（中國天辰工程有限公司，天津300400）

1 概述

順酐又名馬來酸酐，是目前世界上僅次于苯酐和醋酐的第三大酸酐，主要用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂。此外，還可用于生產(chǎn)1，4-丁二醇、γ-丁內(nèi)酯、四氫呋喃、馬來酸、富馬酸和四氫酸酐等一系列重要化工產(chǎn)品[1]。順酐生產(chǎn)一般采用苯氧化法和正丁烷氧化法兩種主要生產(chǎn)方法。目前國外主要采用正丁烷氧化法，國內(nèi)以苯氧化法為主[2]。由于正丁烷法工藝資源利用方面比苯法合理，環(huán)境污染程度比苯法輕，隨著石化行業(yè)的快速發(fā)展，正丁烷法順酐裝置近幾年發(fā)展較快，在新上馬的順酐生產(chǎn)裝置中，正丁烷法占主導(dǎo)地位，國內(nèi)選擇苯氧化生產(chǎn)方法主要是由于以前國內(nèi)的煤資源豐富的資源特殊性造成的。但是伴隨著國內(nèi)開始注重環(huán)境保護以及煤資源正在不斷的被消耗，近年逐漸開始應(yīng)用正丁烷氧化方法來生產(chǎn)順酐。正丁烷法相對于苯法生產(chǎn)順酐主要有兩大優(yōu)點。第一個優(yōu)點是在資源利用上更為合理；第二個優(yōu)點是更加注重環(huán)境保護，對環(huán)境的污染更小。伴隨著我國煉油、石油化工行業(yè)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，C4資源得到了更加合理的綜合利用。因此國內(nèi)現(xiàn)階段采用生產(chǎn)順酐的方法趨勢主要是正丁烷氧化法[3]。

2 工藝流程

2.1 正丁烷氧化法工藝流程概述

正丁烷氧化法順酐生產(chǎn)技術(shù)的核心為原料正丁烷與空氣在反應(yīng)器中發(fā)生的高溫放熱、氣固相催化氧化反應(yīng)見圖1。氧化反應(yīng)工藝通常分為固定床工藝和流化床工藝，本工程正丁烷法順酐裝置為固定床工藝。其流程為：原料正丁烷與壓縮空氣按一定比例充分混合后進入固定床氧化反應(yīng)器，在裝填有催化劑的列管內(nèi)進行反應(yīng)。反應(yīng)過程中大量放熱，反應(yīng)熱由熔融的硝酸鹽混合物循環(huán)移走，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體經(jīng)熱交換器冷卻，然后進入吸收塔與吸收溶劑進行逆向接觸，其中順酐被溶劑吸收，經(jīng)解吸塔蒸餾系統(tǒng)，將順酐和吸收溶劑分離得到粗順酐，再經(jīng)過洗滌塔、脫水塔后，精制生成液體順酐產(chǎn)品，再經(jīng)過冷卻制片（或塊）成為固體順酐產(chǎn)品。

圖1 正丁烷氧化法流程示意圖

2.2 本提升改造工程工藝流程設(shè)計

本順酐裝置提升改造工程是在原8萬t/a的生產(chǎn)能力基礎(chǔ)上提升至10萬t/a：新增一套空壓機單元、一套氧化反應(yīng)單元，并對吸收、汽提、溶劑處理等單元實施升級改造。

反應(yīng)器系統(tǒng)的目的是在釩磷氧催化劑上使正丁烷與空氣經(jīng)選擇氧化反應(yīng)生產(chǎn)順酐。氣相丁烷和穩(wěn)定劑、低壓水蒸汽加入到順酐反應(yīng)器進口空氣管道中?；旌衔锿ㄟ^反應(yīng)器靜態(tài)混合器，以便使進料中各組分均勻分布?；旌掀鞣浅＝咏陧橍磻?yīng)器，以減少可燃氣體的容積。在順酐反應(yīng)器中，進入反應(yīng)器的大約55%丁烷轉(zhuǎn)化為順酐、32%轉(zhuǎn)化為一氧化碳和二氧化硫，并且2%轉(zhuǎn)化為醋酸和丙烯酸，這些反應(yīng)高度放熱。熔融的熔鹽通過順酐反應(yīng)器循環(huán)移除反應(yīng)熱量。反應(yīng)熱用于發(fā)生高壓飽和蒸汽。順酐反應(yīng)器為列管式固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器組不可分割的部分包括反應(yīng)器、電加熱器、熔鹽冷卻器以及熔鹽循環(huán)泵。順酐反應(yīng)器由密閉循環(huán)的熔融熔鹽回路冷卻，熔鹽由熔鹽泵輸送到順酐反應(yīng)器殼程。熔鹽冷卻器為立式換熱器，高壓飽和蒸汽在冷卻器管程產(chǎn)生。順酐反應(yīng)器組設(shè)備均連接到熔鹽排放池。反應(yīng)器系統(tǒng)配備數(shù)個安全設(shè)計措施，以防止殼程或管程過壓。殼程有超流量管道，以便在順酐反應(yīng)器太滿時允許熔鹽流回到熔鹽排放池。

反應(yīng)器出氣冷卻系統(tǒng)由氣體冷卻器、切換冷卻器及其備用冷卻器組成。氣體冷卻器通過發(fā)生高壓飽和蒸汽冷卻反應(yīng)器出口氣。切換冷卻器用鍋爐進水作為冷卻介質(zhì)，并且向反應(yīng)器組提供預(yù)熱鍋爐進水。冷卻后氣體物料與前期合并輸送至吸收塔回收順酐。

