梁 慧

(兗礦魯南化工有限公司 山東滕州 277500)

兗礦魯南化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)魯南化工公司)成立于2012年5月，由原兗礦魯南化肥廠、兗礦國(guó)泰化工有限公司和兗礦國(guó)泰乙?；び邢薰菊隙桑嗄陙?lái)以不斷開(kāi)發(fā)升級(jí)的先進(jìn)煤氣化技術(shù)為基礎(chǔ)，形成了以尿素、甲醇為龍頭的碳一化工產(chǎn)業(yè)鏈。為使企業(yè)不斷壯大，根據(jù)魯南化工公司現(xiàn)有的工藝及產(chǎn)品配置情況，開(kāi)始逐步向精細(xì)化工及高端產(chǎn)品方面發(fā)展。目前魯南化工公司主導(dǎo)產(chǎn)品乙酸、乙酸乙酯、乙酸丁酯、聚甲醛的產(chǎn)量位居行業(yè)前列，市場(chǎng)主要覆蓋山東、江蘇等華東地區(qū)。乙酸乙酯是乙酸的一種重要的下游產(chǎn)品，具有優(yōu)異的溶解性、快干性，在工業(yè)中主要用作生產(chǎn)涂料、黏合劑、乙基纖維素、人造革、油氈著色劑以及人造纖維等的溶劑，可作為生產(chǎn)印刷油墨、人造珍珠等的黏合劑，用于醫(yī)藥、有機(jī)酸等產(chǎn)品的提取劑，以及生產(chǎn)菠蘿、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的原料，用途十分廣泛，發(fā)展前景較好。

1 乙酸乙酯生產(chǎn)流程

魯南化工公司年產(chǎn)200 kt乙酸乙酯裝置采用反應(yīng)系統(tǒng)和精餾系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)置的工藝技術(shù)，即乙酸和乙醇在反應(yīng)釜內(nèi)發(fā)生酯化反應(yīng)，生成乙酸乙酯和水后進(jìn)入精餾塔進(jìn)行精餾，精餾塔塔頂采出經(jīng)冷凝、分層后進(jìn)入成品塔進(jìn)一步精餾，成品塔底部采出乙酸乙酯產(chǎn)品。乙酸由魯南化工公司乙酸裝置自產(chǎn)；乙醇為對(duì)外采購(gòu)，儲(chǔ)存在乙醇儲(chǔ)罐中供乙酸乙酯裝置使用。

乙酸乙酯生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。乙醇和乙酸混合后進(jìn)入反應(yīng)釜，經(jīng)由蒸發(fā)器循環(huán)泵送入反應(yīng)釜頂部的降膜再沸器，從降膜再沸器出來(lái)的液態(tài)物料和原料混合后在反應(yīng)釜中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)釜中的液相通過(guò)蒸發(fā)器循環(huán)泵被不斷地從反應(yīng)釜底抽出送入降膜再沸器，降膜再沸器出口氣相物料經(jīng)反應(yīng)釜上部進(jìn)入精餾塔。來(lái)自反應(yīng)釜的氣態(tài)物料從精餾塔底部進(jìn)入，多余的乙酸、乙醇積聚在精餾塔塔底，由精餾塔循環(huán)泵送回反應(yīng)釜，粗產(chǎn)品乙酸乙酯、乙醇、水的共沸物從精餾塔塔頂采出。

2 系統(tǒng)流程存在的問(wèn)題

(1)反應(yīng)釜和精餾塔為單獨(dú)設(shè)置，中間由氣相管道連通，管道及相關(guān)設(shè)備采用保溫棉進(jìn)行保溫。經(jīng)測(cè)定，保溫管道外表面的溫度達(dá)58 ℃，表明有一定的熱量損失[1]。

(2)經(jīng)降膜再沸器加熱后的物料下落至反應(yīng)釜，反應(yīng)釜上部的氣態(tài)物料經(jīng)管道進(jìn)入精餾塔，管道阻力的存在，增加了動(dòng)能消耗。

(3)精餾塔塔釜內(nèi)未反應(yīng)的物料經(jīng)精餾塔循環(huán)泵(電機(jī)功率18.5 kW)送回反應(yīng)釜，不僅增加了動(dòng)力消耗(電耗)和熱量損失，而且增加了動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和操作人員的工作量。

(4)在系統(tǒng)處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，精餾塔底部液位的控制難度較大，反應(yīng)釜組分調(diào)節(jié)的難度較大；乙酸、乙酸乙酯、乙醇等的含量波動(dòng)較大，不利于生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化操作。

