CN114593615A - 用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，以水作为冷却介质，与精馏塔塔顶排出的蒸汽于冷凝器内发生热交换，水被加热，热交换后的水流入储罐的下部，产生的水蒸汽则导入储罐的上部；水蒸汽于储罐的上部缓冲后，进入MVR装置被加热，由MVR装置出口排出的MVR蒸汽与来自精馏塔塔底物料于再沸器内发生热交换，MVR蒸汽形成MVR冷凝水再次流入储罐。本发明的方法，采用MVR热泵技术以蒸汽和水循环作为流体介质，不与有机物料接触，不使用对环境有害、危险或腐蚀性的制冷剂，极大降低了安全，环保风险。

Description

用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法
技术领域
本发明涉及一种能量再利用的方法，尤其涉及一种将丙烯酸生产中的能量进行回收和再利用的方法，以提高能量利用效率，降低成本。
背景技术
目前我国丙烯酸装置均采用丙烯两步氧化法，在复合金属氧化物催化剂存在下，经空气氧化先生成丙烯醛，再进一步催化氧化成丙烯酸。经丙烯两步氧化后生成的丙烯酸主要是经过吸收，精馏等方法最终生产出丙烯酸产品，各个厂家采用的精制过程无论采用哪种工艺都离不开精馏，通常采用2座(含)以上精馏塔对丙烯酸实施提纯。在丙烯酸行业中所有的精馏过程都需要在塔底部再沸器加入新鲜蒸汽对精馏塔内物料进行加热，在塔顶冷凝器加入冷却水/循环水等冷却介质进行冷却，对于精馏而言，此种技术路线造成了能量的双重浪费，热能利用率非常低，通过蒸汽加热进入再沸器的热能，有95％以上在塔顶被冷却介质带走。
为了节能，CN105473541A公开了一种连续回收(甲基)丙烯酸的方法，最小化(甲基)丙烯酸的损失，尤其在蒸馏过程中的损失，且使得蒸馏过程稳定运行并节约能量。在吸收过程中，将通过(甲基)丙烯酸的合成反应生成的包括(甲基)丙烯酸、有机副产物、和蒸汽的混合气体与包含水的吸收溶剂接触，以得到(甲基)丙烯酸水溶液；在萃取过程中，将一部分通过吸收过程得到的(甲基)丙烯酸水溶液与萃取溶剂在萃取塔中接触，以通过萃取塔的上部出口获得(甲基)丙烯酸萃取溶液，并通过下部出口获得流经萃取塔的下部静止部的萃余溶液；以及蒸馏过程中，通过吸收过程得到的(甲基)丙烯酸水溶液的剩余部分和通过萃取过程得到的(甲基)丙烯酸萃取液的进料，以得到(甲基)丙烯酸。
CN1683309A公开了一种萃取与共沸精馏相结合提纯(甲基)丙烯酸的工艺方法，工艺流程中包含萃取塔、脱轻组分塔、粗馏塔和精制塔4台塔；(甲基)丙烯酸水溶液分为两部分，一部分直接进入脱轻组分塔；一部分进入萃取塔，与有机溶剂逆流萃取，萃取塔塔底为废水，塔顶得到基本不含水的(甲基)丙烯酸与溶剂进入脱轻组分塔共沸脱水；脱轻组分塔即共沸精馏脱水塔的塔顶溶剂相一部分作为自身的回流，另一部分直接用于(甲基)丙烯酸萃取部分的萃取溶剂，共沸精馏脱水、脱醋酸部分成为萃取提浓部分溶剂再生过程的一部分；脱轻组分塔塔釜物料进入粗馏塔，粗馏塔塔顶脱除残余醋酸及溶剂；粗馏塔塔釜物料进入精制塔，精制塔塔顶得到(甲基)丙烯酸产品。使用一种或混合的疏水性的并且能与水、醋酸形成共沸物的化合物作为溶剂与共沸剂，将(甲基)丙烯酸萃取提浓、脱水、脱醋酸与(甲基)丙烯酸共沸精馏脱水、脱醋酸与纯化过程有机的整合在一起，将(甲基)丙烯酸萃取剂与共沸脱水、脱醋酸剂合二为一，同时起到(甲基)丙烯酸萃取剂与共沸脱水剂的作用。
CN113198200A公开了一种精馏系统的节能方法，将精馏塔塔顶气相通过加热或升压，使其升温后作为较高阶能源使用，回到再沸器进行供热，使精馏过程总能耗降低，热源品位降低，全塔热力学效率提高，大大降低了操作费用。
