苯酐裝置副產過熱蒸汽的優化利用

董長勝　馬永東陳云國

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

節能環保

苯酐裝置副產過熱蒸汽的優化利用

董長勝1,2馬永東2陳云國2

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

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

苯酐 過熱蒸汽 優化 生產工藝 節能

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

苯酐的氧化生產過程會釋放大量的反應熱[1]，為保證反應器中的催化劑在反應過程中不產生飛溫現象，這些熱量可通過熔鹽系統換熱，以蒸汽的形式從反應系統中移除[2]。苯酐裝置自身副產蒸汽，同時也需要消耗大量蒸汽。合理優化使用苯酐裝置副產蒸汽是在節能減排、低碳、綠色環保的生產要求下，苯酐行業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

鄰二甲苯經預熱器預熱至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器進行氧化放熱反應，生成鄰苯二甲酸酐氣體，同時產生大量的反應熱。為保證反應在400～450℃下正常進行，采用熔鹽系統將反應熱及時從反應器中移除。熔鹽在反應器環道內部的循環通過掛在反應器外部的兩臺軸流泵實現，并利用熔鹽調節閥調節進入鹽冷的熔鹽量來控制進入反應器的鹽溫（350℃）。脫氧熱水與鹽冷中的熱熔鹽換熱后進入蒸汽高位汽包，產生高壓蒸汽。該過程為苯酐裝置的主要產汽單元。離開反應器的反應氣體（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℃、鄰二甲苯質量濃度90 g/m3的負荷下，將有25%～30%的液體苯酐從反應氣體中析出[3]，減輕了切換冷凝器的負擔，同時可產生0.18 MPa等級蒸汽，用于加熱脫氧水。預冷后的反應氣體經切換冷凝器冷凝捕集，氣態苯酐凝華在翅片管的翅片上，后經切換熔化成液態苯酐，放入粗酐儲槽[4-5]。通過導熱油介質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。控制順酸水溶液的質量分數為20%，用其來生產富馬酸。尾氣經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加熱器加熱至245℃后進入三臺串聯階梯式預處理釜，經高溫處理，使在凝華部分形成的鄰苯二甲酸脫水，并使某些副產物轉化成在精制單元易分離的物質，以減輕精餾的負擔。處理釜溫度控制在260～270℃之間，物料停留時間為20 h[6]。預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，塔底重組分進入產品塔底部，塔頂回流比控制為1∶（1～2），塔頂得到苯酐產品，塔底重組分由塔底連續采出并進入蒸渣釜，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，在進料鄰二甲苯質量濃度為90 g/m3的高負荷工況下運行時，經計算，生產1 t苯酐可產生7 t左右的蒸汽，產汽量約53 t/h。在鄰二甲苯質量濃度為90 g/m3工況下的苯酐反應器蒸汽平衡情況見圖1。

圖1　鄰二甲苯質量濃度為90 g/m3工況下的苯酐反應器蒸汽平衡情況

氧化反應器外圍均掛有蒸汽過熱器，氧化產生的高壓飽和蒸汽經熔鹽加熱至330～340℃，變為過熱蒸汽。配有汽拖風機的苯酐裝置可利用過熱蒸汽驅動蒸汽透平機[7]。

3　苯酐精制單元加熱設施配置情況比較

苯酐裝置精制單元的預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：一是均采用導熱油爐加熱；二是均采用裝置副產高壓蒸汽加熱；三是預處理采用導熱油加熱，精餾系統采用裝置副產高壓蒸汽加熱。

3.1均采用導熱油爐加熱

預處理、精餾單元用熱全部由導熱油爐提供時，6萬t/a苯酐裝置需配備1.26×104MJ/h導熱油爐。導熱油溫度控制在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。鍋爐作為明火設施，根據防火規范要求，需遠離主裝置30 m以上。該方法的優點是熱源操作壓力低、工藝簡單，但加熱鍋爐需另設空間建設，未能充分利用苯酐裝置副產蒸汽，在環保、節能等方面存在不足。

