CN107827111B - 一种可调式喷射器及尾气循环回用的光气合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调式喷射器，包括动力室、接受室、混合室、扩压室、工作喷嘴、第一和第二中央调节喷针、第一和第二执行结构，以及第一和第二喉部；本发明还公开了利用上述喷射器的尾气循环回用的光气合成方法；本发明可通过内置的喷针装置在线调节工作喷嘴和扩压室喉部的截面积与驱动流体的匹配关系，避免过高和过低负荷下发生激波和回流，实现尾气的最佳回用效果；采用本发明的方法后，喷射器在20‑120％操作负荷范围内，均可以实现将一氧化碳的回用。

Description

一种可调式喷射器及尾气循环回用的光气合成方法

技术领域

本发明属于光气合成领域，具体涉及一种可调式喷射器及尾气循环回用的光气合成方法。

背景技术

光气一种非常重要的化工中间体，已广泛的应用于农药、燃料、涂料以及MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)、TDI(甲苯二异氰酸酯)及PC(聚碳酸脂)等精细化学品的生产。虽然制备光气的方法很多，但最为成熟的制造方法仍是以一氧化碳和氯气为原料，在活性炭的催化作用下反应合成光气。对于应用于异氰酸酯生产的光气，对其纯度具有较高的要求，即光气中游离氯的含量不超过100ppm，因为过多的游离氯会影响下游产品的质量。为保证氯气的完全转化，工业上一般控制一氧化碳量相对于氯气的摩尔比过量10-15％左右。

光气合成中一氧化碳的过量必然导致大量一氧化碳资源的浪费，在光气合成单元的外排尾气中，其中一氧化碳的含量达60％以上，这些一氧化碳排放到大气中，不仅会造成环境污染，而且增加了生产的成本。为降低一氧化碳的消耗就需要对尾气中的一氧化碳进行循环使用。

专利CN102285651A公开介绍了一种光气合成单元尾气中一氧化碳回用的方法，其中，尾气中的光气先经过催化水解后，再利用PSA对一氧化碳进行提纯。该方法将导致尾气中光气的损失，且工艺复杂，生产成本较高。

专利US4231959公开了一种在传统工艺基础上，将过量一氧化碳通过压缩机加压后重新返回光气合成系统从而降低一氧化碳消耗的工艺。但该工艺需要压缩机，将会增加方法的投资成本和操作复杂性。

专利CN102348639A公开了一种制备光气的方法，描述了由一氧化碳进料流驱动固定喷嘴将光气合成尾气再循环到反应器入口。但这种固定结构的喷射器只有在设计条件下才能达到最佳工况，一旦工作参数偏离设计值，会导致喷射器效率明显下降，无法满足不同负荷下回用一氧化碳的需要。

专利CN203991039U公开了一种用于尾气脱碳的可调式再生气喷射器，其通过手轮调节中央调节针和二氧化碳再生气喷嘴之间的匹配关系，喷射器的工作调节范围得以扩大，调节比为1：3。但是该喷射器的适应负荷变化的范围较窄，且扩压室为直管型结构，流通面积不能调节，当驱动流体的流量出现升高或降低时，易出现激波或回流现象，影响回用效果。

发明内容

本发明的目的的一个方面是提供一种可调式喷射器，该喷射器可以实现在线精确调整喷射器内部结构与驱动流体的匹配关系，扩大喷射器的适用操作范围，获得对尾气的最佳回用效果。

本发明的目的的另一个方面是提供一种尾气循环回用的连续化光气合成方法，能够实现连续化光气合成工艺中尾气循环回用，降低原料一氧化碳的过量率，适应工况范围广。

为达到上述目的的一个方面，本发明采用以下的技术方案来实现：

一种可调式喷射器，其中：所述喷射器沿轴向包括依次连接的动力室、接收室、混合室和扩压室，其中，所述动力室的侧壁设有动力气进口；所述接收室的侧壁设有吸入气进口，所述接收室内设有工作喷嘴；所述工作喷嘴的一端连接至所述动力室，用于输入来自所述动力室的气体；所述工作喷嘴的另一端位于接收室内并且其内壁设有第一喉部，从而在所述第一喉部的进气侧形成渐缩段、排气侧形成渐扩段；

