劉 偉

（中國(guó)石油 撫順石化公司合成洗滌劑廠， 遼寧 撫順 113109）

普利斯二代乙氧基化裝置提高單批次體積增長(zhǎng)比改造設(shè)計(jì)

劉 偉

（中國(guó)石油 撫順石化公司合成洗滌劑廠， 遼寧 撫順 113109）

提出了普利斯二代乙氧基化裝置提高單批次體積增長(zhǎng)比改造設(shè)計(jì)方案，并以生產(chǎn)200 t PEG-2000為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)果表明循環(huán)泵最小啟動(dòng)量由4.6 m3降至1.7 m3，單批次體積增長(zhǎng)比由6增加至16，噸產(chǎn)品成本下降59.12元。

普利斯二代；乙氧基化；單批次；體積增長(zhǎng)比

乙氧基化反應(yīng)是由各種可聚合的碳鏈起始劑，如脂肪醇、壬基酚、乙二醇、脂肪酸、脂肪胺等，與環(huán)氧乙烷（EO）發(fā)生的聚合反應(yīng)[1,2]。反應(yīng)是在乙氧基化反應(yīng)器中進(jìn)行，目前國(guó)內(nèi)外主要的乙氧基化反應(yīng)器主要有三種：攪拌釜式反應(yīng)器、普利斯（Press）循環(huán)噴霧反應(yīng)器和HH噴射式反應(yīng)器[3-5]。

撫順石化公司合成洗滌劑廠乙氧基化裝置（以下簡(jiǎn)稱本裝置）是1992年引進(jìn)的Press二代循環(huán)噴霧反應(yīng)器。為提高本裝置在生產(chǎn)高加合數(shù)產(chǎn)品時(shí)的效率、降低產(chǎn)品的能耗和物耗，進(jìn)行提高單批次體積增長(zhǎng)比改造設(shè)計(jì)研究。

1 單批次體積增長(zhǎng)比

本裝置反應(yīng)單元工藝流程見(jiàn)圖 1，設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1，設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

物料經(jīng)反應(yīng)循環(huán)泵、反應(yīng)回路換熱器進(jìn)入反應(yīng)器，與EO發(fā)生反應(yīng)后進(jìn)入接受器，如此循環(huán)直至反應(yīng)結(jié)束[6]。

在反應(yīng)過(guò)程中，隨著EO加合數(shù)的增加，接受器內(nèi)物料越來(lái)越多，體積也逐漸增大，在達(dá)到或接近接受器體積時(shí)，批次反應(yīng)結(jié)束。若想繼續(xù)提高EO加合數(shù)，就必須卸出一部分產(chǎn)物，終止反應(yīng)，余下的繼續(xù)反應(yīng)，如此反復(fù)，直至達(dá)到目的加合數(shù)。然后將卸出的中間產(chǎn)物重新加入催化劑，按上述方法逐一加合到目的加合數(shù)[7]。所以本裝置在生產(chǎn)高加合數(shù)產(chǎn)品時(shí)存在工序復(fù)雜、產(chǎn)量不易控制、催化劑消耗大和能耗高的問(wèn)題。

圖1 反應(yīng)單元工藝流程Fig.1 Process of reaction unit

單批次體積增長(zhǎng)比就是指在批次反應(yīng)結(jié)束時(shí)，終產(chǎn)品的體積與碳鏈起始劑體積的比值。該值主要受三個(gè)因數(shù)的影響，連起始劑用量、接受器的體積和循環(huán)泵最小啟動(dòng)量。循環(huán)泵最小啟動(dòng)量就是可以保證反應(yīng)循環(huán)泵啟動(dòng)的最小鏈起始劑體積，也就是物料循環(huán)一周所需要的時(shí)間與反應(yīng)循環(huán)泵流量的乘積[8]。根據(jù)表1、2數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算可知，本裝置物料循環(huán)一周所需要的時(shí)間為35 s。

起始劑用量不同單批次體積增長(zhǎng)比也不同，當(dāng)起始劑用量等于循環(huán)泵最小啟動(dòng)量時(shí)，單批次體積增長(zhǎng)比最大，也就是單批次最大生產(chǎn)能力與循環(huán)泵最小啟動(dòng)量的比值[9,10]。