3.2均采用裝置副產高壓蒸汽加熱

江陰苯酐廠等企業的預處理釜和精制系統的加熱均采用裝置副產的高壓蒸汽。精餾塔釜操作溫度為215～225℃，預處理釜物料溫度控制在260～265℃之間。通過計算，6萬t/a苯酐精制預處理耗汽量與精餾單元耗汽量的比約為1∶7，即預處理單元消耗蒸汽1 t/h，精餾單元中的輕塔、產品塔、蒸渣設備消耗蒸汽7 t/h左右。為滿足處理溫度工藝要求，需將氧化單元產汽壓力提至6.0 MPa。相應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。預處理釜加熱采用6.0 MPa蒸汽，由于壓力較高，預處理釜夾套采用螺旋半圓管型式，夾套半圓管內通6.0 MPa高壓蒸汽。該方法很好地利用了裝置副產蒸汽，但由于蒸汽溫度和壓力都很高，對設備焊縫質量的要求極為嚴格。

3.3預處理采用導熱油加熱，精餾系統采用裝置副產高壓蒸汽加熱

3.3.1預處理導熱油采用電加熱，精餾系統采用裝置副產高壓蒸汽加熱

目前，引進裝置及近幾年建設的大型國產苯酐裝置大多采用該加熱方式。精制系統采用裝置副產6.0 MPa高壓蒸汽，用于輕組分塔、產品塔塔釜再沸器物料的加熱，以及預處理粗酐加熱器和蒸渣釜物料的加熱。預處理物料加熱采用導熱油電加熱器（功率為45 kW），功率為450 kW，導熱油出口溫度控制在275～280℃之間，導熱油泵循環量為220 m3/h，揚程為45 m。該方式的優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預處理導熱油和精餾系統均采用裝置副產高壓蒸汽加熱

通過研究上述幾種加熱方式的優劣，山東宏信化工股份有限公司在建設6萬t/a苯酐裝置時，對加熱方式進行了技術改造。該苯酐裝置精制預處理導熱油和精餾系統均采用裝置副產高壓蒸汽加熱。該裝置是目前國內單套反應器生產能力最大的國產化裝置，采用以鄰二甲苯為原料的固定床氣相催化技術。裝置副產的335℃過熱蒸汽先經過導熱油加熱器，利用其顯熱將導熱油從265℃加熱到275℃，然后再經減溫器減溫至微過熱，直接供精制系統使用。由計算和實際使用情況來看，加熱導熱油后的過熱蒸汽能夠滿足精制所消耗的高壓蒸汽量，從而使該蒸汽系統保持穩定。采用該加熱方式，裝置所產高壓蒸汽可由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，噸產品電耗降低了485 kW·h，年節約費用250.6萬元，而且，設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年的運行分析結果表明，該裝置運行良好，產品質量穩定。

4　結論

合理利用苯酐裝置副產蒸汽是苯酐行業節能、降耗的有效途徑。經過技術優化改造，苯酐裝置副產過熱蒸汽可用于精制預處理單元導熱油的加熱。該工藝方案在實際運行中經濟可行、技術可靠，蒸汽利用合理，在同行業中具有較好的推廣價值。

[1]喬樹彪,王林.苯酐生產工藝及氧化反應系統熱量衡算[J].安徽化工,2004(3)：20-21.

[2]路麗.苯酐生產中催化劑的使用[J].化學工程師,2014 (2)：46-47,50.

[3]李玉榮.苯酐反應器出口氣體混合物的特性[J].齊魯石油化工,2000,28(3)：197-201.

[4]王利君.苯酐裝置切換冷凝器的順序控制[J].石油化工自動化,2004(4)：9-12.

[5]曹軍.苯酐裝置切換冷凝器改造的幾點建議[J].化工中間體,2009(9)：49-50.

[6]康振東,褚昭昂.淺談苯酐生產的影響因素及對策[J].燃料與化工,2010,41(3)：44-45.

[7]呂林英.苯酐生產中副產蒸汽的合理利用[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 本科高級工程師現主要從事化工生產工作

2015年7月