CN111013170A - 一种己内酰胺水溶液节能蒸发系统和方法 - Google Patents

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付衍胜
蒋加新
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Abstract

本发明公开了一种己内酰胺水溶液节能蒸发系统和方法，包括：预热器，降膜加热器，其物料进口与预热器的物料出口连接，其循环热水为来自重排反应器的循环热水；预蒸发器，其物料进口与降膜加热器的物料出口连接；第一一效降膜加热器，其物料进口与预蒸发器的物料出口连接，其底部液体出口与其顶部连接；第一一效蒸发器，其物料进口与第一一效降膜加热器的气相出口连接；第二一效降膜加热器、第二一效蒸发器和第三一效降膜加热器；二效再沸器，其进口与第三一效降膜加热器的液体出口连接；二效蒸发器，其物料进口与二效再沸器的物料出口连接；三效再沸器，其进口与二效蒸发器的液体出口连接；三效蒸发器，其物料出口与三效再沸器的物料出口连接。

Description

一种己内酰胺水溶液节能蒸发系统和方法
技术领域
本发明属于化工分离技术领域，具体涉及一种己内酰胺水溶液节能蒸发系统和方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
己内酰胺是一种重要的有机化工原料，是生产尼龙-6纤维(即锦纶)和尼龙-6工程塑料的单体，可生产尼龙塑料、纤维及L-赖氨酸等下游产品，重排单元己内酰胺精制是生产己内酰胺的一个重要步骤，决定着己内酰胺产品质量的合格与否，在己内酰胺生产中起着举足轻重的作用。
己内酰胺重排反应以环己酮肟为原料，在重排反应器内通过102.5％发烟硫酸作用下，生成己内酰胺硫酸酯，进一步发生分子重排生成己内酰胺的过程，经过硫铵中和结晶除去过剩的硫酸，生成副产物硫酸铵，同时形成己内酰胺水溶液(70％)，再通过萃取塔及反萃取塔除去水溶性及苯溶性杂质，形成己内酰胺水溶液(30％)，完成己内酰胺初步精制，然后通过离交、加氢完成己内酰胺精制，己内酰胺水溶液(30％)进行蒸发浓缩。传统工艺采用三效蒸发加闪蒸分离的技术，蒸汽消耗量大。
己内酰胺生产中重排反应是一个剧烈放热的反应，产生的热量较多，通常由循环热水移走该部分热量，由于热水温度一般为65-80℃，温度较低，且温度范围变化幅度大，此反应余热很难回收利用，行业内均是通过普通循环冷却水移除这部分反应热，造成了低位热能和循环水的浪费，如何处理或者利用重排反应液冷却器的热水是己内酰胺生产中亟待解决的问题；同时，现有己内酰胺装置的己水多效蒸发单元为三效蒸发工艺，消耗蒸汽量较多，近年来随着技术的发展，一种机械蒸汽再压缩与多效蒸发相组合技术用于己内酰胺水溶液蒸发的技术开始应用，也同样存在消耗蒸汽量多的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种己内酰胺水溶液节能蒸发系统和方法。该系统的节能效果显著。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种己内酰胺水溶液节能蒸发系统，包括：
预热器，用于对己内酰胺水溶液进行预热；
降膜加热器，其物料进口与预热器的物料出口连接，其循环热水为来自重排反应器的循环热水；
预蒸发器，其物料进口与降膜加热器的物料出口连接；