CN109879722A公开了一种基于MVR的低浓度乙醇回收装置，包含有具有设置为与精馏塔(1)联接的降膜换热器(2)和设置为与精馏塔(1)联接的再沸器(8)的低浓度乙醇回收装置本体、设置为与降膜换热器(2)联接并且用于提取蒸汽的分离器(3)、设置为分别与分离器(3)和再沸器(8)联接并且用于提升蒸汽温度的压缩机组，通过低浓度乙醇回收装置本体对低浓度乙醇的原料进行精馏处理，得到乙醇成品，通过分离器(3)和压缩机组，对精馏处理的蒸汽进行升温，再作为精馏塔(1)的加热源，因此实现单塔乙醇蒸馏和MVR蒸发技术的匹配，提高了热能的再利用率和降低了热能的消耗量。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，对提纯工艺中的能量进行回收再利用，提高热能的利用效率。
本发明的另一个目的在于提供一种用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，自精馏塔顶回收排出的热能，再回输到精馏塔中利用，以降低产品的制造成本。
本发明的再一个目的在于提供一种用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，减少或不再使用制冷剂，提高生产的安全性，以及提高环境友好性。
本发明用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，采用机械蒸汽再压缩(MVR)热泵技术，以水作为精馏塔顶的冷却介质，将精馏塔塔顶处排出的蒸汽进行增压后，回输至精馏塔塔底，使热能得到再利用，从而大幅降低了能耗。
一种用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，以水作为冷却介质，与精馏塔塔顶排出的蒸汽于冷凝器(如：立式降膜蒸发器)内发生热交换，水被加热，热交换后的水流入储罐的下部，产生的水蒸汽则导入储罐的上部；
水蒸汽于储罐的上部缓冲后，进入MVR装置被加热，由MVR装置出口排出的MVR蒸汽与来自精馏塔塔底物料于再沸器内发生热交换，MVR蒸汽形成MVR冷凝水再次流入储罐。
MVR蒸汽的温度110℃～150℃，压力控制在50kPaG～250kPaG，以提供足够的热量加热精馏塔内的物料。
通常采用2座及2座以上精馏塔对丙烯酸实施提纯，为了进一步提高效能，本发明的能量再利用方法将回收2座精馏塔的能量以供2座或3座精馏塔使用。
每个冷凝器相应地与1座精馏塔的塔顶的出口相连接。
每个再沸器相应地与1座精馏塔的塔底出口相连接，自精馏塔的塔底排出的物料进入再沸器经管程热交换后回入精馏塔内。
另一种用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，包括如下：
以水冷却介质，分别流入第一冷凝器和第二冷凝器中；
自第一冷凝器的一端流入的水经管程流动，第一精馏塔塔顶排出的第一蒸汽则导入第一冷凝器经壳程流动；期间，第一蒸汽与水发生热交换，水被加热，第一蒸汽得以降温，热交换后的水流入储罐的下部，产生的水蒸气则导入储罐的上部；
自第二冷凝器的一端流入的水经壳程流动，第二精馏塔塔顶排出的第二蒸汽则导入第二冷凝器经管程流动；期间，第二蒸汽与水发生热交换，水被加热，第二蒸汽得以降温，热交换后的水导入气液分离器，被分离的水汽导入储罐的上部，被分离的水则流入储罐的下部；
水蒸汽于储罐的上部缓冲后，进入MVR装置并被加热，由MVR装置出口排出的MVR蒸汽分别导入再沸器，且经壳程流动，与来自精馏塔塔底物料于再沸器内发生热交换，MVR蒸汽形成MVR冷凝水再次流入储罐。
