任國偉

（江蘇奧克化學(xué)有限公司，江蘇 揚州 211400）

0 引言

環(huán)氧乙烷屬于乙烯下游走的重要衍生物，僅次于聚乙烯，主要應(yīng)用在化工原料生產(chǎn)中，比如：乙二醇、聚醚單體等，屬于重要的化工產(chǎn)品。環(huán)氧乙烷主要原料為乙烯與氧氣，在銀催化劑上乙烯能選擇性地氧化生成環(huán)氧乙烷。乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷，工業(yè)上用的銀催化劑是由活性組分銀、載體和助催化劑所組成的。其中銀催化劑屬于技術(shù)的核心，其中低比表面、無孔隙或少孔隙或粗孔隙的惰性物質(zhì)α-Al2O3作為載體，以Cs、Re等作為助催化劑，可以把銀顆粒隔開，防止銀燒結(jié)。隨著環(huán)氧乙烷下游精細(xì)化學(xué)品的需求不斷增加，對商品環(huán)氧乙烷/乙二醇的需求旺盛，為提升經(jīng)濟(jì)效益，工廠開工率不斷提升，工廠安穩(wěn)長滿優(yōu)運行至關(guān)重要，這一背景下，環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置的優(yōu)化與改造屬于關(guān)鍵課題，本文主要對此進(jìn)行研討。

1 環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置簡易工藝流程

來自界外的高純度乙烯（99.9%mol）和空氣分離單元的氧氣（99.8%mol）在含催化劑的反應(yīng)器中生成環(huán)氧乙烷，甲烷作為載氣用于提高反應(yīng)器燃燒極限，乙烯和氧氣部分參與反應(yīng)，未反應(yīng)的乙烯、氧氣與甲烷一期通過循環(huán)壓縮機(jī)返回氧化反應(yīng)器。循環(huán)氣經(jīng)EO吸收塔吸收環(huán)氧乙烷后，富吸收液經(jīng)多次換熱升溫進(jìn)入EO汽提塔，汽提后的EO水溶液經(jīng)輕組分塔脫除輕組分后，含60%的EO溶液送入EO精制塔，從塔中獲得高純度的EO產(chǎn)品，并將部分釜液送入乙二醇反應(yīng)蒸發(fā)系統(tǒng)。乙二醇工段處理環(huán)氧乙烷精制塔頂或脫醛物，確保全部轉(zhuǎn)化為乙二醇[1]。環(huán)氧乙烷和過量水混合在反應(yīng)器高溫、高壓下轉(zhuǎn)化為粗產(chǎn)物。經(jīng)多效蒸發(fā)后，干燥、脫水、精制后得到了MEG、DEG和TEG產(chǎn)品。

2 升級和升級設(shè)備的加工技術(shù)

第一，為了更好地節(jié)省產(chǎn)品成本并減少能耗，工廠采取了多種對策。關(guān)鍵在于對環(huán)氧乙烷/乙二醇設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)以及對部分設(shè)備的技術(shù)改造升級實施，解決生產(chǎn)過程中的缺陷與隱患。必須定期地、有計劃地對設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性的和恢復(fù)性的檢修，以便及時地檢查、發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備存在的缺陷，消滅潛在的事故因素，提高設(shè)備健康水平，延長設(shè)備使用奉命，確保機(jī)組運行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。（1）運用先進(jìn)服務(wù)云，對現(xiàn)場主要設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，定期組織專業(yè)人員對設(shè)備運行進(jìn)行詳細(xì)數(shù)據(jù)評估，分享經(jīng)驗，統(tǒng)籌設(shè)備預(yù)防性維修體系，提高設(shè)備的故障診斷和維修技術(shù)水平。（2）利用檢修期間解決換熱器堵塞，調(diào)節(jié)閥泄漏、管道泄漏問題，解決現(xiàn)場跑冒滴漏現(xiàn)象，并清理帶有腐蝕和殘留物的換熱機(jī)械與設(shè)備。（3）解決了乙二醇反應(yīng)器水進(jìn)料多級泵頻繁故障的問題、循環(huán)氣壓縮機(jī)K201的振動值偏高的問題以及塔操作參數(shù)異常波動不穩(wěn)定設(shè)備缺陷問題。（4）解決夏季循環(huán)冷卻水溫度高，制冷設(shè)備實際效果差，水輪機(jī)運行效率偏低問題。（5）處理翅片式風(fēng)冷器換熱效率低下，表面異物積存，翅片角度偏差影響散熱問題。（6）對長時間影響乙二醇提濃塔再沸器封頭焊縫熱影響區(qū)安全運行的腐蝕問題，通過特殊工藝處理進(jìn)行解決，以確保設(shè)備的長期安全運行。（7）經(jīng)常組織員工提出建議，應(yīng)對在夏季和冬季危及設(shè)備穩(wěn)定性的生產(chǎn)瓶頸，并制定安全生產(chǎn)保護(hù)措施[2]。