所述动力室不与所述接收室连接的一端设有第一移动执行机构，所述第一移动执行机构与所述第一喉部之间还设有由所述第一移动执行机构驱动的第一中央调节喷针，用于调节所述第一喉部的流通截面积；

所述混合室与扩压室之间设有第二喉部，从而在所述第二喉部的进气侧形成渐缩段、排气侧形成渐扩段；所述扩压室的侧壁上设有混合气出口，用于将进入喷射器的气体排出；所述扩压室不与所述混合室连接的一端设有第二移动执行机构，所述第二移动执行机构与所述第二喉部之间还设有由所述第二移动执行机构驱动的第二中央调节喷针，用于调节所述第二喉部的流通截面积。

在本发明中，所述的第一和第二中央调节喷针可以从渐缩段分别伸入第一、第二喉部，其在轴向上的移动由各自的移动执行结构进行精确控制。中央调节喷针在轴向的移动可以调节各喉部的有效流通截面积，在线实现变工况调节的功能。在本发明中，第一和第二中央调节喷针的驱动按照驱动方式的划分有自动和手动调节类型，本发明适合的移动执行机构优选为自动移动执行机构，例如所述的第一、第二移动执行机构利用气压驱动，根据输入控制信号的大小，执行机构产生相应的推力推动中央调节喷针动作，产生一定位移。

根据本发明的喷射器，优选地，所述第一中央调节喷针包括靠近第一喉部的第一调节锥、穿过第一多孔限位支撑板以连接第一调节锥和第一移动执行结构的第一联动阀杆；所述第一多孔限位支撑板设置在所述工作喷嘴内，以使所述第一联动阀杆仅轴向移动；

所述第二中央调节喷针包括靠近第二喉部的第二调节锥、穿过第二多孔限位支撑板以连接第二调节锥和第二移动执行结构的第二联动阀杆；所述第二多孔限位支撑板设置在所述扩压室内，以使所述第二联动阀杆仅轴向移动。

本发明中在第一和第二中央调节喷针的阀杆上均设置有多孔限位支撑板，气流可以通过支撑板上多个开孔流过，一方面可以减缓工作流体流量发生较大波动时对中央调节喷针的震动，另一方面可以确保中央调节喷针和喉部处于同一中轴线上。

根据本发明的喷射器，优选地，所述的第一和第二调节锥的前端(即靠近喉部的一端)为圆锥形，且与所述工作喷嘴和扩压室处于同一中轴线上；进一步优选地，所述第一调节锥前端圆锥形的锥角为20-45°，优选30-40°，比如35°；所述第二调节锥前端圆锥形的锥角为40-70°，优选45-55°，比如50°。在一种实施方式中，所述的一氧化碳喷嘴喉部的第一调节锥前端圆锥形的高度为5-20mm，优选10-15mm，底面直径为6-15mm，优选为8-12mm；所述第一喉部的喉部直径为5-20mm，优选9-12mm；所述扩压室喉部的第二调节锥前端圆锥形的高度为40-75mm，优选50-60mm，底面直径为50-100mm，优选为60-80mm；所述第二喉部的喉部直径为200-600mm，优选300-400mm，比如350mm。本领域技术人员理解，在渐缩段与渐扩段之间形成一个最小直径处即喉部。根据本发明的喷射器，为实现更好的调节效果，优选地，所述第一喉部的喉部直径为所述接收室直径的1/67–1/50；所述第二喉部的喉部直径为所述扩压室直径的15/21-20/21。

根据本发明的喷射器，优选地，所述的动力室、接收室、混合室和扩压室均为圆筒形，其中所述混合室、接收室及动力室的流通截面积之比为1：(2-6)：(2-4)，比如2:3:1；所述混合室与扩压室的直径之比为1：(1-1.2)；在一种实施方式中，所述动力室的直径为400-750mm，比如500mm；接收室的直径为500-900mm，比如600mm；混合室的直径为200-500mm，比如350mm；所述扩压室的直径为200-600mm，比如300、420或500mm。

