苯甲酸生产能源综合利用__武汉有机实业有限公司

—苯甲酸生产能源综合利用武汉有机实业有限公司2012年5月孙波WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.目录一、公司简介二、苯甲酸生产能源综合利用项目介绍三、展望WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.一、公司简介1、企业概况：●公司始建于1956年，是一家具有五十多年生产历史，集科、工、贸为一体，专业生产经营有机精细化工产品的国家大型二类化工企业,2011年产值8.7亿元。●公司占地11.5万平方米，有11个职能部门、6个生产分厂、1个辅助分厂。现有员工近1000人，其中各类技术人员近400人，有高级职称15人，享受政府特殊津贴3人。●公司建有有机精细化工研发中心、技术中心和检验中心，拥有10多项发明专利，是湖北省高新技术企业，注册的“新康”商标为湖北省著名商标。WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.公司简介2、主要产品：苯甲酸钠系列公司主导产品苯甲酸钠系列年产7万吨，包括苯甲酸（工业级、医药级、料添加剂级）、苯甲酸钠（食品添加剂级、医药级，工业级）、苯甲酸钾、苯甲酸苄酯等多个衍生产品。中国苯甲酸钠行业标准由我公司起草制订。氯化苄系列公司主导产品氯化苄系列年产2万吨，包括氯化苄、苄醇（工业级、医药级、香料级、照相级）。精细化工系列医药中间体、香精香料等精细化工品是公司的主要产品系列之一。WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.公司简介3.质量体系认证1998年1月通过ISO9000质量管理体系认证，2009年6月顺利通过ISO9001:2008转版认证，2012年4月通过复审。2007年11月苯甲酸、苯甲酸钠通过ISO22000：2005食品安全管理体系认证。2012年3月通过了FSSC认证，是湖北省首批通过该认证的非外资企业。WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.公司简介4.节能减排公司一贯重视节能减排工作，将建设“两型”社会作为企业的基本责任。通过精细生产和科技创新在节能减排工作上取得一定成绩，获得了一些荣誉。在取得良好的社会效益的同时，也创造了一定的经济效益。WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.公司简介WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.二、苯甲酸生产能源综合利用项目在催化剂的作用下，利用空气将甲苯氧化成粗苯甲酸，此反应为强放热反应。粗苯甲酸再经过减压精馏提纯得工业苯甲酸，工业苯甲酸经过结晶得到药用苯甲酸。反应方程CH3C6H5+O2C6H5COOH+H2O+683.43KJ/mol苯甲酸生产原理WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.国内苯甲酸生产装置都是间歇生产，存在反应热未能有效利用，精馏过程能耗高，产品能源消耗高等不足。同时药用级及食品级苯甲酸采用水溶法生产，消耗大量自来水及蒸汽，废水处理困难。苯甲酸生产存在的问题为了节约能源，降低生产成本，必须有效的对苯甲酸生产过程中的能源进行综合利用。生产工艺的连续化、装置的规模化又是能源综合利用的基础。我公司从2009年开始进行苯甲酸全连续化生产的探索工作，在此基础上提出苯甲酸生产过程中的能源综合利用的设想。工艺连续化改造总体设想•传统的苯甲酸生产工艺分为三部分：氧化反应（甲苯部分氧化生成苯甲酸）、蒸馏（除去未反应的甲苯）、精馏（先脱除轻组分，然后得到苯甲酸，剩余重组分由苄酯塔处理）。这三部分均为间歇操作，用能和产生的废热均存在波峰、波谷现象，加之设备小且多，废热难以集中利用。•经计算以及初步的试车，原来三步的间歇工艺将会改造为五步的连续工艺：氧化反应（连续反应）、闪蒸（脱除部分甲苯）、脱甲苯、脱低沸、出成品苯甲酸。