当丙烯酸提纯工艺采用3座精馏塔，则由MVR装置出口排出的MVR蒸汽分别导入至第一再沸器、第二再沸器和第三再沸器，且均经壳程流动；
来自第一精馏塔塔底物料于第一再沸器内发生热交换，MVR蒸汽形成第一MVR冷凝水再次流入储罐；
来自第二精馏塔塔底物料于第二再沸器内发生热交换，MVR蒸汽形成第二MVR冷凝水再次流入储罐；
来自第三精馏塔塔底物料于第三再沸器内发生热交换，MVR蒸汽形成第三MVR冷凝水再次流入储罐。
本发明的方法，储罐内的汽体压力维持在5～80kPaA的绝对压力，以利于汽体满足MVR装置的进汽所需。罐底部配置蒸汽管线，以调节罐内温度，从而保证MVR进气温度。
本发明的方法，再沸器壳程内的MVR蒸汽的温度110℃～150℃，压力控制在50kPaG～250kPaG，以提供足够的热量和温度以加热沸腾塔釜物料。
本发明的方法，各个再沸器内参与壳程加热介质以来自MVR装置的蒸汽为主，也可以是来自蒸汽系统的低低压蒸汽作为补充，以满足实施丙烯酸提纯工艺最初所需的能量。
根据需要，本发明的方法中，均以泵送方式驱动液体和气体流动。
本发明技术方案实现的有益效果：
本发明的方法将工业热泵MVR技术应用到丙烯酸精制过程中，从而解决丙烯酸精制能耗高，塔顶塔釜能量双重浪费的问题，从而大幅降低装置的运行成本，并降低蒸汽发生装置和冷却塔等装置的固定投资费用，提高热能的整体利用率。
本发明的方法采用MVR技术以蒸汽和水循环流体介质，不与有机物料接触，不使用对环境有害、危险或腐蚀性的制冷剂，极大降低了安全，环保风险。
以冷凝水作为精馏塔顶的冷却介质，塔釜蒸汽为MVR系统增压后的蒸汽，而非全部采用新鲜蒸汽和新鲜冷却水，降低了丙烯酸精馏装置的运行费用和蒸汽发生装置及冷却水系统的固定投资费用。
实施本发明的方法，可将冷却水塔的规模省去或减小，使装置整体占地面积比传统工艺更小。
附图说明
图1为本发明方法用于丙烯酸提纯工艺的流程示意图，图中箭头方向标识物料移动方向。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
在丙烯酸提纯工艺中，以3座精馏塔实施丙烯酸提纯工艺已经为行业所普遍采用，也是行业内的重点研究对象。在此工艺中，第一精馏塔用于轻组分精馏，第二精馏塔用于脱醋酸，第三精馏塔则用于产品的精制。结合3塔提纯工艺说明本实施例的能量再利用方案，图1为本发明方法用于丙烯酸提纯工艺的流程示意图。如图1所示，第一精馏塔110、第二精馏塔120、第三精馏塔130、MVR装置200和储罐300。
储罐300包括容液腔310和容汽腔320，容汽腔320设置于容液腔310之上。其还包括真空装置600，以储罐300内的汽体压力维持在5～80kPaA的绝对压力范围，罐底部配置蒸汽管线(未示出)，以调节罐内温度，从而保证MVR进气温度。
第一冷凝器410和第二冷凝器420分别与第一精馏塔110和第二精馏塔120的塔顶出口相连接。自第一精馏塔110塔顶排出的第一蒸汽进入第一冷凝器410经壳程热交换后排出，然后导入容汽腔320被再利用。自第二精馏塔120塔顶排出的第二蒸汽进入第二冷凝器420经管程热交换后排出。
第一再沸器510、第二再沸器520和第三再沸器530分别于第一精馏塔110、第二精馏塔120和第三精馏塔130的塔底出口相连接。自第一精馏塔110塔底排出的物料进入第一再沸器510经管程热交换后回入第一精馏塔110内。自第二精馏塔120塔底排出的物料进入第二再沸器520经管程热交换后回入第二精馏塔120内。自第三精馏塔130塔底排出的物料进入第三再沸器530经管程热交换后回入第三精馏塔130内。
