和出口的位置。

CHP和热交换液均可在本发明热交换器壳侧或管侧输送。然而，在本发明的优选实施方案中，浓CHP在热交换器的壳侧输送，热交换液在管侧输送。

参考图2，显示了本发明优选实施方案的示范性u型管热交换器22管束20的俯视图。管束20排列在热交换器22圆周所确定的盘中。

与标准的管/壳型热交换器相比，在本发明所用的任意管/壳型热交换器中的管间距可设定为较大的间距。与相似尺寸的标准管/壳型热交换器的可能量相比，这使得在壳侧输送CHP时能富集更大有效体积的CHP。然而，管间距，即管束中单个管之间的空间可以根据热交换器的尺寸、所需的有效体积和经由其的CBP流速而改变。本发明的示范性管间距为约2英寸。管间距是装置特定变量，可以根据实施本发明方法的设备的要求来调节。如果装置需要短粗型的交换器，可以采用增加的间距来解决容器容积的需要。如果装置采用了较长的热交换器，可以使管间距下降以减少CHP的体积，相反则选用较高的管间距值。

参考图3，显示了连接管束中三个相邻管子的三角形30。以分隔管束中相邻两根管子中心点的距离测量管间距。

参考图4，显示了本发明优选实施方案可能采用的u型管热交换器40的横截面图。为了清楚，图中省略了u型管。图4中还显示，本发明采用的热交换器40优选装有内部折流板42。随着浓CHP从热交换器的入口44向其出口46移动，折流板42使其产生出弯曲的路径。通过随CHP经热交换器移动产生弯曲流径，在CHP中诱导出混合流。热交换器中提供的折流板的数量根据特定工艺需求而变化，但是数量和间距应足以为CHP提供出弯曲的流径。确定提供弯曲流径所需折流板的数量在技术人员的能力范围内。目标是要使折流板数最小化，但仍能提供弯曲流。所需折流板的实际数目和间距取决于安装的热交换器的尺寸，长壳型热交换器比短容器型需要更多的折流板。

另外，希望提供具有至少一个水平传感器和至少一个温度传感器的管/壳型热交换器。

这样，以通用术语描述了本发明的方法。本领域的普通技术人员将能够改良和修正本公开的内容以适应通过酸催化分解CHP生产苯酚的设备的需要，并无需背离本发明。应认为所有这些改良和修正均落在所附权利要求确定的本发明范围之内。