根据本发明的喷射器，优选地，所述的喷射器的接收室、混合室和扩压室的材质优选为316L不锈钢；一氧化碳工作喷嘴的材质优选哈氏合金材质。

为实现上述发明目的的另一个方面，本发明采用如下技术方案：

一种尾气循环回用的连续化光气合成方法，该方法包括以下步骤：

1)原料一氧化碳和氯气按照一定的比例通过混合器混合后进入光气合成反应器中，在催化剂作用下反应生成光气，得到混合产物；

2)反应器出口的气态混合产物经过深冷处理，获得一股富含光气的液相和一股含未冷凝的光气及未反应的一氧化碳的尾气；

3)含一氧化碳的尾气通过由原料一氧化碳的进料驱动的喷射器引射循环回用到所述混合器的一氧化碳入口，和原料一氧化碳一起进入光气合成反应器。

作为合成原料，其中，原料一氧化碳的纯度尽量不小于95.0wt％，比如不小于98.0wt％；氯气的纯度尽量不小于98.0wt％，比如不小于99.0wt％。根据本发明的方法，优选地，反应开始时，原料一氧化碳相对于氯气过量10-15mol％；光气合成反应的催化剂为活性炭，所用活性炭的类型可以为焦炭、椰壳质碳和煤基质碳，优选椰壳质活性碳。

根据本发明的方法，优选地，反应器的工作压力为200-500KpaG，优选275-350KpaG，比如300KpaG，为避免光气液化，反应器出口的气相温度为40-80℃，优选50-60℃，比如55℃。反应器出口的气体混合产物的深冷温度为-10到-25℃，优选-15到-20℃，所述尾气的压力控制为200-400KpaG，优选250-350KpaG。

在本发明中，所述的喷射器装置安装在原料一氧化碳主进料管道上，界外高压的原料一氧化碳从动力侧入口进入喷射器中，在其内部的工作喷嘴处发生绝热膨胀并在喷嘴出口处形成负压区，引射低压的尾气进入喷射器内与原料一氧化碳混合。其中，用于驱动该喷射器的原料一氧化碳的压力为300-800KpaG，优选500-600KpaG。调节时，可以利用在线分析仪表对尾气中的中一氧化碳浓度(wt％)连续测量，根据喷射器的运行负荷调整尾气回用量，保证反应器入口一氧化碳的过量率。

与现有的技术相比，本发明具有以下优点：

(1)采用原料一氧化碳驱动，不需要额外提供任何的能量即可实现光气合成尾气中一氧化碳的循环回用，降低了生产成本；

(2)通过在喷射器的工作喷嘴和扩压室的喉部增加中央调节喷针，可在线调节喉部的流通截面积，使喷射器的结构与驱动流体保持很好的匹配性，将喷射器可以适用的反应器操作负荷范围扩大到20-120％，均可以实现将一氧化碳的回用，并且原料一氧化碳的过量率均可降至2％及以下；

(3)在混合室与扩压室之间设置第二喉管，同时在其两侧形成渐缩和渐扩部分，并增加喉部调节喷针，可以有效消除扩压段在过高和过低负荷下发生激波和回流现象，实现尾气的最佳回用效果；

(4)该喷射器运行安全稳定，结构简单，加工制作成本低。

附图说明

图1为本发明的可调式喷射器的一种实施方式的结构示意图；

图2是光气合成系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图、实施例和对比例进一步说明本发明的方法和喷射器在光气合成尾气循环回用的应用情况。

如图1所示，本发明所述的可调式喷射器J，包括依次连接的动力室2、接收室7、混合室8和扩压室11，其连接方式比如焊接或法兰封头15连接。其中，所述动力室2的侧壁设有动力气进口3；所述接收室7的侧壁设有吸入气进口17，所述接收室7内设有工作喷嘴5；所述工作喷嘴5的一端连接至所述动力室2，用于输入来自所述动力室2的气体；所述工作喷嘴5的另一端位于接收室7内并且其内壁设有第一喉部6，从而在所述第一喉部6的进气侧形成渐缩段、排气侧形成渐扩段。所述的工作喷嘴5是让原料一氧化碳高压气体在喷嘴处发生绝压膨胀，进而在工作喷嘴5出口形成负压区引射低压外排的尾气回用。