第一一效降膜加热器，其物料进口与预蒸发器的物料出口连接；
第一一效蒸发器，其物料进口与第一一效降膜加热器的物料出口连接；
第二一效降膜加热器，其物料进口与第一一效蒸发器物料出口连接；
第二一效蒸发器，其物料进口与第二一效降膜加热器的物料出口连接；
第三一效降膜加热器，其物料进口与第二一效蒸发器的物料出口连接；
二效再沸器，其物料进口与第三一效降膜加热器的物料出口连接；
二效蒸发器，其物料进口与二效再沸器的物料出口连接；
三效再沸器，其物料进口与二效蒸发器的物料出口连接；
三效蒸发器，其物料出口与三效再沸器的物料出口连接。
本发明的有益效果为：
本发明的己内酰胺节能蒸发系统，主要包括预蒸发单元、机械蒸汽再压缩与多效蒸发相组合单元和加热闪蒸单元组成。该工艺根据己内酰胺物料特性进行蒸发操作，操作弹性大，节能效果显著。
采用预热器，利用系统内的加热器产生的二次蒸汽作为热源对己内酰胺进行预热，可以对己内酰胺进行初步浓缩，降低后续蒸汽的使用量。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例己内酰胺水溶液蒸发系统的工艺流程图。
其中：1、第一冷凝器，2、真空泵，3、第二冷凝器，4、重排反应器，5、降膜加热器，6、预蒸发器，7、第一一效降膜加热器，8、第一一效蒸发器，9、第二一效降膜加热器，10、第二一效蒸发器，11、第三一效降膜加热器，12、二效再沸器，13、二效蒸发器，14、三效再沸器，15、三效蒸发器，16、预热器，17、第二压缩机，18、第一压缩机。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种己内酰胺水溶液节能蒸发系统，包括：
预热器，用于对己内酰胺水溶液进行预热；
降膜加热器，其物料进口与预热器的物料出口连接，其循环热水为来自重排反应器的循环热水；
预蒸发器，其物料进口与降膜加热器的物料出口连接；
第一一效降膜加热器，其物料进口与预蒸发器的物料出口连接，其底部液体出口与其顶部连接；
第一一效蒸发器，其物料进口与第一一效降膜加热器的气相出口连接；
第二一效降膜加热器，其物料进口与第一一效降膜加热器液体出口连接，其底部液体出口与其顶部连接；
第二一效蒸发器，其物料进口与第二一效降膜加热器的气相出口连接；
第三一效降膜加热器，其物料进口与第二一效蒸发器的液相出口连接，其底部液体出口与其顶部连接；
二效再沸器，其物料进口与第三一效降膜加热器的液体出口连接；
二效蒸发器，其物料进口与二效再沸器的物料出口连接；
三效再沸器，其物料进口与二效蒸发器的液体出口连接；
三效蒸发器，其物料出口与三效再沸器的物料出口连接。
在一些实施例中，还包括第一冷凝器，第一冷凝器与预蒸发器的顶部连接。
在一些实施例中，还包括第二冷凝器，第二冷凝器与三效蒸发器的顶部连接。
第一冷凝器和第二冷凝器用于对产生的气相蒸汽进行冷凝，冷凝液进入工艺冷凝液槽，避免蒸汽直接排放对周围环境造成影响。
进一步的，还包括真空泵，真空泵与第一冷凝器和第二冷凝器连接。真空泵用于对蒸汽中的不凝气体进行排放。
在一些实施例中，第一一效蒸发器的底部液体出口与第一一效降膜加热器的顶部连接。
进一步的，第二一效蒸发器的底部液体出口与第二一效降膜加热器的顶部连接。
进一步的，二效蒸发塔的气体出口与三效再沸器的热介质通道连接。为三效再沸器提供热源。
