某固定床反應(yīng)器反應(yīng)熱綜合利用改造

余曉霞，吳 剛

（寧波巨化化工科技有限公司，浙江 寧波 315203）

某固定床反應(yīng)器反應(yīng)熱綜合利用改造

余曉霞，吳 剛

（寧波巨化化工科技有限公司，浙江 寧波 315203）

介紹了一種固定床反應(yīng)器反應(yīng)熱替代部分裝置生產(chǎn)用熱并副產(chǎn)低壓蒸汽的方法，實現(xiàn)了公司內(nèi)部能源綜合利用，降低了單位產(chǎn)品能耗，減少碳排放量。

氫氯化；反應(yīng)熱；氣化器

寧波巨化化工科技有限公司CM裝置2006年建成投產(chǎn)，經(jīng)過技改擴能，產(chǎn)能達(dá)到230 kt/a。通過能源梯度分析，計劃對CM裝置700單元反應(yīng)熱進行梯級綜合利用，該反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器，采用催化氫氯化反應(yīng)工藝，氣相氯化氫與甲醇通過催化反應(yīng)生成氯甲烷，為放熱反應(yīng)，反應(yīng)式如下：

HCl+CH3OH→催化劑CH3Cl+H2O+30.31 kJ/mol

反應(yīng)溫度T=240～300℃，壓力P≤250 kPa，合成1 t氯甲烷可得反應(yīng)熱為14.34×104kcal左右，綜合利用反應(yīng)熱可有效降低CM裝置生產(chǎn)能耗水平。

1 流程介紹

1.1 改造前流程

改造前，700單元反應(yīng)熱一股通過導(dǎo)熱油循環(huán)移出；另一股通過反應(yīng)生成物料直接與循環(huán)水換熱移出，反應(yīng)熱未得到充分利用。改造前流程圖見圖1。

1.2 改造后流程

該公司共有2套700單元，由于反應(yīng)熱通過導(dǎo)熱油和反應(yīng)生成物2路移出，結(jié)合裝置工藝流程及生產(chǎn)實際，采取對2股熱量實施相對獨立的改造，在實現(xiàn)能源梯級利用的同時，嚴(yán)格控制改造工藝風(fēng)險。

圖1 改造前流程圖

（1）1-700單元改造方法。一是在原有熱媒循環(huán)水冷卻器前增加低壓蒸汽發(fā)生器，利用熱媒移出熱量汽化蒸汽凝水副產(chǎn)蒸汽，然后再用循環(huán)水冷卻熱媒至工藝控制溫度。二是將原有的甲醇汽化器進行改造，用反應(yīng)生成物料作為熱源替代原蒸汽熱源，實現(xiàn)甲醇汽化，提高能源梯級利用，見圖2。

（2）2-700單元改造方法。一是采用1-700單元同樣方法利用導(dǎo)熱油移出部分熱量；二是將原600單元甲醇回收塔熱動力由蒸汽改為反應(yīng)生成物移出熱量，實現(xiàn)700單元反應(yīng)過剩甲醇回收，提料原料利用率，見圖3。

圖2 1-700單元改造后流程

圖3 2-700單元改造后流程

2 理論計算

按照700單元反應(yīng)器氣相出料溫度230℃，利用ASPEN plus軟件對改造前后的能量平衡進行測算，為改造立項提供理論依據(jù)，并以此開展改造項目可行性論證，同時為改造后的收益測算提供依據(jù)。

2.1 甲醇汽化熱平衡計算

汽化1 t甲醇所需熱負(fù)荷為30.6×104kcal，熱值折算成低壓蒸汽為0.6 t/h，即汽化1 t甲醇需低壓蒸汽量為0.6 t/h。汽化甲醇所需熱量為甲醇20℃升溫至100℃汽化顯熱（Q=CM△T）及甲醇在0.26 MPa（飽和溫度100℃）100℃時汽化潛熱（Q=mr）之和。

