王元

（中石化上海工程公司，上海 200120）

苯酚丙酮裝置反應區(qū)進出料系統(tǒng)設備和管道布置特點

王元

（中石化上海工程公司，上海 200120）

目前世界上生產(chǎn)苯酚丙酮的主要方法為異丙苯法，持有該生產(chǎn)方法專利的公司有A公司、B公司和C公司。以苯酚丙酮裝置的反應區(qū)進出料管道為例，通過對比這三家公司的反應區(qū)的工藝流程、設備布置及管道設計等方面的不同，逐個分析各家公司的管道設計特點，優(yōu)化設備布置及管道布置。

苯酚；丙酮；異丙苯；過氧化異丙苯

苯酚和丙酮是重要的化工原材料，苯酚是生產(chǎn)某些樹脂、殺菌劑、防腐劑以及藥物（阿司匹林）的重要原料，丙酮主要作為溶劑用于炸藥、塑料、橡膠、纖維、制革、油脂、噴漆等行業(yè)中，也可作為合成烯酮、醋酐、碘仿、聚異戊二烯橡膠、甲基丙烯酸甲酯、氯仿、環(huán)氧樹脂等物質的重要原料。

目前世界上生產(chǎn)苯酚、丙酮的工藝方法主要是采用異丙苯法[1]。持有該生產(chǎn)方法專利的公司主要有三家，分別是A公司、B公司和C公司。雖然這三家公司采用的生產(chǎn)工藝大致相同，但是裝置設備選型和布置、占地大小、管道的布置設計等方面是不相同的。

我們公司參與天津石化3.5×105t/a苯酚丙酮裝置、上海中石化三井化工有限公司4×105t/a苯酚丙酮項目、中海煉化惠州煉油二期3.5×105t/a苯酚丙酮裝置的設計，在上述工程設計過程中與三家專利公司都有接觸。本文通過這三家專利的詳細工程設計經(jīng)驗，以實際投產(chǎn)運行的3.5×105t/a的產(chǎn)量的裝置為背景，通過類比氧化反應區(qū)進出料系統(tǒng)的設備布置特點和管道布置特點，討論各公司的苯酚丙酮裝置的相同點和不同點。在對各公司的工藝及流程的解讀基礎上，進一步對設備布置及氧化進出料系統(tǒng)的管道設計進行比較。

1 裝置工藝及流程簡介

1.1 工藝描述

丙烯與苯在催化劑的作用下生成異丙苯，異丙苯經(jīng)氧化生成過氧化異丙苯（CHP），再用硫酸分解，同時得到苯酚和丙酮[2]。A公司、B公司和C公司這三家公司的專利原則上都是采用此工藝生產(chǎn)苯酚和丙酮。

1.2 流程描述

用異丙苯法生產(chǎn)苯酚丙酮大體可以將裝置分為七個工段：氧化工段、提濃工段、分解工段、中和工段、精餾工段、AMS加氫工段和回收工段。以3.5×105t/a的苯酚丙酮裝置為例，簡要介紹各個公司的氧化反應區(qū)的相關流程。

1.2.1 A公司的氧化反應區(qū)流程簡介

A公司的反應區(qū)共有4臺反應器、4臺換熱器和8臺循環(huán)泵，經(jīng)堿洗的異丙苯和壓縮空氣送至第一反應器，經(jīng)反應后CHP達到一定濃度后送至第二反應器繼續(xù)反應，以此類推，當?shù)谒姆磻髦械腃HP達到規(guī)定濃度后，由第四反應器循環(huán)泵送至提濃工段進行提濃。而防止反應失控的方式是采用急冷水直接注入反應器內(nèi)部對物料進行冷卻，同時中止反應。

1.2.2 B 公司的氧化反應區(qū)流程簡介

B公司的反應區(qū)共有2臺反應器、5臺換熱器和4臺循環(huán)泵，經(jīng)堿洗的異丙苯和壓縮空氣送至第一反應器，經(jīng)反應后CHP達到一定濃度后送至第二反應器繼續(xù)反應，然后通過輸送泵送至后續(xù)的提濃工段提濃。而兩臺急冷器是分別控制對應的2臺反應器的出料溫度以防止反應失控情況的出現(xiàn)。同時在第二反應器出料時，會抽出一股側線與氧化進料進行換熱，達到節(jié)能的目的。

