董長勝　馬永東陳云國

1青島科技大學(xué)化工學(xué)院（山東青島　266000）2山東宏信化工股份有限公司（山東淄博　255300）

節(jié)能環(huán)保

苯酐裝置副產(chǎn)過熱蒸汽的優(yōu)化利用

董長勝1,2馬永東2陳云國2

1青島科技大學(xué)化工學(xué)院（山東青島266000）2山東宏信化工股份有限公司（山東淄博255300）

苯酐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量蒸汽，對蒸汽的合理利用成為降低苯酐生產(chǎn)能耗的有效途徑。以山東宏信化工股份有限公司6萬t/a苯酐生產(chǎn)裝置為例，分析了苯酐生產(chǎn)裝置的副產(chǎn)蒸汽情況，論述和對比了苯酐精制單元的加熱方式。通過優(yōu)化，利用副產(chǎn)過熱蒸汽加熱預(yù)處理導(dǎo)熱油的工藝可提高苯酐裝置的經(jīng)濟效益和節(jié)能環(huán)保水平。

苯酐 過熱蒸汽 優(yōu)化 生產(chǎn)工藝 節(jié)能

苯酐是一種重要的基本有機化工原料，被廣泛應(yīng)用于增塑劑、染料、醫(yī)藥等行業(yè)，主要用于生產(chǎn)鄰苯二甲酸酯類增塑劑，還可作為生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂、氨基樹脂和糖精等的原料。

苯酐的氧化生產(chǎn)過程會釋放大量的反應(yīng)熱[1]，為保證反應(yīng)器中的催化劑在反應(yīng)過程中不產(chǎn)生飛溫現(xiàn)象，這些熱量可通過熔鹽系統(tǒng)換熱，以蒸汽的形式從反應(yīng)系統(tǒng)中移除[2]。苯酐裝置自身副產(chǎn)蒸汽，同時也需要消耗大量蒸汽。合理優(yōu)化使用苯酐裝置副產(chǎn)蒸汽是在節(jié)能減排、低碳、綠色環(huán)保的生產(chǎn)要求下，苯酐行業(yè)需要做好的一項重要工作。

1　苯酐裝置工藝介紹

苯酐裝置主要分為氧化單元和精制單元。

1.1氧化單元

鄰二甲苯經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至140℃，與加熱至190℃的熱空氣在汽化器中充分霧化混合后，進入裝有V-Ti系催化劑的列管式固定床反應(yīng)器進行氧化放熱反應(yīng)，生成鄰苯二甲酸酐氣體，同時產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱。為保證反應(yīng)在400～450℃下正常進行，采用熔鹽系統(tǒng)將反應(yīng)熱及時從反應(yīng)器中移除。熔鹽在反應(yīng)器環(huán)道內(nèi)部的循環(huán)通過掛在反應(yīng)器外部的兩臺軸流泵實現(xiàn)，并利用熔鹽調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進入鹽冷的熔鹽量來控制進入反應(yīng)器的鹽溫（350℃）。脫氧熱水與鹽冷中的熱熔鹽換熱后進入蒸汽高位汽包，產(chǎn)生高壓蒸汽。該過程為苯酐裝置的主要產(chǎn)汽單元。離開反應(yīng)器的反應(yīng)氣體（溫度350℃）進入氣體冷凝器，通過與脫氧水的換熱冷卻至165℃后進入苯酐預(yù)冷器，控制氣體出口溫度為135～138℃。在壓力10 kPa、溫度135℃、鄰二甲苯質(zhì)量濃度90 g/m3的負荷下，將有25%～30%的液體苯酐從反應(yīng)氣體中析出[3]，減輕了切換冷凝器的負擔(dān)，同時可產(chǎn)生0.18 MPa等級蒸汽，用于加熱脫氧水。預(yù)冷后的反應(yīng)氣體經(jīng)切換冷凝器冷凝捕集，氣態(tài)苯酐凝華在翅片管的翅片上，后經(jīng)切換熔化成液態(tài)苯酐，放入粗酐儲槽[4-5]。通過導(dǎo)熱油介質(zhì)控制切換冷凝器尾部出口溫度為65～70℃，未捕集的少量苯酐、順酐等組分隨著尾氣進入水吸收塔，以回收尾氣中的順酐?？刂祈標崴芤旱馁|(zhì)量分數(shù)為20%，用其來生產(chǎn)富馬酸。尾氣經(jīng)四級噴淋吸收達標后高空排放。

