環(huán)己酮生產(chǎn)裝置中環(huán)己醇精餾塔技術(shù)改造

馬子峰 ， 余躍平 ， 魯來勇 ， 段亞東

(河南首恒新材料有限公司 ， 河南 許昌 461000)

0 前言

環(huán)己酮是生產(chǎn)己內(nèi)酰胺和己二酸的主要化工原料，也是油性涂料、化學(xué)纖維、合成樹脂生產(chǎn)的溶劑。隨著我國尼龍化工以及高分子化纖材料的迅速發(fā)展，環(huán)己酮的需求量逐年增加，市場(chǎng)前景廣闊。環(huán)己酮生產(chǎn)工藝主要有環(huán)己烷氧化工藝和環(huán)己烯工藝，環(huán)己烯工藝是在20世紀(jì)90年代國外公司開發(fā)出的新生產(chǎn)工藝技術(shù)，其工藝路線主要包括苯部分加氫生產(chǎn)環(huán)己烯，環(huán)己烯水合生產(chǎn)環(huán)己醇，環(huán)己醇脫氫生產(chǎn)環(huán)己酮。該生產(chǎn)工藝相對(duì)于環(huán)己烷氧化工藝，具有能源和原材料消耗低、副產(chǎn)物和放棄物少、安全經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

河南首恒新材料有限公司20萬t/a環(huán)己酮項(xiàng)目采用的就是環(huán)己烯工藝技術(shù)。在引進(jìn)—消化—吸收—再創(chuàng)新的過程中，環(huán)己酮生產(chǎn)裝置經(jīng)過不斷地挖潛改造和逐步完善，產(chǎn)能不斷擴(kuò)大。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，生產(chǎn)企業(yè)都在降低生產(chǎn)成本上下功夫。本文結(jié)合河南首恒新材料有限公司環(huán)己酮生產(chǎn)裝置的具體情況，將節(jié)能降耗作為降低生產(chǎn)成本的重要環(huán)節(jié)，既滿足國家環(huán)保政策的要求，又符合企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。

1 環(huán)己酮生產(chǎn)工藝

環(huán)己酮生產(chǎn)工藝過程：將環(huán)己醇儲(chǔ)罐中計(jì)量送入的環(huán)己醇和精餾塔塔頂采出的環(huán)己醇，經(jīng)高壓蒸汽加熱至170 ℃后送往脫氫反應(yīng)器，在銅—鋅催化劑作用下，維持0.1～0.2 MPa反應(yīng)壓力及220～270 ℃反應(yīng)溫度，進(jìn)行環(huán)己醇脫氫反應(yīng)。環(huán)己醇脫氫反應(yīng)的單程轉(zhuǎn)化率約50%，反應(yīng)產(chǎn)物為環(huán)己酮、氫氣和未反應(yīng)的環(huán)己醇，其中氫氣送往氫氣管網(wǎng)，用于環(huán)己醇裝置的苯部分加氫工序；環(huán)己酮和未反應(yīng)的環(huán)己醇以及微量高低沸點(diǎn)副產(chǎn)物組成的粗醇酮液經(jīng)干燥塔脫除水分后，送入輕塔。脫除低沸點(diǎn)組分，塔底物料進(jìn)入環(huán)己酮精餾塔，塔頂采出高純環(huán)己酮產(chǎn)品后，塔底的粗環(huán)己醇和高沸點(diǎn)副產(chǎn)物再送入環(huán)己醇精制塔，本技術(shù)改造項(xiàng)目就是該環(huán)己醇精餾塔。精制后的環(huán)己醇與適量的水混合后返回脫氫反應(yīng)器，如此循環(huán)進(jìn)行脫氫反應(yīng)。

2 存在問題

原工藝中粗環(huán)己醇精餾過程：從儲(chǔ)罐來的粗環(huán)己醇經(jīng)過蒸汽預(yù)加熱進(jìn)入環(huán)己醇精餾塔第四層填料下部；從環(huán)己酮精制塔塔底采出的粗環(huán)己醇進(jìn)入環(huán)己醇精餾塔的第三和第四層填料中間；環(huán)己醇精餾塔塔頂采出相出口與冷凝器殼程相連，冷凝器殼程出口相連回流罐，并通過輸送泵將精環(huán)己醇送至脫氫反應(yīng)工藝的預(yù)熱器。此時(shí)環(huán)己醇精餾塔釜的再沸器與精餾塔釜直接連接，環(huán)己醇塔底部的外排塔釜泵出口與重組分罐相連。原工藝過程中粗環(huán)己醇精餾塔分離效果差，蒸汽消耗大，外排的重組分中環(huán)己醇含量較高，占14%～16%，使得大量環(huán)己醇損失。究其原因：①精餾塔結(jié)構(gòu)存在缺陷，造成了精餾塔內(nèi)部塔板分配不合理，與再沸器之間沒有形成循環(huán)回路，使精餾塔分離精度降低，外排的重組分中環(huán)己醇含量升高；②加熱介質(zhì)沒有優(yōu)化配置，物料的有效熱焓未得到充分利用，使蒸汽消耗量增加。另外, 由于排出重組分中的環(huán)己醇含量較高，為避免過量損失，需要建造新的精餾塔，并消耗大量的中壓蒸汽對(duì)外排重組分進(jìn)行二次精餾，以回收其中的部分環(huán)己醇，不但加大了設(shè)備資金的投入，且增加了熱能的消耗量和生產(chǎn)成本，環(huán)己醇達(dá)不到完全回收的目的。

