乙炔法醋酸乙烯酯生產裝置中合成工序的節能系統及節能方法與流程

本發明涉及一種能夠降低乙炔法醋酸乙烯酯生產裝置能耗的方法，特別的涉及能降低乙炔法醋酸乙烯酯生產裝置中合成工序能耗的合成氣與原料氣熱耦合系統及預溶乙炔的醋酸蒸發器低溫操作方法。

背景技術：

醋酸乙烯酯是一種重要的有機化工原料，廣泛用于生產聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、涂料、粘合劑等一系列化工產品，可制作自行車的車座、農用薄膜和冰箱的填料及用作聚氯乙烯和合成橡膠的改性劑。醋酸乙烯作為中間體，隨著聚乙烯醇非纖維領域應用的拓展，使得醋酸乙烯的需求不斷增長。

目前，生產醋酸乙烯酯的工藝主要有乙烯法和乙炔法兩種。乙炔法和乙烯法都分為氣相法和液相法。其中液相法由于腐蝕和成本問題已相繼淘汰。在電石、煤炭或天然氣資源豐富的地區，乙炔法比乙烯法更具有市場競爭力。乙炔法根據原料來源不同又分為電石乙炔法和天然氣乙炔法。

乙炔與醋酸氣相合成醋酸乙烯酯的工藝過程為：乙炔與醋酸在醋酸鋅/活性炭催化劑的作用下，在160～220℃，常壓下進行反應生成醋酸乙烯酯和乙醛、丁烯醛等副產物，反應后的氣體經多級冷卻進行分離，分離出的乙炔氣體繼續循環使用，分離出的醋酸和醋酸乙烯反應液送至精餾工序進行醋酸乙烯酯的精制。

傳統技術中，對于醋酸乙烯酯生產裝置反應器出口的高溫合成氣體，與循環氣進行一級換熱，合成氣被冷卻至120℃后進入氣體分離塔，在氣體分離塔中還需采用冷卻水和循環水繼續進行冷卻，增加了公用工程耗量。

醋酸作為原料之一，在進反應器之前需要將其氣化，醋酸的沸點溫度為118℃。傳統技術中醋酸蒸發器的操作溫度一般較高(120～130℃)。同時，醋酸具有較強的腐蝕性，在有機酸中僅次于甲酸，尤其在高溫條件下，金屬在醋酸中發生電化學腐蝕反應，且溫度越高，腐蝕的速度越快。因此，溫度越高，對設備材質要求越高，設備造價就越高。另外，在醋酸乙烯合成工藝中，醋酸乙烯及反應的副產物如乙醛、丁烯醛等會在高溫下聚合生成樹脂狀物質，積聚在醋酸蒸發器底部，會導致醋酸蒸發器傳熱效果下降，出現堵塞問題。

本發明的目的在于開發一種合成氣與原料氣熱耦合系統及預溶乙炔的醋酸蒸發器低溫操作方法，從而降低醋酸乙烯酯合成過程的能耗。

技術實現要素：

本發明涉及一種能夠降低乙炔法醋酸乙烯酯生產裝置能耗的方法，特別的涉及能降低乙炔法醋酸乙烯酯生產裝置合成工序能耗的反應氣與合成氣熱耦合系統及預溶乙炔的醋酸蒸發器低溫操作方法。

在醋酸乙烯酯合成過程中，乙炔單程轉化率較低，大量未轉化的乙炔必須循環使用。來自乙炔清凈工序的新鮮乙炔與循環的乙炔氣混合，然后被蒸汽加熱進入循環氣體鼓風機，經循環氣體鼓風機增壓后，與合成氣換熱后送入醋酸蒸發器的底部。自醋酸蒸發器頂部排出的乙炔和醋酸的混合氣進入反應氣第一換熱器，利用反應器出口氣體對其預熱，而后經反應器進料預熱器預熱到反應溫度，反應氣進料預熱器采用蒸汽加熱。反應氣由反應器頂部送入催化劑床層進行催化反應。反應后的合成氣經與原料氣進行兩級換熱后，送至氣體分離塔的底部。醋酸自氣體分離塔頂部加入，從氣體分離塔頂部出來的氣體中，其主要組成為乙炔、乙醛、氮氣和二氧化碳等，大部分與新鮮乙炔匯合后進入循環氣體鼓風機，壓縮后返回合成反應器；另外采出一部分側流氣送至排氣回收工段脫除二氧化碳等惰性組分。氣體分離塔塔釜的反應液送至精餾工段進行分離。