所述动力室2不与所述接收室7连接的一端设有第一移动执行机构1，所述第一移动执行机构1与所述第一喉部6之间还设有由所述第一移动执行机构1驱动的第一中央调节喷针16，用于调节所述第一喉部6的流通截面积，例如当所述第一中央调节喷针16向第一喉部6移动时，减小第一喉部6的流通横截面积，当向反方向移动时，增大第一喉部6的流通横截面积。

所述混合室8与扩压室9之间设有第二喉部18，从而在所述第二喉部18的进气侧形成渐缩段、排气侧形成渐扩段；所述扩压室9侧壁上设有混合气出口21，用于将进入喷射器的气体排出；所述扩压室9不与所述混合室8连接的一端设有第二移动执行机构12，所述第二移动执行机构12与所述第二喉部18之间还设有由所述第二移动执行机构12驱动的第二中央调节喷针19，用于调节所述第二喉部18的流通截面积。

所述的第一中央调节喷针16、第二中央调节喷针19分别可以伸入第一喉部6和第二喉部18，其在轴向上的移动由各移动执行结构1、12进行精确控制。中央调节喷针16、19在轴向的移动可以调节各喉部的有效流通截面积，在线实现变工况调节的功能。

所述第一中央调节喷针16包括靠近第一喉部6的第一调节锥13、穿过第一多孔限位支撑板4以连接第一调节锥13和第一移动执行结构1的第一联动阀杆14；所述第一多孔限位支撑板4设置在所述工作喷嘴5内，以使所述第一联动阀杆14仅轴向移动。本领域技术人员理解，气流经由支撑板4上的多孔通过。

所述第二中央调节喷针19包括靠近第二喉部11的第二调节锥9、穿过第二多孔限位支撑板10以连接第二调节锥9和第二移动执行结构12的第二联动阀杆20；所述第二多孔限位支撑板10设置在所述扩压室9内，以使所述第二联动阀杆20仅轴向移动。本领域技术人员理解，气流经由支撑板10上的多孔通过。

所述第一调节锥13和第二调节锥9的前端为圆锥形，第一调节锥13的前端圆锥形的锥角为20-45°，优选30-40°；在一个实施例中，第一调节锥13的前端圆锥形的高度5-20mm，优选10-15mm，底面直径为6-15mm，优选为8-12mm。第二调节锥9的前端圆锥形的锥角为40-70°，优选45-55°；在一个实施例中，第二调节锥9的前端圆锥形的高度为40-75mm，优选50-60mm，底面直径为50-100mm，优选为60-80mm。

所述中央调节喷针16、19的前端圆锥形伸入喉部6、18，另一端利用执行结构调节其在轴向上的往复移动，实现调节第一喉部6和第二喉部18的喉部直径及有效流通截面积的目的。所述的中央调节喷针通过自动执行结构进行控制。所述可调式喷射器的动力室、接收室、混合室和扩压室为316L不锈钢材质，工作喷嘴为哈氏合金材质。

如附图2所示的光气合成系统中，反应开始时，来自上游的原料一氧化碳与氯气混合后进入光气合成反应器R1，在活性炭催化下反应生成光气。R1反应器的压力控制为300KpaG，出口气体的温度为52℃，反应后的气体产物进入R2保护反应器，确保氯气反应完全。R2反应器出口的气体混合产物通过深冷器E被冷凝到-20℃，得到液相光气，以及不凝的含光气和一氧化碳的尾气。

所述的喷射器J装置安装在原料一氧化碳主进料管道上，高压的原料一氧化碳从动力气入口进入喷射器J中，在其内部的工作喷嘴5处发生绝热膨胀并在喷嘴出口处形成负压区，引射部分外排的低压尾气由吸入气入口17循环进入喷射器J内与原料一氧化碳在混合区8内混合并经过扩压区11后自混合气出口21排出，进入到混合器M，与氯气进一步混合作为反应器R1的进料。

