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1、,創(chuàng)新挖潛 節(jié)能減排,,苯甲酸生產能源綜合利用,武漢有機實業(yè)有限公司,2012年5月,孫波,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,目 錄,,一、公司簡介 二、苯甲酸生產能源綜合利用項目介紹 三、展望,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,,一、公司簡介,1、企業(yè)概況：,公司始建于1956年，是一家具有五十多年生產歷史，集科、工、貿為一體，專業(yè)生產經營有機精細化工產品的國家大型二類化工企業(yè),2011年產值8.7億元。,公司占地11.5萬平方米，有11個職能部門、6個生產分廠、1個輔助分廠?，F(xiàn)有員工近1000人，其中各類技術人員近400人，有高級
2、職稱15人，享受政府特殊津貼3人。,公司建有有機精細化工研發(fā)中心、技術中心和檢驗中心，擁有10多項發(fā)明專利，是湖北省高新技術企業(yè)，注冊的“新康”商標為湖北省著名商標。,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,公司簡介,2、主要產品：,苯甲酸鈉系列,公司主導產品苯甲酸鈉系列年產7萬噸，包括苯甲酸（工業(yè)級、醫(yī)藥級、料添加劑級）、苯甲酸鈉（食品添加劑級、醫(yī)藥級，工業(yè)級）、苯甲酸鉀、苯甲酸芐酯等多個衍生產品。中國苯甲酸鈉行業(yè)標準由我公司起草制訂。,氯化芐系列,公司主導產品氯化芐系列年產2萬噸，包括氯化芐、芐醇（工業(yè)級、醫(yī)藥級、香料級、照相級）。,精細化工系列,醫(yī)藥中間體、香
3、精香料等精細化工品是公司的主要產品系 列之一。,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,公司簡介,3.質量體系認證,1998年1月通過ISO9000質量管理體系認證，2009年6月順利通過ISO9001:2008轉版認證，2012年4月通過復審。 2007年11月苯甲酸、苯甲酸鈉通過ISO22000：2005食品安全管理體系認證。 2012年3月通過了FSSC認證，是湖北省首批通過該認證的非外資企業(yè)。,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,公司簡介,4.節(jié)能減排,公司一貫重視節(jié)能減排工作，將建設“兩型”社會作為企業(yè)的基本責任。通過精
4、細生產和科技創(chuàng)新在節(jié)能減排工作上取得一定成績，獲得了一些榮譽。在取得良好的社會效益的同時，也創(chuàng)造了一定的經濟效益。,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,公司簡介,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,二、苯甲酸生產能源綜合利用項目,在催化劑的作用下，利用空氣將甲苯氧化成粗苯甲酸，此反應為強放熱反應。粗苯甲酸再經過減壓精餾提純得工業(yè)苯甲酸，工業(yè)苯甲酸經過結晶得到藥用苯甲酸。 反應方程 CH3C6H5 + O2 C6H5COOH + H2O + 683.43KJ/mol,苯甲酸生產原理,,,,,Wuhan Youji Industr
