环己醇精馏节能要点分析

徐梦梦 周洋

中国平煤神马集团尼龙科技有限公司 河南省平顶山市 467000

摘要：环己醇是重要的化工原料，广泛应用于纤维、合成橡胶、工业涂料、医药、农药的生产和加工。全世界每年生产大量环己醇，主要用于生产尼龙6和尼龙66。环己醇蒸馏的能耗较高，为降低蒸馏系统的能耗，达到节能的目的，满足正常生产需要，本文在全面了解环己醇精馏节能特点的基础上，结合具体情况，提出了改进措施，以期恢复稳定生产，降低系统能耗。

关键词：环己醇；精馏节能；改造要点

一、环己醇精馏节能的特点

在工业生产中，石油化学工业的能耗所占比例最大，而石油化学工业中能耗最大者为分离操作，其中又以精馏的能耗居首位。据统计，美国精馏过程的能耗占全国能耗的3%,如果从中节约10%,每年可节省5亿美元。我国的炼油厂消耗的原油占炼油量的8%到10%,其中很大一部分消耗于精馏过程。因此，在当今能源紧缺的情况下，对精馏过程的节能研究显得非常重要。精馏过程的节能基本上可以从以下2方面着手：(1)精馏过程热能的充分利用；(2)减少精馏过程本身对能量的需要。

1、精馏过程热能的充分利用

精馏过程中，所需的热量全部由加热蒸气经再沸器输入，分离后的余热Q由冷却介质从冷凝器移出。合理利用精傭过程本身的热能，就能降低整个过程对能量的需求，减少能量的浪费。

(1)加强保温保冷。在精馏过程中使用的主要设备为精馏塔和换热器，另外还有各种管道，这些设备多为金属制成，对热的传导较为容易，加之环境温度的影响，若对其采取保温保冷的措施，可以大大降低设备与环境之间的热传递作用，从而达到节约热能的目的。

(2)改进热的利用。强化再沸器和冷凝器中的传热可使传热温差下降，由于传热温差减小可使塔顶冷却剂温度提高，塔釜的加热温度下降。这包括增强传热面积和采用空气冷却器或蒸发冷却器来代替水冷却器等方法。

2、减少精馏过程本身对能量的需要

减少精馏过程对能量的需要是从根本上进行节能的方法，主要考虑分离序列的选择和操作条件的优化。例如三个组分就有两个排列方案，6个组分就有42个排列方案，在选择分离序列时，可以参照以下原则问进行：

(1)应把关键组分的相对挥发度最接近于1、最难分离的放在最后，即在所有其它组分都除去后再进行分离；

(2)根据汽液平衡常数的大小进行排序，把轻组分逐个脱除，即采取顺序流程；

(3)应首先把混合物分成分子数接近的两股物流；

(4)对于回收率要求高的分离应放在最后；

(5)对于容易造成系统腐蚀或结焦的组分应先除去，以降低后续设备的材质要求或稳定操作；

(6)对于各组分沸点相差很远的混合物，如果有的组分需要在冷冻的条件下进行分离，应使进入冷冻系统或冷冻等级更高的系统的组分数尽量减少。

二、环己醇精馏节能改造要点

我公司环己醇生产装置自建成投产以来，经过引进—消化—吸收—再创新模式的国产化改造后，拥有了多项具有自主知识产权的专利技术，环己醇生产工艺技术及装备居国内领先水平。由于历史的原因，在引进该套环己醇生产装置时，并没有考虑到精馏能耗问题，使整套精馏系统处于高耗能状态。在环己醇生产工艺中，精馏系统是保证产品质量的关键操作单元，是环己醇生产的能量消耗最大的工序，也是影响生产成本和市场竞争力的主要因素。因此，采用节能技术措施，降低精馏系统能耗，是整套环己醇装置中的重要环节。

1、存在问题

化工生产的精馏系统大都维持一定的负压状态，可以降低物料的沸点和加热源温度，环己醇在57.328～62.661kPa负压条件下，沸点110～120℃。传统环己醇生产中精馏过程为：气化除杂后，粗环己醇以蒸气状态进入精馏塔，在塔内随着塔顶降落下来的回流液凝结成液体进入再沸器，再次汽化后进入精馏塔完成精馏分离。由于粗环己醇蒸气温度高，含有大量热能，进入精馏塔后，随回流液变成液体，这部分热能就白白损失掉了。精馏塔顶采出相是精环己醇蒸气，需用大量冷却水经换热器冷凝变为液体成品，此时精环己醇蒸气的热值很高，经冷却水换热后这部分热能也白白损失掉了，同时还需要将换热后的冷却水降温，才能循环使用。粗环己醇以蒸气状态进入精馏塔和高热值精环己醇蒸气，这两个过程物料潜热很高。如何合理地回收利用这些余热是降低环己醇生产成本的关键。