同时利用在线分析仪表对尾气中的中一氧化碳浓度(wt％)连续测量，根据反应器的运行负荷调整尾气回用量，保证反应器入口一氧化碳的过量率。

以下进一步结合实施例和对比例对本发明进行说明。

所用喷射器和反应系统分别如图1和图2所示，其中，原料一氧化碳和氯气纯度98wt％以上，催化剂选用市售椰壳活性炭；

喷射器J1，为可调式喷射器，其参数为：一氧化碳工作喷嘴喉部的直径为9mm，其喉部第一调节锥的高度为10mm，底面直径为8mm，前端圆锥形的锥角为35°。扩压室喉部的直径为360mm，其喉部第二调节锥的高度为50mm，底面直径为60mm，前端圆锥形的锥角为50°。动力室的直径为500mm，接收室的直径为600mm，混合室的直径为350mm，扩压室的直径为420mm。

喷射器J2，为可调式喷射器，其参数为：一氧化碳工作喷嘴喉部的直径为13mm，其喉部第一调节锥的高度为20mm，底面直径为15mm，前端圆锥形的锥角为25°。扩压室喉部的直径为200mm，其喉部第二调节锥的高度为40mm，底面直径为55mm，前端圆锥形的锥角为40°。动力室的直径为500mm，接收室的直径为600mm，混合室的直径为350mm，扩压室的直径为420mm。

固定式喷射器J3，与喷射器J1和J2的区别在于其一氧化碳工作喷嘴喉部处没有中央调节喷针，其参数为：一氧化碳工作喷嘴喉部的直径为9mm，喉部的流通截面积是固定不变的；且J3的扩压室为直管型结构，扩压室直径为420mm，流通面积不可调节。

实施例1：

光气合成单元在20％负荷运行稳定时，即原料一氧化碳的进料流量为1875kg/h，一氧化碳进料管道输送压力800KpaG，反应器R1入口一氧化碳相对于氯气的过量率控制为15％，氯气进料量4041kg/h，光气合成反应的压力控制为300KpaG，尾气压力265KpaG，此时外送合成尾气中一氧化碳的含量为76.5％(wt％)。

启用喷射器J1开始对尾气进行回用，动力侧一氧化碳驱动压力为330KpaG，此时喷射器引射尾气的循环量为0，无回用效果，且由于喷射器存在压降导致扩压室出口出现回流现象。通过执行结构驱动第一中央调节喷针调节第一喉部的截面积从63.5mm²降至3.2mm²，执行结构驱动第二中央调节喷针调节第二喉部截面积从0.101m²降至0.081m²时，动力侧一氧化碳驱动压力从330KpaG上升到500KpaG，可实现循环回用尾气流量600kg/h，且扩压室无回流现象发生。回用后，外送尾气的压力为265KpaG，喷射器出口气体的压力320KpaG。此时光气合成反应器R1入口氯气的进料量提高至4659kg/h，一氧化碳相对于氯气的过量率达到11.5％，外送尾气中一氧化碳的含量从76.5％(wt％)降至48.5％(wt％)。此工况下，原料一氧化碳相对于氯气的过量率可从15％降至2％。回用前后的对比结果如表1所示。

实施例2：

光气合成单元在60％负荷运行稳定时，即原料一氧化碳的进料流量为5625kg/h，一氧化碳进料管道输送压力800KpaG，反应器R1入口一氧化碳相对于氯气的过量率控制为12％，氯气进料量12551kg/h，光气合成反应的压力控制为300KpaG，光气合成尾气压力265KpaG，此时外送光气合成尾气中一氧化碳的含量为70.6％(wt％)。

启用喷射器J1开始对尾气进行回用，动力侧一氧化碳驱动压力为450KpaG，通过执行结构驱动第一中央调节喷针调节第一喉部的截面积从63.5mm²降至45.6mm²时，动力侧一氧化碳驱动压力稳定在500KpaG时，可实现循环回用尾气流量1500kg/h，且扩压室无回流现象发生。回用后，外送尾气的压力为265KpaG，喷射器出口的混合气体压力320KpaG。此时光气合成反应器R1入口氯气的进料量提高至14049kg/h，一氧化碳相对于氯气的过量率达到12.7％，外送合成尾气中一氧化碳的含量从70.6％(wt％)降至41.3％(wt％)。此工况下，原料一氧化碳相对于氯气的过量率从12％降至1.5％。回用前后的对比结果如表1所示。