5、ies Co.,Ltd.,國內苯甲酸生產裝置都是間歇生產，存在反應熱未能有效利用，精餾過程能耗高，產品能源消耗高等不足。同時藥用級及食品級苯甲酸采用水溶法生產，消耗大量自來水及蒸汽，廢水處理困難。,苯甲酸生產存在的問題,為了節(jié)約能源，降低生產成本，必須有效的對苯甲酸生產過程中的能源進行綜合利用。生產工藝的連續(xù)化、裝置的規(guī)?；质悄茉淳C合利用的基礎。我公司從2009年開始進行苯甲酸全連續(xù)化生產的探索工作，在此基礎上提出苯甲酸生產過程中的能源綜合利用的設想。,工藝連續(xù)化改造總體設想,傳統(tǒng)的苯甲酸生產工藝分為三部分：氧化反應（甲苯部分氧化生成苯甲酸）、蒸餾（除去未反應的甲苯）、精餾（先脫除輕組分，然
6、后得到苯甲酸，剩余重組分由芐酯塔處理）。這三部分均為間歇操作，用能和產生的廢熱均存在波峰、波谷現(xiàn)象，加之設備小且多，廢熱難以集中利用。 經計算以及初步的試車，原來三步的間歇工藝將會改造為五步的連續(xù)工藝：氧化反應（連續(xù)反應）、閃蒸（脫除部分甲苯）、脫甲苯、脫低沸、出成品苯甲酸。生產工藝改為連續(xù)化后，由于所有設備將處于穩(wěn)定狀態(tài)運行，各項參數(shù)不隨時間發(fā)生變化，廢熱產生將非常穩(wěn)定，便于收集利用。,連續(xù)化改造流程,,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,根據(jù)苯甲酸生產過程的特點，結合本公司的實際情況，我們重點做了以下改造： 1、反應過程連續(xù)化改造回收反應熱 2、精餾過程連續(xù)
7、化改造制備低壓蒸汽 3、熔融結晶法取代水溶法生產高品質苯甲酸節(jié)能減排,,技術方案,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,1、綜合利用反應熱 1）原理： 間歇生產時，每批物料均需從常溫加熱到160開始反應。反應進行后，由于放熱，為了維持溫度恒定，需要冷卻介質冷卻以維持塔溫穩(wěn)定。高溫回水部分外排，部分通過涼水塔降溫后重復使用。反應的開開停停既消耗大量加熱蒸汽，還給反應熱的集中利用帶來了很大的不便。 另一方面，我公司鍋爐用軟水是常溫進入鍋爐。因此結合我公司實際，我們確定了利用氧化反應熱將軟水加熱至過熱水，經節(jié)流器后送至鍋爐生產蒸汽的方案，該方法可以有效節(jié)約鍋爐用煤。
8、,改造后的連續(xù)反應工藝，可以穩(wěn)定的提供反應熱。,2）改造方法間歇氧化改造為連續(xù)氧化,甲苯反應生成苯甲酸的反應是在氧化塔內進行。間歇反應改造為連續(xù)反應，是對原有的氧化塔進行部分改造，主要進行以下幾個方面的改造工作： 第一，增加連續(xù)進料泵取代間歇進料泵。為了避免甲苯的泄漏造成危險，選用磁力泵。泵流量的計算是依據(jù)反應的時空產率和氧化塔的總體積并考慮到一定的余量得到的，流量通過控制閥來控制。 第二，增加連續(xù)分水裝置。甲苯反應生成苯甲酸的同時會生成水，水必須及時的移走，否則會產生“死料”現(xiàn)象。利用水和甲苯互不相容且密度不同的原則，將甲苯和水分層后分離，甲苯回流到塔內繼續(xù)反應，水則通過控制閥排除，實現(xiàn)水的
9、連續(xù)分離。 第三，增加連續(xù)出料控制裝置。由于氧化塔不斷的進料，因而需要連續(xù)出料來維持塔內總物料的穩(wěn)定，通過液位控制閥來實現(xiàn)。,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,2）改造方法制備高溫軟水作為鍋爐進水,,流化床處理后的軟水用高壓泵送入氧化塔內的換熱盤管，通過控制閥控制流量維持氧化塔內的溫度，保證反應正常進行。出口處控制出水的壓力，防止過熱水汽化導致產生水錘，過熱水進入鍋爐生產蒸汽供應生產使用。,3）改造后的效果,a：節(jié)約加熱蒸汽 根據(jù)生產數(shù)據(jù)，每次向氧化塔內加入12噸甲苯，用蒸汽從常溫（以25計）加熱到160。反應后可以得到約6.5噸苯甲酸粗品（含量在92%左右）
