CN103055775B - 用于富马酸生产过程中化学能的热功联产综合利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于富马酸生产过程中化学能的热功联产综合利用方法，苯氧化法生产富马酸中释放的大量热能，通过熔盐强制循环，以循环冷凝水为媒介吸收熔盐放出的热量生成饱和蒸气进入蒸汽汽包形成1.5Mpa的饱和蒸汽；1.5Mpa的饱和蒸汽通过管道通入蒸汽汽轮机，蒸汽膨胀做功，带动汽轮机转动，汽轮机主轴连接大功率风机，辅助电机带动风机以节约电能；经过汽轮机的蒸汽压力降低为0.5Mpa，将其通过管道直接输送至生产车间，用于生产过程中的热能供应，蒸汽释放热能后冷凝成水，在整个系统中可循环利用。本发明实现了有机酸-氨基酸生产过程中化学能资源的充分有效使用；对节约企业生产成本，提高产品市场竞争力，促进企业持续稳定健康发展具有重要理论和现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及富马酸生产过程中化学能资源的综合利用。
背景技术
富马酸又名反丁烯二酸、延胡索酸，英文名fumaric acid，trans-Butene dioic acid，广泛用于食品、医药、化工、涂料、树脂、增塑剂等领域。
目前富马酸生产中最常用的生产方法为苯氧化法生产顺酐，水吸收顺酐生成顺丁烯二酸，再通过异构化生成富马酸。其生产工艺为石油苯经触媒固定床反应器，在350-420℃的反应温度下，生成顺丁烯二酸酐，用水吸收顺酐得到浓度为35%左右的顺丁烯二酸水溶液，顺丁烯二酸水溶液在95℃的温度下，用活性炭脱色并除去焦油后，在强酸介质中用硫脉作催化剂，在85-95℃的反应温度下，异构化生成反丁烯二酸，即富马酸；经冷却、结晶、过滤、洗涤、离心、干燥后，可制得工业级富马酸。在上面工序中，经洗涤好的富马酸，加入溶解锅中，加水煮沸充分溶解，经重结晶、过滤、洗涤、干燥，可制得纯度更高的食品级富马酸。
苯氧化法生产富马酸过程中，通过苯氧化生成顺酐是该工艺的关键。苯在氧化过程中大量化学能以热能的形式释放出来，属于强烈放热反应。如果工艺条件控制不当，会有大量副反应发生，生成一氧化碳和二氧化碳。为了减少副反应发生，在选择合适的催化剂的同时，必须严格控制反应温度。工业生产上一般控制在350～450℃。通常是在列管式固定床反应器管间填充熔盐作媒体，利用熔盐强制循环，以及时移出反应所放出的热量，并以水吸收热量形成饱和蒸气。形成的饱和蒸汽如果不加以利用，就只有白白释放到环境中，造成能量资源的浪费。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种用于富马酸生产过程中化学能资源的热功联产综合利用。
初始富马酸生产采用苯氧化工艺生产技术，使用苯为原料，在催化剂的作用下，与空气中的氧气在固定床中发生催化氧化，生成酸酐气体，经水溶液洗涤回收酸酐异构成富马酸。整个工艺过程包括：催化氧化反应、反应气洗涤吸收、酸酐异构和精制四个过程。
在催化氧化反应环节中，原料苯经计量后进入加热器进行加热，加热后的苯蒸汽与空气混合，进入氧化反应器进行氧化反应。
氧化过程主要的反应如下：
主反应：C6H6+4O2→C4O3H2+CO2+CO+2H2O
副反应：C6H6+6O2→3CO+2CO2+3H2O
C4O3H2+2O2→2CO+2CO2+H2O
其它副反应：C6H6+O2→C7O2H6（苯甲酸）+CO+CO2+H2O
C6H6+O2→C8O3H4（苯酐）+CO+CO2+H2O
这个反应是强放热反应，反应热将反应气体加热到360℃，其余热量由循环流动的熔盐移出并产生蒸汽。360℃的反应气体自反应器底部排出，在气体冷却器处冷却并产生蒸汽，两部分蒸汽回收到汽包中。该部分蒸汽除富马酸工艺中空气加热器、苯蒸发罐/器及除氧器等装置使用外，大部分无组织排放，系统蒸汽利用率低，资源浪费严重。
本发明收集富马酸生产中以热能形式释放大量化学能产生的饱和蒸汽到蒸汽汽包形成1.5Mpa的饱和蒸汽。根据需要大功率风机为苯氧化反应提供氧气的特点，在蒸汽汽包后加装与风机同轴的饱和蒸汽汽轮机，将饱和蒸汽以管道输送至汽轮机，饱和蒸汽在汽轮机本体中膨胀做功，辅助驱动风机（未达到风机运行要求时仍以电力驱动）以节约电能。经汽轮机做功后，降压减温形成0.5Mpa饱和蒸汽经汽轮机排气口排出，并通过管道输送至富马酸干燥、结晶车间以及L-天门冬氨酸和L-丙氨酸的生产车间。
