李迎春 ， 劉炳鑫 ， 朱涵靜 ，劉 毅*

(1.平頂山市神馬萬里化工股份有限公司 ， 河南 平頂山 467000 ； 2.河南首恒新材料有限公司 ， 河南 許昌 461000 ；3.河南省化工研究所有限責任公司 ， 河南 鄭州 450052)

環(huán)己酮是一種重要化工原料和工業(yè)溶劑，是生產(chǎn)尼龍、己內(nèi)酰胺和己二酸的主要中間體，也用作含有硝化纖維、氯乙烯聚合物、甲基丙烯酸酯、油漆、有機磷殺蟲劑、農(nóng)藥的優(yōu)良溶劑。環(huán)己酮的生產(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條件緩和、原子利用率高、副產(chǎn)品少等特點，是目前國內(nèi)環(huán)己酮企業(yè)采用的主流生產(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，但由于生產(chǎn)過程中精餾工序多，精餾裝置運行負荷高，存在著單位產(chǎn)品能耗較大的問題，這也是企業(yè)控制生產(chǎn)成本的關(guān)鍵所在。如何根據(jù)生產(chǎn)工藝過程，合理分配利用蒸汽，降低生產(chǎn)能耗，對節(jié)能降耗具有重要意義。

1 環(huán)己酮裝置精餾系統(tǒng)工藝流程簡介

河南神馬集團旗下的河南首恒新材料有限公司等企業(yè)的環(huán)己酮生產(chǎn)裝置，采用環(huán)己醇脫氫制備環(huán)己酮工藝路線。裝置界區(qū)外送入的環(huán)己醇與精餾系統(tǒng)醇分離塔塔頂采出的環(huán)己醇，在脫氫催化劑作用下，進行環(huán)己醇脫氫反應。反應生成環(huán)己酮與氫氣，環(huán)己醇單程轉(zhuǎn)化率控制在45%～50%，氫氣經(jīng)凈化后送往氫氣管網(wǎng)，供苯加氫工序使用。環(huán)己酮與未反應的環(huán)己醇進入儲罐，經(jīng)泵打入干燥塔進行脫水，脫水后的醇酮混合物送入脫輕塔，控制操作壓力為40～50 kPa(A)，分離出醇酮混合物中的輕組分，由脫輕塔塔頂送出環(huán)己酮裝置界區(qū)。脫輕塔塔釜液為脫除輕組分后的粗醇酮，送入脫酮塔，控制操作壓力3～5 kPa(A)，進行粗醇酮精餾分離。環(huán)己酮由塔頂采出進入環(huán)己酮產(chǎn)品儲罐，塔釜液為含有重組分的環(huán)己醇，送入脫醇塔，控制操作壓力4～6 kPa(A)。經(jīng)精餾分離后，塔頂采出的環(huán)己醇與裝置界區(qū)外送入的環(huán)己醇合并送入脫氫反應系統(tǒng)，作為原料循環(huán)使用，塔釜液的重組分排出環(huán)己酮裝置界區(qū)。

2 存在問題

來自儲罐的粗醇酮送入干燥塔脫除水分后，經(jīng)泵送入脫輕組分精餾塔進行分離。該過程使用中壓蒸汽作為脫輕塔再沸器熱源，將粗醇酮汽化分離出輕組分。塔頂溫度控制在125 ℃，塔頂采出氣相通過換熱器用循環(huán)冷卻水進行冷凝，輕組分排出環(huán)己酮裝置界區(qū)，醇酮液從脫輕塔塔頂循環(huán)精餾后回流至塔釜，進入脫酮精餾工序。此時脫輕塔塔頂為高溫氣相，熱能沒有回收利用，造成熱能的浪費，同時還需要消耗大量的循環(huán)冷卻水進行冷卻。經(jīng)脫除輕組分的醇酮液由脫輕塔塔釜送往脫酮塔，酮塔再沸器還需要使用大量的低壓蒸汽作為熱源。控制塔釜溫度100 ℃，回流比3～4，將環(huán)己酮精餾分離和純化，最終得到環(huán)己酮產(chǎn)品。節(jié)能技改實施前工藝流程圖如圖1所示。