10、。根據(jù)資料,甲苯在25至160之間平均比熱容為1.926 KJ/KgK 因而每批物料需要消耗的熱量為： Q1 = C甲苯m甲苯T甲苯 = 1.926 12000 （160-25）= 3.12 106 KJ 每6.5噸苯甲酸粗品可以得到5.9噸苯甲酸成品，因而得到每噸苯甲酸需要消耗的加熱蒸汽熱值為：3.12 106 KJ / 5.9 t苯甲酸 = 5.29 105 KJ / 噸苯甲酸； 標煤的熱值為2.926 107 KJ/噸，因而每噸苯甲酸需要消耗的標煤為：5.29 105 KJ / 2.926 107 KJ/噸標煤 = 0.018噸標煤/噸苯甲酸 每年節(jié)約的熱量折合標煤為：0.018噸標煤
11、/噸苯甲酸 7萬噸苯甲酸 = 1260噸標煤,b：反應熱回收,甲苯氧化是強放熱反應： C6H5CH3 + 1.5 O2 = C6H5COOH + H2O + H H = 683.43 KJ 每生成一噸苯甲酸，放出的熱量為： （106/122） 683.43 KJ/噸 = 5.6106 KJ/噸苯甲酸，折合0.19噸標煤/噸苯甲酸 實際上，并不是所有的放熱量都可以回收利用。比如進入氧化塔的冷甲苯、空氣需要吸收一部分熱量，而反應液、尾氣則會帶走一部分熱量。為了維持反應的穩(wěn)定進行，只有一部分熱量（2.114 107 KJ/h，占總放熱量的37.56%）可以回收利用。 折合標煤為：（2.114 107
12、 KJ/h）/ 2.926 107 KJ/噸標煤 = 0.7225噸標煤/h 每年以8000h計，則回收的反應熱折合標煤5780噸,廢熱制備低壓蒸汽,根據(jù)各公司實際，可以采取不同的廢熱利用方式制備各種品味的動力：發(fā)電、空調制冷和制熱、保溫、預熱等。,廢熱制備低壓蒸汽（3公斤）,熱水可以利用溴化鋰制冷機制冷，作為空調能源使用。 低壓蒸汽如果品味太低，可以用高壓蒸汽提壓后使用。,適用領域,強放熱反應場合； 反應溫度在100以上； 反應熱的供給穩(wěn)定； 高溫水（低壓蒸汽）有需要場合,1）原理,精餾是化工分離過程中一項非常耗能的分離操作，塔底再沸器需耗費大量的熱量以汽化釜液，而塔頂大量氣態(tài)苯甲酸需要采用
13、冷凝水冷凝下來。精餾時塔頂冷凝器維持較高溫度（150）即可將苯甲酸全部冷凝下來。因而可以利用軟水汽化吸收苯甲酸液化放出的熱量，同時副產3-4公斤（表壓）的蒸汽，從而回收了再沸器提供的熱量。產生的蒸汽作為儲槽和管道的保溫用氣，節(jié)省鍋爐蒸汽的消耗，降低單位產品的能耗。,2、精餾過程節(jié)能改造,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,苯甲酸精餾提純時精餾塔頂大量苯甲酸需要液化，以前一直是用水冷卻，高溫回水通過涼水塔降溫后重復使用。 苯甲酸的熔點較高（122），在生產中所有含苯甲酸管道均需蒸汽伴熱保溫，防止管道堵塞影響生產，因此需要大量的保溫蒸汽。 由于苯甲酸沸點較高，精餾塔
14、塔頂大量的氣相苯甲酸冷凝時放出大量熱量，可以利用軟水汽化吸收苯甲酸液化放出的熱量，副產蒸汽保溫，降低生產成本。 前提是精餾的連續(xù)化改造。,一期改造完成后的苯甲酸連續(xù)精餾流程,2）制備低壓蒸汽方案,精餾塔頂出來的氣相苯甲酸（溫度在170左右）進入塔頂蒸汽發(fā)生器（相當于普通精餾塔的塔頂冷凝器）的管程并液化，殼程內裝有一定量的軟水，殼程內軟水的液位通過液位通過控制閥維持在一定高度，確保換熱面積的穩(wěn)定。氣相苯甲酸液化過程中放出的大量熱使得殼程內的軟水汽化產生飽和蒸汽，所產蒸汽送至分氣缸，直接輸送到工藝系統(tǒng)中作為管道、容器等的保溫介質。,3）節(jié)能效果評價,每小時苯甲酸產量： 70000t/8000h =