1.2.3 C公司的氧化反應區(qū)流程簡介

C公司的反應區(qū)共有3臺反應器、1臺臥式容器和2臺出料泵，經(jīng)堿洗的異丙苯和壓縮空氣送至第一反應器，經(jīng)反應后CHP達到一定濃度通過重力流送至第二反應器繼續(xù)反應，以此類推，當?shù)谌磻鞯腃HP濃度達到出料要求時，通過重力流送至氧化存儲罐，然后通過氧化出料泵送至后續(xù)的提濃工段提濃。而防止反應失控的方式是采用溫水在反應器內(nèi)部采用內(nèi)盤管的方式直接對CHP冷卻，同時中止反應。

2 設備布置及氧化進出料管道的設計特點

針對各個專利的工藝流程特點，我們對設備布置及氧化進出料系統(tǒng)的管道特點進行簡介。

2.1 A公司

氧化反應區(qū)進出料系統(tǒng)設備布置及管道設計特點見圖1。

圖1 A公司反應區(qū)進出料管線系統(tǒng)Fig. 1 A company the equipment and piping layout of reaction

在反應區(qū)進出料管線系統(tǒng)的設計過程中，可以將1臺反應器、1臺換熱器、2臺循環(huán)泵列為一組，共分為4組進行管道設計，如圖1所示。這四組的反應器進出料系統(tǒng)的設備布置和管道的設計應做到完全一致。如此設計可以保證每臺反應器的進料管道的長度和管件數(shù)量完全一致，最大程度的避免了因管道阻力降的不同而造成的反應器內(nèi)部壓力的波動。

在裝置運行過程中，2臺循環(huán)泵為1開1備，備泵的進出口管道的切斷閥都是常開閥門。根據(jù)這一要求，在進行管道設計時要充分考慮閥門的可操作性。出口管道允許出現(xiàn)袋形，但是需要設置必要的排凝管線，以便于檢修時能及時排空管道內(nèi)的物料。

A公司反應區(qū)進出料管道設計特點：

（1）充分考慮閥門的可操作性[3]。

（2）設置必要的排凝，便于需要時排空管道內(nèi)的物料。

（3）充分研究并完成1#反應器的管道設計，2#、3#、4#反應器的相關管道設計要與1#反應器的管道設計完全一致，確保管道阻力降相同。

2.2 B公司

氧化反應區(qū)進出料系統(tǒng)設備布置及管道設計特點見圖2。

圖2 B公司反應區(qū)進出料管線系統(tǒng)Fig. 2 B company the equipment and piping layout of reaction

B公司反應器的容量非常大，類似拱頂儲罐且反應器內(nèi)部壓力為微正壓，因此在設備布置時將反應器的布置方案按照儲罐的設計理念進行設計，即外圍采用防火堤防止物料破罐溢流，防火堤區(qū)域內(nèi)采用管廊的方式將管道架空敷設，如此地面上可以便于人員通行及巡檢。

根據(jù)工藝流程，1臺反應器對應2臺循環(huán)泵和2臺急冷器，且1臺循環(huán)泵和1臺急冷器為一組串聯(lián)，2組循環(huán)泵及急冷器為1開1備，因此循環(huán)泵和急冷器的設備布置及管道設計采用對稱布置的設計方案，即完成一組氧化反應器—循環(huán)泵—急冷器的布置后，將其按照反應器的中軸線鏡像到另一端。同時，1#、2#反應器管道布置也要完全相同。這樣的設計方案可以將氧化反應器的進出料管道布置設計的完全一致，在啟動備泵/急冷器的時候不會因為管道布置不同，造成管道的阻力降突然增加或減少，最終造成反應器內(nèi)部壓力的波動。可以最大程度的保證反應過程的穩(wěn)定性。

在裝置運行過程中，2臺循環(huán)泵為1開1備，備泵的進出口管道的切斷閥都是常開閥門。根據(jù)這一要求，在進行管道設計時要充分考慮閥門的可操作性。出口管道可以出現(xiàn)袋形，但是需要設置必要的排凝管線，以便于檢修時能及時排空管道內(nèi)的物料。

