田露

（巴陵石化公司煉油部，湖南岳陽 414014）

環(huán)己酮是己內(nèi)酰胺和己二酸的生產(chǎn)原料，工業(yè)上多采用環(huán)己烷空氣氧化法制取，該生產(chǎn)工藝的特點是轉化率低、循環(huán)量大。某石化公司環(huán)己酮裝置采用富氧氧化生產(chǎn)工藝[1]，該工藝是以富氧空氣（氧含量21%～30%）替代空氣或貧氧空氣為氧源的一種新工藝。環(huán)己烷氧化后的氧化液經(jīng)過分解、皂化、水洗以及烷塔分離得到的粗醇酮進入精餾工序分離出產(chǎn)品環(huán)己酮和中間產(chǎn)品環(huán)己醇，環(huán)己醇再經(jīng)脫氫工序得到粗醇酮進入精餾工序分離。精餾工序作為環(huán)己酮生產(chǎn)裝置的關鍵工序之一，其操作條件是否合理影響著裝置的能物耗水平。精餾工序中的酮塔精餾采用真空精餾，主流程為：環(huán)己醇脫氫下料和烷四釜出料混合后送至輕塔，輕塔塔頂除去部分輕質油后，輕塔塔釜出料至酮塔，酮塔塔頂產(chǎn)出符合質量要求的環(huán)己酮，塔釜出料至醇塔，醇塔塔頂產(chǎn)出環(huán)己醇，塔釜產(chǎn)重質組分X油。

精餾需分離的組份有輕質油、環(huán)己酮、環(huán)己醇、重質組分X油等，共用5個填料塔分離。而整個產(chǎn)品產(chǎn)出過程在精餾酮塔，分離環(huán)己酮的酮塔為雙塔，酮一塔分離能力大，酮二塔分離能力小，兩個酮塔可采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式進行分離操作。酮塔串聯(lián)操作一般酮二塔在前，酮一塔在后。輕塔釜液進入酮二塔，分離出少量的酮產(chǎn)品，大部分酮進入酮一塔進行分離。該文主要針對酮一塔和酮二塔串聯(lián)、并聯(lián)的工藝進行分析，研究了環(huán)己酮精餾分離過程中能源和物耗損失，以獲得最佳操作方式。

1 影響精餾酮塔消耗的原因

1.1 副產(chǎn)物的生成

環(huán)己酮的自身縮合含α-活潑氫的醛或酮，在堿或酸催化下與另一分子醛或酮進行縮合，形成β-羥基醛或酮，然后再失去一分子水，得α，β-不飽和醛或酮，這類反應稱為醇醛縮合或酮酮縮合，反應生成環(huán)己酮二聚物（環(huán)己基環(huán)己酮、環(huán)己烯基環(huán)己酮）以及三聚物（環(huán)己二烯基環(huán)己酮）等[2]。二聚和三聚反應分別見式（1）和式（2）。

酮塔作為產(chǎn)出產(chǎn)品的精餾塔，其塔頂產(chǎn)物即為產(chǎn)品環(huán)己酮，物料損失主要在塔身和塔釜：一是塔身及塔釜內(nèi)的醇酮不可逆聚合生成X油損失，二是塔釜含酮物料損失。酮塔釜含酮出料會進入醇塔，在精餾系統(tǒng)循環(huán)，但酮釜物料中所含酮會在醇塔進行聚合反應，生成X油，另外未在醇塔形成X油的部分會依次經(jīng)過脫氫、輕塔、酮塔，在裝置內(nèi)循環(huán)過程中發(fā)生一定程度的酮酮—醇酮縮聚，造成物料損失。

1.2 停留時間

停留時間對縮合反應有極大影響，停留時間越長，縮聚反應的進行程度越大。由于該環(huán)己酮裝置采用輕塔加堿生產(chǎn)化纖酮的工藝，物料在輕塔、酮塔、醇塔中運轉時都會帶有堿水，物料串聯(lián)經(jīng)過二個酮塔，延長了物料在塔內(nèi)停留時間，增加了物料縮聚程度，造成X油生成比例增加。

