环己酮生产装置中环己醇精馏塔技术改造浅述.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 30 日 作者简介：么昊翾（1989），男，汉族，河北唐山人，本科，唐山中浩化工有限公司，助理工程师，研究方向为化工工程专业的新技术、新工艺研究开发、技术改造。-27-环己酮生产装置中环己醇精馏塔技术改造浅述 么昊翾 唐山中浩化工有限公司，河北 唐山 063000 摘要：摘要：化工产业是支撑生产、生活的重要行业，在现代环己酮生产过程中，生产装置的重要组成部分之一是环己醇精馏塔。常规技术下，环己醇精馏塔会在一定程度上降低环己酮的转换效率，故需进行技术改造。本文提出了一种环己酮生产装置中环己醇精馏塔技术改造方法，之后对改造后的经济效益进行了评估，希望为从业者提供一定的参考。关键词：关键词：环己酮；生产装置；环己醇精馏塔；技术改造 中图分类号：中图分类号：TQ340.65 环己酮是一种有机化合物，主要在工业生产领域作为有机合成的原材料和溶剂。比如某些化学品生产过程中，需要对加入其中的硝酸纤维素进行溶解，此时便需使用环己酮。此外，在生产涂料、油漆等产品时，环己酮同样必不可少。高纯度的环己酮以无色、透明状的液态形式存在，通常会带有一定的泥土气味。如果其中存在一定量的酚类物质时，气味会类似薄荷；如果纯度进一步降低，则会呈现出浅黄色。环己酮常规生产工艺为：首先将一定剂量的环己醇放入储存罐中，经过精馏塔加温后进入脱氢反应器中。对脱氢反应器加压并加入铜-锌催化剂后开始脱氢反应，最终生成环己酮。在上述生产过程中，环己醇精馏塔是重要的装置。常规生产工艺下存在的问题是，环己醇精馏塔对环己醇脱氢转化环己酮的效率不高且对未完全反应的环己醇及氢气的处理无法达到预期效果。1 环己酮生产工艺及其存在的主要问题 1.1 环己酮常规生产工艺简析 环己酮生产过程中，首先将环己醇按量送入到环己醇的储存罐当中，将其经过精馏塔塔顶输出环己醇，在高压下进行 170的蒸汽加热，并将其传输到脱氢反应器当中，将反应装置中的压力保持在 0.10.2MPa之间，并维持装置内温度在 220以上，不超过 270，在其中加入铜-锌催化剂，开始环己醇的脱氢反应过程。经过以上装置及反应过程，所得到的环己醇脱氢转化率能够达到 50%左右，但在反应物中，除了有环己酮外，还存在未完全反应的环己醇以及氢气，将剩余氢气传输至氢气管网当中，对环己醇装置中的苯进行加氢反应工序，并将未完全反应的环己醇与环己酮，结合在反应过程中所形成的微量高低沸点副产物，共同组成粗醇酮液体，将其通过干燥塔去除水分后，传输至轻塔内部。在轻塔中，将沸点较低的组成成分脱出，将其余塔底物料送入到环己酮精馏塔内，在其塔顶部得到相应的高纯度环己酮产物。最后，将塔底中剩余的沸点高的副产物以及粗环己醇输送到环己醇精馏塔内，进行环己醇精馏塔反应，经过反应后的环己醇与少量水相混合，回到脱氢反应装置当中，如此进行反复循环的脱氢反应过程。1.2 环己酮常规生产工艺中存在的问题 在以上反应过程及装置设置中，经过存储罐所得到的粗环己醇在高压加热环境下的蒸汽进入到环己醇精馏塔内的填料当中，在环己酮精制塔反应后，塔底中所产生的粗环己酮也会进入到环己醇精馏塔装置的底层填料当中。并且环己醇精馏塔的塔顶区域出口位置与冷凝器的壳程相互连接，冷凝器壳程的出口位置又与回流罐相连接，利用输送泵将精制后的环己醇送往脱氢反应装置中的预热器内。在这种情况下，环己醇精馏塔的塔釜再沸器与精馏塔塔釜直接接触连接，且环己醇精馏塔的塔底外排塔釜泵的出口处直接连接重组分罐。由于以上问题，便会导致目前环己酮生产工艺中的粗环己醇整体在精馏塔中的分离反应受到影响，分离效果较差，且消耗大量的蒸汽，而在后续塔内排出的组分中却含有大量的环己醇，通常含有 15%左右，造成大量的材料消耗。中国科技期刊数据库 工业 A-28-1.3 导致环己酮常规生产问题的原因分析 出现以上问题的原因主要有两方面：（1）精馏塔技术结构存在问题，其塔内部的塔板分配不够均匀科学，并且未能与再沸器之间形成相互循环的连通回路，导致精馏塔的分离受到影响，精度较低，并且在排放的组分中混杂大量的环己醇。