環(huán)己醇裝置加氫反應(yīng)器內(nèi)部除熱系統(tǒng)與脫水塔系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造

李 森 , 代永豪 , 周鵬飛

(河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司 , 河南 平頂山 467013)

環(huán)己醇是重要的有機(jī)中間體,可用于殺蟲(chóng)劑、染料、藥物中間體等的合成,也是制備己內(nèi)酰胺和己二酸的主要原料,而己內(nèi)酰胺和己二酸是生產(chǎn)尼龍66和尼龍6的重要原材料[1]。河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司采用環(huán)己烯水合法生產(chǎn)環(huán)己醇。環(huán)己醇生產(chǎn)系統(tǒng)的反應(yīng)裝置為加氫反應(yīng)釜,兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)均為放熱反應(yīng),現(xiàn)有系統(tǒng)經(jīng)過(guò)高純水換熱器通過(guò)循環(huán)冷卻水將反應(yīng)熱移除,從而有效保證反應(yīng)的連續(xù)穩(wěn)定可控。原工藝中換熱器出來(lái)的熱水直接進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng),這部分熱能就白白損失,而且造成循環(huán)冷卻水的消耗大大增加。精餾過(guò)程是石化過(guò)程中耗能最大、應(yīng)用最廣的分離過(guò)程。其原因在于精餾過(guò)程所需的能量大部分被冷卻水或分離產(chǎn)品帶走并沒(méi)有用于分離過(guò)程。隨著能源問(wèn)題越來(lái)越受到各國(guó)的重視,如何使精餾過(guò)程更加節(jié)能,如何將反應(yīng)器出來(lái)的高溫冷凝水熱量進(jìn)行充分利用,以及降低精餾塔蒸汽能耗,對(duì)節(jié)能降耗具有重要意義。

1 工藝流程

環(huán)己醇裝置加氫反應(yīng)器內(nèi)部除熱系統(tǒng)與脫水塔系統(tǒng)工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 環(huán)己醇裝置加氫反應(yīng)器內(nèi)部除熱系統(tǒng)與脫水塔系統(tǒng)工藝流程圖

加氫反應(yīng)器內(nèi)苯與氫氣均勻混合進(jìn)行反應(yīng)生成環(huán)己烯與環(huán)己烷,該過(guò)程由于苯與氫氣完全反應(yīng)生成環(huán)己烷屬于放熱反應(yīng),且苯部分加氫反應(yīng)生成環(huán)己烯也屬于放熱反應(yīng),反應(yīng)器內(nèi)會(huì)釋放出大量的熱,因此需要使用反應(yīng)器內(nèi)部的除熱系統(tǒng)控制反應(yīng)的溫度。加氫反應(yīng)器內(nèi)部除熱系統(tǒng)頂部有補(bǔ)水系統(tǒng),與從反應(yīng)器返回來(lái)的高溫冷凝水進(jìn)行混合,混合后進(jìn)入板式超純水換熱器。冷卻后再由冷卻超純水泵送至反應(yīng)器傳熱盤(pán)管,除熱后的超純水循環(huán)使用。脫水塔利用共沸的原理,通過(guò)精餾將物料中的水分降低,以防止萃取精餾時(shí)萃取劑水解產(chǎn)生對(duì)加氫催化劑有毒害的物質(zhì)。脫水塔通過(guò)使用低壓蒸汽供給塔釜再沸器熱量,將內(nèi)部的水分進(jìn)行蒸發(fā)帶入回流罐并將超純水排出系統(tǒng)外。

2 存在問(wèn)題

2.1 高溫冷凝水未得到充分利用

從換熱器進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行換熱后的高溫冷凝水,壓力與溫度相對(duì)較高,冷凝水中的潛熱沒(méi)有得到充分的利用,造成大量的熱量損失,直接導(dǎo)致出口的溫度計(jì)發(fā)生報(bào)警,同時(shí)由于反應(yīng)器溫度過(guò)高導(dǎo)致聯(lián)鎖停車(chē),影響正常生產(chǎn)。

2.2 結(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降,增大循環(huán)水用量

加氫反應(yīng)器內(nèi)部除熱系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間的工作和運(yùn)行當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢,如果不及時(shí)處理,就會(huì)腐蝕內(nèi)部除熱系統(tǒng)的設(shè)備及管道。長(zhǎng)時(shí)間結(jié)垢會(huì)使管道被淤堵,影響系統(tǒng)內(nèi)水速度和流量,還會(huì)影響換熱器的工作效率,增大換熱器的負(fù)荷,增大循環(huán)水的用量。實(shí)際生產(chǎn)中需要工人定期進(jìn)行反復(fù)沖洗,清洗過(guò)程手動(dòng)進(jìn)行,操作步驟繁瑣,導(dǎo)致人員勞動(dòng)強(qiáng)度大,且容易誤操作,具有一定的危險(xiǎn)性。

2.3 蒸汽波動(dòng),引起脫水塔脫水效果異常

脫水塔的塔釜再沸器使用低壓蒸汽作為熱源,在正常生產(chǎn)過(guò)程中低壓蒸汽連續(xù)供給,造成極大的浪費(fèi),不僅使生產(chǎn)成本增加,而且被放空掉的低壓蒸汽又對(duì)環(huán)境及周?chē)O(shè)備造成一定的影響。低壓蒸汽有時(shí)會(huì)受到公用工程的影響,如果出現(xiàn)公用工程蒸汽供應(yīng)不及時(shí),會(huì)導(dǎo)致脫水塔整體波動(dòng),脫水效果不好,超純水被帶入塔釜油組分,影響后續(xù)工序的分離效果。