实施例3：

光气合成单元在100％负荷运行稳定时，即原料一氧化碳的进料流量为9375kg/h，一氧化碳进料管道输送压力800KpaG，反应器R1入口一氧化碳相对于氯气的过量率控制为10％，氯气进料量21359kg/h，光气合成反应的压力控制为300KpaG，光气合成尾气压力265KpaG，此时外送光气合成尾气中一氧化碳的含量为69.5％(wt％)。

启用喷射器J1开始对尾气进行回用，动力侧一氧化碳驱动压力为650KpaG，通过执行结构驱动第一中央调节喷针调节第一喉部的截面积从63.5mm²降至30.5mm²时，动力侧一氧化碳驱动压力稳定在500KpaG时，可实现循环回用尾气流量3600kg/h，且扩压室无回流现象发生。回用后，外送尾气的压力为265KpaG，喷射器出口的混合气体压力320KpaG。此时光气合成反应器R1入口氯气的进料量提高至23534kg/h，一氧化碳相对于氯气的过量率达到12.3％，外送合成尾气中一氧化碳的含量从69.5％(wt％)降至29.2％(wt％)。此工况下，原料一氧化碳相对于氯气的过量率从10％降至1.0％。回用前后的对比结果如表1所示。

实施例4：

光气合成单元在120％负荷并运行稳定时，动力侧一氧化碳的进料流量为11250kg/h，一氧化碳进料管道输送压力800KpaG，控制反应器入口一氧化碳相对于氯气的过量率为10％，氯气进料量25674kg/h，光气合成反应的压力控制为300KpaG，光气合成尾气压力265KpaG，此时光气合成尾气中一氧化碳的含量为69.5％(wt％)。

启用喷射器J1开始对尾气进行回用，动力侧一氧化碳驱动压力为750KpaG，此时喷射器引射尾气的循环量为4000kg/h，扩压室出现明显的激流现象。通过执行结构驱动第一中央调节喷针调节第一喉部的截面积从63.5mm²增至78.5mm²，执行结构驱动第二中央调节喷针调节第二喉部截面积从0.101m²增至0.121m²时，使动力侧一氧化碳驱动压力从750KpaG降到500KpaG，混合后的压力降为330KpaG，可实现回用尾气流量6500kg/h，扩压室出口的激流现象消除。回用后，外送尾气的压力为265KpaG，喷射器出口气体的压力330KpaG。此时光气合成反应器入口氯气的进料量提高至28327kg/h，一氧化碳相对于氯气的过量率达到10.5％，光气合成尾气中一氧化碳的含量从69.5％(wt％)降至16.8％(wt％)。此工况下，原料一氧化碳相对于氯气的过量率可从10％降至0.7％。回用前后的对比结果如表1所示。

实施例5

光气合成单元在80％负荷运行稳定时，即原料一氧化碳的进料流量为7500kg/h，一氧化碳进料管道输送压力800KpaG，反应器R1入口一氧化碳相对于氯气的过量率控制为12％，氯气进料量16735kg/h，光气合成反应的压力控制为300KpaG，光气合成尾气压力265KpaG，此时外送光气合成尾气中一氧化碳的含量为70.6％(wt％)。

启用喷射器J2开始对尾气进行回用，动力侧一氧化碳的压力为350KpaG，此时喷射器引射尾气的循环量为0，无回用效果。通过执行结构驱动第一中央调节喷针调节第一喉部的截面积从132.7mm²降至42mm²时，动力侧一氧化碳驱动压力稳定在500KpaG时，可实现循环回用尾气流量2000kg/h，且扩压室无回流现象发生。回用后，外送尾气的压力为265KpaG，喷射器出口的混合气体压力320KpaG。此时光气合成反应器R1入口氯气的进料量提高至17876kg/h，一氧化碳相对于氯气的过量率达到14.8％，外送合成尾气中一氧化碳的含量从70.6％(wt％)降至65.6％(wt％)。此工况下，原料一氧化碳相对于氯气的过量率从10％降至6％。回用前后的对比结果如表1所示。