在一些实施例中，第一一效蒸发器和第二一效蒸发器的气体出口均与压缩机连接，压缩机与蒸汽管道连接。一效蒸发器中产生的二次蒸汽通过压缩机加压升温，升温后的二次蒸汽可以用作系统内加热器、再沸器的热源。
一种己内酰胺水溶液节能蒸发方法，包括如下步骤：
稀己内酰胺水溶液经过预热后，进入降膜加热器中，与来自重排反应器的循环热水换热，被加热的稀己内酰胺水溶液进入预蒸发塔内，进行初步浓缩；
初步浓缩后的己内酰胺水溶液进入第一一效降膜加热器中进行加热，底部经气液分离后，气体切线进入第一一效蒸发塔内，液体循环至第一一效降膜加热器的顶部循环加热浓缩；
浓缩至一定浓度后，己内酰胺水溶液进入第二一效降膜加热器中进行加热，底部经气液分离后，气体切线进入第二一效蒸发塔内，液体循环至第二一效降膜加热器的顶部循环加热浓缩；
浓缩至一定浓度后，己内酰胺水溶液进入第三一效降膜加热器中进行加热，底部经气液分离后，气体切线进入第二一效蒸发塔内，液体循环至第三一效降膜加热器的顶部循环加热浓缩；
浓缩至一定浓度后，己内酰胺水溶液进入二效再沸器中，经加热浓缩后进入三效再沸器中进一步加热浓缩，得到浓己内酰胺溶液。
在一些实施例中，二效再沸器中产生的高温气体经过二效蒸发器进入三效再沸器中，作为三效再沸器的热源。
实施例1
如图1所示，一种己内酰胺水溶液节能蒸发系统，包括：
预热器16，用于对己内酰胺水溶液进行预热；
降膜加热器5，其物料进口与预热器16的物料出口连接，其循环热水为来自重排反应器4的循环热水；
预蒸发器6，其物料进口与降膜加热器5的物料出口连接；
第一一效降膜加热器7，其物料进口与预蒸发器6的物料出口连接，其底部液体出口与其顶部连接；
第一一效蒸发器8，其物料进口与第一一效降膜加热器7的气相出口连接；
第二一效降膜加热器9，其物料进口与第一一效降膜加热器7液体出口连接，其底部液体出口与其顶部连接；
第二一效蒸发器10，其物料进口与第二一效降膜加热器9的气相出口连接；
第三一效降膜加热器11，其物料进口与第二一效蒸发器10的液相出口连接，其底部液体出口与其顶部连接；
二效再沸器12，其物料进口与第三一效降膜加热器11的液体出口连接；
二效蒸发器13，其物料进口与二效再沸器12的物料出口连接；
三效再沸器14，其物料进口与二效蒸发器13的液体出口连接；
三效蒸发器15，其物料出口与三效再沸器14的物料出口连接；
第一冷凝器1，第一冷凝器1与预蒸发器6的顶部连接；
第二冷凝器3，第二冷凝器3与三效蒸发器15的顶部连接；第一冷凝器1和第二冷凝器3用于对产生的气相蒸汽进行冷凝，冷凝液进入工艺冷凝液槽，避免蒸汽直接排放对周围环境造成影响；
真空泵2，真空泵2与第一冷凝器1和第二冷凝器3连接。真空泵2用于对蒸汽中的不凝气体进行排放。
第一一效蒸发器8的底部液体出口与第一一效降膜加热器7的顶部连接，第二一效蒸发器10的底部液体出口与第二一效降膜加热器11的顶部连接，二效蒸发器12的气体出口与三效再沸器14的热介质通道连接。为三效再沸器14提供热源。
第一一效蒸发器8和第二一效蒸发器10的气体出口均依次与第一压缩机18和第二压缩机17连接，压缩机与蒸汽管道连接。一效蒸发器中产生的二次蒸汽通过压缩机加压升温，升温后的二次蒸汽可以用作系统内加热器、再沸器的热源。
工艺方法:
根据物料特性，30wt％己内酰胺水溶液首先进入预蒸发单元，己水溶液(30％)首先进入预蒸发降膜式蒸发加热器，来自重排反应冷却的热水85℃对己水进行加热，加热后进入预蒸发塔，己水溶液在蒸发塔内初步浓缩，己水浓度由30％提高到34％后进入MVR压缩机蒸发系统。预蒸发器顶部气相蒸汽进入第一冷凝器进行冷凝，冷凝液进入工艺冷凝液槽，不凝气通过真空泵放空；预蒸发器顶部气相蒸汽温度为60℃，底部温度为75℃，预蒸发器的压力为-80～-90KPa。