3 本提升改造工程裝置布置、配管設(shè)計

3.1 裝置布置設(shè)計

本工程除新增空壓機房以外，裝置布置按照生產(chǎn)流程順序進行了集中露天布置，在保證熱力管線應(yīng)力計算通過的前提下，盡量使各設(shè)備間輸送管道最短，避免流程迂回往復(fù)，且滿足操作檢修的需要。消防道路路面上方凈空高度設(shè)計不小于5m[4]。

新增氧化單元在已有裝置北側(cè)采取填平補齊的布置與已有裝置相契合銜接。裝置為鋼結(jié)構(gòu)框架，地面設(shè)置了分析柜、順酐反應(yīng)器及反應(yīng)器防護罩等設(shè)施見圖2。EL+8.5m和13.5m層設(shè)置有反應(yīng)器組的操作檢修平臺；反應(yīng)器氣體冷卻器及切換冷卻器布置在框架南側(cè)，中間以管廊與反應(yīng)器組隔開，EL+3.5m、8.5m和16.0m層設(shè)置有冷卻器操作檢修平臺。整個框架分別設(shè)置了兩個通往地面或者下層的樓梯作為安全疏散通道，以滿足安全疏散要求[5]。頂部設(shè)置有起重能力為2t的電動葫蘆；蒸汽罐用于收集高壓飽和蒸汽，按工藝計算要求，將其設(shè)置在EL+25.0m的框架平臺上。

圖2 新增氧化單元裝置布置圖

按照安全衛(wèi)生設(shè)計的相關(guān)要求，凡是有毒和具有化學(xué)灼傷危險性的作業(yè)區(qū)，須設(shè)置有應(yīng)急噴淋洗眼器等安全和衛(wèi)生防護設(shè)施，一旦不慎有有毒物質(zhì)飛濺出來，可以立即用清水沖洗以免人員受到傷害。各裝置區(qū)設(shè)置應(yīng)急噴淋洗眼器的數(shù)量要確保其服務(wù)半徑覆蓋范圍滿足15m的要求[6]。本工程新增氧化單元設(shè)置了6臺應(yīng)急噴淋洗眼器、新增風(fēng)機房設(shè)置了1臺應(yīng)急噴淋洗眼器。應(yīng)急噴淋洗眼器設(shè)在出、入通道口旁或在緊急情況時人容易觸摸到的地方。

圖3 新增氧化單元總體平面布置示意圖

新增氧化單元為甲類生產(chǎn)裝置，按照設(shè)計規(guī)范，其與廠區(qū)前期甲類裝置氫氣壓縮機房的間距應(yīng)不小于30m[4]見圖3。反應(yīng)器底部混合器爆炸危險性較高，按工藝設(shè)計要求，應(yīng)設(shè)有防護罩以保證人員及裝置的安全。本工程如果按照前期裝置氧化單元的設(shè)計方案，反應(yīng)器防護罩與氫氣壓縮機房之間的距離小于30m，不符合要求，為此我們將布置、配管方案做了調(diào)整，對裝置中間管廊進行了合理的壓縮，并對防護罩設(shè)計進行了相應(yīng)調(diào)整。這樣重新設(shè)計后氧化單元與前期氫氣壓縮機房的間距滿足了規(guī)范的要求，解除了風(fēng)險。

3.2 配管設(shè)計

本提升改造工程設(shè)計需要應(yīng)力計算的管線較多，計算后使用彈簧支架約40余個，這些管線的運行溫度大多都是在200℃～350℃之間，并且管徑較大，這種情況下這些應(yīng)力管線計算的結(jié)果就不可避免地會對裝置布置和配管造成一定影響。氧化反應(yīng)單元熔鹽管線為夾套管線，為便于熔鹽介質(zhì)排空，需要有1%的坡度設(shè)計，對施工安裝精度要求較高。對改造工程來說，管線的支撐，特別是大直徑管線的支撐，在設(shè)計時還需要考慮新增支架的位置。例如：空壓機至反應(yīng)器的進氣管線及反應(yīng)器的出口管線，因需要穿越已有的前期管廊和裝置區(qū)，支撐條件變得十分復(fù)雜。這些都需要在設(shè)計過程中工藝布置專業(yè)與土建專業(yè)和現(xiàn)場實際情況緊密聯(lián)系，精確制定設(shè)計方案。

4 結(jié)論

隨著國內(nèi)外化工行業(yè)市場的不斷調(diào)整，各工程公司承接的改造工程不斷增多。改造工程因有其獨特的特點，需要在原有廠區(qū)范圍尋找合適的場地，要充分考慮原有公用工程及物料的輸送便利性，還需要考慮裝置總圖甚至其他相鄰廠區(qū)的裝置建構(gòu)筑物特性，來綜合考慮裝置布置以滿足化工裝置規(guī)范間距等要求。裝置操作平臺的設(shè)置需要考慮設(shè)計足夠的疏散通道，對空間緊張密集型裝置的改造，操作檢修空間需要與相鄰裝置綜合考慮，條件允許的情況下可以互相借用以達到對空間的充分利用。在原有裝置內(nèi)部或近旁設(shè)計新增裝置時，既須確保設(shè)計規(guī)范的相關(guān)間距要求又須滿足樁基、上部結(jié)構(gòu)、安裝作業(yè)的施工可行性要求。對新增大管線的支撐設(shè)計也需要對原有裝置的框架及管廊十分了解，這樣才能給土建專業(yè)提出可行的支撐設(shè)計條件。對于改造工程務(wù)必要參考前期工程的施工圖紙，并準確掌握現(xiàn)場的實際情況，這樣才能做到準確無誤，并為后續(xù)設(shè)計施工創(chuàng)造有利的條件。