環(huán)己酮精餾裝置真空系統(tǒng)節(jié)能改造

代士凱 ， 余躍平 ， 馬子峰 ， 李文靜*

(1.河南平煤神馬尼龍工程技術(shù)有限公司 ， 河南 平頂山 467000 ； 2.河南首恒新材料有限公司 ， 河南 許昌 461000)

環(huán)己酮是制造尼龍、己內(nèi)酰胺和己二酸的主要中間體和重要工業(yè)溶劑，用于含有硝化纖維、氯乙烯聚合物和甲基丙烯酸酯聚合物的油漆生產(chǎn)，也是有機(jī)磷殺蟲劑等農(nóng)藥、染料以及活塞型航空潤滑油的黏滯溶劑。通常與低沸點(diǎn)溶劑和中沸點(diǎn)溶劑配制成混合溶劑，以獲得適宜的揮發(fā)速度和黏度。環(huán)己酮生產(chǎn)工藝分為環(huán)己烷氧化法與環(huán)己醇脫氫法，其中環(huán)己醇脫氫法具有反應(yīng)條件緩和、原子利用率高、副產(chǎn)品少等特點(diǎn)，是目前國內(nèi)環(huán)己酮企業(yè)最具前景的生產(chǎn)工藝。雖然環(huán)己醇脫氫制備環(huán)己酮工藝有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于生產(chǎn)過程中精餾系統(tǒng)真空度高，真空系統(tǒng)使用三級串聯(lián)蒸汽噴射泵，存在中壓蒸汽、循環(huán)冷卻水消耗高，同時產(chǎn)生生產(chǎn)廢水量較大的問題。如何降低生產(chǎn)能耗及生產(chǎn)廢水量，對企業(yè)的節(jié)能減排具有重要意義。

1 環(huán)己酮生產(chǎn)工藝簡介

河南首恒新材料有限公司20萬t/a環(huán)己酮裝置采用環(huán)己醇脫氫法生產(chǎn)環(huán)己酮的生產(chǎn)工藝路線，其生產(chǎn)流程為：環(huán)己醇經(jīng)蒸汽加熱汽化后，送往脫氫反應(yīng)器，在脫氫催化劑作用下進(jìn)行環(huán)己醇脫氫反應(yīng)，生成環(huán)己酮與氫氣，環(huán)己酮與沒有反應(yīng)的環(huán)己醇送入精餾系統(tǒng)。環(huán)己酮沸點(diǎn)為155.75 ℃，環(huán)己醇沸點(diǎn)為161℃，沸點(diǎn)較為接近。精餾系統(tǒng)由輕塔、酮塔和醇塔組成，均采取負(fù)壓精餾操作，其中輕塔采用一級蒸汽噴射泵控制輕塔操作壓力40～50 kPa(A)，塔頂采出的輕組分冷凝收集送至界外；酮塔和醇塔采用三級串聯(lián)的蒸汽噴射泵，控制酮塔操作壓力3～5 kPa(A)，得到環(huán)己酮產(chǎn)品，醇塔操作壓力4～6 kPa(A)，得到未反應(yīng)的環(huán)己醇，返回脫氫反應(yīng)系統(tǒng)。

2 存在問題

環(huán)己酮裝置精餾系統(tǒng)采用負(fù)壓操作，特別是酮塔與醇塔有較高的真空度，使用三級串聯(lián)的噴射泵實(shí)現(xiàn)。精餾塔頂排出的不凝氣逐級進(jìn)入蒸汽噴射泵，使用中壓蒸汽作為噴射泵的驅(qū)動源，中壓蒸汽進(jìn)入后，經(jīng)過冷凝器冷凝，冷凝下來的液體靠位差排入水封槽，經(jīng)醇酮回收工序處理后排放至廢水汽提塔。在蒸汽噴射泵實(shí)施抽負(fù)壓的過程中，使用大量的中壓蒸汽，冷凝形成含有機(jī)物廢水，經(jīng)廢水汽提后，送往污水處理系統(tǒng)，同時在蒸汽噴射泵負(fù)壓系統(tǒng)中，還需要使用大量循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷凝，因此，整個蒸汽噴射泵負(fù)壓系統(tǒng)存在蒸汽消耗多、廢水量大的問題。節(jié)能改造前真空系統(tǒng)工藝圖如圖1所示。