同时用热设备加强保温措施：选用导热系数小、保温效果好的材料，以最大限度减少热损失；尽量回收蒸汽冷凝水，用于工艺生产。高温设备和管道绝热保温：设计选用绝热性能较好的保温材料硅酸铝纤维毡和岩棉；根据保冷温度不同选用聚苯乙烯或聚氨酯材料。
基于上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种用于富马酸生产过程中化学能的热功联产综合利用方法，苯氧化法生产富马酸生产过程中释放的大量热能，通过熔盐强制循环，以循环冷凝水为媒介吸收熔盐放出的热量生成饱和蒸气，利用蒸汽汽包收集饱和蒸汽；饱和蒸汽通过管道通入蒸汽汽轮机，蒸汽膨胀做功，带动汽轮机转动，汽轮机主轴连接大功率风机，辅助电机带动风机以节约电能；经过汽轮机的蒸汽压力降低为0.5Mpa，将其通过管道直接输送至生产车间，用于生产过程中的热能供应，蒸汽释放热能后冷凝成水，在整个系统中可循环利用。
用于所述的方法的系统，包括以下装置和结构：蒸汽汽包、蒸汽管道、饱和蒸汽汽轮机；风机。所述蒸汽汽包后安装一台与风机同轴的饱和蒸汽汽轮机；将所述1.5Mpa的饱和蒸汽以管道输送至所述饱和蒸汽汽轮机，饱和蒸汽在汽轮机本体中膨胀做功，辅助驱动500kw风机；延长500kw大功率风机驱动电机的主轴，加装同轴蒸汽汽轮机；1.5Mpa的饱和蒸汽做功后，自然降压为0.5Mpa的生产用饱和蒸汽，通过管道直接输送至车间，用于富马酸干燥、结晶以及L-天门冬氨酸和L-丙氨酸的生产。
本发明主要是对年产5000吨苯氧化法富马酸生产过程产生的大量化学能进行热功联产综合利用。利用苯氧化产生的热量通过熔盐循环加热水产生饱和蒸汽（1.5Mpa），收集进入蒸汽汽包，通过管道将饱和蒸汽引入蒸汽汽轮机，辅助驱动电机以节约电能，饱和蒸汽做功后，自然降压为0.5Mpa的生产用饱和蒸汽，通过管道直接输送至车间，用于富马酸干燥、结晶以及L-天门冬氨酸和L-丙氨酸的生产。整个生产过程不再使用燃煤蒸汽。本发明的方法年产生可利用蒸汽总量11.23万t，生产用蒸汽9.15万t，风机驱动电机的节电率达到55.88%：化学能高效转化年增加能量（折合标煤）：7984.34t。热功联产化学能资源综合利用率90%。
本发明的富马酸生产过程产生的大量化学能的热功联产综合利用，实现了富马酸生产过程中化学能资源的充分有效使用，节约生产成本。
本发明的方法可以达到的技术指标：
1、年产生可利用蒸汽总量：≥80000t
2、风机驱动电机的节电率：≥50%
3、热功联产化学能资源综合利用率：≥70%
4、化学能高效转化年增加能量（折合标煤）≥6000t。
附图说明
图1蒸汽驱动汽轮机带动风机过程示意图；
图2为汽轮机排出蒸汽利用详细流程图。
具体实施方式
为进一步说明本发明，结合以下具体实施方案具体说明：
一、技术方案
在5000吨苯氧化法富马酸生产线的蒸汽汽包后安装一台与风机同轴的饱和蒸汽汽轮机。将蒸汽汽包中1.5Mpa的饱和蒸汽以管道输送至汽轮机，饱和蒸汽在汽轮机本体中膨胀做功，辅助驱动500kw风机（未达到风机运行要求时仍以电力驱动）,以节约电能。如图1所示。
1.5Mpa的饱和蒸汽经汽轮机做功后，降压为0.5Mpa的饱和蒸汽经汽轮机排气口排出，并通过管道输送至富马酸干燥、结晶车间以及L-天门冬氨酸和L-丙氨酸的生产车间以工使用，用于氨基酸生产过程自种子培育、放大、种子液培养、富马酸溶解、产品转化、结晶、干燥等工艺。如图2所示。
二、主要设备
1蒸汽汽包
苯氧化法富马酸生产过程化学能转化的热能通过熔盐循环加热水产生饱和蒸汽，收集进入蒸汽汽包形成1.5Mpa的饱和蒸汽。蒸汽汽包的结构在现有技术中已有明示，所有已知的具有贮藏蒸汽功能的蒸汽汽包类型均可以使用。容量具体而定。
2风机
5000吨富马酸生产线需配备功率为500kw风机一台提供苯氧化反应所需氧气，风机由电机机驱动。当风机无汽轮机辅助带动时电流平均值为13.35A。
3饱和蒸汽汽轮机
