年产2万吨氢化油项目节能与改进

年产2万吨氢化油项目节能与改进

闫峰

阳煤平原化工有限公司 山东省德州市 253100

摘要：氢化油，被叫做“植物奶油”“植物黄油”。氢化油的主要用途是用于延长食物保质期，并且感觉不油腻。近几年人们发现氢化油中的反式脂肪酸对人体有一定的危害性，因为氢化油中反式酸的存在，使得氢化油工业的发展向小型化、功能多样化、深加工方面发展。

关键词：氢化油；极限加氢；环路反应器

前言：

本项目需要解决的问题就是对比各种工艺的优缺点，选择适应目前生产要求的生产工艺。并且对工艺进行优化设计达到生产单耗最低，生产能耗最低，以达到最优的经济效益。目标就是采用先进的环路反应器工艺把能耗和氢气单耗降低到接近甚至低于10万吨级别的连续反应的塔式加氢工艺。

某公司要求设计建设二万吨极限加氢氢化油项目。其产品主要供应本公司硬脂酸单甘酯项目使用。其原料为28度棕榈油碘价50gI₂/100g，色泽（Hazen）：小于150，其他指标按照GB15680-2009中成品棕榈油指标确定。

经过单批次1Kg样品试验确定环路反应器反应条件是：反应温度190℃—200℃，氢气压力2.0Moa，反应时间1-1.5小时，催化剂0.5‰，原料28度棕榈油碘价50gI₂/100g碘价可以降低到1gI₂/100g以下。因为环路反应器放大后运行参数变化很少，所以本项目设计参数按实验数据确定。

一、环路反应器工艺设计

工艺说明：原料原料28度棕榈油碘价50gI₂/100g水分小于0.05%。原料卸车时加热到大于35℃，进入储罐后在氮封保护下，在40-45℃保温储存。进过一级换热器与产品换热后温度达到105℃以上，连续的进入闪蒸罐真空脱水。脱水后物料经过二级换热器与产品再次换热，温度提升至145℃-150℃，进入缓冲罐氮气保护下暂存。物料在经过高压泵进入进料缓冲罐，进料缓冲罐带有一定压力的氢气密封。当环路反应器反应完成一批物料后，打开环路反应器和进料缓冲罐的平衡阀门，物料自流到环路反应器内。用同样的方法将催化剂和原料的混合物，加入到环路反应器内。催化剂加完后，环路反应器内物料大于1/3，尽可以启动环路反应器循环泵开始反应，当物料加完关闭有关阀门后就可以打开氢气阀门，反应釜开始升压到2.0Mpa，反应90分钟。反应温度又145℃升温到190℃，此时需要微微打开反应器冷却水进行降温，防止温度超过200℃（每使碘价降低1个单位，原料油温度就上升1.6~1.7℃，所以反应温度理论上最高能达到145+1.7×（50-1）=228.3℃）。物料反应完成后关闭氢气阀门，关闭循环泵，打开出料阀门物料在反应器底部排出进入出料缓冲罐，观察液位物料接近出完后关闭出料阀门，注意物料不能完全出空，否则反应器内的氢气会泄漏到出料缓冲罐。出料缓冲罐的物料经过泵输送到二级换热器和一级换热器与原料换热后温度降低到80℃左右。换热后的产品进入过滤缓冲罐暂存，经过泵输送到过滤器过滤除去催化剂，产品进入产品罐暂存，根据需要可以直接去单甘脂车间使用也可以去包装车间脱色脱臭后造粒包装出售。

二、设备设计：

1.环路反应器：按进料1小时，出料30分钟，反应90分钟，进料30分钟后开始反应，一个反应周期按2.5小时计算。物料比重按0.85吨/m³计算（下同）。90÷0.85÷24×2.5≈11m³

反应器容积率按0.6计算，反应器需要18.3m³。反应器设计为直径1.9米，高6.5米，加上下封头后的总容积约20.4m³。

环路反应器循环泵选用ZF100-315，22Kw-4P，流量110立方米/h，扬程35米，电机22Kw。喷射器根据工程数据自己设计，委托有加工能力的喷射器生产厂家代加工。