以生產(chǎn)PEG產(chǎn)品為例，原料二乙二醇的密度按0.8 kg/cm3計(jì)算，產(chǎn)品PEG的密度按1.0 kg/cm3計(jì)算，其反應(yīng)方程式如下[11]。

二乙二醇 +nEO PEG

經(jīng)計(jì)算，本裝置若生產(chǎn)PEG產(chǎn)品，EO的最大加合數(shù)是 13.9，也就是說(shuō)，對(duì)于 PEG系列產(chǎn)品（PEG-400、600、800、1 000、1 500、2 000、3 000、4 000、6 000），就單批次而言，本裝置僅能生產(chǎn)PEG-400、600兩個(gè)牌號(hào)。以生產(chǎn)200 t PEG-2000為例進(jìn)行計(jì)算，第一步，以二乙二醇為原料，按循環(huán)泵最小啟動(dòng)量4.6 m3加入起始劑，需要3個(gè)批次，生產(chǎn)75 t PEG-720；第二步，以PEG-720為原料，按每批生產(chǎn)PEG-2000 25 t的原則，每批次需要9噸 PEG-720作為起始劑，8個(gè)批次后可生產(chǎn)PEG-2000 200 t，但剩余PEG-720 3 t，若全部轉(zhuǎn)化為PEG-2000，還需要1個(gè)批次。所以說(shuō)，生產(chǎn)200噸 PEG-2000累計(jì)需要 12個(gè)批次，實(shí)際產(chǎn)量為208.3 t。

表1 反應(yīng)單元設(shè)備參數(shù)Table 1 Equipment parameter of reaction unit

表2 反應(yīng)單元設(shè)計(jì)參數(shù)Table 2 Design parameter of reaction unit

2 提高單批次體積增長(zhǎng)比設(shè)計(jì)方案

在接受器體積不能改變的前提下，若想提高單批次體積增長(zhǎng)比，只有降低起始劑用量，尤其是循環(huán)泵最小啟動(dòng)量，為此提出增設(shè)小循環(huán)改造設(shè)計(jì)方案，對(duì)應(yīng)的原方案，我們稱之為大循環(huán)。改造后反應(yīng)單元工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 改造后反應(yīng)單元工藝流程Fig.2 Process of reaction unit after transform

物料首先經(jīng)反應(yīng)循環(huán)泵 PC-104、反應(yīng)回路換熱器E-108進(jìn)入反應(yīng)器，與EO發(fā)生反應(yīng)后進(jìn)入接受器，開(kāi)始小循環(huán)，待物料體積達(dá)到大循環(huán)所需的循環(huán)泵最低啟動(dòng)量后，再改為大循環(huán)，即物料經(jīng)反應(yīng)循環(huán)泵PC-101、反應(yīng)回路換熱器E-101進(jìn)入反應(yīng)器，與EO發(fā)生反應(yīng)后進(jìn)入接受器，如此循環(huán)直至反應(yīng)結(jié)束。

同樣以單批次生產(chǎn)PEG-2000為例，經(jīng)計(jì)算，本裝置改造后小循環(huán)循環(huán)泵最小啟動(dòng)量為1 700 L，單批次體積增長(zhǎng)比為 1～16。根據(jù)物料循環(huán)一周所需要的時(shí)間為35 s，確定小循環(huán)循環(huán)泵的流量為170 m3/h，反應(yīng)回路換熱器換熱面積為60 m2。詳見(jiàn)表3。

表3 改造后反應(yīng)單元參數(shù)Table 3 Parameter of reaction unit after transform

3 改造效果

以生產(chǎn)PEG-2000 200 t為例，催化劑用量是相對(duì)終產(chǎn)品0.3%，改造前需要生產(chǎn)12個(gè)批次，終產(chǎn)品產(chǎn)量相當(dāng)于283.3 t，耗催化劑850 kg；改造后需要生產(chǎn)8個(gè)批次，終產(chǎn)品產(chǎn)量為200 t，耗催化劑600 kg。改造前后反應(yīng)單元各操作工序所需時(shí)間見(jiàn)表4，能耗見(jiàn)表5。催化劑價(jià)格按908.3元/t計(jì)算，改造前生產(chǎn)200 t PEG-2000的催化劑及能耗成本為477.76元/t，改造后為418.64元/t，節(jié)約59.12元/t。

