环己酮生产装置中环己醇精馏塔技术改造

2021-10-13马子峰余跃平鲁来勇段亚东

河南化工 2021年9期

马子峰，余跃平，鲁来勇，段亚东

(河南首恒新材料有限公司，河南许昌 461000)

0 前言

环己酮是生产己内酰胺和己二酸的主要化工原料，也是油性涂料、化学纤维、合成树脂生产的溶剂。随着我国尼龙化工以及高分子化纤材料的迅速发展，环己酮的需求量逐年增加，市场前景广阔。环己酮生产工艺主要有环己烷氧化工艺和环己烯工艺，环己烯工艺是在20世纪90年代国外公司开发出的新生产工艺技术，其工艺路线主要包括苯部分加氢生产环己烯，环己烯水合生产环己醇，环己醇脱氢生产环己酮。该生产工艺相对于环己烷氧化工艺，具有能源和原材料消耗低、副产物和放弃物少、安全经济等优点。

河南首恒新材料有限公司20万t/a环己酮项目采用的就是环己烯工艺技术。在引进—消化—吸收—再创新的过程中，环己酮生产装置经过不断地挖潜改造和逐步完善，产能不断扩大。随着市场竞争的日趋激烈，生产企业都在降低生产成本上下功夫。本文结合河南首恒新材料有限公司环己酮生产装置的具体情况，将节能降耗作为降低生产成本的重要环节，既满足国家环保政策的要求，又符合企业可持续发展的需要。

1 环己酮生产工艺

环己酮生产工艺过程：将环己醇储罐中计量送入的环己醇和精馏塔塔顶采出的环己醇，经高压蒸汽加热至170 ℃后送往脱氢反应器，在铜—锌催化剂作用下，维持0.1～0.2 MPa反应压力及220～270 ℃反应温度，进行环己醇脱氢反应。环己醇脱氢反应的单程转化率约50%，反应产物为环己酮、氢气和未反应的环己醇，其中氢气送往氢气管网，用于环己醇装置的苯部分加氢工序；环己酮和未反应的环己醇以及微量高低沸点副产物组成的粗醇酮液经干燥塔脱除水分后，送入轻塔。脱除低沸点组分，塔底物料进入环己酮精馏塔，塔顶采出高纯环己酮产品后，塔底的粗环己醇和高沸点副产物再送入环己醇精制塔，本技术改造项目就是该环己醇精馏塔。精制后的环己醇与适量的水混合后返回脱氢反应器，如此循环进行脱氢反应。

2 存在问题

原工艺中粗环己醇精馏过程：从储罐来的粗环己醇经过蒸汽预加热进入环己醇精馏塔第四层填料下部；从环己酮精制塔塔底采出的粗环己醇进入环己醇精馏塔的第三和第四层填料中间；环己醇精馏塔塔顶采出相出口与冷凝器壳程相连，冷凝器壳程出口相连回流罐，并通过输送泵将精环己醇送至脱氢反应工艺的预热器。此时环己醇精馏塔釜的再沸器与精馏塔釜直接连接，环己醇塔底部的外排塔釜泵出口与重组分罐相连。原工艺过程中粗环己醇精馏塔分离效果差，蒸汽消耗大，外排的重组分中环己醇含量较高，占14%～16%，使得大量环己醇损失。究其原因：①精馏塔结构存在缺陷，造成了精馏塔内部塔板分配不合理，与再沸器之间没有形成循环回路，使精馏塔分离精度降低，外排的重组分中环己醇含量升高；②加热介质没有优化配置，物料的有效热焓未得到充分利用，使蒸汽消耗量增加。另外, 由于排出重组分中的环己醇含量较高，为避免过量损失，需要建造新的精馏塔，并消耗大量的中压蒸汽对外排重组分进行二次精馏，以回收其中的部分环己醇，不但加大了设备资金的投入，且增加了热能的消耗量和生产成本，环己醇达不到完全回收的目的。