本發明的技術方案如下：

一種乙炔法醋酸乙烯酯生產裝置中合成工序的節能系統，合成氣與原料合成工序的節能系統，由醋酸蒸發器101、反應氣第一換熱器104、反應氣第二換熱器105、反應器進料預熱器106、合成反應器107、氣體分離塔109和循環氣體鼓風機118組成；合成反應器107、反應氣第一換熱器104、反應氣第二換熱器105和氣體分離塔109依次連接；醋酸蒸發器101、反應氣第一換熱器104和反應器進料預熱器106依次連接；循環氣體鼓風機118、反應氣第二換熱器105和醋酸蒸發器101依次連接。

所述的反應氣第一換熱器、反應氣第二換熱器均為列管式換熱器。

采用本發明的系統對乙炔法醋酸乙烯酯生產裝置中合成工序的節能方法，采用熱耦合方法：自合成反應器107出來的合成氣首先經過反應氣第一換熱器104的管程，與殼程自醋酸蒸發器101塔頂來的原料氣進行換熱，換熱后殼程的原料氣進入反應器進料預熱器106繼續加熱，管程的合成氣進入反應氣第二換熱器105的管程繼續冷卻，殼程的冷卻介質為自循環氣體鼓風機118出口來的循環氣，換熱后，管程的合成氣進入氣體分離塔109，殼程的循環氣進入醋酸蒸發器101。

本發明與現有的工藝相比有明顯改進，現有工藝如附圖2所示，從氣體分離塔頂部出來的循環乙炔氣在氣氣換熱器中與反應器出來的合成氣進行換熱，被合成氣加熱后，再進入油氣換熱器，與從反應器出來的導熱油進行換熱，被加熱至反應溫度，然后與過熱醋酸蒸汽混合進入反應器。醋酸在醋酸蒸發器中采用新鮮蒸汽進行加熱使其蒸發。

現有的工藝中，原料氣與合成氣在氣氣換熱器(如圖2中的105)中進行了一級換熱，另外需要的熱量在油氣換熱器(如圖2中的104)中通過導熱油對原料氣來進行加熱。本發明與現有的工藝相比，通過采用熱耦合技術，將合成氣與原料氣進行了兩級氣-氣換熱(如圖1中的104和105)，充分回收產物氣體中所帶出的熱量，最大程度上降低能耗。

現有的工藝中，醋酸蒸發器(如圖2中的101)采用的是釜式加熱器，本發明中低溫操作的醋酸蒸發方法是在吸收塔(如圖1中的101)中進行，將自醋酸蒸發器頂部來的原料氣和循環氣體壓縮機出口的原料氣分別與合成反應器出來的合成氣進行兩級氣氣換熱耦合，最大限度的回收產物氣體中所帶出的熱量，并采用在醋酸蒸發器中預溶乙炔的方法來降低醋酸蒸發器的塔釜溫度。乙炔氣自醋酸蒸發器的塔釜加入，與自醋酸蒸發器頂部加入的新鮮醋酸以及中上部加入的精餾醋酸逆流接觸，大部分的乙炔氣起到了降低醋酸分壓的作用，從而降低了醋酸的蒸發溫度。還有一小部分乙炔被溶到了醋酸中，從而降低了醋酸的泡點；醋酸蒸發器的塔釜溫度得到了有效降低，塔釜溫度為50～80℃。塔釜溫度的降低改善了塔釜結焦情況，減輕了設備腐蝕，降低了系統對設備的材質要求，同時可以采用低品位熱源進行加熱。

附圖說明

圖1：本發明中乙炔法醋酸乙烯酯節能生產工藝示意圖；

醋酸蒸發器-101、循環醋酸加熱器-102、循環醋酸泵-103、反應氣第一換熱器-104、反應氣第二換熱器-105、反應器進料預熱器-106、合成反應器-107、汽包-108、氣體分離塔-109、氣體分離塔冷卻器-110、氣體分離塔循環泵-111、氣體分離塔上冷卻器-112、氣體分離塔中冷卻器-113、氣體分離塔下冷卻器-114、冷凍水罐-115、冷凍水泵-116、循環氣體過熱器-117、循環氣體鼓風機-118。