2 酮塔串聯(lián)工藝操作

2.1 酮塔串聯(lián)工藝流程

環(huán)己酮裝置酮精餾分離流程為雙塔串聯(lián)流程，即輕塔釜的釜液進入酮二塔，在再沸器蒸汽的作用下變成氣相，塔頂物料一部分出料，一部分回流。酮二塔釜液進入酮一塔，塔頂物料一部分出料，一部分回流，酮一塔釜的物料通過酮塔釜液泵輸送入醇塔。酮塔串聯(lián)工藝流程見圖1。

圖1 酮塔串聯(lián)工藝流程

串聯(lián)方式下，酮一塔在前或酮二塔在前都不能降低后一塔的塔釜含酮量，在酮一塔、酮二塔分離能力不變的情況下，為保證塔頂產(chǎn)品質量，需控制塔釜含酮在23%以上。因此，串聯(lián)工藝改進難度較大，改進幅度較小。

2.2 串聯(lián)工藝蒸汽消耗

因酮一塔、酮二塔蒸汽再沸器未安裝蒸汽計量儀表，需計算酮塔分離所需的能量。查表得環(huán)己醇、環(huán)己酮、輕組分的比熱容及汽化熱。數(shù)采讀出酮一塔進料19.0 t/h，酮二塔進料9.6 t/h，酮一塔塔頂出料9.3 t/h，酮二塔塔頂出料2.5 t/h，酮塔分析數(shù)據(jù)見表1，根據(jù)兩個酮塔塔頂、塔釜的物料組成、溫度以及回流量，結合能量守恒定律，用兩個塔的總蒸發(fā)量（回流量＋出料量）除以蒸汽汽化熱，分別得出酮一、二塔消耗的蒸汽消耗量為7.07 t/h、2.41 t/h，兩酮塔串聯(lián)操作蒸汽消耗量為0.8 t/t酮。

表1 酮塔串聯(lián)分析數(shù)據(jù)

2.4 副產(chǎn)物的生產(chǎn)

通過數(shù)據(jù)分析，環(huán)己酮精餾輕塔進料量為19 t/h，酮塔出料為11.8 t/h，X油出料量為0.65 t/h，而輕塔進料質量分析見表2。

表2 酮塔串聯(lián)輕塔進料構成

副產(chǎn)物X油在精餾工序多產(chǎn)生量的計算公式見式（3）：

帶入數(shù)據(jù)可算出X油在精餾工序多產(chǎn)生量為0.047 t/t酮。

3 酮塔并聯(lián)工藝操作

3.1 酮塔并聯(lián)工藝流程

環(huán)己酮裝置酮精餾分離改為雙塔并聯(lián)流程，即輕一塔釜液分別進入酮一塔和酮二塔，進入酮塔的物料在再沸器蒸汽作用下變成氣相，塔頂物料一部分出料，一部分回流，酮一、二塔塔釜物料通過釜液泵輸送至醇塔。酮塔并聯(lián)工藝流程見圖2。

圖2 酮塔并聯(lián)工藝流程

3.2 工藝參數(shù)

（1）進料比例

按照兩個酮塔的設計分離能力及運行的經(jīng)驗參數(shù)，摸索兩個酮塔的負荷分配，并對兩個酮塔并聯(lián)工藝進行研究，確定符合各塔的工藝參數(shù)。兩酮塔并聯(lián)不同進料比例工藝數(shù)據(jù)見表3。

表3 酮塔并聯(lián)不同進料比例摸索數(shù)據(jù)

根據(jù)表3數(shù)據(jù)，通過兩個酮塔并聯(lián)來降低酮釜含酮量的控制是可行的。為降低蒸汽消耗、減少環(huán)己酮損失，需低控兩酮塔塔釜含酮量和回流比，故選取酮一塔與酮二塔進料比例為3.0∶1.0作為工藝控制指標。

