李迎春 ， 寧永亮 , 祝 捷

(1.平頂山市神馬萬(wàn)里化工股份有限公司 ， 河南 平頂山 467000 ； 2.河南省化工研究所有限責(zé)任公司 ， 河南 鄭州 450052)

平頂山市神馬萬(wàn)里化工股份有限公司環(huán)己醇裝置是20世紀(jì)90年代引進(jìn)的日本旭化成的技術(shù)，采用的工藝技術(shù)是苯部分加氫制備環(huán)己烯，再經(jīng)環(huán)己烯水合生產(chǎn)環(huán)己醇，主要生產(chǎn)過(guò)程包括：苯加氫反應(yīng)、環(huán)己烯水合反應(yīng)、環(huán)己醇精餾等工序。在環(huán)己醇生產(chǎn)工藝中，精餾系統(tǒng)是產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵工序和能量消耗最大的工序，對(duì)環(huán)己醇生產(chǎn)成本影響很大。因此，對(duì)環(huán)己醇精餾系統(tǒng)實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造，是實(shí)現(xiàn)整套環(huán)己醇生產(chǎn)裝置降低能耗的重要措施。

原環(huán)己醇精餾系統(tǒng)塔底再沸器配置為3臺(tái)，其中一臺(tái)熱源為精餾塔塔頂采出相，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮提高熱焓值的精環(huán)己醇蒸氣，另兩臺(tái)以中壓蒸汽為熱源，再沸器均為立式列管再沸器。隨著萬(wàn)里公司環(huán)己醇裝置產(chǎn)能的提升，環(huán)己醇精餾塔的塔底再沸器的蒸發(fā)量加大，中壓蒸汽的消耗量增加，生產(chǎn)成本逐年升高。隨著國(guó)家用能政策的逐步嚴(yán)格、規(guī)范，推動(dòng)了企業(yè)節(jié)能降耗措施的落實(shí)。采用橫管降膜再沸器對(duì)環(huán)己醇精餾裝置進(jìn)行改造，大幅減少中壓蒸汽用量，降低生產(chǎn)能耗和成本，對(duì)增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力意義重大。

1 環(huán)己醇精餾工藝簡(jiǎn)介

經(jīng)環(huán)己烯水合制備的粗環(huán)己醇，需在精餾系統(tǒng)精制才能得到環(huán)己醇產(chǎn)品，精餾在57.328～62.661 kPa負(fù)壓條件下進(jìn)行，這樣可以降低物料的沸點(diǎn)和加熱的溫度，節(jié)省熱能的消耗。環(huán)己醇精餾過(guò)程是將粗環(huán)己醇汽化除雜后，以蒸氣狀態(tài)進(jìn)入精餾塔，精餾塔頂?shù)牟沙鱿嘁徊糠诌M(jìn)入氣體壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，使氣體溫度由65 ℃升高至98 ℃，壓力由57 kPa升高至158 kPa。作為精餾塔其中一臺(tái)再沸器的熱源，另外兩臺(tái)再沸器熱源為蒸汽；大部分塔頂采出相通過(guò)塔頂冷凝器冷凝后進(jìn)入精餾塔回流槽，隨著塔內(nèi)回流凝結(jié)的液體進(jìn)入再沸器，經(jīng)再次汽化后進(jìn)入精餾塔完成精餾分離。精餾塔用再沸器采用的是豎管式降膜蒸發(fā)，所用熱源為中壓蒸汽。蒸汽自上而下進(jìn)入再沸器管程，加熱換熱管簇后變?yōu)楦邷乩淠懦?，精餾塔回流液沿再沸器換熱管簇外壁自上而下降膜蒸發(fā)。由于重力作用使得液膜在管壁停留時(shí)間較短，阻礙了再沸器內(nèi)部環(huán)己醇的傳熱過(guò)程，使物料汽化率降低，對(duì)環(huán)己醇精餾塔的精餾效果造成影響。另外，在環(huán)己醇精餾工藝中，精餾塔塔頂采出的蒸氣，需用大量冷卻水經(jīng)換熱器冷凝變?yōu)橐后w；此時(shí)的塔頂采出的蒸氣熱焓值很高，經(jīng)冷卻水換熱后這部分熱能也白白損失掉了。將精餾塔塔頂采出的蒸氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后提高熱焓值，用作再沸器的熱源，也減少了中壓蒸汽的消耗量。

