環(huán)己醇精餾系統(tǒng)再沸器技術改造

李迎春 ， 寧永亮 , 祝 捷

(1.平頂山市神馬萬里化工股份有限公司 ， 河南 平頂山 467000 ； 2.河南省化工研究所有限責任公司 ， 河南 鄭州 450052)

平頂山市神馬萬里化工股份有限公司環(huán)己醇裝置是20世紀90年代引進的日本旭化成的技術，采用的工藝技術是苯部分加氫制備環(huán)己烯，再經(jīng)環(huán)己烯水合生產(chǎn)環(huán)己醇，主要生產(chǎn)過程包括：苯加氫反應、環(huán)己烯水合反應、環(huán)己醇精餾等工序。在環(huán)己醇生產(chǎn)工藝中，精餾系統(tǒng)是產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣的關鍵工序和能量消耗最大的工序，對環(huán)己醇生產(chǎn)成本影響很大。因此，對環(huán)己醇精餾系統(tǒng)實施節(jié)能技術改造，是實現(xiàn)整套環(huán)己醇生產(chǎn)裝置降低能耗的重要措施。

原環(huán)己醇精餾系統(tǒng)塔底再沸器配置為3臺，其中一臺熱源為精餾塔塔頂采出相，經(jīng)壓縮機壓縮提高熱焓值的精環(huán)己醇蒸氣，另兩臺以中壓蒸汽為熱源，再沸器均為立式列管再沸器。隨著萬里公司環(huán)己醇裝置產(chǎn)能的提升，環(huán)己醇精餾塔的塔底再沸器的蒸發(fā)量加大，中壓蒸汽的消耗量增加，生產(chǎn)成本逐年升高。隨著國家用能政策的逐步嚴格、規(guī)范，推動了企業(yè)節(jié)能降耗措施的落實。采用橫管降膜再沸器對環(huán)己醇精餾裝置進行改造，大幅減少中壓蒸汽用量，降低生產(chǎn)能耗和成本，對增強企業(yè)的市場競爭力意義重大。

1 環(huán)己醇精餾工藝簡介

經(jīng)環(huán)己烯水合制備的粗環(huán)己醇，需在精餾系統(tǒng)精制才能得到環(huán)己醇產(chǎn)品，精餾在57.328～62.661 kPa負壓條件下進行，這樣可以降低物料的沸點和加熱的溫度，節(jié)省熱能的消耗。環(huán)己醇精餾過程是將粗環(huán)己醇汽化除雜后，以蒸氣狀態(tài)進入精餾塔，精餾塔頂?shù)牟沙鱿嘁徊糠诌M入氣體壓縮機進行壓縮，使氣體溫度由65 ℃升高至98 ℃，壓力由57 kPa升高至158 kPa。作為精餾塔其中一臺再沸器的熱源，另外兩臺再沸器熱源為蒸汽；大部分塔頂采出相通過塔頂冷凝器冷凝后進入精餾塔回流槽，隨著塔內(nèi)回流凝結的液體進入再沸器，經(jīng)再次汽化后進入精餾塔完成精餾分離。精餾塔用再沸器采用的是豎管式降膜蒸發(fā)，所用熱源為中壓蒸汽。蒸汽自上而下進入再沸器管程，加熱換熱管簇后變?yōu)楦邷乩淠懦?，精餾塔回流液沿再沸器換熱管簇外壁自上而下降膜蒸發(fā)。由于重力作用使得液膜在管壁停留時間較短，阻礙了再沸器內(nèi)部環(huán)己醇的傳熱過程，使物料汽化率降低，對環(huán)己醇精餾塔的精餾效果造成影響。另外，在環(huán)己醇精餾工藝中，精餾塔塔頂采出的蒸氣，需用大量冷卻水經(jīng)換熱器冷凝變?yōu)橐后w；此時的塔頂采出的蒸氣熱焓值很高，經(jīng)冷卻水換熱后這部分熱能也白白損失掉了。將精餾塔塔頂采出的蒸氣經(jīng)壓縮機壓縮后提高熱焓值，用作再沸器的熱源，也減少了中壓蒸汽的消耗量。