2.换热器

螺旋缠绕管式换热器具有换热效率高、能耗少、运行费用省、结垢倾向低、占用空间小，喘流度高，换热效率高，结构紧凑、空间利用效率高，无换热死区等诸多性能优势。螺旋缠绕管式换热器换热能力是传统换热器的4-8倍，换热系数最高可达15000W/㎡℃，同等换热量、相同的工况下，体积约为传统换热器的1/10。

三、塔式连续加氢工艺设计

工艺说明：原料原料28度棕榈油碘价50gI₂/100g水分小于0.05%。原料卸车时加热到大于35℃，进入储罐后在氮封保护下，在40-45℃保温储存。车间生产时连续的输送至车间原料计量罐。原料在计量罐内加氮气保护，保温40-45℃，进过一级换热器与产品换热后温度达到105℃以上，连续的进入闪蒸罐真空脱水。脱水后物料经过二级换热器与产品再次换热，温度提升至145℃-150℃，进入缓冲罐氮气保护下暂存。物料在经过高压泵在管道内先和氢气混合再和催化剂混合后进入加入到反应器底部。反应器压力2.0Mpa，反应器内反应温度由底部到顶部逐步提高，反应器顶部温度190℃—200℃，必要时开启冷却水，防止温度超过200℃（每使碘价降低1个单位，原料油温度就上升1.6~1.7℃[4]，所以反应温度理论上最高能达到145+1.7×（50-1）=228.3℃）。物料反应完成和氢气一起由反应器顶部排出。排出的物料经过减压后输送到二级换热器和一级换热器与原料换热后温度降低到80℃左右。换热后的产品进入闪蒸罐分离出过量的氢气。油脂进入过滤工序过滤器除去催化剂，产品进入产品罐暂存，催化剂加入到调合釜，被原料油溶解后用高压泵连续的加入到原料油和氢气混合后的管线中，与主原料、氢气一起进入加氢塔的底部。设备设计：

①反应塔：因为是连续进料连续出料，反应时间为3小时，所以反应器容积为： 油脂占用体积为90/0.85/24×3≈13.2m³

氢油比为500:1—1000：1（V/V），氢气在设备内停留时间为5秒则氢气的体积为：1000×90÷0.85÷24÷360×5≈4.6 m³。

反应器压力为20Mpa，所以氢气在设备内所占体积为0.23 m³（因氢气反应消耗和容积到油脂内的氢气所占体积很小，所以忽略不计）

反应器容积为0.23+13.2=13.43 m³，长径比为（20-30）:1，反应器选直径,0.9米高22米，全容积约14m³，长径比24.4。

氢气量按最小计量算：500×90÷0.85÷24≈2206 Nm³/h

需要新鲜氢气：每吨油脂使碘价降低1个单位，需要消耗0.88立方米氢气

0.88×（50-1）×90÷0.85÷24≈190 Nm³/h

⑤换热器

连续加氢工艺的出料是氢气和油脂一起经过减压阀在塔顶流出。油脂含固体催化剂但是因为和氢气一起排出所以流速很快不会存在催化剂沉淀的问题。也正因为和氢气一起排出，所以在进行热回收时候，换热器的换热效率很低，换热器换热面积需要很大。

本项目采用先进的环路反应器工艺能把能耗和氢气单耗降低到接近甚至低于10万吨级别的连续反应的塔式加氢工艺。同时经过优化设计，能耗低于连续塔式加氢工艺，设备投资远远低于连续塔式加氢工艺，工艺半连续生产可以适应多种原料、多种碘值要求的产品。所以环路反应应用于氢化油工业可以达更优的经济效益

参考文献：

[1]王瑞元、王兴国等.科学、全面、正确认识反式脂肪酸安全问题.中国粮油学报，2011年02期

[2]张丽芳.氢化油在食品中的应用探讨.现代农业科技，2009年22期

[3]叶建泉.环路反应器在油脂化工中的应用.第三届（2010）中国油脂化工行业年论文集.博兴华润油脂化学有限公司

[5]成取林，蒋群峰.一种加氢反应塔.实用新型专利.200720190135.4

[6]赵贵兴，陈霞，刘忠云.油脂氢化反应的基础数据. 中国油脂，2001年04期

[7]郑淑容.氢化油的危害及其控制措施.现代农业科技，2011年08期