MVR装置200与储罐300的汽体出口相连，自容汽腔320内的汽体进入MVR装置200被加热后分别进入第一再沸器510、第二再沸器520和第三再沸器530，再经壳程热交换后排出MVR冷凝水。排出的MVR冷凝水回流入容液腔310内。
容液腔310内的水通常温度较低(40℃～50℃)，其被导入第一冷凝器410和第二冷凝器420内作为冷却介质被再利用。其自第一冷凝器410的一端流入经管程热交换后再从另一端流出后回入容液腔310内。导入第二冷凝器420的一端的水经壳程热交换后再从另一端流出后进入气液分离器700。气液分离器700与第二冷凝器420一处出口相连，将来自第二冷凝器420中的水汽实施汽水分离，其中的水蒸气导入容汽腔320内再利用，冷凝水则流入容液腔310内再利用。第一容液腔310内的水量过多时，则可以排出。
由此，通过MVR装置200应用于丙烯酸提纯工艺中，使得精馏塔内的能量得到充分利用。本实施例的能量再利用方法，以水冷却介质，分别流入第一冷凝器410和第二冷凝器420中。流入第一冷凝器410的水经管程热交换后产生的水蒸气和冷凝水均回入储罐400内再利用。流入第二冷凝器420的水经壳程热交换后进入汽水分离器700，其中的水蒸气和冷凝水均回入储罐400内再利用。第一精馏塔110塔顶排出的第一蒸汽导入第一冷凝器410经壳程热交换后排出；第二精馏塔120塔顶排出的第二蒸汽则导入第二冷凝器420经管程后排出。
储罐内的汽体压力维持在5～80kPaA的绝对压力，以利于汽体满足MVR装置的进汽所需。降温的蒸汽于储罐的上部缓冲后，进入MVR装置被加热，由MVR装置出口排出的MVR蒸汽分别导入至第一再沸器、第二再沸器和第三再沸器，且均经壳程流动。再沸器壳程内的MVR蒸汽的温度110℃～150℃，压力控制在50kPaG～250kPaG，以提供足够的热量和温度以加热沸腾塔釜物料。第一精馏塔110塔底物料于第一再沸器510内发生热交换，MVR蒸汽形成第一MVR冷凝水再次流入储罐400。第二精馏塔120塔底物料于第二再沸器520内发生热交换，MVR蒸汽形成第二MVR冷凝水再次流入储罐400。第三精馏塔130塔底物料于第三再沸器530内发生热交换，MVR蒸汽形成第三MVR冷凝水再次流入储罐400。
根据需要，为了提高液体和汽体的流动速度或弥补流动中消耗的动能，技术人员可以泵送方式为液体和汽体提供流动所需的能量。本实施例的方法，在实施丙烯酸提纯工艺之初各个再沸器内参与壳程加热介质所需的能量由来自蒸汽系统的低低压蒸汽(LowLow Pressure，LLP)提供，待运行后则以MVR装置提供的蒸汽替代低低压蒸汽。
本实施例提供的能量再利用方法用于丙烯酸提纯工艺后，能量再利用的效率显著提高，成本得到显著下降。以三座精馏塔年产8万吨丙烯酸装置为例，在第一精馏塔相连的第一再沸器约为33000kw，与第二精馏塔相连的第二再沸器约为6500kw，与第三精馏塔相连的第三再沸器约为4500kw。采用本实施例提供的能量再利用方法后，按全年8000小时，节省人民币3000万元～4500万元。同时，采用本实施例提供的能量再利用方法后，与各个精馏塔塔顶相连的冷凝器所使用的冷媒更为廉价，且减少用于制冷设备，节省占地约1000平米。按全年8000小时运行时间，节省冷冻机组运行费用约1300万以上，水塔运行费用约200万以上，两项合计至少节省人民币1500万元。

Claims (10)

1.一种用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，其特征在于以水作为冷却介质，与精馏塔塔顶排出的蒸汽于冷凝器内发生热交换，水被加热，热交换后的水流入储罐的下部，产生的水蒸汽则导入储罐的上部；