3 技术改造方案

3.1 工艺简图

改造前后精馏塔工艺图见图1。

1.精馏塔 2.小分离塔 3.再沸器 4.泵 5.回流罐

在原环己醇精馏塔内部中心位置增设一个小分离塔，直接耦合插入精馏塔底部，对重组分中环己醇进一步分离。

3.2 实施方案

环己醇精馏再沸器两端管道分别与塔内壁和底部相连，使再沸器与精馏塔之间形成循环回路，再沸器汽化物料可以为精馏塔提供热源。小分离塔的循环泵和小分离塔再沸器两端分别与小分离塔内壁与底部相连，使小分离塔再沸器的循环泵、再沸器与小分离塔之间形成循环回路，小分离塔的再沸器可以为小分离塔的精馏提供热源。通过设置小分离塔，加快了塔内循环回路中被加热介质的流动，提高了热能利用率。小分离塔塔顶为敞开式，且与精馏塔体互通，塔底设置有重组分排出口，小分离塔循环泵排出口与重组分冷却器相连，使精馏后的重组分液相加速流向重组分冷却器，从而增加精馏效率。环己醇精馏塔的塔釜液循环泵一端与精馏塔底部相连，另一端与小分离塔顶部相连，将塔底的粗环己醇运至小分离塔分布器进行精馏。随着塔底粗环己醇循环精馏时间的增加，精馏塔底部塔釜液中重组分含量升高，环己醇含量降低，外排液中环己醇损失量减少。

3.3 工艺过程

首先将粗环己醇液体加入环己醇精馏塔内，液面低于小分离塔塔顶部，开始精馏后，回流下来的塔底粗环己醇由精馏塔循环泵送至小分离塔塔顶分布器，通过再沸器为小分离塔提供热源；再次进行精馏，循环精馏后的重组分从小分离塔底排出，精环已醇从精馏塔顶部排出。在环己醇精馏塔顶部与冷却器之间设置有用于收集冷却环已醇液回流罐和回流泵，环已醇液相通过回流泵返回精馏塔内循环精馏，部分精环已醇送往环己醇脱氢预热器，进行脱氢反应。其中，中压蒸汽加热精馏塔再沸器，使环已醇从液相粗醇中蒸发精馏，剩余的粗环己醇直接导入小分离塔塔顶分布器。由于小分离塔的直径小，加热快，相对传热效果好，可对环己醇和重组分进行有效精馏分离。

3.4 改造效果

小分离塔直接耦合嵌入精馏塔内底部的设计，有效利用了精馏塔内部空间，缩短了物料流动的距离，减少了热能的消耗，提高了精馏效率，外排重组分中环己醇产品含量由14%～16%降低至0.3%～0.6%，大大地减少了环己醇的浪费。

4 经济效益

4.1 技改费用

小分离塔设备费用2.2万元，循环泵2台设备费用合计6.8万元，进料泵2台设备费用合计4.2万元，再沸器设备费用1.3万元，阀门、管件、管线费用为1.2万元，安装费用4.8万元，共计20.5万元。

4.2 运行费用

循环泵额定功率为2.8 kW，进料泵额定功率为10 kW，合计每年消耗电费14.336万元。小分离塔再沸器所需0.12 t/h，中压蒸汽每吨150元，每年蒸汽费用14.4万元；总计费用28.736万元。

4.3 经济效益

外排的重油产品中环己醇含量由14%～16%降低至0.3%～0.6%，按照平均值计算可回收14.55%的环己醇，重组分每小时外排量为1.2 t，每小时可回收环己醇0.175 t。目前环己醇市场价格1万元/t，按年运行8 000 h计算，每年可创经济效益1 400万元。原工艺中排出重组分，需要消耗大量的中压蒸汽对外排重组分进行二次精馏回收其中的环己醇，除了增加设备的投入，还要消耗大量的中压蒸汽，约3 t/h，技改后只需要少量的中压蒸汽维持小分离塔再沸器所需，约0.12 t/h。综合经济效益为1 350.764万元。