己内酰胺水溶液(34％)经进料预热器进行预热，温度从90℃预热至103℃，送至第一一效降膜加热器顶部，底部经气液分离后，气体切线进入第一一效蒸发器。液体经一效蒸发器循环泵循环回第一一效降膜加热器顶部，循环加热浓缩，其中部分物料经液位调节阀将物料送入第二一效降膜加热器。分离出的气体进入第一一效蒸发器，气体经第一一效蒸发器水洗后送入压缩风机。
来自第一一效蒸发器的己内酰胺水溶液，送至第二一效降膜加热器顶部，第二一效降膜加热器底部经气液分离后，气体切线进入第二一效蒸发塔。液体经第二一效蒸发器循环泵循环回第二一效降膜加热器顶部，循环加热浓缩，其中部分物料经液位调节阀将物料送入第三一效降膜加热器。分离出的气体进入第二一效蒸发塔，气体经板式塔水洗后送入压缩风机。
来自第二一效蒸发塔己内酰胺水溶液，送至第三一效降膜加热器的顶部，第三一效降膜加热器底部经气液分离后，气体切线进入第二一效蒸发塔。液体经第三一效蒸发塔循环泵循环回第三一效降膜加热器顶部，循环加热浓缩，其中部分物料经液位调节阀将物料送入二效蒸发器。分离出的气体进入第二一效蒸发塔，经旋液之后分离出大部分液体，气体经板式塔水洗后送入压缩风机。
经上述蒸发后己内酰胺浓度从34％浓缩至70％。
己内酰胺水溶液二级强制蒸发
浓缩至70％的己内酰胺水溶液，送至二效蒸发器，二效再沸器由新鲜蒸汽作为热源对二效蒸发器物料进行加热蒸发，二效蒸发器底部出料由循环泵送至三效再沸器，二效蒸发器顶部气相进入三效再沸器作热源。经三效蒸发器蒸发后，己内酰胺浓度从70％浓缩至90％。三效蒸发器均采用负压操作，真空度由水环真空泵所控制。
二次汽回路系统
在浓缩过程中，在一效蒸发器内产生二次蒸汽，通过一效蒸发器内塔板水洗除掉二次蒸汽中夹带的己内酰胺和其它杂质，二次蒸汽进入蒸汽压缩机进行加压升温，温升13℃。为了避免二次汽过热，使用冷凝液对压缩机和二次蒸汽管道进行喷雾降温，获得需要的饱和蒸汽。加压升温后的二次汽作为一效降膜加热器的热源。
生蒸汽系统
生产装置系统开车或调整负荷时，使用生蒸汽将一效降膜加热器内的水溶液升高温度，产生二次蒸汽，通过二次蒸汽的循环利用，逐渐减少生蒸汽的使用；设备保温效果、环境气候和操作参数波动等因素导致装置存在热量损失和不平衡，需补充少量生蒸汽来确保MVR装置系统的热量平衡。
设计产能在10～30万吨都可以使用，应用范围广。蒸发操作全部实行自动化，连续操作性强，系统安全稳定。利用重排反应液冷却器中60～95℃的品位低的热水进行己水的预蒸发，通过对这部分低品位热量的有效利用，实现了最大程度的回收本装置工艺余热利用。节约了重排反应移走热量需要的循环水。降低了MVR机械压缩机的电力消耗
对于140t/h(30万吨装置)流量的己内酰胺水溶液，其己内酰胺浓度为30％，产品中己内酰胺浓度为90％；先采用预蒸发将己水浓度提高到34％，再通过MVR蒸发将己内酰胺浓度提高至70％，再采用二效蒸发工艺，使产品中己内酰胺浓度达90％；蒸汽价格150元/吨，电价格0.7元/度，循环水价格0.3元/吨，按年运行8000小时，其蒸汽、循环冷却水和电消耗结果比较如下表(蒸发工序综合能耗+重排反应循环水能耗)：
Figure BDA0002339552140000071