水蒸汽于储罐的上部缓冲后，进入MVR装置被加热，由MVR装置出口排出的MVR蒸汽与来自精馏塔塔底物料于再沸器内发生热交换，MVR蒸汽形成MVR冷凝水再次流入储罐。
2.根据权利要求1所述的用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，其特征在于所述的冷凝器为立式管壳式降膜蒸发器。
3.根据权利要求1所述的用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，其特征在于所述的丙烯酸提纯工艺包括2座及2座以上座精馏塔。
4.根据权利要求3所述的用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，其特征在于每个所述的冷凝器相应地与1座所述精馏塔的塔顶的出口相连接。
5.根据权利要求3所述的用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，其特征在于每个所述的再沸器相应地与1座所述精馏塔的塔底出口相连接，自所述精馏塔的塔底排出的物料进入所述的再沸器经管程热交换后回入所述的精馏塔内。
6.根据权利要求1所述的用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，其特征在于所述的再沸器壳程内的MVR蒸汽的温度110℃～150℃，压力为50kPaG～250kPaG。
7.根据权利要求1所述的用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，其特征在于在实施丙烯酸提纯工艺之初再沸器内参与壳程加热介质所需的能量由来自蒸汽系统的低低压蒸汽提供，待运行后则以MVR装置提供的蒸汽替代低低压蒸汽。
8.根据权利要求1所述的用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，其特征在于还包括以泵送方式驱动液体和气体流动。
9.一种用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，其特征在于包括
以水冷却介质，分别流入第一冷凝器和第二冷凝器中；
自第一冷凝器的一端流入的水经管程流动，第一精馏塔塔顶排出的第一蒸汽则导入第一冷凝器经壳程流动；期间，第一蒸汽与水发生热交换，水被加热，第一蒸汽得以降温，热交换后的水流入储罐的下部，产生的水蒸气则导入储罐的上部；
自第二冷凝器的一端流入的水经壳程流动，第二精馏塔塔顶排出的第二蒸汽则导入第二冷凝器经管程流动；期间，第二蒸汽与水发生热交换，水被加热，第二蒸汽得以降温，热交换后的水导入气液分离器，被分离的水汽导入储罐的上部，被分离的水则流入储罐的下部；
水蒸汽于储罐的上部缓冲后，进入MVR装置并被加热，由MVR装置出口排出的MVR蒸汽分别导入再沸器，且经壳程流动，与来自精馏塔塔底物料于再沸器内发生热交换，MVR蒸汽形成MVR冷凝水再次流入储罐。
10.根据权利要求1所述的用于丙烯酸提纯工艺的能量再利用方法，其特征在于所述的丙烯酸提纯工艺采用3座精馏塔，则MVR蒸汽分别导入至第一再沸器、第二再沸器和第三再沸器，且均经壳程流动；
来自第一精馏塔塔底物料于第一再沸器内发生热交换，MVR蒸汽形成第一MVR冷凝水再次流入储罐；
来自第二精馏塔塔底物料于第二再沸器内发生热交换，MVR蒸汽形成第二MVR冷凝水再次流入储罐；
来自第三精馏塔塔底物料于第三再沸器内发生热交换，MVR蒸汽形成第三MVR冷凝水再次流入储罐。
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