采用二塔并聯(lián)酮精餾，降低了酮釜含酮量，減少了內(nèi)循環(huán)造成的縮聚，達到了改造目的。

（2）液位即停留時間

降低塔釜液位，可縮小塔內(nèi)反應體積，減少物料在塔內(nèi)停留時間，相當于減少了酮酮―醇酮縮聚的反應時間，會減少副產(chǎn)物的生成比例。為確保塔內(nèi)輕組分的分離效果，不可無限制縮短停留時間，故停留時間是否充足的重要依據(jù)是塔釜組成的變化，具體數(shù)據(jù)見表4，控制酮塔釜不同的液位，即停留時間的變化，摸索塔釜含酮的變化。

表4 酮塔并聯(lián)不同液位摸索數(shù)據(jù)

之前酮一、二釜分別控制在75%和35%左右。當酮一塔釜液位控制低于69%，酮二塔釜液位控制低于28%后，酮釜含酮量迅速上升，因此酮一塔釜液位下限為69%，酮二塔釜的下限為28%。根據(jù)摸索結果，對控制范圍進行調整，將酮一塔釜液位控制在70%～72%，酮二塔釜液位控制在29%～31%，可有效降低酮釜含酮量。

3.3 并聯(lián)操作蒸汽消耗

查表得環(huán)己醇、環(huán)己酮、輕組分的比熱容及汽化熱。數(shù)采讀出酮一塔進料18 t/h，酮二塔進料6.5 t/h，酮一頂出料9.3 t/h，酮二頂出料3.8 t/h，兩酮塔并聯(lián)工藝分析數(shù)據(jù)見表5，根據(jù)兩個酮塔塔頂、塔釜的物料組成、溫度以及回流量，結合能量守恒定律：用兩個塔的總蒸發(fā)量（回流量＋出料量）除以蒸汽汽化熱，分別求出酮一、二塔蒸汽消耗量為6.85 t/h、3 t/h。故兩酮塔并聯(lián)操作蒸汽消耗量為0.69 t/t酮。

表5 兩酮塔并聯(lián)分析數(shù)據(jù)

4 酮塔串并聯(lián)工藝對比分析

通過優(yōu)化環(huán)己酮精餾分離流程，使用雙塔并聯(lián)分離環(huán)己酮生產(chǎn)工藝，對二個酮塔負荷進行科學分配，減少了精餾過程中的縮聚反應帶來的物料損失，同時酮精餾分離工序X油比例、酮釜含酮量以及蒸汽消耗均有所下降，實際應用效果良好。從節(jié)能降耗方面考慮，并聯(lián)操作方式優(yōu)于串聯(lián)操作方式。

4.1 蒸汽用量

酮塔串聯(lián)工藝在優(yōu)化調整酮一塔、酮二塔的進料順序階段可降低蒸汽消耗[3]，但物料在酮一塔和酮二塔分別由再沸器加熱蒸發(fā)一次；改為并聯(lián)后，只需進行一次蒸發(fā)，故可以進一步減少蒸汽用量0.11 t/t酮。

4.2 含酮量

兩酮塔串聯(lián)取后一個酮一塔塔釜含酮量和并聯(lián)工藝雙塔酮釜含酮平均值數(shù)據(jù)對比見圖3，可見塔釜含酮量由23.4%下降至8.2%。

圖3 酮釜含酮量對比

4.3 副產(chǎn)物X油量

經(jīng)過工藝摸索，確定二塔釜液位后，物料在酮塔的停留時間縮短，減少了物料聚合，酮塔分離工序的X油含量對比見圖4，平均由12.1%減少至8.4%。

圖4 酮分離工序X油含量對比

5 結論

酮塔串聯(lián)改并聯(lián)后，減少了物料的蒸發(fā)次數(shù)，只需進行一次蒸發(fā)，故可以減少蒸汽用量0.11 t/t酮，按蒸汽161元/噸，年產(chǎn)10萬噸環(huán)己酮核算，可降低蒸汽成本約177萬元。

酮塔釜含酮量由23.4%下降至8.2%，減少環(huán)己酮在精餾系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)，減低蒸汽用量。

物料在酮塔的停留時間縮短，減少了物料聚合，酮塔分離工序的X油平均含量由12.1%減少至8.4%，按年產(chǎn)10萬噸環(huán)己酮核算，每年可降低原料苯成本約300萬元。