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种己内酰胺水溶液节能蒸发系统，其特征在于：包括：
预热器，用于对己内酰胺水溶液进行预热；
降膜加热器，其物料进口与预热器的物料出口连接，其循环热水为来自重排反应器的循环热水；
预蒸发器，其物料进口与降膜加热器的物料出口连接；
第一一效降膜加热器，其物料进口与预蒸发器的物料出口连接，其底部液体出口与其顶部连接；
第一一效蒸发器，其物料进口与第一一效降膜加热器的气相出口连接；
第二一效降膜加热器，其物料进口与第一一效降膜加热器液体出口连接，其底部液体出口与其顶部连接；
第二一效蒸发器，其物料进口与第二一效降膜加热器的气相出口连接；
第三一效降膜加热器，其物料进口与第二一效蒸发器的液相出口连接，其底部液体出口与其顶部连接；
二效再沸器，其物料进口与第三一效降膜加热器的液体出口连接；
二效蒸发器，其物料进口与二效再沸器的物料出口连接；
三效再沸器，其物料进口与二效蒸发器的液体出口连接；
三效蒸发器，其物料出口与三效再沸器的物料出口连接。
2.根据权利要求1所述的己内酰胺水溶液节能蒸发系统，其特征在于：还包括第一冷凝器，第一冷凝器与预蒸发器的顶部连接。
3.根据权利要求2所述的己内酰胺水溶液节能蒸发系统，其特征在于：还包括第二冷凝器，第二冷凝器与三效蒸发器的顶部连接。
4.根据权利要求3所述的己内酰胺水溶液节能蒸发系统，其特征在于：还包括真空泵，真空泵与第一冷凝器和第二冷凝器连接。真空泵用于对蒸汽中的不凝气体进行排放。
5.根据权利要求1所述的己内酰胺水溶液节能蒸发系统，其特征在于：第一一效蒸发器的底部液体出口与第一一效降膜加热器的顶部连接。
6.根据权利要求1所述的己内酰胺水溶液节能蒸发系统，其特征在于：第二一效蒸发器的底部液体出口与第二一效降膜加热器的顶部连接。
7.根据权利要求1所述的己内酰胺水溶液节能蒸发系统，其特征在于：二效蒸发塔的气体出口与三效再沸器的热介质通道连接。
8.根据权利要求1所述的己内酰胺水溶液节能蒸发系统，其特征在于：第一一效蒸发器、第二一效蒸发器和第三一效蒸发器的气体出口均与压缩机连接，压缩机与蒸汽管道连接。
9.一种己内酰胺水溶液节能蒸发方法，其特征在于：包括如下步骤：
稀己内酰胺水溶液经过预热后，进入降膜加热器中，与来自重排反应器的循环热水换热，被加热的稀己内酰胺水溶液进入预蒸发塔内，进行初步浓缩；
初步浓缩后的己内酰胺水溶液进入第一一效降膜加热器中进行加热，底部经气液分离后，气体切线进入第一一效蒸发塔内，液体循环至第一一效降膜加热器的顶部循环加热浓缩；
浓缩至一定浓度后，己内酰胺水溶液进入第二一效降膜加热器中进行加热，底部经气液分离后，气体切线进入第二一效蒸发塔内，液体循环至第二一效降膜加热器的顶部循环加热浓缩；
浓缩至一定浓度后，己内酰胺水溶液进入第三一效降膜加热器中进行加热，底部经气液分离后，气体切线进入第二一效蒸发塔内，液体循环至第三一效降膜加热器的顶部循环加热浓缩；
浓缩至一定浓度后，己内酰胺水溶液进入二效再沸器中，经加热浓缩后进入三效再沸器中进一步加热浓缩，得到浓己内酰胺溶液。
10.根据权利要求9所述的己内酰胺水溶液节能蒸发方法，其特征在于：二效再沸器中产生的高温气体经过二效蒸发器进入三效再沸器中，作为三效再沸器的热源。
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