环己酮精馏装置真空系统节能改造

2022-08-01代士凯余跃平马子峰李文静

河南化工 2022年7期

代士凯，余跃平，马子峰，李文静*

(1.河南平煤神马尼龙工程技术有限公司，河南平顶山 467000 ； 2.河南首恒新材料有限公司，河南许昌 461000)

环己酮是制造尼龙、己内酰胺和己二酸的主要中间体和重要工业溶剂，用于含有硝化纤维、氯乙烯聚合物和甲基丙烯酸酯聚合物的油漆生产，也是有机磷杀虫剂等农药、染料以及活塞型航空润滑油的黏滞溶剂。通常与低沸点溶剂和中沸点溶剂配制成混合溶剂，以获得适宜的挥发速度和黏度。环己酮生产工艺分为环己烷氧化法与环己醇脱氢法，其中环己醇脱氢法具有反应条件缓和、原子利用率高、副产品少等特点，是目前国内环己酮企业最具前景的生产工艺。虽然环己醇脱氢制备环己酮工艺有诸多优点，但由于生产过程中精馏系统真空度高，真空系统使用三级串联蒸汽喷射泵，存在中压蒸汽、循环冷却水消耗高，同时产生生产废水量较大的问题。如何降低生产能耗及生产废水量，对企业的节能减排具有重要意义。

1 环己酮生产工艺简介

河南首恒新材料有限公司20万t/a环己酮装置采用环己醇脱氢法生产环己酮的生产工艺路线，其生产流程为：环己醇经蒸汽加热汽化后，送往脱氢反应器，在脱氢催化剂作用下进行环己醇脱氢反应，生成环己酮与氢气，环己酮与没有反应的环己醇送入精馏系统。环己酮沸点为155.75 ℃，环己醇沸点为161℃，沸点较为接近。精馏系统由轻塔、酮塔和醇塔组成，均采取负压精馏操作，其中轻塔采用一级蒸汽喷射泵控制轻塔操作压力40～50 kPa(A)，塔顶采出的轻组分冷凝收集送至界外；酮塔和醇塔采用三级串联的蒸汽喷射泵，控制酮塔操作压力3～5 kPa(A)，得到环己酮产品，醇塔操作压力4～6 kPa(A)，得到未反应的环己醇，返回脱氢反应系统。

2 存在问题

环己酮装置精馏系统采用负压操作，特别是酮塔与醇塔有较高的真空度，使用三级串联的喷射泵实现。精馏塔顶排出的不凝气逐级进入蒸汽喷射泵，使用中压蒸汽作为喷射泵的驱动源，中压蒸汽进入后，经过冷凝器冷凝，冷凝下来的液体靠位差排入水封槽，经醇酮回收工序处理后排放至废水汽提塔。在蒸汽喷射泵实施抽负压的过程中，使用大量的中压蒸汽，冷凝形成含有机物废水，经废水汽提后，送往污水处理系统，同时在蒸汽喷射泵负压系统中，还需要使用大量循环冷却水进行冷凝，因此，整个蒸汽喷射泵负压系统存在蒸汽消耗多、废水量大的问题。节能改造前真空系统工艺图如图1所示。

图1 节能改造前真空系统工艺图

3 技术改造方案

本次节能改造的目标是改变精馏系统精馏塔负压条件的获取方式，用干式真空泵替代蒸汽喷射泵，以电能替代蒸汽能，从源头规避使用中压蒸汽，减少循环冷却水用量，避免废水的产生。

3.1 干式真空泵简介

本次技改采用的干式真空泵是三级逆向爪式结构设计，该结构干式真空泵的优点是可以使气体在气体流道中的停留时间缩短，腐蚀性及脏污性介质使用时，可以减少腐蚀和堵塞。爪式真空泵采用的是间接换热系统，真空泵配有管式换热器对泵进行冷却，冷却水流经换热器管程，泵内介质流经换热器壳程，能有效避免冷却水的水质问题。管路上配有温度控制阀，可以控制和调节泵内温度。爪式真空泵设计有扭矩限位器，在遇到液体量过大时，具有过载自动保护电机功能。螺旋式唇形组合密封方式和氮气轴封装置，保证了真空泵腔体内处于纯干式运行状态，可以有效避免有机物的结胶、结碳。

3.2 实施方案

酮分离塔和醇分离塔共用一套真空系统,进口采用液力偶合罗茨泵作为主泵,配合爪式真空泵作为前级泵，真空系统按照两级压缩设计，将酮塔尾冷器和醇塔尾冷器排出的不凝气合并进入两级真空机组。具体实施方案：采用3台罗茨泵并联方式，不凝气首先进入并联的3台罗茨泵进行抽吸，出口经冷却器降温后进入初级物料回收罐，罐内液相进入末端物料回收罐。初级物料回收罐气相再进入爪式泵进行抽吸，出口经冷凝液降温后也进入末端物料回收罐，最终进入排液收集槽。节能改造后真空系统工艺图如图2所示。

图2 节能改造后真空系统工艺图

4 节能效果

4.1 经济效益

20万t/a环己酮装置精馏系统使用蒸汽喷射泵，年操作时间按照8 000 h计，所需中压蒸汽量约9 t/h，全年共消耗中压蒸汽72 000 t，中压蒸汽价格按每吨150元计，全年中压蒸汽费用1 080万元。所产生的有机物废水9 t/h，全年为72 000 t，处理费用约10元/t，费用约72万元。蒸汽喷射泵消耗的循环冷却水约920 m3/h，全年共消耗循环冷却水736万m3，循环冷却水价格按0.3元/m3计，年节费用220万元。节能改造增设干式真空泵组为电驱动，20万t/a环己酮装置干式真空泵满负荷运行消耗电量约90 kW·h，电价0.65元/kW·h，全年电费47万元。经济效益1 325万元。