己內(nèi)酰胺氨肟化裝置的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計

金小梅

（浙江工程設(shè)計有限公司，浙江 杭州 310001）

己內(nèi)酰胺是一種重要的有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)尼龍6工程塑料和尼龍6纖維，廣泛應(yīng)用于紡絲、輪胎、食品包裝等行業(yè)，用途十分廣泛。目前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速放緩，己內(nèi)酰胺下游生產(chǎn)需求提升或?qū)⒂邢蓿医鼛啄陣鴥?nèi)己內(nèi)酰胺產(chǎn)能快速擴(kuò)張，產(chǎn)能出現(xiàn)過剩狀況，己內(nèi)酰胺工廠基本處在盈虧邊緣或處于虧損狀態(tài)，目前少數(shù)幾家己內(nèi)酰胺企業(yè)還能盈利的原因，主要還是得益于企業(yè)的綜合配套齊全、生產(chǎn)管理水平高等諸多因素，若要降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，優(yōu)化工藝降低能耗是根本。本文從節(jié)能降耗角度對氨肟化裝置的工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1 己內(nèi)酰胺氨肟化裝置工藝技術(shù)簡述

己內(nèi)酰胺生產(chǎn)方法采用的是氨肟化法 （即HAO法），以雙氧水、液氨、環(huán)己酮為原料，在溫度為85℃，壓力為0.4 MPa，及催化劑作用下，雙氧水與氨反應(yīng)合成羥胺，羥胺再與環(huán)己酮進(jìn)行肟化反應(yīng)，生成環(huán)己酮肟，經(jīng)催化劑分離、溶劑萃取和環(huán)己酮肟的蒸餾得到產(chǎn)品環(huán)己酮肟。

生產(chǎn)過程中，氨肟化反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物被送至叔丁醇回收塔進(jìn)行分離，塔頂回收叔丁醇，塔釜含環(huán)己酮肟約40%肟水溶液送后續(xù)萃取系統(tǒng)進(jìn)行萃取。在通常情況下，叔丁醇回收塔塔頂叔丁醇?xì)庀辔锪辖?jīng)冷凝器利用冷媒循環(huán)水對其進(jìn)行冷卻冷凝，冷凝下來的液相叔丁醇進(jìn)入循環(huán)叔丁醇罐再進(jìn)行循環(huán)使用，叔丁醇回收塔為常壓操作。

氨肟化裝置水萃取塔塔底廢水主要由水、有機(jī)物重組份、無機(jī)鹽、有機(jī)鹽等介質(zhì)組成，廢水含CODcr≥600，總鹽量約 14325 mg/L，其中硫酸鹽約135 mg/L，硝酸鹽約4809 mg/L。目前多數(shù)己內(nèi)酰胺生產(chǎn)廠家對氨肟化裝置廢水處理的普遍做法是直接將其送至污水處理站進(jìn)行處理，但由于廢水含鹽量較高，對工業(yè)廢水后續(xù)的生化處理會產(chǎn)生不良影響，通常在高鹽度的有機(jī)廢水生化處理前，需要先進(jìn)行除鹽處理，而除鹽工藝通常采取蒸發(fā)濃縮工藝，這樣就需要消耗大量的蒸汽。

在本次設(shè)計中，我們將叔丁醇回收塔塔頂?shù)臍庀辔锪献鳛閺U水蒸發(fā)濃縮的熱源進(jìn)行設(shè)計。

2 工藝計算

2.1 設(shè)計條件

己內(nèi)酰胺裝置生產(chǎn)規(guī)模為10萬t/a。

（1）叔丁醇回收塔塔頂氣相物料組份、工況

叔丁醇?xì)庀嘟M份：叔丁醇75 wt%，水20 wt%，氨 5wt%；溫度：85 ℃；壓力：120 kPa；

進(jìn)料量：55 t/h。

叔丁醇?xì)庀嘟?jīng)冷凝冷卻后要求溫度達(dá)80℃左右。

（2）待處理的廢水組份、工況

廢水組份：CODcr≥600，總鹽量約 14325 mg/L，其中硫酸鹽約135 mg/L，硝酸鹽約4809 mg/L。計算時將廢水中重組分設(shè)定為2000×10-6，因重組份成分復(fù)雜，在模擬計算時用丁酮肟替代，其余組分為水。

廢水溫度：90℃；廢水處理量：按最大廢水量考慮，處理量設(shè)定為35 t/h、水蒸發(fā)量按32 t/h考慮。

廢水蒸發(fā)濃縮的主要任務(wù)是將廢水中的鹽份去除，除鹽過程中會附帶將部分高沸點的有機(jī)重組份一并去除。

（3）蒸發(fā)器及冷凝器熱側(cè)按2 kPa的壓降選取。

2.2 計算過程及結(jié)果

（1）計算模擬流程

見圖1。

圖1 廢水蒸發(fā)濃縮模擬流程

（2）物料平衡

廢水經(jīng)蒸發(fā)濃縮后廢水濃液量為3.233 t/h，重組份濃度為0.74%。該部分廢水被直接送至己內(nèi)酰胺焚燒裝置焚燒。蒸出的廢水流量為31.767 t/h，送至廢水處理站進(jìn)行處理。

（3）設(shè)備參數(shù)

表1 廢水蒸發(fā)濃縮物料平衡表

表2 設(shè)備熱負(fù)荷及換熱面積參數(shù)表

3 運(yùn)行情況和經(jīng)濟(jì)效益評估

目前該氨肟化裝置已于2016年1月投入試生產(chǎn)，3月份達(dá)滿負(fù)荷，運(yùn)行狀況良好。

熱負(fù)荷數(shù)據(jù)表中，一效蒸發(fā)器和二效蒸發(fā)器的換熱量即為工藝優(yōu)化后被利用的熱量，利用熱量共16.851 Mkcal/h，與未優(yōu)化時進(jìn)行比較，既節(jié)省了廢水濃縮所需的蒸汽量，又節(jié)省了叔丁醇冷凝器所需的循環(huán)冷卻水量，故共節(jié)省能源33.702 Mkcal/h折141 GJ/h。低壓蒸汽每噸熱值為2.9601 GJ，換算成低壓蒸汽，則相當(dāng)于節(jié)省低壓蒸汽47.6 t/h，以每噸蒸汽150元、全年生產(chǎn)時間8000 h計，工藝優(yōu)化后10萬t/a己內(nèi)酰胺裝置每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益5712萬元。

4 結(jié)語

化工行業(yè)屬于高能耗行業(yè)，節(jié)能減排是各個化工企業(yè)管理的重中之重，作為設(shè)計也負(fù)有義不容辭的責(zé)任。本文闡述的己內(nèi)酰胺氨肟化裝置的工藝優(yōu)化設(shè)計，一定程度上降低了裝置的能耗，節(jié)省了能源，同時也降低了己內(nèi)酰胺生產(chǎn)成本，有利于提高企業(yè)的市場競爭力。該優(yōu)化工藝既可以應(yīng)用在己內(nèi)酰胺新建裝置的設(shè)計中，也可以在已建成的己內(nèi)酰胺裝置上進(jìn)行改造，在己內(nèi)酰胺行業(yè)具有很好的推廣應(yīng)用價值。