1-700單元反應(yīng)器100%負(fù)荷反應(yīng)生成物料，從230℃降至105℃的熱負(fù)荷為87.9×104kcal，熱值折算成低壓蒸汽為1.7 t/h，理論上可汽化甲醇為2.8 t/h（忽略反應(yīng)器出料熱損），1-700單元反應(yīng)器100%負(fù)荷甲醇進料量為2.275 t/h，考慮反應(yīng)器出料熱損及換熱效率，1-700單元反應(yīng)器反應(yīng)生成物移出熱量可完全滿足同等負(fù)荷下甲醇進料汽化所需熱量。

2.2 甲醇回收熱量平衡計算

2-700單元反應(yīng)器100%負(fù)荷反應(yīng)生成物料，從230℃降至110℃的熱負(fù)荷為78.1×104kcal/h，折低壓蒸汽約為1.52 t/h。

2-700單元反應(yīng)器100%負(fù)荷反應(yīng)生成物料從230℃降至110℃的熱負(fù)荷，經(jīng)過甲醇回收塔汽提后，參照塔器設(shè)計相關(guān)公式計算，可將5.62 t/h的20%（wt）鹽酸中甲醇含量由2.8%（wt）降至0.2%（wt）。

2.3 副產(chǎn)蒸汽熱量平衡計算

700單元反應(yīng)器100%負(fù)荷導(dǎo)熱油出料溫度240℃降至235℃的熱負(fù)荷，經(jīng)過與95℃蒸汽冷凝水換熱，每小時可產(chǎn)生350 kg（70 kPa）的低壓蒸汽供后系統(tǒng)使用。熱媒從240℃降至235℃放出的熱量為Q=CM△T計算所得，正好為冷凝水的顯熱Q= CM△T與冷凝水潛熱Q=mr之和。

3 改造效果評估

此次通過對反應(yīng)熱綜合利用改造，滿足了工藝操作要求，降低了裝置生產(chǎn)蒸汽用量，有效回收了未完全反應(yīng)的原料甲醇，實現(xiàn)了能源的綜合梯級利用，具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 節(jié)能減排

利用反應(yīng)產(chǎn)物熱負(fù)荷替代原料甲醇汽化所需熱負(fù)荷，實現(xiàn)了原料甲醇汽化蒸汽全替代。利用導(dǎo)熱油加熱蒸汽冷凝水副產(chǎn)蒸汽，不僅有效實現(xiàn)了蒸汽凝水的資源化利用，還可實現(xiàn)副產(chǎn)蒸汽替代原有低品位能源，減少碳排放量。

3.2 降耗減污

通過反應(yīng)產(chǎn)物熱負(fù)荷汽提含醇鹽酸，吸收未完全反應(yīng)的氯化氫，回收未反應(yīng)完全的甲醇，不僅提高了原料利用率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時有效解決了含醇酸帶來的環(huán)保問題。

3.3 冷熱互補

反應(yīng)熱的綜合利用，在提高能源利用率的同時，還使得原有移出熱量所需的循環(huán)水量大大減少，有效降低了涼水塔風(fēng)機負(fù)荷和循環(huán)水溫度，循環(huán)水溫的降低又有效提高了冷凍機組的制冷效率，從而實現(xiàn)冷熱負(fù)荷互補的良性循環(huán)。

此次改造為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益（按700單元100%負(fù)荷，年運行8 000 h測算），見表1。

表1 改造經(jīng)濟性測算

4 小結(jié)

在不改變原有主工藝流程的條件下，采用工藝流程的優(yōu)化組合，對反應(yīng)進料系統(tǒng)、熱媒冷卻系統(tǒng)、甲醇回收系統(tǒng)進行改造，達(dá)到了節(jié)能降耗、降本增效的目標(biāo)，優(yōu)化了公用工程運行環(huán)境。改造后的裝置提升了本質(zhì)環(huán)保水平和產(chǎn)品核心競爭力，同時為其他類似單元改造提供了很好的借鑒。

Comprehensive utilization reform ofreaction heatin fixed bed reactor

YU Xiao-xia，WU Gang

（Ningbo Juhua Chemicaland Science Co.,Ltd.,Ningbo 315203，China）

This paper introduces a method offixed bed reactor heatinstead ofpartofthe device produced by heat and steam production，realize the comprehensive utilization of internal energy，reduce energy consumption，reduce carbon emissions.

hydrochlorinate；reaction heat；evaporator

TK11+5

B

1009－1785(2017)08-0040-02

2017-05-26