圖1 節(jié)能技改實施前工藝流程圖

3 技改實施方案

3.1 熱耦合精餾技術(shù)原理

多組元精餾中兩個或多個精餾塔通過熱物料相連接，以相互提供所需塔底(再沸器)蒸汽或塔頂回流所構(gòu)成的精餾過程。按照常規(guī)設(shè)計的精餾系統(tǒng)流程，都是各塔分別配備再沸器和冷凝器。由于通過換熱器管壁進行的冷、熱流體的熱交換，其傳熱過程是不可逆的。為促進換熱過程的進行，就需要保證有足夠的溫差，但溫差越大，有效熱能損失就越多，熱效率就越低。如果將精餾系統(tǒng)多組元精餾中的物料相互連通，并構(gòu)成循環(huán)回路，其熱能即可得到充分利用，熱耦精餾是基于此而設(shè)計的新型節(jié)能精餾技術(shù)。

3.2 技改預期

此次環(huán)己酮裝置精餾系統(tǒng)節(jié)能技改項目是通過改變脫輕塔塔頂高溫氣相的冷卻方式，利用脫輕塔塔頂高溫氣相作為脫酮塔釜再沸器熱源的熱耦合工藝，對脫輕塔塔頂高溫氣相的熱能加以利用。而冷卻過程不再使用循環(huán)冷卻水，不但減少了循環(huán)冷卻水的用量，同時又降低了脫酮塔再沸器的低壓蒸汽消耗量。

3.3 技改方案

新增一臺強制循環(huán)泵，將脫酮塔塔釜冷物料通過強制循環(huán)泵送至脫酮塔釜再沸器，與脫輕塔塔頂采出的高溫氣相直接進行熱交換，去掉使用冷凝器進行循環(huán)水冷卻換熱裝置，將采出的高溫氣相作為脫酮塔塔釜再沸器的熱源，實現(xiàn)環(huán)己酮精餾系統(tǒng)的熱量耦合。

采用強制循環(huán)泵將脫酮塔塔釜液作為冷物料送至脫酮塔再沸器，與脫輕塔塔頂采出的高溫氣相進行熱交換。熱交換后的塔釜液返回脫酮塔釜繼續(xù)進行脫酮精餾；脫輕塔塔頂采出氣相在脫酮塔再沸器進行熱交換后的冷凝液相，作為輕組分排出環(huán)己酮裝置界區(qū)。節(jié)能技改實施后工藝流程圖如圖2所示。

圖2 節(jié)能技改實施后工藝流程圖

4 實施效果

河南首恒新材料有限公司20萬t/a環(huán)己酮生產(chǎn)裝置的精餾系統(tǒng)，脫酮塔所需低壓蒸汽量約20 t/h。環(huán)己酮裝置精餾系統(tǒng)節(jié)能技改項目實施后，脫酮塔所需低壓蒸汽量降至12.5 t/h，節(jié)省低壓蒸汽7.5 t/h，按年操作時間8 000 h計，全年共節(jié)省低壓蒸汽6萬t，低壓蒸汽價格按130元/t計，全年節(jié)省低壓蒸汽費用780萬元。脫輕塔氣相冷凝器需循環(huán)冷卻水1 000 m3/h，節(jié)能技改實施后，脫輕塔氣相冷凝器不再消耗循環(huán)冷卻水，全年共節(jié)省循環(huán)冷卻水800萬m3，循環(huán)冷卻水價格按0.3元/m3計，全年節(jié)省費用240萬元。

環(huán)己酮裝置精餾系統(tǒng)節(jié)能技改項目，新增一臺強制循環(huán)泵，滿負荷運行消耗電量約10 kW·h，年操作時間8 000 h，電價0.65元/kW·h，全年電費5萬元。直接經(jīng)濟效益1 015萬元。

5 結(jié)論

環(huán)己酮裝置精餾系統(tǒng)節(jié)能技改項目的實施，采用新型節(jié)能的熱耦合精餾工藝，大幅減少了環(huán)己酮生產(chǎn)裝置精餾過程的低壓蒸汽用量，降低了循環(huán)冷卻水消耗，取得很好的經(jīng)濟和社會效益。