B公司反應區(qū)進出料管道設計特點：

（1）充分考慮閥門的可操作性[3]。

（2）設置必要的排凝，便于需要時排空管道內(nèi)的物料。

（3）充分研究并完成1#反應器的一組氧化反應器—循環(huán)泵—急冷器的管道設計后，以1#反應器的中心線作為中軸線完全對稱布置，作為另一組氧化反應器—循環(huán)泵—急冷器的管道設計方案。2#反應器及其相關的設備布置與管道設計方案也是完全鏡像1#反應器及其相關的設備布置與管道設計方案。

2.3 C公司

氧化反應區(qū)進出料系統(tǒng)設備布置及管道設計特點見圖3。

如圖3所示，1#反應器在最右面，自右往左分別為2#、3#反應器，通過前文的介紹，我們已經(jīng)了解C公司反應器進出料管道中流體的推動力為反應器內(nèi)部的液位差，因此1#反應器高度最高，3#反應的高度最低，在操作過程中，這三臺反應器內(nèi)部的液位幾乎達到90 %左右。因此反應區(qū)進出料管道的設計必須滿足重力流的要求。

C公司氧化反應區(qū)進出料系統(tǒng)設備布置及管道設計特點：

（1）管道設計避免袋形（包括氣袋也需要盡量避免），要保證重力流。

（2）充分考慮管道的支撐，管道的走向及設備布置要充分考慮重力流管道的特點。

（3）管道長度要盡量短，同時在管道設計過程中要減少彎頭的數(shù)量，達到將管道阻力降減少到最低的目的。

圖3 C公司反應區(qū)進出料管線系統(tǒng)Fig. 3 C company the equipment and piping layout of reaction

3 數(shù)據(jù)對比

通過對三家公司的流程描述，設備布置介紹和氧化進/出料管道設計特點的對比，我們可以得到如下的結論。

3.1 設備數(shù)量及管道長度的不同

表1 設備數(shù)量、占地面積和管道長度對比Tab. 1 The contrast of the equipment number、layout and piping length

從表1可以看出，B公司的氧化區(qū)占地面積最大，C公司的氧化進出料管道長度最短。

3.2 介質的壓力源不同

A公司和B公司在反應器進料管上都設有循環(huán)泵，管道內(nèi)部介質的推動力是靠泵來提供的。而C公司反應器進料管道中介質的推動力是靠各反應器內(nèi)部的液位差來實現(xiàn)的。

3.3 管道設計方案不同

A公司是以反應器-換熱器-循環(huán)泵為一個整體制定設計方案。每一組反應器的管道設計方案完全一致，同時也可以根據(jù)產(chǎn)量的不同增加或減少反應器組的數(shù)量。

B公司的設計方案以對稱設計為主，產(chǎn)量的不同主要影響到反應器的尺寸、管道尺寸和占地面積。

C公司的設計方案為重力流設計方案。設計過程中要做到管件數(shù)量最少化，管道長度最小化同時避免袋形的產(chǎn)生。

4 結論

綜上所述，采用異丙苯法生產(chǎn)苯酚丙酮的這三個裝置的反應區(qū)進出料系統(tǒng)，各有各的特點。在充分解讀流程的基礎上，我們才能制定出合理的設備布置和管道設計方案。

[1]張連中，孫秀云，魏慶玲，等. 固體酸催化過氧化氫異丙苯分解制苯酚丙酮反應的研究. 化學世界[J]，2011（8）：487-490.

[2]黃靚，李靜霞，戴維林，等. 含錫催化劑在Baeyer-viuiger氧化反應中的應用進展. 石油化工[J]，2004，67（12）：W 101.

[3]SH 3012—2011 石油化工金屬管道布置設計規(guī)范[S].

Layout Features of Equipment and Piping in Inlet and Outlet System in Reactor Used in Phenol & Acetone Plant

Wang Yuan
（SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd, Shanghai 200120）

Currently the main method for producing phenol and acetone is one using cumene. There are three companies holding the patent of this method in the world, that is company A, company B and company C. In this paper, exampled with the inlet/outlet piping in the reactor in phenol and acetone plant, the process in reacting zone, equipment layout and piping design were compared for these three companies. The characteristics of piping design as well as the optimization of piping and equipment layout by these companies were analyzed respectively.

phenol; acetone; cumene; ethylbenzenehydroperoxide (CHP)

TQ 055.8+1

：A

：2095-817X（2017）02-0017-004

2016-05-14

王元（1983—），男，工程師，主要從事設備布置、管道設計及管理工作。