圖1 節(jié)能改造前真空系統(tǒng)工藝圖

3 技術(shù)改造方案

本次節(jié)能改造的目標(biāo)是改變精餾系統(tǒng)精餾塔負(fù)壓條件的獲取方式，用干式真空泵替代蒸汽噴射泵，以電能替代蒸汽能，從源頭規(guī)避使用中壓蒸汽，減少循環(huán)冷卻水用量，避免廢水的產(chǎn)生。

3.1 干式真空泵簡介

本次技改采用的干式真空泵是三級逆向爪式結(jié)構(gòu)設(shè)計，該結(jié)構(gòu)干式真空泵的優(yōu)點(diǎn)是可以使氣體在氣體流道中的停留時間縮短，腐蝕性及臟污性介質(zhì)使用時，可以減少腐蝕和堵塞。爪式真空泵采用的是間接換熱系統(tǒng)，真空泵配有管式換熱器對泵進(jìn)行冷卻，冷卻水流經(jīng)換熱器管程，泵內(nèi)介質(zhì)流經(jīng)換熱器殼程，能有效避免冷卻水的水質(zhì)問題。管路上配有溫度控制閥，可以控制和調(diào)節(jié)泵內(nèi)溫度。爪式真空泵設(shè)計有扭矩限位器，在遇到液體量過大時，具有過載自動保護(hù)電機(jī)功能。螺旋式唇形組合密封方式和氮?dú)廨S封裝置，保證了真空泵腔體內(nèi)處于純干式運(yùn)行狀態(tài)，可以有效避免有機(jī)物的結(jié)膠、結(jié)碳。

3.2 實(shí)施方案

酮分離塔和醇分離塔共用一套真空系統(tǒng),進(jìn)口采用液力偶合羅茨泵作為主泵,配合爪式真空泵作為前級泵，真空系統(tǒng)按照兩級壓縮設(shè)計，將酮塔尾冷器和醇塔尾冷器排出的不凝氣合并進(jìn)入兩級真空機(jī)組。具體實(shí)施方案：采用3臺羅茨泵并聯(lián)方式，不凝氣首先進(jìn)入并聯(lián)的3臺羅茨泵進(jìn)行抽吸，出口經(jīng)冷卻器降溫后進(jìn)入初級物料回收罐，罐內(nèi)液相進(jìn)入末端物料回收罐。初級物料回收罐氣相再進(jìn)入爪式泵進(jìn)行抽吸，出口經(jīng)冷凝液降溫后也進(jìn)入末端物料回收罐，最終進(jìn)入排液收集槽。節(jié)能改造后真空系統(tǒng)工藝圖如圖2所示。

圖2 節(jié)能改造后真空系統(tǒng)工藝圖

4 節(jié)能效果

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

20萬t/a環(huán)己酮裝置精餾系統(tǒng)使用蒸汽噴射泵，年操作時間按照8 000 h計，所需中壓蒸汽量約9 t/h，全年共消耗中壓蒸汽72 000 t，中壓蒸汽價格按每噸150元計，全年中壓蒸汽費(fèi)用1 080萬元。所產(chǎn)生的有機(jī)物廢水9 t/h，全年為72 000 t，處理費(fèi)用約10元/t，費(fèi)用約72萬元。蒸汽噴射泵消耗的循環(huán)冷卻水約920 m3/h，全年共消耗循環(huán)冷卻水736萬m3，循環(huán)冷卻水價格按0.3元/m3計，年節(jié)費(fèi)用220萬元。節(jié)能改造增設(shè)干式真空泵組為電驅(qū)動，20萬t/a環(huán)己酮裝置干式真空泵滿負(fù)荷運(yùn)行消耗電量約90 kW·h，電價0.65元/kW·h，全年電費(fèi)47萬元。經(jīng)濟(jì)效益1 325萬元。

4.2 環(huán)境效益

使用干式真空泵后，棄用了大量的中壓蒸汽，根據(jù)蒸汽折標(biāo)系數(shù)(1 kg蒸汽=0.092 9 kg標(biāo)煤)，年均可節(jié)約標(biāo)煤約6 688 t，減少二氧化碳排放約17 520 t，二氧化硫約57 t，氮氧化物約49.5 t。

5 結(jié)論

環(huán)己酮裝置真空系統(tǒng)節(jié)能改造項(xiàng)目的實(shí)施，采用干式真空泵替代蒸汽噴射泵，降低了生產(chǎn)過程中的中壓蒸汽和循環(huán)冷卻水消耗，節(jié)能減排效果顯著，取得了很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。