苯酐装置副产过热蒸汽的优化利用

董长胜　马永东陈云国

1青岛科技大学化工学院（山东青岛　266000）2山东宏信化工股份有限公司（山东淄博　255300）

节能环保

苯酐装置副产过热蒸汽的优化利用

董长胜1,2马永东2陈云国2

1青岛科技大学化工学院（山东青岛266000）2山东宏信化工股份有限公司（山东淄博255300）

苯酐生产过程中产生大量蒸汽，对蒸汽的合理利用成为降低苯酐生产能耗的有效途径。以山东宏信化工股份有限公司6万t/a苯酐生产装置为例，分析了苯酐生产装置的副产蒸汽情况，论述和对比了苯酐精制单元的加热方式。通过优化，利用副产过热蒸汽加热预处理导热油的工艺可提高苯酐装置的经济效益和节能环保水平。

苯酐 过热蒸汽 优化 生产工艺 节能

苯酐是一种重要的基本有机化工原料，被广泛应用于增塑剂、染料、医药等行业，主要用于生产邻苯二甲酸酯类增塑剂，还可作为生产不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、氨基树脂和糖精等的原料。

苯酐的氧化生产过程会释放大量的反应热[1]，为保证反应器中的催化剂在反应过程中不产生飞温现象，这些热量可通过熔盐系统换热，以蒸汽的形式从反应系统中移除[2]。苯酐装置自身副产蒸汽，同时也需要消耗大量蒸汽。合理优化使用苯酐装置副产蒸汽是在节能减排、低碳、绿色环保的生产要求下，苯酐行业需要做好的一项重要工作。

1　苯酐装置工艺介绍

苯酐装置主要分为氧化单元和精制单元。

1.1氧化单元

邻二甲苯经预热器预热至140℃，与加热至190℃的热空气在汽化器中充分雾化混合后，进入装有V-Ti系催化剂的列管式固定床反应器进行氧化放热反应，生成邻苯二甲酸酐气体，同时产生大量的反应热。为保证反应在400～450℃下正常进行，采用熔盐系统将反应热及时从反应器中移除。熔盐在反应器环道内部的循环通过挂在反应器外部的两台轴流泵实现，并利用熔盐调节阀调节进入盐冷的熔盐量来控制进入反应器的盐温（350℃）。脱氧热水与盐冷中的热熔盐换热后进入蒸汽高位汽包，产生高压蒸汽。该过程为苯酐装置的主要产汽单元。离开反应器的反应气体（温度350℃）进入气体冷凝器，通过与脱氧水的换热冷却至165℃后进入苯酐预冷器，控制气体出口温度为135～138℃。在压力10 kPa、温度135℃、邻二甲苯质量浓度90 g/m3的负荷下，将有25%～30%的液体苯酐从反应气体中析出[3]，减轻了切换冷凝器的负担，同时可产生0.18 MPa等级蒸汽，用于加热脱氧水。预冷后的反应气体经切换冷凝器冷凝捕集，气态苯酐凝华在翅片管的翅片上，后经切换熔化成液态苯酐，放入粗酐储槽[4-5]。通过导热油介质控制切换冷凝器尾部出口温度为65～70℃，未捕集的少量苯酐、顺酐等组分随着尾气进入水吸收塔，以回收尾气中的顺酐。控制顺酸水溶液的质量分数为20%，用其来生产富马酸。尾气经四级喷淋吸收达标后高空排放。

1.2精制单元

来自氧化单元的粗酐经加热器加热至245℃后进入三台串联阶梯式预处理釜，经高温处理，使在凝华部分形成的邻苯二甲酸脱水，并使某些副产物转化成在精制单元易分离的物质，以减轻精馏的负担。处理釜温度控制在260～270℃之间，物料停留时间为20 h[6]。预处理后的粗酐利用位差进入轻塔中部，塔顶脱出苯甲酸、顺酐等轻组分，塔底重组分进入产品塔底部，塔顶回流比控制为1∶（1～2），塔顶得到苯酐产品，塔底重组分由塔底连续采出并进入蒸渣釜，通过简单蒸馏进一步回收其中的苯酐。

2　苯酐装置副产蒸汽情况

以山东宏信化工股份有限公司6万t/a苯酐装置为例，在进料邻二甲苯质量浓度为90 g/m3的高负荷工况下运行时，经计算，生产1 t苯酐可产生7 t左右的蒸汽，产汽量约53 t/h。在邻二甲苯质量浓度为90 g/m3工况下的苯酐反应器蒸汽平衡情况见图1。

图1　邻二甲苯质量浓度为90 g/m3工况下的苯酐反应器蒸汽平衡情况

氧化反应器外围均挂有蒸汽过热器，氧化产生的高压饱和蒸汽经熔盐加热至330～340℃，变为过热蒸汽。配有汽拖风机的苯酐装置可利用过热蒸汽驱动蒸汽透平机[7]。

3　苯酐精制单元加热设施配置情况比较

苯酐装置精制单元的预处理和精馏过程需消耗大量热量，这两个过程的加热方式有以下3种：一是均采用导热油炉加热；二是均采用装置副产高压蒸汽加热；三是预处理采用导热油加热，精馏系统采用装置副产高压蒸汽加热。