（2）对于加热介质的装置不够优化，导致未能将物料中的热焓有效并充分利用，造成蒸汽大量消耗。并且，塔中所排出的组分中含有大量环己醇，要想将损失减少，就必须要在此基础上多建精馏塔，并将所排放的组分在大量蒸汽的消耗下完成二次精馏，虽然这样一来能够有效回收其中的环己醇，但却很大程度地增加了能源消耗以及设备和资金的投入，不仅难以达到环己醇完全回收利用的效果，还会导致整个过程消耗更多的成本。2 环己酮生产装置中环己醇精馏塔技术改造思路及实施方法 2.1 环己酮生产装置中环己醇精馏塔技术改造思路 原有环己酮生产装置中，环己醇精馏塔主要由 4类重要元器件构成，分别为精馏塔、再沸器、泵、回流罐。其中，环己醇精馏塔的一端与回流罐相连，中间设置一个连接泵；精馏塔的另一端与输出管道、去重组分冷凝器等（精馏塔与输出管道之间需设置一个以再沸器为主的循环回路）相连，能够将所生成的环己酮等物质传出，中间同样需要设置连接泵。这种构件连接方式的问题如上文所述，会导致环己醇的转化效率偏低、反应过程生成的氢气等物质的循环利用、排放效率等同样偏低。具体改造思路如下：（1）原有的架构基本没有发生变化，只需在原来的框架基础上，沿着环己醇精馏塔内部中心位置增加一个小型分离塔。需要注意，这个额外增加的小型分离塔需要通过“直接耦合”的方式，插入环己醇精馏塔的底部位置。这种工艺改进的主要目的是，能够对环己醇重组分分离生成环己酮的过程进行深度控制，从而提高环己醇的分离效率，解决转化率偏低的问题。（2）完成小型分离塔的设置之后，还需在附近增设23个包含再沸器的循环通路。这样做的目的在于，能够从根本上解决原有工艺中粗环己醇精馏塔分离效果差、蒸汽消耗大、外排组分中含有约占总量 15%的未利用环己醇等问题，可有效提高原材料的利用率。2.2 环己酮生产装置中环己醇精馏塔技术改造具体实施方法 具体的环己醇精馏塔技术改造实施过程如下：（1）首先对原有的环己醇精馏再沸器的两端管道的连接方式进行调整，使之与精馏塔偏下位置的内壁与底端相连4。通过这项改造，原有的再沸器与精馏塔之间所形成的循环回路同样可以得到改变，进而使再沸器具备一项新的功能能够在汽化物料的过程中，为精馏塔提供以前没有的热量来源。（2）额外设置的小分离塔的循环泵与搭配小分离塔设置的再沸器的两端需要同时与小分离塔的内壁以及底部相连。通过这样的设置方法，小分离塔与配套再沸器（循环泵）之间便可形成独立于上述循环回路（再沸器与精馏塔构成的循环回路）的全新循环回路。这样设置的目的在于，能够使再沸器为小分离塔的径流提供热量来源。（3）设置小分离塔的另一个作用在于：精馏塔内常规的加热介质流动的速率会得到提升，环己醇精馏塔整体的热能利用效率肉眼可见地提升。小分离塔塔顶并非封闭式结构，而是设计成“敞开式”结构。这种设计的作用在于，使小分离塔与精馏塔持续连通。在此基础上，小分离塔的塔底应该设置重组分排出口（小分离塔循环泵的排出口与重组分冷却器直接相连），能够使经过精馏处理后的重组分液态物质以更快的速度向重组分冷却器抵进，最终令蒸馏效率得到全面提升。（4）环己醇精馏塔的塔釜液循环泵的一端需要与精馏塔底部区域相连，塔釜液循环泵的另一端需要与小分离塔的顶部相连。如此一来，环己醇精馏塔底部流出的未能完全转化的液态环己醇会进入小分离塔，进行二次精馏处理。在此种设置下，精馏塔底部的粗环己醇的循环蒸馏时间在小分离塔的作用下会明显提升，直接导致精馏塔底部区域塔釜液中的重组分含量不断增高。受此影响，未利用的环己醇含量会持续降低，外排液中的环己醇含量同样会不断降低，意味着环己醇的综合转化率会得到提升，可视为技术改造方式具有可行性。（5）根据上文所述，完成环己醇精馏塔技术改造之后，环己酮的全新生产流程如下：其一，粗环己醇中国科技期刊数据库 工业 A-29-原材料（液态状）会被直接加入环己醇精馏塔之内。当液面低于小分离塔顶部时，意味着精馏反应已经开始。