己內(nèi)酰胺氨肟化裝置的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

金小梅

（浙江工程設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州 310001）

己內(nèi)酰胺是一種重要的有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)尼龍6工程塑料和尼龍6纖維，廣泛應(yīng)用于紡絲、輪胎、食品包裝等行業(yè)，用途十分廣泛。目前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速放緩，己內(nèi)酰胺下游生產(chǎn)需求提升或?qū)⒂邢?，且近幾年國?nèi)己內(nèi)酰胺產(chǎn)能快速擴(kuò)張，產(chǎn)能出現(xiàn)過剩狀況，己內(nèi)酰胺工廠基本處在盈虧邊緣或處于虧損狀態(tài)，目前少數(shù)幾家己內(nèi)酰胺企業(yè)還能盈利的原因，主要還是得益于企業(yè)的綜合配套齊全、生產(chǎn)管理水平高等諸多因素，若要降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，優(yōu)化工藝降低能耗是根本。本文從節(jié)能降耗角度對(duì)氨肟化裝置的工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 己內(nèi)酰胺氨肟化裝置工藝技術(shù)簡述

己內(nèi)酰胺生產(chǎn)方法采用的是氨肟化法 （即HAO法），以雙氧水、液氨、環(huán)己酮為原料，在溫度為85℃，壓力為0.4 MPa，及催化劑作用下，雙氧水與氨反應(yīng)合成羥胺，羥胺再與環(huán)己酮進(jìn)行肟化反應(yīng)，生成環(huán)己酮肟，經(jīng)催化劑分離、溶劑萃取和環(huán)己酮肟的蒸餾得到產(chǎn)品環(huán)己酮肟。

生產(chǎn)過程中，氨肟化反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物被送至叔丁醇回收塔進(jìn)行分離，塔頂回收叔丁醇，塔釜含環(huán)己酮肟約40%肟水溶液送后續(xù)萃取系統(tǒng)進(jìn)行萃取。在通常情況下，叔丁醇回收塔塔頂叔丁醇?xì)庀辔锪辖?jīng)冷凝器利用冷媒循環(huán)水對(duì)其進(jìn)行冷卻冷凝，冷凝下來的液相叔丁醇進(jìn)入循環(huán)叔丁醇罐再進(jìn)行循環(huán)使用，叔丁醇回收塔為常壓操作。

氨肟化裝置水萃取塔塔底廢水主要由水、有機(jī)物重組份、無機(jī)鹽、有機(jī)鹽等介質(zhì)組成，廢水含CODcr≥600，總鹽量約 14325 mg/L，其中硫酸鹽約135 mg/L，硝酸鹽約4809 mg/L。目前多數(shù)己內(nèi)酰胺生產(chǎn)廠家對(duì)氨肟化裝置廢水處理的普遍做法是直接將其送至污水處理站進(jìn)行處理，但由于廢水含鹽量較高，對(duì)工業(yè)廢水后續(xù)的生化處理會(huì)產(chǎn)生不良影響，通常在高鹽度的有機(jī)廢水生化處理前，需要先進(jìn)行除鹽處理，而除鹽工藝通常采取蒸發(fā)濃縮工藝，這樣就需要消耗大量的蒸汽。

在本次設(shè)計(jì)中，我們將叔丁醇回收塔塔頂?shù)臍庀辔锪献鳛閺U水蒸發(fā)濃縮的熱源進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 工藝計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)條件

己內(nèi)酰胺裝置生產(chǎn)規(guī)模為10萬t/a。

（1）叔丁醇回收塔塔頂氣相物料組份、工況

叔丁醇?xì)庀嘟M份：叔丁醇75 wt%，水20 wt%，氨 5wt%；溫度：85 ℃；壓力：120 kPa；

進(jìn)料量：55 t/h。

叔丁醇?xì)庀嘟?jīng)冷凝冷卻后要求溫度達(dá)80℃左右。

（2）待處理的廢水組份、工況

廢水組份：CODcr≥600，總鹽量約 14325 mg/L，其中硫酸鹽約135 mg/L，硝酸鹽約4809 mg/L。計(jì)算時(shí)將廢水中重組分設(shè)定為2000×10-6，因重組份成分復(fù)雜，在模擬計(jì)算時(shí)用丁酮肟替代，其余組分為水。

廢水溫度：90℃；廢水處理量：按最大廢水量考慮，處理量設(shè)定為35 t/h、水蒸發(fā)量按32 t/h考慮。

廢水蒸發(fā)濃縮的主要任務(wù)是將廢水中的鹽份去除，除鹽過程中會(huì)附帶將部分高沸點(diǎn)的有機(jī)重組份一并去除。

（3）蒸發(fā)器及冷凝器熱側(cè)按2 kPa的壓降選取。

2.2 計(jì)算過程及結(jié)果

（1）計(jì)算模擬流程

見圖1。

圖1 廢水蒸發(fā)濃縮模擬流程

（2）物料平衡

廢水經(jīng)蒸發(fā)濃縮后廢水濃液量為3.233 t/h，重組份濃度為0.74%。該部分廢水被直接送至己內(nèi)酰胺焚燒裝置焚燒。蒸出的廢水流量為31.767 t/h，送至廢水處理站進(jìn)行處理。

（3）設(shè)備參數(shù)

表1 廢水蒸發(fā)濃縮物料平衡表

表2 設(shè)備熱負(fù)荷及換熱面積參數(shù)表

3 運(yùn)行情況和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

目前該氨肟化裝置已于2016年1月投入試生產(chǎn)，3月份達(dá)滿負(fù)荷，運(yùn)行狀況良好。

熱負(fù)荷數(shù)據(jù)表中，一效蒸發(fā)器和二效蒸發(fā)器的換熱量即為工藝優(yōu)化后被利用的熱量，利用熱量共16.851 Mkcal/h，與未優(yōu)化時(shí)進(jìn)行比較，既節(jié)省了廢水濃縮所需的蒸汽量，又節(jié)省了叔丁醇冷凝器所需的循環(huán)冷卻水量，故共節(jié)省能源33.702 Mkcal/h折141 GJ/h。低壓蒸汽每噸熱值為2.9601 GJ，換算成低壓蒸汽，則相當(dāng)于節(jié)省低壓蒸汽47.6 t/h，以每噸蒸汽150元、全年生產(chǎn)時(shí)間8000 h計(jì)，工藝優(yōu)化后10萬t/a己內(nèi)酰胺裝置每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益5712萬元。

4 結(jié)語

化工行業(yè)屬于高能耗行業(yè)，節(jié)能減排是各個(gè)化工企業(yè)管理的重中之重，作為設(shè)計(jì)也負(fù)有義不容辭的責(zé)任。本文闡述的己內(nèi)酰胺氨肟化裝置的工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，一定程度上降低了裝置的能耗，節(jié)省了能源，同時(shí)也降低了己內(nèi)酰胺生產(chǎn)成本，有利于提高企業(yè)的市場競爭力。該優(yōu)化工藝既可以應(yīng)用在己內(nèi)酰胺新建裝置的設(shè)計(jì)中，也可以在已建成的己內(nèi)酰胺裝置上進(jìn)行改造，在己內(nèi)酰胺行業(yè)具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。