表4 反應(yīng)單元各工序所需時(shí)間Table 4 Required time of each reaction unit process

表5 改造前裝置能耗Table 5 Device power consumption before transform

4 結(jié) 論

綜上所述，通過(guò)增設(shè)小循環(huán)對(duì)本裝置進(jìn)行提高單批次體積增長(zhǎng)比改造后，一方面可以簡(jiǎn)化本裝置在生產(chǎn)高EO加合數(shù)產(chǎn)品時(shí)的流程，合理排產(chǎn)；另一方面，還可以降低產(chǎn)品的能耗和物耗。以生產(chǎn)PEG-2000 200 t為例，循環(huán)泵最小啟動(dòng)量由4.6 m3降至1.7 m3，單批次體積增長(zhǎng)比由6增加至16后，噸產(chǎn)品成本可下降59.12元。

［1］ 向玨貽.乙氧基化反應(yīng)器的技術(shù)進(jìn)展[J].能源化工，2016，37(4)：11-15．

［2］ 孫京津．一種新的乙氧基化反應(yīng)器——介紹 Buss公司生產(chǎn)的回路反應(yīng)器[J].表面活性劑工業(yè)，1995(1)：46-49．

［3］ 劉偉.兩種乙氧基化技術(shù)及其對(duì)醇醚性能的影響[J].中國(guó)洗滌用品工業(yè)，2016(2)：71-74．

［4］ 范存良，楊忠保，奚軍.連續(xù)乙氧基化反應(yīng)技術(shù)的研究[J].日用化學(xué)品科學(xué)，2000，23(增刊1)：44-47．

［5］ 秦勇.淺談我國(guó)乙氧基化生產(chǎn)工藝的發(fā)展趨勢(shì)[J].日用化學(xué)品科學(xué)，2014，37(11)：1-6．

［6］ 劉偉.普利斯二代乙氧基化裝置擴(kuò)能改造設(shè)計(jì)[J].當(dāng)代化工，2016，45(4)：794-795．

［7］ 李佳，安維中，張海濱，等.外循環(huán)噴霧式乙氧基化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型與模擬[J].化工學(xué)報(bào)，2010，61(12)：3180-3185．

［8］ 章于川，錢(qián)家盛，畢紅，等.聚氧乙烯型表面活性劑的乙氧基化工藝及國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀[J].安徽化工，1999(4)：2-6．

［9］ 錢(qián)梁華，呂海麗.乙氧基化反應(yīng)工藝條件的優(yōu)化[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2016，32(2)：16-20．

［10］劉曉東，尤成宏，李寧，等.典型乙氧基化工藝對(duì)比[J].當(dāng)代化工，2013，42(8)：1109-1111．

［11］安維中，李佳，張海濱，等.乙氧基化反應(yīng)器的模型化及其研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，2010，30(3)：17-21．

Transformation Design of PressⅡEthoxylation Device for Increasing Single Batch Volume Growth Ratio

LIU Wei

（PetrolChina Fushun Petrochemical Company Synthetic Detergent Factory, Liaoning Fushun 113109, China）

Transformation design scheme of PressⅡethoxylation device for increasing single batch volume growth ratio was put forward by taking producing 200 ton PEG-2000 as an example. The results showed that the least star quantity of loop pump was decreased from 4.6 m3to 1.7 m3, single batch volume growth ratio was increased from 6 to 16, product cost was decreased by 59.12 Yuan/ton.

PressⅡ; Ethoxylation; Single batch; Volume growth ratio

TQ 201

A

1671-0460（2017）04-0721-03

2017-03-15

劉偉（1970-），男，遼寧撫順人，高級(jí)工程師，工程碩士，1992年畢業(yè)于中山大學(xué)化學(xué)系，從事表面活性劑的科研和生產(chǎn)工作。E-mail：liuwei999@petrochina.com.cn。