1.2精制單元

來自氧化單元的粗酐經(jīng)加熱器加熱至245℃后進入三臺串聯(lián)階梯式預(yù)處理釜，經(jīng)高溫處理，使在凝華部分形成的鄰苯二甲酸脫水，并使某些副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成在精制單元易分離的物質(zhì)，以減輕精餾的負擔(dān)。處理釜溫度控制在260～270℃之間，物料停留時間為20 h[6]。預(yù)處理后的粗酐利用位差進入輕塔中部，塔頂脫出苯甲酸、順酐等輕組分，塔底重組分進入產(chǎn)品塔底部，塔頂回流比控制為1∶（1～2），塔頂?shù)玫奖紧a(chǎn)品，塔底重組分由塔底連續(xù)采出并進入蒸渣釜，通過簡單蒸餾進一步回收其中的苯酐。

2　苯酐裝置副產(chǎn)蒸汽情況

以山東宏信化工股份有限公司6萬t/a苯酐裝置為例，在進料鄰二甲苯質(zhì)量濃度為90 g/m3的高負荷工況下運行時，經(jīng)計算，生產(chǎn)1 t苯酐可產(chǎn)生7 t左右的蒸汽，產(chǎn)汽量約53 t/h。在鄰二甲苯質(zhì)量濃度為90 g/m3工況下的苯酐反應(yīng)器蒸汽平衡情況見圖1。

圖1　鄰二甲苯質(zhì)量濃度為90 g/m3工況下的苯酐反應(yīng)器蒸汽平衡情況

氧化反應(yīng)器外圍均掛有蒸汽過熱器，氧化產(chǎn)生的高壓飽和蒸汽經(jīng)熔鹽加熱至330～340℃，變?yōu)檫^熱蒸汽。配有汽拖風(fēng)機的苯酐裝置可利用過熱蒸汽驅(qū)動蒸汽透平機[7]。

3　苯酐精制單元加熱設(shè)施配置情況比較

苯酐裝置精制單元的預(yù)處理和精餾過程需消耗大量熱量，這兩個過程的加熱方式有以下3種：一是均采用導(dǎo)熱油爐加熱；二是均采用裝置副產(chǎn)高壓蒸汽加熱；三是預(yù)處理采用導(dǎo)熱油加熱，精餾系統(tǒng)采用裝置副產(chǎn)高壓蒸汽加熱。

3.1均采用導(dǎo)熱油爐加熱

預(yù)處理、精餾單元用熱全部由導(dǎo)熱油爐提供時，6萬t/a苯酐裝置需配備1.26×104MJ/h導(dǎo)熱油爐。導(dǎo)熱油溫度控制在280～290℃之間，鍋爐采用天然氣、重油或者煤炭作為燃料。隨著環(huán)保要求的提升，10 t以下燃煤鍋爐目前已逐步被淘汰。鍋爐作為明火設(shè)施，根據(jù)防火規(guī)范要求，需遠離主裝置30 m以上。該方法的優(yōu)點是熱源操作壓力低、工藝簡單，但加熱鍋爐需另設(shè)空間建設(shè)，未能充分利用苯酐裝置副產(chǎn)蒸汽，在環(huán)保、節(jié)能等方面存在不足。

3.2均采用裝置副產(chǎn)高壓蒸汽加熱

江陰苯酐廠等企業(yè)的預(yù)處理釜和精制系統(tǒng)的加熱均采用裝置副產(chǎn)的高壓蒸汽。精餾塔釜操作溫度為215～225℃，預(yù)處理釜物料溫度控制在260～265℃之間。通過計算，6萬t/a苯酐精制預(yù)處理耗汽量與精餾單元耗汽量的比約為1∶7，即預(yù)處理單元消耗蒸汽1 t/h，精餾單元中的輕塔、產(chǎn)品塔、蒸渣設(shè)備消耗蒸汽7 t/h左右。為滿足處理溫度工藝要求，需將氧化單元產(chǎn)汽壓力提至6.0 MPa。相應(yīng)氧化注水多級泵選型須滿足泵出口壓力為7.5 MPa，多級泵電機配套功率220 kW。預(yù)處理釜加熱采用6.0 MPa蒸汽，由于壓力較高，預(yù)處理釜夾套采用螺旋半圓管型式，夾套半圓管內(nèi)通6.0 MPa高壓蒸汽。該方法很好地利用了裝置副產(chǎn)蒸汽，但由于蒸汽溫度和壓力都很高，對設(shè)備焊縫質(zhì)量的要求極為嚴格。