15、 8.75t/h 實際生產中精餾塔的操作回流比（R）為0.5，因而生產中精餾塔頂每小時需要冷凝的氣相苯甲酸為：8.75 （1 + 0.5）= 13.125t/h 苯甲酸的液化焓為580KJ/Kg，則精餾塔塔頂每小時放出的熱量為：13.125103 580 = 7.6125106 KJ/h，折合標煤0.2602t/h 則每年利用精餾塔塔頂余熱制備蒸汽回收的熱量折合標煤為： （0.2602噸標煤/小時）8000小時 = 2082噸標煤/年,適用領域,連續(xù)精餾； 精餾塔塔頂溫度在130以上； 低壓蒸汽有需要的場合,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,1）熔融結晶法基本
16、原理 熔融結晶法生產過程是：將液態(tài)苯甲酸在接近其熔點的溫度下部分冷卻結晶，雜質大部分溶解在未結晶的液相中，固相含量較高，分離固液兩相，將固相逐步升溫進一步排除雜質提高含量，最后將符合要求的苯甲酸熔化得到產品。 熔融結晶法是生產高純度物質的一種有效辦法，由于生產過程中只需提供物質的熔化熱，因而能耗很低。同時生產時不需要加入其他溶劑，生產流程更簡單，且無環(huán)保問題。,3、熔融結晶取代水溶法生產高品質苯甲酸,雙降膜熔融結晶流程簡圖,公司2010年開始在原有的單降膜熔融結晶裝置基礎上著力于自主開發(fā)目前世界上最先進的雙降膜熔融結晶技術，并且在整個控制上實現(xiàn)程序控制來取代人工操作。 熔融結晶器內部是一組平行
17、的豎直列管束，物料和換熱介質分別分布在列管的內部和外部。熔融結晶工藝的優(yōu)點是設備幾乎沒有“放大效應”，只需保證物料和換熱介質在管壁上的均勻分布和相對比例即可。 該技術經過小試（1根管子）、中試（19根管子）已經成熟。其產品指標完全可以達到水溶法生產的苯甲酸指標。目前300根管子的大裝置剛剛試車成功，指標全部達到設計要求。,2）熔融結晶法實施方案,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,,3、熔融結晶法取代水溶法生產高品質苯甲酸,,單降膜熔融結晶工藝,雙降膜熔融結晶工藝,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,項目成效,,首先，單位產品能耗
18、顯著下降。同時，產品質量也得到有效提升。我公司是國內唯一能生產所有規(guī)格苯甲酸和苯甲酸鈉的企業(yè)，不僅成為可樂的全球供應商，還成功進入日本醫(yī)藥及食品市場。與全球苯甲酸最大生產商DSM建立戰(zhàn)略合作關系，負責其在亞太地區(qū)銷售的飼料級苯甲酸的生產。,3）節(jié)能效果評價,水溶酸是利用苯甲酸在不同溫度下在水中溶解度的差異來提純的。每得到一噸水溶酸，需要將13噸水從常溫（以20計）加熱到沸騰，需要消耗的熱量為：Q = C水m水T水 = 4.2 13000 （100-20）= 4.36 106 KJ 熔融結晶法生產高品質苯甲酸只需提供物質的少許熔化熱，苯甲酸的熔化焓為148KJ/Kg，因而熔融結晶法比水溶法生產每
19、噸苯甲酸節(jié)約的熱量為： 4.36 106 KJ/t 0.148 KJ/t = 4.212 106 KJ/t 折合0.144噸標煤/噸苯甲酸 按照年產1000噸水溶酸計，則采用高效雙降膜熔融結晶技術取代水溶法后，每年可以節(jié)約能源折合標煤144噸。,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,三、展望,,三項改造完成后，生產每噸苯甲酸可以副產0.5-1噸蒸汽，每噸苯甲酸產品的能耗將降低100元左右，僅蒸汽節(jié)約費用每年都在500萬元以上。,折標過程：1千克原煤 = 0.7143千克標煤；1千瓦時電 = 0.335千克標煤；1噸水 = 0.0857千克標煤；1噸原煤產5.8噸蒸汽（公司生產數(shù)據(jù)）,,,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,謝 謝 Thank,
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