对比例1：

光气合成单元在20％负荷运行稳定时，动力侧一氧化碳的进料流量为1875kg/h，一氧化碳进料管道输送压力800KpaG，控制反应器入口一氧化碳相对于氯气的过量率为15％，氯气进料量6616kg/h，光气合成反应的压力控制为300KpaG，光气合成尾气压力265KpaG，此时光气合成尾气中一氧化碳的含量为76.5％(wt％)。

作为对比，采用传统的固定式喷射器J3(喷嘴喉部截面积不可调)对尾气进行回用，动力侧一氧化碳驱动压力为320KpaG，尾气压力265KpaG，此时喷射器引射尾气的循环量为0kg/h，无回用效果，且由于喷射器存在压降导致扩压室出口出现回流现象，因此该负荷下不能进行一氧化碳的回用，一氧化碳的过量率仍为15％。对比结果如表1所示。

对比例2：

光气合成单元在60％负荷运行稳定时，动力侧一氧化碳的进料流量为5625kg/h，一氧化碳进料管道输送压力800KpaG，控制反应器入口一氧化碳相对于氯气的过量率为12％，氯气进料量12551kg/h，光气合成反应的压力控制为300KpaG，光气合成尾气压力265KpaG，此时光气合成尾气中一氧化碳的含量为70.6％(wt％)。

作为对比，采用传统的固定式喷射器J3(喷嘴喉部截面积不可调)对尾气进行回用，动力侧一氧化碳驱动压力为650KpaG，尾气压力265KpaG，混合后气体压力450KpaG，可实现的最大回用混合气流量为250kg/h。此时光气合成反应器入口氯气的进料量提高至12837kg/h，一氧化碳相对于氯气的过量率达到14.5％，光气合成尾气中一氧化碳的含量从70.6％(wt％)降至68.5％(wt％)。此工况下，原料一氧化碳相对于氯气的过量率可从12％降至10％。回用前后的对比结果如表1所示。

对比例:3：

光气合成单元在120％负荷运行稳定时，动力侧一氧化碳的进料流量为11250kg/h，一氧化碳进料管道输送压力800KpaG，控制反应器入口一氧化碳相对于氯气的过量率为10％，氯气进料量25674kg/h，光气合成反应的压力控制为300KpaG，光气合成尾气压力265KpaG，此时光气合成尾气中一氧化碳的含量为69.5％(wt％)。

作为对比，采用传统的固定式喷射器J3(喷嘴喉部截面积不可调)对尾气进行回用，动力侧一氧化碳驱动压力为700KpaG，尾气压力265KpaG，混合后气体压力450KpaG，此时扩压室出现明显的激流现象，可实现的最大回用混合气流量为600kg/h。此时光气合成反应器入口氯气的进料量提高至25959kg/h，一氧化碳相对于氯气的过量率达到13.9％，光气合成尾气中一氧化碳的含量从69.5％(wt％)降至68.0％(wt％)。此工况下，原料一氧化碳相对于氯气的过量率可从10％降至9％。回用前后的对比结果如表1所示。

表1 回用前后对比结果

Claims (14)

