潘珊 鐘紅林 何鵬飛

寧波浙鐵江寧化工有限公司 浙江寧波 315000

順酐生產(chǎn)過(guò)程總體上分為氧化工藝和后處理工藝兩大部分，后處理工藝的方法主要有水吸收法和有機(jī)溶劑吸收法。國(guó)內(nèi)順酐生產(chǎn)主要采用苯氧化和水吸收生產(chǎn)工藝為主，水吸收流程短，設(shè)備投資省，操作簡(jiǎn)單但溫度控制不當(dāng)會(huì)形成富馬酸易堵塞腐蝕設(shè)備，需要定期清理，脫水工序能耗大不夠經(jīng)濟(jì)。有機(jī)溶劑吸收法是國(guó)外普遍采用的方法，溶劑吸收優(yōu)點(diǎn)沒有水的干擾，吸收過(guò)程不易產(chǎn)生順?biāo)?，減輕了設(shè)備腐蝕，有機(jī)溶劑回收順酐產(chǎn)品的收率比水吸收高1%-2%,精餾過(guò)程能耗低，工藝連續(xù)性好，克服了水吸收的缺點(diǎn)。隨著順酐裝置規(guī)模的擴(kuò)大，水吸收技術(shù)顯得相對(duì)比較落后，因此，后處理工藝的有機(jī)溶劑吸收法成為國(guó)產(chǎn)化技術(shù)。

1 順酐工藝流程及運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 順酐工藝流程

寧波浙鐵江寧化工有限公司是國(guó)內(nèi)較大的順酐生產(chǎn)廠家，目前公司具有年產(chǎn)10萬(wàn)噸的生產(chǎn)能力，該裝置采用正丁烷氧化法，溶劑吸收與解吸工藝，以正丁烷為原料通過(guò)固定床在385℃釩-磷催化劑的作用下催化氧化反應(yīng)生產(chǎn)含有順酐的混合氣體。反應(yīng)生產(chǎn)的順酐氣體經(jīng)換熱器二級(jí)冷卻后進(jìn)入吸收塔，采用DBP（鄰苯二甲酸二丁酯）作為溶劑吸收混合氣體中的順酐，冷卻至130℃的順酐混合氣從底部塔盤進(jìn)入吸收塔，與從吸收塔頂部塔盤進(jìn)入60℃的DBP貧溶劑在第10塊塔盤位置逆流接觸，充分吸收酐氣成為富溶劑（富油）在塔底，未吸收的尾氣通過(guò)塔頂內(nèi)泡罩塔盤氣液分離后進(jìn)入焚燒爐系統(tǒng)。吸收塔底的富油達(dá)到富油槽和后閃蒸器，富油到解吸塔內(nèi)在高溫負(fù)壓的環(huán)境中用真空蒸餾的方法將順酐和溶劑解吸分離出來(lái)，得到的粗酐產(chǎn)品從塔頂采出送入粗酐槽，解吸塔底部含有少量順酐的貧油經(jīng)后閃蒸器和放空洗滌塔再次閃蒸回收順酐后的DBP送入貧油槽，粗酐最后在精制中將粗酐中的輕，重組分在真空中蒸餾分離出來(lái)，得到精制順酐成品。溶劑DBP中的苯酐，富馬酸，焦油雜質(zhì)在離心機(jī)中洗滌，分離除去后的貧油在系統(tǒng)中循環(huán)利用。

1.2 裝置運(yùn)行現(xiàn)狀

我廠自2013年12月開始投料試運(yùn)行后，在裝置生產(chǎn)運(yùn)行初期遇到許多的困難，如溶劑在系統(tǒng)中發(fā)生溶劑水解和高溫?zé)岱纸庑纬赡z質(zhì)聚合物，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備管線堵塞，溶劑損耗過(guò)大，副產(chǎn)物雜質(zhì)多，部分設(shè)備，管線設(shè)計(jì)不合理等因素導(dǎo)致裝置操作難度大無(wú)法長(zhǎng)周期運(yùn)行，需反復(fù)開停停車進(jìn)行堵塞清理，特別是吸收塔循環(huán)冷卻器。本文主要針對(duì)吸收系統(tǒng)中存在一些問(wèn)題進(jìn)行分析，討論和改造[1]。

