苯甲酸生产能源综合利用——武汉有机实业有限公司

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。
氧化塔换热系统改造流程图 设计
C- DN10 0
审核
日期
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
2、精馏过程节能改造
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。
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）
C -DN8 0 管 网蒸 汽（ 0.6 MPa） 6 公斤 蒸汽 C-DN 80 去 新精 馏保 温
汽水
汽水
C -DN1 00
分离 包
分 汽缸
来 自余 热锅 炉
气相苯甲酸 去系统保温
一级冷 凝器 分气缸 精 馏 塔 软水
蒸汽
液相苯甲酸
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 = 7.6125×106 KJ/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
分离 包
C -DN 100
管网 蒸汽 （0. 6MPa ）
C -DN 100
来 自动 力软 水
C -DN2 5 来 自动 力软 水
C-DN 100
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。
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。
Wuhan Youji Industries Co.,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。
b：反应热回收 • 甲苯氧化是强放热反应： C6H5CH3 + 1.5 O2 = C6H5COOH + H2O + △H △H = 683.43 KJ • 每生成一吨苯甲酸，放出的热量为： （106/122）× 683.43 KJ/吨 = 5.6×106 KJ/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 × 107 KJ/h，占总放热量的37.56% ）可以回收利用。 • 折合标煤为：（2.114 × 107 KJ/h）/ 2.926 × 107 KJ/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
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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
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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。
筒和
去处理釜
去苄酯塔
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技术方案
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
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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，增加连续分水装臵。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臵。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。
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2）改造方法——制备高温软水作为锅炉进水
流化床处理后的软水用高压泵
反 应 器
软水
送入氧化塔内的换热盘管，通过
去锅炉
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。
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公司简介
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二、苯甲酸生产能源综合利用项目
苯甲酸生产原理
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。
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。
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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。
连续化改造流程
放空
缓 冲 罐
尾气 吸附
去真空机组
去真空机组
分层槽 新 鲜 甲 苯A 新 鲜 甲 苯B 空 压 罐 氧 化 塔
去甲苯槽
捕 A1 捕 B1
捕 A2 捕 B2
捕 A1 捕 B1
捕 A2 捕 B2
回 收 甲 苯 槽
闪 蒸 罐
脱 甲 苯 塔
脱 轻 轻沸槽 塔
成 品 塔
成 去去 品 槽 滚中
去处理釜来自百度文库
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1.926 KJ/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× 106 KJ • 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 × 106 KJ / 5.9 t 苯甲酸 = 5.29× 105 KJ / 吨苯甲酸； • 标煤的热值为2.926 × 107 KJ/吨，因而每吨苯甲酸需要消耗 的标煤为：5.29× 105 KJ / 2.926 × 107 KJ/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
反应方程
CH3C6H5 + O2 C6H5COOH + H2O + 683.43KJ/mol
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苯甲酸生产存在的问题
国内苯甲酸生产装臵都是间歇生产，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。 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 臵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。
—苯甲酸生产能源综合利用
孙波 武汉有机实业有限公司
2012年5月
Wuhan Youji Industries Co.,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
Wuhan Youji Industries Co.,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。
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。
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。