1.一种尾气循环回用的连续化光气合成方法，该方法包括以下步骤：

1)原料一氧化碳和氯气按照一定的比例通过混合器混合后进入光气合成反应器中，在催化剂作用下反应生成光气，得到混合产物；

2)反应器出口的气态混合产物经过深冷处理，获得一股富含光气的液相和一股含未冷凝的光气及未反应的一氧化碳的尾气；

3)含一氧化碳的尾气通过由原料一氧化碳的进料驱动的可调式喷射器引射循环回用到所述混合器的一氧化碳入口，和原料一氧化碳一起进入光气合成反应器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应开始时，原料一氧化碳相对于氯气过量10-15mol％；光气合成反应的催化剂为活性炭。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：光气合成反应的催化剂为椰壳质活性碳。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述原料一氧化碳的进料压力为300-800KpaG：所述反应器的工作压力为200-500KpaG；反应器出口的温度为40-80℃；深冷处理温度为-10到-25℃；所述尾气的压力为200-400KpaG。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述反应器的工作压力为275-350KpaG；反应器出口的温度为50-60℃；深冷处理温度为-15到-20℃；所述尾气的压力为250-350KpaG。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述喷射器沿轴向包括依次连接的动力室、接收室、混合室和扩压室，其中，所述的动力室、接收室、混合室和扩压室均为圆筒形，所述动力室的侧壁设有动力气进口；所述接收室的侧壁设有吸入气进口，所述接收室内设有工作喷嘴；所述工作喷嘴的一端连接至所述动力室，用于输入来自所述动力室的气体；所述工作喷嘴的另一端位于接收室内并且其内壁设有第一喉部，从而在所述第一喉部的进气侧形成渐缩段、排气侧形成渐扩段；

所述动力室不与所述接收室连接的一端设有第一移动执行机构，所述第一移动执行机构与所述第一喉部之间还设有由所述第一移动执行机构驱动的第一中央调节喷针，用于调节所述第一喉部的流通截面积；

所述混合室与扩压室之间设有第二喉部，从而在所述第二喉部的进气侧形成渐缩段、排气侧形成渐扩段；所述扩压室的侧壁上设有混合气出口，用于将进入喷射器的气体排出；所述扩压室不与所述混合室连接的一端设有第二移动执行机构，所述第二移动执行机构与所述第二喉部之间还设有由所述第二移动执行机构驱动的第二中央调节喷针，用于调节所述第二喉部的流通截面积；

所述第一中央调节喷针包括靠近第一喉部的第一调节锥、穿过第一多孔限位支撑板以连接第一调节锥和第一移动执行结构的第一联动阀杆；所述第一多孔限位支撑板设置在所述工作喷嘴内，以使所述第一联动阀杆仅轴向移动，气流经由第一多孔限位支撑板上的多孔通过；

所述第二中央调节喷针包括靠近第二喉部的第二调节锥、穿过第二多孔限位支撑板以连接第二调节锥和第二移动执行结构的第二联动阀杆；所述第二多孔限位支撑板设置在所述扩压室内，以使所述第二联动阀杆仅轴向移动，气流经由第二多孔限位支撑板上的多孔通过；

所述第一调节锥和第二调节锥的前端为圆锥形，且与所述工作喷嘴和扩压室处于同一中轴线上；

所述第一调节锥前端圆锥形的锥角为20-45^°；所述第二调节锥前端圆锥形的锥角为40-70^°；

所述第一喉部的喉部直径为所述接收室 直径的1/67–1/50；所述第二喉部的喉部直径为所述扩压室直径的15/21–20/21；

所述混合室、接收室及动力室的流通截面积之比为1：(2-6)：(2-4)；所述混合室与扩压室的直径之比为1：(1-1.2)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一调节锥前端圆锥形的锥角为30-40^°；所述第二调节锥前端圆锥形的锥角为45-55^°。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一调节锥前端圆锥形的高度为5-20mm，底面直径为6-15mm；所述第一喉部的喉部直径为5-20mm；

所述第二调节锥前端圆锥形的高度为40-75mm，底面直径为50-100mm，所述第二喉部的喉部直径为200-600mm。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一调节锥前端圆锥形的高度为10-15mm，底面直径为8-12mm；所述第一喉部的喉部直径为9-12mm；

所述第二调节锥前端圆锥形的高度为50-60mm，底面直径为60-80mm，所述第二喉部的喉部直径为300-400mm。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述动力室的直径为400-750mm；接收室的直径为500-900mm；混合室的直径为200-500mm；所述扩压室的直径为200-600mm。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述扩压室的直径为400-450mm。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述混合室的长度为600-950mm；所述扩压室的长度为200-550mm。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述扩压室的长度为400-450mm。

14.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述的喷射器的动力室、接收室、混合室和扩压室的材质为316L不锈钢；所述工作喷嘴的材质为哈氏合金。

Images