2 吸收系統(tǒng)存在的問(wèn)題及原因分析

2.1 存在的問(wèn)題

吸收塔循環(huán)冷卻器是溶劑吸收系統(tǒng)中比較關(guān)鍵的一臺(tái)設(shè)備，它的作用是利用循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)將含16%-18%順酐的富油冷卻，通過(guò)冷后循環(huán)量返回塔中部控制塔中溫度最終達(dá)到控制塔頂溫度，從而減少溶劑和順酐的損失，提高順酐收率。吸收塔運(yùn)行一段時(shí)間后，就會(huì)出現(xiàn)換熱器堵塞的現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)循環(huán)流量逐漸下降，調(diào)節(jié)閥和旁路，泵出口閥全開都無(wú)濟(jì)于事 從而使塔頂溫度過(guò)高無(wú)法控制超出了工藝范圍，造成部分順酐和溶劑的損失及尾氣溫度過(guò)高等一系列惡性工藝狀況，只能非計(jì)劃停車對(duì)換熱器進(jìn)行清洗，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定的運(yùn)行。吸收塔循環(huán)冷卻器拆封頭發(fā)現(xiàn)管壁上都被雜質(zhì)堵死了，必須對(duì)管道設(shè)備進(jìn)行清洗至?xí)惩?，但這不能徹底解決堵塞根本問(wèn)題，針對(duì)這一技術(shù)難題，公司決定成立攻關(guān)小組，加強(qiáng)技術(shù)分析和交流，提出可行的技術(shù)改造從根本上解決堵塞難題，達(dá)到裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

2.2 堵塞原因分析

（1）因反應(yīng)器的新催化劑活性沒有完全活化，生成副產(chǎn)物焦炭類物質(zhì)較多，這些副產(chǎn)物進(jìn)入切換冷卻器中鮑爾環(huán)攔截部分焦油后進(jìn)入溶劑吸收系統(tǒng)，副產(chǎn)物使溶劑發(fā)生分解生成苯酐和富馬酸雜質(zhì)。

（2）正丁烷氧化生產(chǎn)順酐過(guò)程中會(huì)生成一部分水含6%進(jìn)入吸收系統(tǒng)冷凝后，部分水與順酐反應(yīng)生成馬來(lái)酸，馬來(lái)酸在高溫下異構(gòu)化為富馬酸重組分進(jìn)入塔底富溶劑中。

（3）在吸收塔系統(tǒng)中，液位控制不當(dāng)溶劑易發(fā)生水解生產(chǎn)苯酐雜質(zhì)，因系統(tǒng)中溶劑是循環(huán)利用，溶劑在惡性循環(huán)中分解反應(yīng)得不到抑制，發(fā)生反應(yīng)生成聚合膠狀物，使吸收和解吸系統(tǒng)運(yùn)行困難，嚴(yán)重堵塞吸收塔循環(huán)冷卻器。

（4）吸收塔底部的籃式過(guò)濾器經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，特別是裝置開車初期，氧化劑活性較高，氧化生成的焦油類物質(zhì)多快速堵塞過(guò)濾器，在清洗過(guò)濾器時(shí)富溶劑走過(guò)濾器旁路，部分雜質(zhì)無(wú)法攔截進(jìn)入系統(tǒng)。

3 吸收塔技術(shù)改造

針對(duì)吸收系統(tǒng)遇到的問(wèn)題，關(guān)鍵是要減少焦油，膠質(zhì)聚合物等雜質(zhì)在溶劑中積累而無(wú)法去除，結(jié)合裝置的實(shí)際運(yùn)行情況，進(jìn)行以下幾個(gè)技術(shù)改造。

3.1 塔頂增加絲網(wǎng)除沫器

絲網(wǎng)除沫器能除去夾雜在氣體中的微小液體，除霧沫效力高，而且氣體通過(guò)時(shí)阻力很小，對(duì)于塔內(nèi)設(shè)備固定，空間固定的情況下可延長(zhǎng)氣液分離的時(shí)間，改善分離效果，減少溶劑的損失，防止溶劑夾帶的雜質(zhì)堵塞塔盤，攔截部分雜質(zhì)。

3.2 塔底增加一臺(tái)籃式過(guò)濾器用于備用切換

在吸收塔底底泵出口再增加一臺(tái)籃式過(guò)濾器，過(guò)濾器方便拆卸，清洗，過(guò)濾芯子不需加過(guò)濾網(wǎng)，可直接過(guò)濾掉雜質(zhì)。當(dāng)一臺(tái)過(guò)濾器堵塞后可快速切至另一臺(tái)備用過(guò)濾器，增加塔底過(guò)濾功能，不用走旁路，可以去除系統(tǒng)中的部分焦油，富馬酸，膠質(zhì)聚合物等雜質(zhì)，減輕系統(tǒng)壓力。

3.3 增加板式換熱器作為列管換熱器的備用延長(zhǎng)運(yùn)行周期

增加一臺(tái)板式吸收塔循環(huán)冷卻器，當(dāng)在運(yùn)行的管式吸收塔循環(huán)冷卻器堵塞時(shí)，及時(shí)切換至版式換熱器，裝置不需要因堵塞清洗換熱器清洗而停工，兩臺(tái)吸收塔循環(huán)冷卻器交替使用達(dá)到長(zhǎng)周期運(yùn)行的目的。