圖2：乙炔法醋酸乙烯酯現有工藝示意圖；

醋酸蒸發器-101、油氣換熱器-104、氣氣換熱器-105、合成反應器-107、氣體分離塔-109、循環氣體鼓風機-118。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的技術作進一步的詳細說明：

如圖1所示，合成氣與原料合成工序的節能系統，由醋酸蒸發器101、反應氣第一換熱器104、反應氣第二換熱器105、反應器進料預熱器106、合成反應器107、氣體分離塔109和循環氣體鼓風機118組成；反應氣第一換熱器104的管程入口與反應氣第二換熱器105相連、管程出口與合成反應器107相連；反應氣第一換熱器104的殼程入口與醋酸蒸發器101相連，殼程出口與反應器進料預熱器106相連，反應氣第二換熱器105的管程入口與反應氣第一換熱器104相連，管程出口與氣體分離塔109相連，反應氣第二換熱器105的殼程入口與醋酸蒸發器101相連，殼程出口與循環氣體鼓風機118相連。

自合成反應器出來的合成氣進入反應氣第一換熱器104，反應氣第一換熱器104為列管式換熱器；熱物料(合成氣)走反應氣第一換熱器104的管程，冷物料(醋酸蒸發器101出來的塔頂氣)走反應氣第一換熱器104的殼程，經過換熱，被冷卻后的合成氣進入反應氣第二換熱器105的管程繼續進行冷卻，醋酸蒸發器101出來的原料氣進入反應器進料預熱器106繼續進行加熱；反應氣第二換熱器為列管式換熱器，熱物料(合成氣)走反應氣第二換熱器105的管程，冷物料(循環氣體鼓風機118出來的循環氣)走反應氣第二換熱器105的殼程，經過換熱后，循環氣進入醋酸蒸發器101中，合成氣進入氣體分離塔109中。本發明采用熱耦合技術，將合成氣與原料氣進行了兩級氣-氣換熱，充分回收產物氣體中所帶出的熱量，最大程度上降低能耗。

本發明低溫操作的醋酸蒸發器方法：乙炔氣自醋酸蒸發器101的塔釜加入，新鮮醋酸自醋酸蒸發器101的頂部加入，精餾工段來的精餾醋酸自醋酸蒸發器101的中上部加入，在醋酸蒸發器101中，乙炔與醋酸逆流接觸，大部分的乙炔氣起到了降低醋酸分壓的作用，從而降低了醋酸的蒸發溫度，還有一小部分乙炔被溶到了醋酸中，從而降低了醋酸的泡點。綜上兩點，醋酸蒸發器的塔釜溫度與現有工藝相比得到了有效降低。現有工藝中醋酸蒸發器塔釜溫度一般在120℃左右，本發明中醋酸蒸發器的塔釜溫度在50～60℃。

本發明涉及乙炔法醋酸乙烯酯生產裝置中合成工序的節能系統及節能方法，合成氣與原料氣兩級熱耦合系統及預溶乙炔的醋酸蒸發器低溫操作方法。自合成反應器出來的合成氣首先經過反應氣第一換熱器的管程，與殼程自醋酸蒸發器塔頂來的原料氣進行換熱，換熱后殼程的原料氣進入反應器進料預熱器繼續加熱，管程的合成氣進入反應氣第二換熱器的管程繼續冷卻，殼程的冷卻介質為自循環氣體鼓風機出口來的循環氣，換熱后，管程的合成氣進入氣體分離塔，殼程的循環氣進入醋酸蒸發器。原料氣與合成氣的兩級氣氣換熱耦合，最大限度的回收產物氣體中所帶出的熱量。乙炔氣自醋酸蒸發器的塔釜加入，新鮮醋酸自醋酸蒸發器頂部加入，精餾醋酸自醋酸蒸發器的中上部加入，在醋酸蒸發器中乙炔氣與醋酸逆流接觸，通過醋酸中預溶乙炔的方法降低醋酸蒸發器的塔釜溫度，改善了塔釜結焦情況，減輕了設備腐蝕。