3.1均采用导热油炉加热

预处理、精馏单元用热全部由导热油炉提供时，6万t/a苯酐装置需配备1.26×104MJ/h导热油炉。导热油温度控制在280～290℃之间，锅炉采用天然气、重油或者煤炭作为燃料。随着环保要求的提升，10 t以下燃煤锅炉目前已逐步被淘汰。锅炉作为明火设施，根据防火规范要求，需远离主装置30 m以上。该方法的优点是热源操作压力低、工艺简单，但加热锅炉需另设空间建设，未能充分利用苯酐装置副产蒸汽，在环保、节能等方面存在不足。

3.2均采用装置副产高压蒸汽加热

江阴苯酐厂等企业的预处理釜和精制系统的加热均采用装置副产的高压蒸汽。精馏塔釜操作温度为215～225℃，预处理釜物料温度控制在260～265℃之间。通过计算，6万t/a苯酐精制预处理耗汽量与精馏单元耗汽量的比约为1∶7，即预处理单元消耗蒸汽1 t/h，精馏单元中的轻塔、产品塔、蒸渣设备消耗蒸汽7 t/h左右。为满足处理温度工艺要求，需将氧化单元产汽压力提至6.0 MPa。相应氧化注水多级泵选型须满足泵出口压力为7.5 MPa，多级泵电机配套功率220 kW。预处理釜加热采用6.0 MPa蒸汽，由于压力较高，预处理釜夹套采用螺旋半圆管型式，夹套半圆管内通6.0 MPa高压蒸汽。该方法很好地利用了装置副产蒸汽，但由于蒸汽温度和压力都很高，对设备焊缝质量的要求极为严格。

3.3预处理采用导热油加热，精馏系统采用装置副产高压蒸汽加热

3.3.1预处理导热油采用电加热，精馏系统采用装置副产高压蒸汽加热

目前，引进装置及近几年建设的大型国产苯酐装置大多采用该加热方式。精制系统采用装置副产6.0 MPa高压蒸汽，用于轻组分塔、产品塔塔釜再沸器物料的加热，以及预处理粗酐加热器和蒸渣釜物料的加热。预处理物料加热采用导热油电加热器（功率为45 kW），功率为450 kW，导热油出口温度控制在275～280℃之间，导热油泵循环量为220 m3/h，扬程为45 m。该方式的优点是降低了处理釜螺旋半圆管操作工况要求，取消了明火导热油炉，但是同时增加了电耗，仅此一项每吨苯酐电耗增加66 kW·h。

3.3.2预处理导热油和精馏系统均采用装置副产高压蒸汽加热

通过研究上述几种加热方式的优劣，山东宏信化工股份有限公司在建设6万t/a苯酐装置时，对加热方式进行了技术改造。该苯酐装置精制预处理导热油和精馏系统均采用装置副产高压蒸汽加热。该装置是目前国内单套反应器生产能力最大的国产化装置，采用以邻二甲苯为原料的固定床气相催化技术。装置副产的335℃过热蒸汽先经过导热油加热器，利用其显热将导热油从265℃加热到275℃，然后再经减温器减温至微过热，直接供精制系统使用。由计算和实际使用情况来看，加热导热油后的过热蒸汽能够满足精制所消耗的高压蒸汽量，从而使该蒸汽系统保持稳定。采用该加热方式，装置所产高压蒸汽可由6.0 MPa降至4.5 MPa，氧化注水多级泵出口扬程由750 m降至600 m，注水多级泵电机功率由220 kW降至185 kW。精制加热采用该方式后，与同等装置相比，吨产品电耗降低了485 kW·h，年节约费用250.6万元，而且，设备操作工况条件也得到明显改善。除满足装置自身的需要外，产生的蒸汽还可输送至装置外（2～3吨蒸汽/吨苯酐）。3年的运行分析结果表明，该装置运行良好，产品质量稳定。

4　结论

合理利用苯酐装置副产蒸汽是苯酐行业节能、降耗的有效途径。经过技术优化改造，苯酐装置副产过热蒸汽可用于精制预处理单元导热油的加热。该工艺方案在实际运行中经济可行、技术可靠，蒸汽利用合理，在同行业中具有较好的推广价值。

[1]乔树彪,王林.苯酐生产工艺及氧化反应系统热量衡算[J].安徽化工,2004(3)：20-21.

[2]路丽.苯酐生产中催化剂的使用[J].化学工程师,2014 (2)：46-47,50.

[3]李玉荣.苯酐反应器出口气体混合物的特性[J].齐鲁石油化工,2000,28(3)：197-201.

[4]王利君.苯酐装置切换冷凝器的顺序控制[J].石油化工自动化,2004(4)：9-12.

[5]曹军.苯酐装置切换冷凝器改造的几点建议[J].化工中间体,2009(9)：49-50.

[6]康振东,褚昭昂.浅谈苯酐生产的影响因素及对策[J].燃料与化工,2010,41(3)：44-45.

[7]吕林英.苯酐生产中副产蒸汽的合理利用[J].辽宁化工, 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

董长胜 男 1966年生 本科高级工程师现主要从事化工生产工作

2015年7月