2 技術原理

橫管降膜再沸依據(jù)的是物料分子由液相向氣相發(fā)生相轉(zhuǎn)移的傳熱傳質(zhì)原理，其熱傳遞過程為傳導換熱和對流換熱，質(zhì)傳遞主要為分子擴散和對流擴散?；亓饕何锪贤ㄟ^布液器均勻地噴淋在橫管外壁面，形成液膜沿圓周做降膜流動。管內(nèi)的蒸汽熱源通過管壁與物料液膜進行熱交換，液膜溫度不斷升高，達到一定溫度時料液分子的蒸氣首先進入緊貼液膜表面的邊界層。當該邊界層料液分子蒸氣層的分壓力大于周圍的蒸氣分壓時，邊界層的物料分子蒸氣就會向周圍空間擴散，而液膜中的物料分子也不斷地脫離液膜表面進入邊界層。隨著與液膜接觸的換熱管壁面溫度的持續(xù)升高，傳遞給液膜的熱流密度不斷增加，膜層的物料分子不斷脫離液膜表面變成分子蒸氣，蒸發(fā)過程便不斷進行。由于豎管降膜再沸器的傳熱管簇是直立設置，傳熱管只有一端是相變換熱區(qū)，另一端沒有相變；而橫管降膜再沸器傳熱管簇是水平設置，傳熱管兩端均為相變換熱區(qū)。物料形成的液膜在水平蒸發(fā)管的外壁面做圓周降膜流動，所以橫管降膜再沸器的傳熱系數(shù)大于豎管降膜再沸器，且橫管降膜再沸器換熱效率高，結構緊湊，可以有效減少生產(chǎn)現(xiàn)場的分布空間。

3 技改方案

環(huán)己醇精餾塔橫管降膜再沸器設置的管程和殼程換熱管均為橫向水平排列， 再沸器一端設置有精餾塔回流液進料口，另一端設置有再沸器汽化出料口，底部設置有氣液分離器。蒸汽管道的中壓蒸汽和壓縮機的塔頂采出蒸氣分別與3臺相同的橫管降膜再沸器在進口(1)與橫向均勻分布的再沸器(2)相連；經(jīng)換熱后的中壓蒸汽和壓縮機的塔頂采出蒸氣管程出口(3)與外部高溫冷凝水回收裝置和塔頂采出液收集裝置相連；精餾塔回流液體與再沸器殼程進料口(4)相連；再沸后的料液蒸氣出口(5)與精餾塔進料口相連；再沸器底部未汽化的料液經(jīng)氣液分離器(6)與蒸餾釜進料口相連，直接回到蒸餾釜繼續(xù)進行精餾。橫管降膜再沸器材質(zhì)均為304型不銹鋼，再沸器直徑800 mm，長度1 200 mm，換熱管直徑20 mm，管間距10 mm均布，進出口管徑80 mm。橫管降膜再沸器結構如圖1所示。

1.熱源進口 2.再沸器 3.熱源出口 4.殼程進料口

4 實施效果

精餾塔采用傳熱系數(shù)大、換熱所需溫差小的橫管降膜式再沸器。與原豎管式降膜再沸器相比，無論從裝置布局，還是工藝過程都有許多優(yōu)勢，雖然所用熱源均為蒸汽，但豎管降膜再沸器中的蒸汽是自上而下進入再沸器管程，加熱換熱管簇后變?yōu)楦邷乩淠蚰Y料液排出，精餾料液沿再沸器換熱管簇外壁自上而下降膜蒸發(fā)。由于重力作用液膜在管壁停留時間較短，傳質(zhì)傳熱過程不充分，使料液的汽化率降低。而在橫管降膜式再沸器中，精餾液沿換熱管簇外壁橫向分布，經(jīng)過層層水平設置的換熱管緩慢下落，強化了再沸器的傳質(zhì)傳熱過程，使再沸器蒸發(fā)效率提高了20%。其中兩臺再沸器可節(jié)約中壓蒸汽0.6 t/h，每年運行時間按8 000 h，中壓蒸汽210元/t計算，每年操作費用節(jié)約100.8萬元，有效降低了能耗和生產(chǎn)成本。

5 結論

根據(jù)環(huán)己醇精餾工藝過程的特性，綜合考慮運行成本、設備投資、運行穩(wěn)定性，選用設備的先進性、可靠性、運維簡便性，以高效節(jié)能，降低生產(chǎn)成本為目的，在確保技改節(jié)能效果的前提下，構筑物和設備盡量減少占地，運行費用合理，最大限度地發(fā)揮技改工程的經(jīng)濟和社會效益。經(jīng)過兩年來對環(huán)己醇精餾塔橫管降膜再沸器的實際運行工況核查，該技術改造工程完全達到預期目標，中壓蒸汽用量顯著減少，能源消耗總量和生產(chǎn)成本明顯降低，為同行業(yè)環(huán)己醇生產(chǎn)企業(yè)促進節(jié)能降耗的深入開展，提供了成功的范例。