生产工艺改为连续化后，由于所有设备将处于稳定状态运行，各项参数不随时间发生变化，废热产生将非常稳定，便于收集利用。连续化改造流程放空尾气吸附闪蒸罐回收甲苯槽脱甲苯塔氧化塔分层槽脱轻塔成品塔轻沸槽去真空机组去滚筒去中和成品槽新鲜甲苯A新鲜甲苯B去苄酯塔去处理釜捕A1捕A2捕B1捕B2去真空机组去处理釜捕A1捕A2捕B1捕B2缓冲罐空压罐去甲苯槽WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.根据苯甲酸生产过程的特点，结合本公司的实际情况，我们重点做了以下改造：1、反应过程连续化改造回收反应热2、精馏过程连续化改造制备低压蒸汽3、熔融结晶法取代水溶法生产高品质苯甲酸节能减排技术方案WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.1、综合利用反应热1）原理：间歇生产时，每批物料均需从常温加热到160℃开始反应。反应进行后，由于放热，为了维持温度恒定，需要冷却介质冷却以维持塔温稳定。高温回水部分外排，部分通过凉水塔降温后重复使用。反应的开开停停既消耗大量加热蒸汽，还给反应热的集中利用带来了很大的不便。另一方面，我公司锅炉用软水是常温进入锅炉。因此结合我公司实际，我们确定了利用氧化反应热将软水加热至过热水，经节流器后送至锅炉生产蒸汽的方案，该方法可以有效节约锅炉用煤。改造后的连续反应工艺，可以稳定的提供反应热。2）改造方法——间歇氧化改造为连续氧化•甲苯反应生成苯甲酸的反应是在氧化塔内进行。间歇反应改造为连续反应，是对原有的氧化塔进行部分改造，主要进行以下几个方面的改造工作：•第一，增加连续进料泵取代间歇进料泵。为了避免甲苯的泄漏造成危险，选用磁力泵。泵流量的计算是依据反应的时空产率和氧化塔的总体积并考虑到一定的余量得到的，流量通过控制阀来控制。•第二，增加连续分水装置。甲苯反应生成苯甲酸的同时会生成水，水必须及时的移走，否则会产生“死料”现象。利用水和甲苯互不相容且密度不同的原则，将甲苯和水分层后分离，甲苯回流到塔内继续反应，水则通过控制阀排除，实现水的连续分离。•第三，增加连续出料控制装置。由于氧化塔不断的进料，因而需要连续出料来维持塔内总物料的稳定，通过液位控制阀来实现。WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.2）改造方法——制备高温软水作为锅炉进水反应器软水去锅炉流化床处理后的软水用高压泵送入氧化塔内的换热盘管，通过控制阀控制流量维持氧化塔内的温度，保证反应正常进行。出口处控制出水的压力，防止过热水汽化导致产生水锤，过热水进入锅炉生产蒸汽供应生产使用。3）改造后的效果•a：节约加热蒸汽•根据生产数据，每次向氧化塔内加入12吨甲苯，用蒸汽从常温（以25℃计）加热到160℃。反应后可以得到约6.5吨苯甲酸粗品（含量在92%左右）。根据资料,甲苯在25℃至160℃之间平均比热容为1.926KJ/Kg·K•因而每批物料需要消耗的热量为：Q1=C甲苯m甲苯△T甲苯=1.926×12000×（160-25）=3.12×106KJ•每6.5吨苯甲酸粗品可以得到5.9吨苯甲酸成品，因而得到每吨苯甲酸需要消耗的加热蒸汽热值为：3.12×106KJ/5.9t苯甲酸=5.29×105KJ/吨苯甲酸；•标煤的热值为2.926×107KJ/吨，因而每吨苯甲酸需要消耗的标煤为：5.29×105KJ/2.926×107KJ/吨标煤=0.018吨标煤/吨苯甲酸•每年节约的热量折合标煤为：0.018吨标煤/吨苯甲酸×7万吨苯甲酸=1260吨标煤b：反应热回收•甲苯氧化是强放热反应：C6H5CH3+1.5O2=C6H5COOH+H2O+△H△H=683.43KJ•每生成一吨苯甲酸，放出的热量为：（106/122）×683.43KJ/吨=5.6×106KJ/吨苯甲酸，折合0.19吨标煤/吨苯甲酸•实际上，并不是所有的放热量都可以回收利用。比如进入氧化塔的冷甲苯、空气需要吸收一部分热量，而反应液、尾气则会带走一部分热量。为了维持反应的稳定进行，只有一部分热量（2.114×107KJ/h，占总放热量的37.56%）可以回收利用。