氨肟化装置叔丁醇回收系统双效精馏的节能改造

李瑞鹏，张博博

（中石化石家庄炼化分公司，河北 石家庄 005599）

1 装置简介

环己酮肟是己内酰胺生产过程中的中间体，在环己酮氨的肟化装置中，原料环己酮与氨、双氧水直接反应后生成环己酮肟。石家庄炼化公司的氨肟化装置采用中国石油化工科学研究院开发的单釜连续淤浆床合成环己酮肟技术，可实现环己酮直接氨肟化制备环己酮肟[1]。

氨肟化装置包括肟化反应及膜过滤、叔丁醇回收及储存、萃取水洗、甲苯肟分离、甲苯再生及储存、尾气吸收及硅溶胶配制、废水汽提及预处理、催化剂配制及再生系统、叔丁醇再生等工序[2]。工艺流程图见图1。

图1 氨肟化装置流程图Fig. 1 Flow chart of Ammonia oxime device

2 双效精馏流程分析

2.1 双效精馏简介及基本型式

精馏是化学工业中广泛应用的一种分离方法，是通过气相的多次冷凝及液相的多次气化而实现轻重组分分离的过程。精馏过程中存在大量相变，因此需要消耗大量的能量。因此，降低精馏工序的能耗，可以节约能源，降低单位产品的生产成本。

双效精馏通过扩展工艺流程来降低精馏操作的能耗[3]。双效精馏过程将高压精馏塔的冷凝器和低压精馏塔的再沸器合并，节省了低压精馏塔的热源。根据物料和能量的输送方向和位置的不同，双效精馏操作流程可以分为5种：并流型、逆流型、混流Ⅰ型、混流Ⅱ型、分流型[4]。双效精馏的几种流程各有其特点及适用情况，常见流程见图2。

图2 双效精馏流程示意图Fig. 2 Flow diagram of double effect distillation

2.2 叔丁醇回收系统流程概述

作为一种高效的分离方法，精馏具有能耗高、单位产品成本高的特点，因此委托河北都邦石化工程设计有限公司对氨肟化装置系统进行了双效节能改造。改造前后的叔丁醇流程见图3。改造前，叔丁醇回收系统由叔丁醇精馏塔和相应的冷凝回收设备组成，叔丁醇精馏塔的再沸器以低压蒸汽为热源，塔顶的气相冷凝后回收叔丁醇氨水混合物，塔底的肟水混合物由塔底泵送至后序工序进行处理。

图3 改造前后叔丁醇的双效精馏流程Fig. 3 The flow process before and after upgrade

改造后，原叔丁醇塔作为第二叔丁醇塔，新增一塔作为第一叔丁醇塔。反应液先进入第一叔丁醇塔，负压操作，目的是在较低的操作温度下，从塔顶分离出氨及部分叔丁醇等关键轻组分。第一叔丁醇塔的塔底馏分经塔底再沸器加热后送至第二叔丁醇塔。第一叔丁醇塔的热源为第二叔丁醇塔的塔顶气体。第二叔丁醇塔的热源为低压蒸汽，塔顶气体主要为叔丁醇水溶液，目的是回收物料中剩余的叔丁醇。塔顶的气相作为第一叔丁醇塔再沸器的加热介质，换热后进入第二叔丁醇塔的冷凝设备，塔底含环己酮肟的混合物送至后序系统进行处理。第一叔丁醇塔的热源为第二叔丁醇塔的塔顶气体。

2.3 叔丁醇系统的双效精馏分析

改造后的叔丁醇系统采用双效精馏中的逆流流程。反应液首先进入第一叔丁醇塔，减压操作会增大反应体系的相对挥发度，有利于轻组分与混合液体系的分离。一般情况下，第一叔丁醇塔顶部可以得到反应液中的全部氨及部分叔丁醇水溶液。氨作为第一叔丁醇塔的关键轻组分，得到了有效的分离。第二叔丁醇塔为常压操作，避免了加压操作时相对挥发度减小、最小回流比增大、分离效果不理想的情况。此外，由于130℃以上环己酮肟易分解，因此常压操作时，第二叔丁醇塔的温度应控制小于110℃，以避免环己酮肟的分解。

综上所述，叔丁醇回收系统的双效精馏节能改造，在保证物料体系分离效果的基础上实现了节能增效。

3 节能改造前后的能耗对比分析

3.1 叔丁醇回收改造前后转动设备的电能消耗

叔丁醇的双效节能改造，增加了系统的容器及设备数量。改造前，叔丁醇回收系统的转动设备有叔丁醇进料泵、塔底泵、塔顶空冷和叔丁醇回流泵。改造后，系统内的转动设备有第一叔丁醇塔进料泵、第一叔丁醇塔塔底泵、第一叔丁醇塔塔顶回流泵、第二叔丁醇塔回流泵、叔丁醇循环泵、第二叔丁醇塔塔底泵、塔顶空冷机、罗茨风机。节能改造前后，叔丁醇回收系统的转动设备的电耗情况分别见表1和表2。

表2 改造后转动设备电耗Table 2 Energy consumption of equipment after upgrade

3.2 改造前后低压蒸汽的消耗对比

氨肟化装置的叔丁醇系统节能在改造前后均使用0.6MPa低压蒸汽，温度约170℃。从公司生产执行系统查看固定生产期间内的低压蒸汽的消耗量及环己酮肟的产量，由于氨肟化装置中只有叔丁醇系统消耗低压蒸汽，因此可计算得到单位重量环己酮肟产品消耗的低压蒸汽。计算公式为：

叔丁醇回收系统改造前消耗的低压蒸汽情况见表3。以1个月为1个计算区间，改造前的低压蒸汽消耗取1年内低压蒸汽消耗偏低的区间。由表中6个月的实际生产数据，可得到改造前每生产1t环己酮肟，平均消耗低压蒸汽为2.438t。叔丁醇回收系统进行双效蒸馏改造后，选取2020年其中的6个奇数月份进行低压蒸汽的消耗计算，结果见表4。从表4可知，改造后每生产1t环己酮肟，平均消耗低压蒸汽为0.912t（改造后环己酮肟消耗蒸汽量在不同的计算区间保持相对稳定）。

表3 改造前低压蒸汽消耗情况Table 3 The consumption of medium pressure steam before upgrade

表4 双效精馏节能改造后低压蒸汽消耗情况Table 4 The consumption of medium pressure steam after double effect distillation upgrade

3.3 改造前后能量消耗折合标油对比

叔丁醇蒸馏系统进行双效精馏改造前后，单位环己酮肟产品所消耗的能量折合kg标油后的数据见表5。从表5可知，叔丁醇蒸馏系统进行双效精馏改造前，能耗折合标油消耗量为164.9 kgOE·(t环己酮肟)-1，改造后，能耗折合标油消耗量为67.1 kgOE·(t环己酮肟)-1。双效精馏改造后，每生产1t环己酮肟，可节约97.8kg标油。

表5 双效精馏节能改造后折合标油消耗情况Table 5 The consumption of standard oil before and after upgrade

4 结论

采用双效精馏节能技术对氨肟化装置的叔丁醇回收系统进行节能改造，以提高热源的利用效率，优化产品的精馏分离效果。此次双效精馏改造后，环己酮肟的生产工序可节约97.8 kgOE·(t环己酮肟)-1。按目前年产100kt环己酮肟计算，每年可节约9.78×106kg标油。本次进行的双效精馏节能改造，在节能降耗的同时大幅降低了生产成本，实现了新的经济效益。