2、技术思路

对上述环己醇精馏工艺中存在的不足之处，设计并完善环己醇精馏过程的节能方法及设备，将粗环己醇除杂汽化器的热能以水为介质，利用循环泵进行热交换后回收，用于粗环己醇预加热器，节省了粗环己醇预加热器所需要的蒸气能耗。将塔顶排出的精环己醇蒸气经压缩机压缩后提高热值，用作再沸器的热源，减少中压蒸汽的消耗量，降低生产成本，使之具有显著的经济效益。

3、改造工艺流程

环己醇生产中精馏节能过程如下：进料量6.3t/h,其中环己醇78%,不挥发物12%,其他10%。将温度15～20℃的粗环己醇经由粗环己醇经预加热器加热至55～60℃后，送入粗环己醇除杂汽化器将不能气化的杂质分离去除(其中粗环己醇预加热器热源温度为95～100℃,粗环己醇除杂汽化器热源温度为150～155℃,除杂后的环己醇蒸气出料130～135℃),然后进入环己醇蒸气换热器，以水为介质利用循环泵进行热交换，换热后的热水回用作粗环己醇预加热器热源(环己醇蒸气换热器的冷却水温度20～25℃,换热后温度95～100℃,粗环己醇物料出口温度70～75℃)。此时经过环己醇蒸气换热器热交换的粗环己醇成为液体，进入精馏塔进行精馏，精馏塔塔顶出口的精环己醇蒸气温度110～115℃,采出的精环己醇蒸气经压缩机压缩提升热值后温度达到135～140℃,符合再沸器热源温度135～140℃的要求，热能利用后的低热值的精环己醇蒸气经冷凝器冷凝成液体，最后进入精环己醇成品罐。

管路布局：采用Φ100mm管道连接，粗环己醇蒸气换热器内的粗环己醇液体出料口经设置在精馏塔侧下部的粗环己醇液体入口进入精馏塔，精馏塔顶采出的精环己醇蒸气与环己醇蒸气压缩机相连，作为再沸器的热源，冷凝器流出来的是精环己醇。过程如下：将粗环己醇预加热器、粗环己醇除杂汽化器、环己醇蒸气换热器依次相连，其中粗环己醇预加热器换热后的热水出口通过管路与换热水储罐相连，粗环己醇蒸气换热器循环水进口通过循环泵与换热水储罐相连，经粗环己醇蒸气换热器换热后的热水通过管路与粗环己醇预加热器的循环水进口相连；经粗环己醇蒸气换热器换热后的粗环己醇液体，由设置在精馏塔侧下部的粗环己醇液体入口进入精馏塔,精馏塔顶采出的精环己醇蒸气与环己醇蒸气压缩机入口相连，环己醇蒸气压缩机的出口与再沸器的热源入口相连，再沸器的热源出口与冷凝器相连，冷凝器(10)的出口与精环己醇成品罐相连；再沸器的物料汽化出口接入精馏塔下部的环己醇气相进口，精馏塔底部的回流液出口与再沸器的液相进口相连。

装置要求：环己醇蒸气换热器为列管式结构，精馏塔为板式塔或填料塔，环己醇蒸气压缩机的压缩比为1.8～2.2,再沸器为降膜式结构。粗环己醇蒸气换热器将热能回收用于粗环己醇预加热器，此时粗环己醇降至泡点温度70～75℃,这样既回收了热能，又满足了粗环己醇进入精馏塔的温度条件。采用的环己醇蒸气压缩机，叶轮为受控涡方式，切线速度70m2/s对应的机器马赫数为1.2,叶片安装角为55°,等熵效率为85%,流量弹性范围70%～110%,压比范围1.8%～2.2%,无叶扩压器出进口宽度比为0.92。环己醇蒸气压缩机充分利用精环己醇蒸气热量，经等熵压缩后提高精环己醇蒸气热值用于再沸器，以少量的电能消耗换取高热值的热源，可以节省大量中压蒸汽。

3. 结束语

综上所述，将粗环己醇除杂汽化器的热能回收，用于粗环己醇预加热器；将塔顶排出的精环己醇蒸气经压缩机压缩后提高热值，用作再沸器的热源，节省了粗环己醇预加热器和再沸器所需的蒸气能耗，取得了很好的节能效果，经济和社会效益显著。

参考文献：

[1]李成利.石油化工企业精馏节能技术的可行性研究分析[J].山东化工.2021.18.068.