•折合标煤为：（2.114×107KJ/h）/2.926×107KJ/吨标煤=0.7225吨标煤/h•每年以8000h计，则回收的反应热折合标煤5780吨废热制备低压蒸汽•根据各公司实际，可以采取不同的废热利用方式制备各种品味的动力：发电、空调制冷和制热、保温、预热等。废热制备低压蒸汽（3公斤）氧化塔换热系统改造流程图设计审核日期管网蒸汽（0.6MPa）汽水分离包来自动力软水来自动力软水分汽缸去新精馏保温备注：1.本改造只涉及到氧化塔换热系统，其它不涉及地方在图中没有标示。2.原有的三组加热和三组冷却盘管都只保留中间一组，其控制系统无需改造。其它共计四组盘管按图示进行改造。3.制备蒸汽去新精馏保温，使得锅炉停汽时仍可维持生产，并节省一套控制回路。4.对新氧化9号氧化塔进行改造，循环水泵放1楼，汽水分离包放3楼。5.图中涉及的所有管道及阀门材质皆为碳钢。汽水分离包来自余热锅炉管网蒸汽（0.6MPa）C-DN100C-DN80C-DN80C-DN100C-DN100C-DN100C-DN25C-DN1006公斤蒸汽热水可以利用溴化锂制冷机制冷，作为空调能源使用。低压蒸汽如果品味太低，可以用高压蒸汽提压后使用。适用领域•强放热反应场合；•反应温度在100℃以上；•反应热的供给稳定；•高温水（低压蒸汽）有需要场合1）原理精馏是化工分离过程中一项非常耗能的分离操作，塔底再沸器需耗费大量的热量以汽化釜液，而塔顶大量气态苯甲酸需要采用冷凝水冷凝下来。精馏时塔顶冷凝器维持较高温度（150℃）即可将苯甲酸全部冷凝下来。因而可以利用软水汽化吸收苯甲酸液化放出的热量，同时副产3-4公斤（表压）的蒸汽，从而回收了再沸器提供的热量。产生的蒸汽作为储槽和管道的保温用气，节省锅炉蒸汽的消耗，降低单位产品的能耗。2、精馏过程节能改造WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.苯甲酸精馏提纯时精馏塔顶大量苯甲酸需要液化，以前一直是用水冷却，高温回水通过凉水塔降温后重复使用。苯甲酸的熔点较高（122℃），在生产中所有含苯甲酸管道均需蒸汽伴热保温，防止管道堵塞影响生产，因此需要大量的保温蒸汽。由于苯甲酸沸点较高，精馏塔塔顶大量的气相苯甲酸冷凝时放出大量热量，可以利用软水汽化吸收苯甲酸液化放出的热量，副产蒸汽保温，降低生产成本。前提是精馏的连续化改造。一期改造完成后的苯甲酸连续精馏流程2）制备低压蒸汽方案精馏塔顶出来的气相苯甲酸（温度在170℃左右）进入塔顶蒸汽发生器（相当于普通精馏塔的塔顶冷凝器）的管程并液化，壳程内装有一定量的软水，壳程内软水的液位通过液位通过控制阀维持在一定高度，确保换热面积的稳定。气相苯甲酸液化过程中放出的大量热使得壳程内的软水汽化产生饱和蒸汽，所产蒸汽送至分气缸，直接输送到工艺系统中作为管道、容器等的保温介质。精馏塔一级冷凝器分气缸蒸汽软水液相苯甲酸气相苯甲酸去系统保温3）节能效果评价•每小时苯甲酸产量：70000t/8000h=8.75t/h•实际生产中精馏塔的操作回流比（R）为0.5，因而生产中精馏塔顶每小时需要冷凝的气相苯甲酸为：8.75×（1+0.5）=13.125t/h•苯甲酸的液化焓为580KJ/Kg，则精馏塔塔顶每小时放出的热量为：13.125×103×580=7.6125×106KJ/h，折合标煤0.2602t/h•则每年利用精馏塔塔顶余热制备蒸汽回收的热量折合标煤为：（0.2602吨标煤/小时）×8000小时=2082吨标煤/年适用领域•连续精馏；•精馏塔塔顶温度在130℃以上；•低压蒸汽有需要的场合WuhanYoujiIndustriesCo.,Ltd.1）熔融结晶法基本原理熔融结晶法生产过程是：将液态苯甲酸在接近其熔点的温度下部分冷却结晶，杂质大部分溶解在未结晶的液相中，固相含量较高，分离固液两相，将固相逐步升温进一步排除杂质提高含量，最后将符合要求的苯甲酸熔化得到产品。熔融结晶法是生产高纯度物质的一种有效办法，由于生产过程中只需提供物质的熔化热，因而能耗很低。同时生产时不需要加入其他溶剂，生产流程更简单，且无环保问题。3、熔融结晶取代水溶法生产高品质苯甲酸双降膜熔融结晶流程简图•公司2010年开始在原有的单降膜熔融结晶装置基础上着力于自主开发目前世界上最先进的双降膜熔融结晶