3 改造方案

外部熱偶合精餾原理是提高精餾塔壓力,使高壓塔塔頂冷凝器的溫度高于低壓塔塔底再沸器的溫度,從而進(jìn)行熱量傳遞,回收高壓塔塔頂冷凝器放出的熱量[1]。結(jié)合冷凝器、再沸器外部熱耦合精餾原理,從加氫反應(yīng)器內(nèi)出來(lái)的高溫冷凝水產(chǎn)生的熱量,可以滿足塔釜再沸器的加熱要求。因此有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做進(jìn)一步的改造。

改造前加氫反應(yīng)器內(nèi)出來(lái)的高溫冷凝水溫度為130 ℃,相當(dāng)于進(jìn)入冷卻純水罐的溫度為130 ℃,脫水塔塔釜正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要低壓蒸汽提供熱源。低壓蒸汽壓力0.35 MPa,溫度為150 ℃,蒸汽量為3 t/h,換熱器每年需要大約4次進(jìn)行反沖洗操作。改造后加氫反應(yīng)器內(nèi)出來(lái)的高溫冷凝水經(jīng)過(guò)脫水塔塔釜再沸器后進(jìn)入冷卻純水罐的溫度降低為80 ℃,脫水塔塔釜正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)依靠從加氫反應(yīng)器內(nèi)出來(lái)的高溫冷凝水提供熱量,不需要低壓蒸汽提供熱源,換熱器每年僅需1次反沖洗操作。環(huán)己醇裝置加氫反應(yīng)器內(nèi)部除熱系統(tǒng)與脫水塔系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造流程圖,如圖2所示(圖中虛線框內(nèi)為改造部分)。

圖2 環(huán)己醇裝置加氫反應(yīng)器內(nèi)部除熱系統(tǒng)與脫水塔系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造流程圖

新增一臺(tái)再沸器,將加氫反應(yīng)器內(nèi)的高溫冷凝水通過(guò)管線送至脫水塔釜再沸器,將采出的高溫冷凝水作為脫水塔塔釜再沸器的熱源,實(shí)現(xiàn)加氫反應(yīng)器與脫水塔系統(tǒng)的熱量耦合。熱交換后的塔釜液返回加氫反應(yīng)釜內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)溫度的控制;當(dāng)加氫反應(yīng)器除熱系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以將脫水塔塔釜的再沸器低壓蒸汽管線作為備用。

4 實(shí)施效果

根據(jù)環(huán)己醇生產(chǎn)過(guò)程中加氫反應(yīng)器內(nèi)部除熱系統(tǒng)和脫水塔精餾的特性,通過(guò)新增一臺(tái)再沸器,將加氫反應(yīng)器內(nèi)的高溫冷凝水通過(guò)管線送至脫水塔釜再沸器。將采出的高溫冷凝水作為脫水塔塔釜再沸器的熱源,實(shí)現(xiàn)加氫反應(yīng)器與脫水塔系統(tǒng)的熱量耦合改造,保證了環(huán)己醇在生產(chǎn)過(guò)程中反應(yīng)器內(nèi)的溫度以及脫水塔塔釜再沸器熱源連續(xù)供給穩(wěn)定運(yùn)行,促進(jìn)環(huán)己醇生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

改造后效果:①反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制更加平穩(wěn),從反應(yīng)器出口出來(lái)進(jìn)入到冷卻純水罐的高溫冷凝水溫度得到有效改善,出口的溫度計(jì)未發(fā)生報(bào)警,沒(méi)有引起由于反應(yīng)器溫度過(guò)高導(dǎo)致的聯(lián)鎖停車(chē)。②換熱器運(yùn)轉(zhuǎn)正常,延長(zhǎng)反沖洗的周期,避免人員的誤操作可能導(dǎo)致的異常現(xiàn)象,大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。③脫水塔的塔釜再沸器不用完全依靠低壓蒸汽提供熱量,避免受公共工程的影響而導(dǎo)致脫水效果異常。

改造前脫水塔所需低壓蒸汽量約為3 t/h,環(huán)己醇裝置加氫反應(yīng)器與脫水塔節(jié)能優(yōu)化改造項(xiàng)目實(shí)施后,脫水塔塔釜再沸器不再消耗低壓蒸汽,節(jié)省低壓蒸汽3 t/h,按年操作時(shí)間8 000 h計(jì),全年共節(jié)省低壓蒸汽2.4萬(wàn)t,低壓蒸汽價(jià)格按200元/t計(jì),全年節(jié)省低壓蒸汽費(fèi)用480萬(wàn)元。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)環(huán)己醇裝置加氫反應(yīng)器與脫水塔節(jié)能優(yōu)化改造,將加氫反應(yīng)器內(nèi)的高溫冷凝水通過(guò)管線送至脫水塔釜再沸器。將采出的高溫冷凝水作為脫水塔塔釜再沸器的熱源,從反應(yīng)器出來(lái)的高溫冷凝水二次回收利用,且脫水塔不再完全依靠公用工程提供低壓蒸汽維持塔釜熱量,降低了生產(chǎn)用低壓蒸汽單耗,提高熱能利用率,降低能源成本,清潔安全生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)加氫反應(yīng)器與脫水塔系統(tǒng)的熱量耦合改造,保證了環(huán)己醇在生產(chǎn)過(guò)程中反應(yīng)器內(nèi)的溫度以及脫水塔塔釜再沸器熱源連續(xù)供給穩(wěn)定運(yùn)行,促進(jìn)環(huán)己醇生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。