3 流程優(yōu)化措施

乙酸乙酯的酯化反應(yīng)為可逆反應(yīng)，催化劑、反應(yīng)物和產(chǎn)品的揮發(fā)度依次增大。根據(jù)乙酸乙酯的酯化反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合反應(yīng)精餾原理，將反應(yīng)釜與精餾塔組合成反應(yīng)精餾塔，降低乙酸乙酯系統(tǒng)的熱量損耗和動(dòng)能損耗，從而降低蒸汽單耗。取消相關(guān)動(dòng)力設(shè)備，減少動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和工作量，便于工藝優(yōu)化調(diào)節(jié)[2]。

若反應(yīng)和精餾在同一設(shè)備中進(jìn)行，雖然在一定程度上增加了設(shè)備的復(fù)雜性，但可簡(jiǎn)化整個(gè)裝置的流程，降低工藝的復(fù)雜性，大大減少設(shè)備投資，同時(shí)降低操作費(fèi)用；對(duì)吸熱反應(yīng)，由反應(yīng)精餾塔再沸器供給反應(yīng)和精餾所需的總熱量，比由反應(yīng)器和精餾塔分別供熱節(jié)省，同時(shí)還能夠減少加熱和冷卻冷凝的次數(shù)，降低總能耗；對(duì)于乙酸乙酯等可逆反應(yīng)過(guò)程，產(chǎn)物的不斷分離使平衡向需要的方向移動(dòng)，可提高過(guò)程的轉(zhuǎn)化率，減輕后續(xù)分離工序的負(fù)荷[3]。

改造后的乙酸乙酯生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖2。

4 效果分析

4.1 改造前后產(chǎn)品的產(chǎn)量及蒸汽消耗

改造于2019年12月實(shí)施完成，改造實(shí)施前后的數(shù)據(jù)及分析對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 改造實(shí)施前的相關(guān)數(shù)據(jù)

表2 改造實(shí)施后的相關(guān)數(shù)據(jù)

由表1可知，改造實(shí)施前，每個(gè)班乙酸乙酯平均產(chǎn)量為178.80 t，乙酸乙酯平均蒸汽單耗為2 264 kg/t。由表2可知，改造實(shí)施后，每個(gè)班平均產(chǎn)量為194.57 t，乙酸乙酯蒸汽平均單耗為1 830 kg/t。對(duì)比表1、表2，改造實(shí)施后，乙酸乙酯班產(chǎn)量提高15.77 t，蒸汽消耗降低434 kg。

4.2 改造前后的產(chǎn)品質(zhì)量

由表3可知，改造實(shí)施后，產(chǎn)品質(zhì)量得到一定程度的提高，達(dá)到了優(yōu)等品指標(biāo)的要求。

5 效益分析

(1)降低了乙酸乙酯蒸汽單耗。噸產(chǎn)品蒸汽消耗降低了434 kg，按蒸汽價(jià)格110元/t、裝置年產(chǎn)量170 kt計(jì)，可降低生產(chǎn)成本811.58萬(wàn)元/a。

表3 改造實(shí)施前后的產(chǎn)品質(zhì)量

(2)取消精餾塔循環(huán)泵，降低了動(dòng)力電的消耗。精餾塔循環(huán)泵的功率為18.5 kW，按裝置年運(yùn)行時(shí)間8 000 h、電價(jià)0.6元/(kW·h)計(jì)，可節(jié)約電費(fèi)8.88萬(wàn)元/a。

(3)提高了裝置產(chǎn)能。乙酸乙酯班產(chǎn)量提高15.77 t，即每小時(shí)增加產(chǎn)量1.97 t，按裝置年運(yùn)行時(shí)間8 000 h、噸產(chǎn)品利潤(rùn)300元計(jì)，每年可增加產(chǎn)量15 760 t，增加效益472.80萬(wàn)元。

(4)改造總投資為1 620萬(wàn)元。

綜上所述，改造實(shí)施后，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益1 293.26萬(wàn)元，15個(gè)月即可收回投資成本。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)反應(yīng)釜與精餾塔的組合，提升了乙酸乙酯工藝技術(shù)，簡(jiǎn)化了工藝流程，有利于裝置的優(yōu)化操作。

(2)改造實(shí)施后，乙酸乙酯班產(chǎn)量由178.80 t提高至194.57 t，產(chǎn)品蒸汽消耗由2 264 kg/t降至1 830 kg/t。

(3)改造實(shí)施后，產(chǎn)品質(zhì)量有一定的提升，產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)等品指標(biāo)要求，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益1 293.26萬(wàn)元。