3 技術(shù)改造方案

3.1 工藝簡(jiǎn)圖

改造前后精餾塔工藝圖見圖1。

1.精餾塔 2.小分離塔 3.再沸器 4.泵 5.回流罐

在原環(huán)己醇精餾塔內(nèi)部中心位置增設(shè)一個(gè)小分離塔，直接耦合插入精餾塔底部，對(duì)重組分中環(huán)己醇進(jìn)一步分離。

3.2 實(shí)施方案

環(huán)己醇精餾再沸器兩端管道分別與塔內(nèi)壁和底部相連，使再沸器與精餾塔之間形成循環(huán)回路，再沸器汽化物料可以為精餾塔提供熱源。小分離塔的循環(huán)泵和小分離塔再沸器兩端分別與小分離塔內(nèi)壁與底部相連，使小分離塔再沸器的循環(huán)泵、再沸器與小分離塔之間形成循環(huán)回路，小分離塔的再沸器可以為小分離塔的精餾提供熱源。通過設(shè)置小分離塔，加快了塔內(nèi)循環(huán)回路中被加熱介質(zhì)的流動(dòng)，提高了熱能利用率。小分離塔塔頂為敞開式，且與精餾塔體互通，塔底設(shè)置有重組分排出口，小分離塔循環(huán)泵排出口與重組分冷卻器相連，使精餾后的重組分液相加速流向重組分冷卻器，從而增加精餾效率。環(huán)己醇精餾塔的塔釜液循環(huán)泵一端與精餾塔底部相連，另一端與小分離塔頂部相連，將塔底的粗環(huán)己醇運(yùn)至小分離塔分布器進(jìn)行精餾。隨著塔底粗環(huán)己醇循環(huán)精餾時(shí)間的增加，精餾塔底部塔釜液中重組分含量升高，環(huán)己醇含量降低，外排液中環(huán)己醇損失量減少。

3.3 工藝過程

首先將粗環(huán)己醇液體加入環(huán)己醇精餾塔內(nèi)，液面低于小分離塔塔頂部，開始精餾后，回流下來的塔底粗環(huán)己醇由精餾塔循環(huán)泵送至小分離塔塔頂分布器，通過再沸器為小分離塔提供熱源；再次進(jìn)行精餾，循環(huán)精餾后的重組分從小分離塔底排出，精環(huán)已醇從精餾塔頂部排出。在環(huán)己醇精餾塔頂部與冷卻器之間設(shè)置有用于收集冷卻環(huán)已醇液回流罐和回流泵，環(huán)已醇液相通過回流泵返回精餾塔內(nèi)循環(huán)精餾，部分精環(huán)已醇送往環(huán)己醇脫氫預(yù)熱器，進(jìn)行脫氫反應(yīng)。其中，中壓蒸汽加熱精餾塔再沸器，使環(huán)已醇從液相粗醇中蒸發(fā)精餾，剩余的粗環(huán)己醇直接導(dǎo)入小分離塔塔頂分布器。由于小分離塔的直徑小，加熱快，相對(duì)傳熱效果好，可對(duì)環(huán)己醇和重組分進(jìn)行有效精餾分離。

3.4 改造效果

小分離塔直接耦合嵌入精餾塔內(nèi)底部的設(shè)計(jì)，有效利用了精餾塔內(nèi)部空間，縮短了物料流動(dòng)的距離，減少了熱能的消耗，提高了精餾效率，外排重組分中環(huán)己醇產(chǎn)品含量由14%～16%降低至0.3%～0.6%，大大地減少了環(huán)己醇的浪費(fèi)。

4 經(jīng)濟(jì)效益

4.1 技改費(fèi)用

小分離塔設(shè)備費(fèi)用2.2萬元，循環(huán)泵2臺(tái)設(shè)備費(fèi)用合計(jì)6.8萬元，進(jìn)料泵2臺(tái)設(shè)備費(fèi)用合計(jì)4.2萬元，再沸器設(shè)備費(fèi)用1.3萬元，閥門、管件、管線費(fèi)用為1.2萬元，安裝費(fèi)用4.8萬元，共計(jì)20.5萬元。

4.2 運(yùn)行費(fèi)用

循環(huán)泵額定功率為2.8 kW，進(jìn)料泵額定功率為10 kW，合計(jì)每年消耗電費(fèi)14.336萬元。小分離塔再沸器所需0.12 t/h，中壓蒸汽每噸150元，每年蒸汽費(fèi)用14.4萬元；總計(jì)費(fèi)用28.736萬元。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

外排的重油產(chǎn)品中環(huán)己醇含量由14%～16%降低至0.3%～0.6%，按照平均值計(jì)算可回收14.55%的環(huán)己醇，重組分每小時(shí)外排量為1.2 t，每小時(shí)可回收環(huán)己醇0.175 t。目前環(huán)己醇市場(chǎng)價(jià)格1萬元/t，按年運(yùn)行8 000 h計(jì)算，每年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益1 400萬元。原工藝中排出重組分，需要消耗大量的中壓蒸汽對(duì)外排重組分進(jìn)行二次精餾回收其中的環(huán)己醇，除了增加設(shè)備的投入，還要消耗大量的中壓蒸汽，約3 t/h，技改后只需要少量的中壓蒸汽維持小分離塔再沸器所需，約0.12 t/h。綜合經(jīng)濟(jì)效益為1 350.764萬元。

5 結(jié)論

環(huán)己酮生產(chǎn)裝置中環(huán)己醇精餾塔工藝技術(shù)改造實(shí)施以來，有效提升了環(huán)己醇精餾塔的分離效率，提高了生產(chǎn)裝置的產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量，減少了精餾過程的蒸汽消耗和環(huán)己醇產(chǎn)品的損失，降低了生產(chǎn)成本，取得了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。該工藝技術(shù)具有處理成本低、設(shè)備投資少、工藝操作穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。