3.3預(yù)處理采用導(dǎo)熱油加熱，精餾系統(tǒng)采用裝置副產(chǎn)高壓蒸汽加熱

3.3.1預(yù)處理導(dǎo)熱油采用電加熱，精餾系統(tǒng)采用裝置副產(chǎn)高壓蒸汽加熱

目前，引進裝置及近幾年建設(shè)的大型國產(chǎn)苯酐裝置大多采用該加熱方式。精制系統(tǒng)采用裝置副產(chǎn)6.0 MPa高壓蒸汽，用于輕組分塔、產(chǎn)品塔塔釜再沸器物料的加熱，以及預(yù)處理粗酐加熱器和蒸渣釜物料的加熱。預(yù)處理物料加熱采用導(dǎo)熱油電加熱器（功率為45 kW），功率為450 kW，導(dǎo)熱油出口溫度控制在275～280℃之間，導(dǎo)熱油泵循環(huán)量為220 m3/h，揚程為45 m。該方式的優(yōu)點是降低了處理釜螺旋半圓管操作工況要求，取消了明火導(dǎo)熱油爐，但是同時增加了電耗，僅此一項每噸苯酐電耗增加66 kW·h。

3.3.2預(yù)處理導(dǎo)熱油和精餾系統(tǒng)均采用裝置副產(chǎn)高壓蒸汽加熱

通過研究上述幾種加熱方式的優(yōu)劣，山東宏信化工股份有限公司在建設(shè)6萬t/a苯酐裝置時，對加熱方式進行了技術(shù)改造。該苯酐裝置精制預(yù)處理導(dǎo)熱油和精餾系統(tǒng)均采用裝置副產(chǎn)高壓蒸汽加熱。該裝置是目前國內(nèi)單套反應(yīng)器生產(chǎn)能力最大的國產(chǎn)化裝置，采用以鄰二甲苯為原料的固定床氣相催化技術(shù)。裝置副產(chǎn)的335℃過熱蒸汽先經(jīng)過導(dǎo)熱油加熱器，利用其顯熱將導(dǎo)熱油從265℃加熱到275℃，然后再經(jīng)減溫器減溫至微過熱，直接供精制系統(tǒng)使用。由計算和實際使用情況來看，加熱導(dǎo)熱油后的過熱蒸汽能夠滿足精制所消耗的高壓蒸汽量，從而使該蒸汽系統(tǒng)保持穩(wěn)定。采用該加熱方式，裝置所產(chǎn)高壓蒸汽可由6.0 MPa降至4.5 MPa，氧化注水多級泵出口揚程由750 m降至600 m，注水多級泵電機功率由220 kW降至185 kW。精制加熱采用該方式后，與同等裝置相比，噸產(chǎn)品電耗降低了485 kW·h，年節(jié)約費用250.6萬元，而且，設(shè)備操作工況條件也得到明顯改善。除滿足裝置自身的需要外，產(chǎn)生的蒸汽還可輸送至裝置外（2～3噸蒸汽/噸苯酐）。3年的運行分析結(jié)果表明，該裝置運行良好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

4　結(jié)論

合理利用苯酐裝置副產(chǎn)蒸汽是苯酐行業(yè)節(jié)能、降耗的有效途徑。經(jīng)過技術(shù)優(yōu)化改造，苯酐裝置副產(chǎn)過熱蒸汽可用于精制預(yù)處理單元導(dǎo)熱油的加熱。該工藝方案在實際運行中經(jīng)濟可行、技術(shù)可靠，蒸汽利用合理，在同行業(yè)中具有較好的推廣價值。

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[7]呂林英.苯酐生產(chǎn)中副產(chǎn)蒸汽的合理利用[J].遼寧化工, 2014,43(2)：202-204.

Optimal Utilization of Superheated Steam Produced in Phthalic Anhydride Plant

Dong Changsheng Ma Yongdong Chen Yunguo

A great deal of steam can be produced in phthalic anhydride production process,and the reasonable utilization of the steam has become an effective way to reduce energy consumption of phthalic anhydride production.Taking the 60 000 t/a phthalic anhydride production equipment in Shandong Hongxin Chemical co.,LTD as an example,the steam byproduct is analyzed and the heating methods of phthalic anhydride refining unit are discussed and compared. The technical scheme of heating and pre-treating the heat conducting oil with superheated steam can improve the economic benefit and the environment protection and energy saving performance of the phthalic anhydride production process.

Phthalic anhydride;Superheated steam;Optimal utilization;Production process;Energy conservation

TQ254.4

董長勝 男 1966年生 本科高級工程師現(xiàn)主要從事化工生產(chǎn)工作

2015年7月