环己醇精馏系统再沸器技术改造

李迎春 ， 宁永亮 , 祝 捷

(1.平顶山市神马万里化工股份有限公司 ， 河南 平顶山 467000 ； 2.河南省化工研究所有限责任公司 ， 河南 郑州 450052)

平顶山市神马万里化工股份有限公司环己醇装置是20世纪90年代引进的日本旭化成的技术，采用的工艺技术是苯部分加氢制备环己烯，再经环己烯水合生产环己醇，主要生产过程包括：苯加氢反应、环己烯水合反应、环己醇精馏等工序。在环己醇生产工艺中，精馏系统是产品质量优劣的关键工序和能量消耗最大的工序，对环己醇生产成本影响很大。因此，对环己醇精馏系统实施节能技术改造，是实现整套环己醇生产装置降低能耗的重要措施。

原环己醇精馏系统塔底再沸器配置为3台，其中一台热源为精馏塔塔顶采出相，经压缩机压缩提高热焓值的精环己醇蒸气，另两台以中压蒸汽为热源，再沸器均为立式列管再沸器。随着万里公司环己醇装置产能的提升，环己醇精馏塔的塔底再沸器的蒸发量加大，中压蒸汽的消耗量增加，生产成本逐年升高。随着国家用能政策的逐步严格、规范，推动了企业节能降耗措施的落实。采用横管降膜再沸器对环己醇精馏装置进行改造，大幅减少中压蒸汽用量，降低生产能耗和成本，对增强企业的市场竞争力意义重大。

1 环己醇精馏工艺简介

经环己烯水合制备的粗环己醇，需在精馏系统精制才能得到环己醇产品，精馏在57.328～62.661 kPa负压条件下进行，这样可以降低物料的沸点和加热的温度，节省热能的消耗。环己醇精馏过程是将粗环己醇汽化除杂后，以蒸气状态进入精馏塔，精馏塔顶的采出相一部分进入气体压缩机进行压缩，使气体温度由65 ℃升高至98 ℃，压力由57 kPa升高至158 kPa。作为精馏塔其中一台再沸器的热源，另外两台再沸器热源为蒸汽；大部分塔顶采出相通过塔顶冷凝器冷凝后进入精馏塔回流槽，随着塔内回流凝结的液体进入再沸器，经再次汽化后进入精馏塔完成精馏分离。精馏塔用再沸器采用的是竖管式降膜蒸发，所用热源为中压蒸汽。蒸汽自上而下进入再沸器管程，加热换热管簇后变为高温冷凝水排出，精馏塔回流液沿再沸器换热管簇外壁自上而下降膜蒸发。由于重力作用使得液膜在管壁停留时间较短，阻碍了再沸器内部环己醇的传热过程，使物料汽化率降低，对环己醇精馏塔的精馏效果造成影响。另外，在环己醇精馏工艺中，精馏塔塔顶采出的蒸气，需用大量冷却水经换热器冷凝变为液体；此时的塔顶采出的蒸气热焓值很高，经冷却水换热后这部分热能也白白损失掉了。将精馏塔塔顶采出的蒸气经压缩机压缩后提高热焓值，用作再沸器的热源，也减少了中压蒸汽的消耗量。

2 技术原理

横管降膜再沸依据的是物料分子由液相向气相发生相转移的传热传质原理，其热传递过程为传导换热和对流换热，质传递主要为分子扩散和对流扩散。回流液物料通过布液器均匀地喷淋在横管外壁面，形成液膜沿圆周做降膜流动。管内的蒸汽热源通过管壁与物料液膜进行热交换，液膜温度不断升高，达到一定温度时料液分子的蒸气首先进入紧贴液膜表面的边界层。当该边界层料液分子蒸气层的分压力大于周围的蒸气分压时，边界层的物料分子蒸气就会向周围空间扩散，而液膜中的物料分子也不断地脱离液膜表面进入边界层。随着与液膜接触的换热管壁面温度的持续升高，传递给液膜的热流密度不断增加，膜层的物料分子不断脱离液膜表面变成分子蒸气，蒸发过程便不断进行。由于竖管降膜再沸器的传热管簇是直立设置，传热管只有一端是相变换热区，另一端没有相变；而横管降膜再沸器传热管簇是水平设置，传热管两端均为相变换热区。物料形成的液膜在水平蒸发管的外壁面做圆周降膜流动，所以横管降膜再沸器的传热系数大于竖管降膜再沸器，且横管降膜再沸器换热效率高，结构紧凑，可以有效减少生产现场的分布空间。

3 技改方案

环己醇精馏塔横管降膜再沸器设置的管程和壳程换热管均为横向水平排列， 再沸器一端设置有精馏塔回流液进料口，另一端设置有再沸器汽化出料口，底部设置有气液分离器。蒸汽管道的中压蒸汽和压缩机的塔顶采出蒸气分别与3台相同的横管降膜再沸器在进口(1)与横向均匀分布的再沸器(2)相连；经换热后的中压蒸汽和压缩机的塔顶采出蒸气管程出口(3)与外部高温冷凝水回收装置和塔顶采出液收集装置相连；精馏塔回流液体与再沸器壳程进料口(4)相连；再沸后的料液蒸气出口(5)与精馏塔进料口相连；再沸器底部未汽化的料液经气液分离器(6)与蒸馏釜进料口相连，直接回到蒸馏釜继续进行精馏。横管降膜再沸器材质均为304型不锈钢，再沸器直径800 mm，长度1 200 mm，换热管直径20 mm，管间距10 mm均布，进出口管径80 mm。横管降膜再沸器结构如图1所示。

1.热源进口 2.再沸器 3.热源出口 4.壳程进料口

4 实施效果

精馏塔采用传热系数大、换热所需温差小的横管降膜式再沸器。与原竖管式降膜再沸器相比，无论从装置布局，还是工艺过程都有许多优势，虽然所用热源均为蒸汽，但竖管降膜再沸器中的蒸汽是自上而下进入再沸器管程，加热换热管簇后变为高温冷凝水或凝结料液排出，精馏料液沿再沸器换热管簇外壁自上而下降膜蒸发。由于重力作用液膜在管壁停留时间较短，传质传热过程不充分，使料液的汽化率降低。而在横管降膜式再沸器中，精馏液沿换热管簇外壁横向分布，经过层层水平设置的换热管缓慢下落，强化了再沸器的传质传热过程，使再沸器蒸发效率提高了20%。其中两台再沸器可节约中压蒸汽0.6 t/h，每年运行时间按8 000 h，中压蒸汽210元/t计算，每年操作费用节约100.8万元，有效降低了能耗和生产成本。

5 结论

根据环己醇精馏工艺过程的特性，综合考虑运行成本、设备投资、运行稳定性，选用设备的先进性、可靠性、运维简便性，以高效节能，降低生产成本为目的，在确保技改节能效果的前提下，构筑物和设备尽量减少占地，运行费用合理，最大限度地发挥技改工程的经济和社会效益。经过两年来对环己醇精馏塔横管降膜再沸器的实际运行工况核查，该技术改造工程完全达到预期目标，中压蒸汽用量显著减少，能源消耗总量和生产成本明显降低，为同行业环己醇生产企业促进节能降耗的深入开展，提供了成功的范例。