其二，回流进精馏塔底端的粗环己醇并不会像以往一样，直接排出反应装置，而是沿着精馏塔循环泵被送至小分离塔，之后在再沸器提供热源的情况下，在小分离塔内进行二次精馏。其三，经过二次精馏后的重组分会沿着小分离塔的塔底循环系统排出，而精环己醇会从精馏塔顶部区域排出。3 环己酮生产装置中环己醇精馏塔技术改造后的经济效益分析 3.1 环己醇精馏塔技术改造直接成本支出 按照上文所述方式，与改造相关的直接成本支出构成如下：小型分离塔属于“额外新增装置”，购置及安装费用总计 2.5 万元；因安装小型分离塔而搭配的再沸器设备、进料泵设备、循环泵设备对应的成本分别为 1.5 万元、4.5 万元、7.5 万元；多个装置、设备之间的连通管线、阀门等成本总计 1.3 万元；不包括小型分离塔在内的其他安装施工总费用为 5.0万元。对上述成本项进行加法计算，最终得出的环己醇精 馏 塔 技 术 改 造 直 接 成 本 支 出 总 额 为2.5+1.5+4.5+7.5+1.3+5.0=22.3 万元。3.2 环己醇精馏塔技术改造后的运行成本新增的循环泵的额定功率为 2.8kW，进料泵设备的额定功率为 10kW，按照我国标准工业用电成本计算，假定所有新增循环泵及进料泵全年持续运转，则该部分每年应该支出的电费成本达到 14.336 万元。小分离塔再沸器每小时需要消耗的蒸汽为 0.12t。经过调查后发现，中等压力蒸汽足以满足再沸器的需求，而中等压力蒸汽的制备、应用成本为每吨 150元。同样假定新增再沸器全年不中断运行，所消耗的中压蒸汽费用每年总计 14.4 万元。因此，完成环己醇精馏塔技术改造后生成的新的环己酮生产装置每年正常运转对应的额外成本支出总额为 28.736 万元。3.3 环己醇精馏塔技术改造后的综合经济效益 上文提到，在环己醇精馏塔尚未改造之前，外排的环己酮中约有 14%16%的成分是环己醇。为了方便计算，将环己酮中环己醇占比设定为 15%的固定值。完成环己醇精馏塔的技术改造之后，外排的环己酮中所含的环己醇占比已经下降至 0.3%0.6%，同样，为了方便计算，取 0.5%的固定值。作差值计算之后，得出的结论是：约有 14.5%的环己醇得到了充分回收利用。一组数据显示：在环己醇精馏塔改造之前，外排的环己酮总量可达到 1.2t/h，做简单的乘法计算之后可得出 每 小 时 能 够 回 收 的 环 己 醇 总 量 为1.2 14.5%=0.174t。如果生产装置全年运转，那么全年能够充分回收再利用的环己醇总量为 1524.24t。按照当下环己醇 1 万元/t 的价格，每年可减少的环己醇支出总金额超过 1500 万元。相较于上文给出的环己醇精馏塔改造直接费用以及一年额外电费，节省的金额远远超出。4 结论 综上所述，针对环己酮生产装置中的环己醇精馏塔进行改造时，相较于改造前，环己醇精馏塔的整体布局并未出现明显变化，只是需要在精馏塔附近设置小分离塔，并在小分离塔附近设置多个再沸器通路，进而形成一种新的循环回路，便可以改变原有的环己酮生产过程中的热源提供方式。在热能利用率得到明显提升的情况下，环己醇精馏塔的精馏效率同样会大幅度提升，最终使环己酮生产过程对应的综合经济效益超过从前。总体来看，这种环己醇精馏塔技术改造方式具有较强的可行性，可作为参考。参考文献 1崔小明.我国环己酮合成工艺技术研究进展J.精细石油化工进展,2023,24(03):30-35.2李迎春,刘炳鑫,朱涵静等.环己酮精馏装置热耦合节能技术改造J.河南化工,2022,39(08):37-38.3 卢 建 康,缴 艳 梅,张 志 军 等.氧 化 法 环 己 酮 装 置 中 己 醛 的 产 生 分 布 和 消 除 J.广 州 化工,2022,50(05):156-159.4肖招智.环己烷氧化生产环己酮工艺中脱醚技术运用与控制J.新型工业化,2022,12(01):251-252.5谷新春,梁玉超.水合法环己醇(酮)工艺特点与节能技术J.浙江化工,2020,51(02):25-30.