吸收塔列管換熱器由于體積大，傳熱直徑大，工作時(shí)間長(zhǎng)，不需要頻繁清洗，但價(jià)格昂貴，也受現(xiàn)場(chǎng)空地及造價(jià)條件影響無(wú)法在其旁邊添加一臺(tái)同樣的換熱器。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空間的考量以及咨詢專業(yè)技術(shù)人士后，決定用投資成本更低的板式換熱器作為吸收塔列管換熱器的備用換熱器。板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效率高熱損失小，單位容積提供的傳熱面積大，檢修拆洗方便，但它無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，需頻繁清洗。列管比板式運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)作為主設(shè)備，板式作為備用換熱器，當(dāng)列管式換熱器運(yùn)行堵塞后可快速切換至板式換熱器運(yùn)行，解決了因清洗列管式換熱器而造成停車的困擾[2]。

3.3.1 換熱器的選擇

目前裝置運(yùn)行的換熱器是列管式換熱器，列管換熱器具有管線長(zhǎng)9.3米、體積為10.8立方米大的特點(diǎn)，給溶劑中的雜質(zhì)提供積累時(shí)間和場(chǎng)地堵塞設(shè)備。如果將列管換熱器改為板式換熱器，則明顯減小了體積，減少了雜質(zhì)與設(shè)備接觸面積，減少設(shè)備堵塞的可能，且板式換熱器易于拆洗，大大節(jié)省了人工清洗成本。當(dāng)然技改成本也是考慮的主要因之一。

當(dāng)然目前設(shè)計(jì)板式換熱器也有一定缺點(diǎn)，如開車時(shí)不能對(duì)冷態(tài)物料進(jìn)行加熱，運(yùn)行時(shí)間沒板換時(shí)間長(zhǎng)，如調(diào)控不及時(shí)易造成系統(tǒng)溫度偏低。開車期間只能采用列管換熱器。

3.3.2 基本流程及流程圖

利用大修時(shí)間進(jìn)行改造，在原來(lái)吸收塔列管換熱器進(jìn)出口開三通口，將板式換熱器并聯(lián)列入列管換熱器，同時(shí)原有的調(diào)節(jié)閥可以控制兩個(gè)換熱器的流量，兩個(gè)換熱器根部各自添加手閥以便隔離出清洗。具體流程如圖1：

圖1 改造后吸收塔循環(huán)冷卻器流程圖

注：①、紅色部分為添加板式換熱器后需增加的管線，物料側(cè)、循環(huán)水側(cè)管徑均為200mm。②、原換熱器的進(jìn)口調(diào)節(jié)閥控制兩個(gè)換熱器的總流量，管道流程設(shè)計(jì)滿足兩個(gè)換熱器的切換需要。

4 技改后效果

2016年到2017年12月期間，每隔2-3個(gè)月吸收塔循環(huán)冷卻去因堵塞而停車清洗，每次清洗回裝投用需要一星期，這嚴(yán)重影響順酐的產(chǎn)量，特別是在催化劑初期活性較高，生產(chǎn)的焦炭類雜質(zhì)較多，快速堵塞換熱器，最短15天就運(yùn)行不下去了，在溶劑惡性循環(huán)中，吸收塔底部的雜質(zhì)經(jīng)常超出工藝范圍，由技改前表2數(shù)據(jù)可以看出，吸收塔的雜質(zhì)富馬酸，苯酐的含量都超出正常值，這些雜質(zhì)不但容易堵塞換熱設(shè)備，還會(huì)加大溶劑的消耗，減少順酐收率[3]。因此延長(zhǎng)換熱器的使用周期，減少停車頻率，盡可能減少雜質(zhì)進(jìn)入溶劑本。表3的分析數(shù)據(jù)是2018年進(jìn)行技改后的工藝指標(biāo)，由表2和表3的技改前后數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，技改后，通過(guò)塔底過(guò)濾器，絲網(wǎng)除沫器，吸收塔循環(huán)冷卻器交替切換使用，切換清洗也不用走旁路后攔截了部分雜質(zhì)。系統(tǒng)中的水，馬來(lái)酸含量比技改前減少0.04%和0.4%，富馬酸，苯酐的含量比技改之前分別減少了0.02和0.01%。

現(xiàn)在裝置運(yùn)行工藝指標(biāo)及雜質(zhì)含量基本在可控范圍內(nèi)，裝置穩(wěn)定運(yùn)行，這說(shuō)明我們的技改是有效果的。

表2 技改前吸收塔底部雜質(zhì)分析數(shù)據(jù)

表3 技改后吸收塔底雜質(zhì)分析數(shù)據(jù)

5 結(jié)語(yǔ)

吸收塔循環(huán)冷卻器和雜質(zhì)的積累量直接關(guān)系到裝置運(yùn)行情況，2018年針對(duì)吸收系統(tǒng)的技改后，攔截了部分雜質(zhì)，吸收塔循環(huán)冷卻器交替使用，裝置在滿負(fù)荷的情況下連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行周期長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月，保證了年產(chǎn)10萬(wàn)噸順酐產(chǎn)量任務(wù)得以完成，獲得了較大的經(jīng)濟(jì)收益。