2 技術(shù)原理

橫管降膜再沸依據(jù)的是物料分子由液相向氣相發(fā)生相轉(zhuǎn)移的傳熱傳質(zhì)原理，其熱傳遞過(guò)程為傳導(dǎo)換熱和對(duì)流換熱，質(zhì)傳遞主要為分子擴(kuò)散和對(duì)流擴(kuò)散?；亓饕何锪贤ㄟ^(guò)布液器均勻地噴淋在橫管外壁面，形成液膜沿圓周做降膜流動(dòng)。管內(nèi)的蒸汽熱源通過(guò)管壁與物料液膜進(jìn)行熱交換，液膜溫度不斷升高，達(dá)到一定溫度時(shí)料液分子的蒸氣首先進(jìn)入緊貼液膜表面的邊界層。當(dāng)該邊界層料液分子蒸氣層的分壓力大于周?chē)恼魵夥謮簳r(shí)，邊界層的物料分子蒸氣就會(huì)向周?chē)臻g擴(kuò)散，而液膜中的物料分子也不斷地脫離液膜表面進(jìn)入邊界層。隨著與液膜接觸的換熱管壁面溫度的持續(xù)升高，傳遞給液膜的熱流密度不斷增加，膜層的物料分子不斷脫離液膜表面變成分子蒸氣，蒸發(fā)過(guò)程便不斷進(jìn)行。由于豎管降膜再沸器的傳熱管簇是直立設(shè)置，傳熱管只有一端是相變換熱區(qū)，另一端沒(méi)有相變；而橫管降膜再沸器傳熱管簇是水平設(shè)置，傳熱管兩端均為相變換熱區(qū)。物料形成的液膜在水平蒸發(fā)管的外壁面做圓周降膜流動(dòng)，所以橫管降膜再沸器的傳熱系數(shù)大于豎管降膜再沸器，且橫管降膜再沸器換熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，可以有效減少生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的分布空間。

3 技改方案

環(huán)己醇精餾塔橫管降膜再沸器設(shè)置的管程和殼程換熱管均為橫向水平排列， 再沸器一端設(shè)置有精餾塔回流液進(jìn)料口，另一端設(shè)置有再沸器汽化出料口，底部設(shè)置有氣液分離器。蒸汽管道的中壓蒸汽和壓縮機(jī)的塔頂采出蒸氣分別與3臺(tái)相同的橫管降膜再沸器在進(jìn)口(1)與橫向均勻分布的再沸器(2)相連；經(jīng)換熱后的中壓蒸汽和壓縮機(jī)的塔頂采出蒸氣管程出口(3)與外部高溫冷凝水回收裝置和塔頂采出液收集裝置相連；精餾塔回流液體與再沸器殼程進(jìn)料口(4)相連；再沸后的料液蒸氣出口(5)與精餾塔進(jìn)料口相連；再沸器底部未汽化的料液經(jīng)氣液分離器(6)與蒸餾釜進(jìn)料口相連，直接回到蒸餾釜繼續(xù)進(jìn)行精餾。橫管降膜再沸器材質(zhì)均為304型不銹鋼，再沸器直徑800 mm，長(zhǎng)度1 200 mm，換熱管直徑20 mm，管間距10 mm均布，進(jìn)出口管徑80 mm。橫管降膜再沸器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.熱源進(jìn)口 2.再沸器 3.熱源出口 4.殼程進(jìn)料口

4 實(shí)施效果

精餾塔采用傳熱系數(shù)大、換熱所需溫差小的橫管降膜式再沸器。與原豎管式降膜再沸器相比，無(wú)論從裝置布局，還是工藝過(guò)程都有許多優(yōu)勢(shì)，雖然所用熱源均為蒸汽，但豎管降膜再沸器中的蒸汽是自上而下進(jìn)入再沸器管程，加熱換熱管簇后變?yōu)楦邷乩淠蚰Y(jié)料液排出，精餾料液沿再沸器換熱管簇外壁自上而下降膜蒸發(fā)。由于重力作用液膜在管壁停留時(shí)間較短，傳質(zhì)傳熱過(guò)程不充分，使料液的汽化率降低。而在橫管降膜式再沸器中，精餾液沿?fù)Q熱管簇外壁橫向分布，經(jīng)過(guò)層層水平設(shè)置的換熱管緩慢下落，強(qiáng)化了再沸器的傳質(zhì)傳熱過(guò)程，使再沸器蒸發(fā)效率提高了20%。其中兩臺(tái)再沸器可節(jié)約中壓蒸汽0.6 t/h，每年運(yùn)行時(shí)間按8 000 h，中壓蒸汽210元/t計(jì)算，每年操作費(fèi)用節(jié)約100.8萬(wàn)元，有效降低了能耗和生產(chǎn)成本。

5 結(jié)論

根據(jù)環(huán)己醇精餾工藝過(guò)程的特性，綜合考慮運(yùn)行成本、設(shè)備投資、運(yùn)行穩(wěn)定性，選用設(shè)備的先進(jìn)性、可靠性、運(yùn)維簡(jiǎn)便性，以高效節(jié)能，降低生產(chǎn)成本為目的，在確保技改節(jié)能效果的前提下，構(gòu)筑物和設(shè)備盡量減少占地，運(yùn)行費(fèi)用合理，最大限度地發(fā)揮技改工程的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。經(jīng)過(guò)兩年來(lái)對(duì)環(huán)己醇精餾塔橫管降膜再沸器的實(shí)際運(yùn)行工況核查，該技術(shù)改造工程完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，中壓蒸汽用量顯著減少，能源消耗總量和生產(chǎn)成本明顯降低，為同行業(yè)環(huán)己醇生產(chǎn)企業(yè)促進(jìn)節(jié)能降耗的深入開(kāi)展，提供了成功的范例。