延长500kw大功率风机驱动电机的主轴，加装同轴饱和蒸汽汽轮机，蒸汽汽包中的饱和蒸汽首先通过蒸汽汽轮机，膨胀做功，辅助驱动电机以节约电能。饱和蒸汽汽轮机进蒸汽为1.5Mpa的饱和蒸汽，流量为14.18t/h，出口蒸汽为0.5Mpa的饱和蒸汽，排汽量为11.55t/h。0.5Mpa的生产用饱和蒸汽，通过管道直接输送至车间，用于富马酸干燥、结晶以及L-天门冬氨酸和L-丙氨酸的生产。
三、化学能资源热功联产效果评估
1汽轮机带动风机做功节电量
由风机电流实测数据可知，蒸汽带汽轮机驱动风机工作时电流实测值为5.89A，无汽轮机带动时电流平均值为13.35A。下表为风机在有、无汽轮机带动两种状态下的工作参数：
风机在有、无汽轮机带动两种状态下的工作参数表：
表1电机参数
根据电量计算公式：
P=31/2×电压×电流×功率因数×工作时间
计算得：风机不带汽轮机时的年用电量为164.82万kW·h，风机带汽轮机时的年用电量为72.72万kW·h，电机节电率为55.88%。
则年节电量为92.10万kW·h，折标准煤322.35吨（等价值）。
2利用生产用饱和蒸汽节能效率
汽轮机出汽量为11.55t/h，年产蒸汽9.15万吨。该蒸汽压力为0.5MPa，温度为150℃，查其热焓值为2748.59KJ；回收的冷凝水经实测在常压下温度为70.3℃，其热焓值为293.85KJ，该部分热值企业未有效利用，则扣除冷凝水热值后年利用蒸汽节能量折标煤为：
11.55t/h×1000×（2748.59－293.85）KJ×7920h/29307KJ=7661.99tce
注：1kgce=29307KJ；电折标系数为3.5kgce/kW·h（等价值）
则年节能量折标准煤总量为7661.99吨。
节电量和蒸汽折合标煤总量为：
322.35＋7661.99=7984.34（吨）。
四、技术特点
1、苯氧化法富马酸生产过程化学能转化的热能通过熔盐循环加热水产生饱和蒸汽（1.5Mpa），收集进入蒸汽汽包进行综合利用；
2、延长500kw大功率风机驱动电机的主轴，加装同轴蒸汽汽轮机，饱和蒸汽首先通过蒸汽汽轮机，膨胀做功，辅助驱动电机以节约电能；
3、1.5Mpa的饱和蒸汽做功后，自然降压为0.5Mpa的生产用饱和蒸汽，通过管道直接输送至车间，用于富马酸干燥、结晶以及L-天门冬氨酸和L-丙氨酸的生产；
4、饱和蒸汽热功联产方法，年产生可利用蒸汽（1.5Mpa）总量11.23万t，生产用蒸汽（0.5Mpa）9.15万t，风机驱动电机的节电率达到55.88%：化学能高效转化年增加能量（折合标煤）：7984.34t，化学能资源综合利用率94.60%。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (1)
1.一种用于富马酸生产过程中化学能的热功联产综合利用系统，其特征在于：包括以下装置和结构：蒸汽汽包、蒸气管道、饱和蒸汽汽轮机、风机；苯氧化法富马酸生产过程化学能转化的热能通过熔盐循环加热水产生饱和蒸汽，收集进入蒸汽汽包形成1.5Mpa的饱和蒸汽；所述蒸汽汽包后安装一台与风机同轴的饱和蒸汽汽轮机；将所述1.5Mpa的饱和蒸汽以管道输送至所述饱和蒸汽汽轮机，饱和蒸汽在汽轮机本体中膨胀做功，辅助驱动500kw风机；延长500kw大功率风机驱动电机的主轴，加装同轴蒸汽汽轮机；1.5Mpa的饱和蒸汽做功后，自然降压为0.5Mpa的生产用饱和蒸汽，通过管道直接输送至车间，用于富马酸干燥、结晶以及L-天门冬氨酸和L-丙氨酸的生产。
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Denomination of invention: Comprehensive utilization of chemical energy in fumaric acid production Effective date of registration: 20221228 Granted publication date: 20150422 Pledgee: Yantai Longkou sub branch of Rizhao Bank Co.,Ltd. Pledgor: YANTAI HENGYUAN BIOENGINEERING Co.,Ltd. Registration number: Y2022980028953 |