第二，工廠進(jìn)一步在優(yōu)化了三劑使用。工廠環(huán)氧乙烷裝置選用殼牌專利技術(shù)，自投入運行，已更換多次脫硫劑，而之前脫硫劑選用進(jìn)口，采購時間長并且價格相對昂貴，通過技術(shù)對比與交流，選用國內(nèi)新型脫硫劑替代進(jìn)口，降低單位產(chǎn)品成本。在乙烯氧化反應(yīng)的整個過程中，在銀催化劑上生成EO的反應(yīng)異常劇烈，為了抑制乙烯過度氧化成二氧化碳和水，通常在反應(yīng)器進(jìn)料中加入抑制劑。以前，殼牌、SD、聯(lián)碳等公司的專利均采用二氯乙烷作為抑制劑，目前大多改用一氯乙烷作為抑制劑。與二氯乙烷相比，采用一氯乙烷具有加入量較大，易于控制，毒性較小，在系統(tǒng)內(nèi)形成氯化物雜質(zhì)較少等優(yōu)點，對設(shè)備尤其是不銹鋼設(shè)備的長期使用有利，而且添加工藝更為簡單，不需要泵或載氣加以運輸。我裝置選用一氯乙烷作抑制劑，并在國內(nèi)選擇質(zhì)量優(yōu)良的一氯乙烷生產(chǎn)廠家，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

離開極冷區(qū)和循環(huán)氣與30℃的貧吸收液逆向接觸吸收環(huán)氧乙烷，并向貧吸收液中連續(xù)添加苛性堿以保持貧液pH值在7.3至7.5之間，以確保環(huán)氧乙烷被吸收。在調(diào)整鍋爐水系統(tǒng)PH值，使用國產(chǎn)多功能緩蝕劑，從而降低了生產(chǎn)成本。

3 環(huán)氧乙烷/乙二醇設(shè)備升級改造

3.1 新型設(shè)備設(shè)施應(yīng)用

節(jié)能是化工企業(yè)工藝優(yōu)化的重點，通過對系統(tǒng)蒸汽系統(tǒng)確認(rèn)能源結(jié)構(gòu)，通過運行工況參數(shù)整理收集，進(jìn)行熱平衡分析，診斷引起高耗能的各種原因，并采取先進(jìn)技術(shù)手段優(yōu)化蒸汽系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。通過收集信息，蒸汽節(jié)能方向相當(dāng)可觀，先后在工廠對蒸汽梯級利用進(jìn)行優(yōu)化、應(yīng)用特殊節(jié)流型文丘里管疏水器、氣旋隆技術(shù)、新型疏水器應(yīng)用、蒸汽噴射器節(jié)能優(yōu)化等，提升蒸汽高效利用，節(jié)省能源。采用高效節(jié)能電機(jī)對部分耗能高的電機(jī)進(jìn)行改造，并對流量波動工況較大設(shè)備增加變頻器，便于設(shè)備節(jié)約電力[4]。

3.2 用膜分離設(shè)備技術(shù)應(yīng)用

生產(chǎn) EO/ EG 過程中需排空由原料和致穩(wěn)氣帶入的雜質(zhì)，但在排空過程中會損失少量未反應(yīng)的原料乙烯，氧氣法工藝中乙烯損失占原料量的 1 %以下，空氣法工藝中乙烯損失量較大。乙烯回收有許多方法，其中最具有技術(shù)先進(jìn)性及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)價值的是膜分離技術(shù)和變壓吸附技術(shù)。為了更好地避免氬氣在循環(huán)中的積累，減少乙烯損耗，降低壓縮機(jī)功率，減少原乙烯料消耗和產(chǎn)品成本。依據(jù)項目所需排放的氣量和回收氣壓縮機(jī)能力情況，通過更換膜組件形式與大小，對乙烯膜分離進(jìn)行改造，將大大節(jié)省乙烯原料，從而節(jié)省產(chǎn)品成本。

3.3 高效旋殼泵應(yīng)用

工廠乙二醇運行工況復(fù)雜，在正常生產(chǎn)時，乙二醇反應(yīng)單元水合比例控制較低，但在開停車或者乙二醇效益高的時候進(jìn)行切換操作，而該輸送泵原設(shè)計流量大揚程高的多級離心泵，日常運行中該多級泵故障率偏高，且維修成本高。查閱相關(guān)低流量高揚程，且運行穩(wěn)定控制輸送泵最終選擇為旋殼泵。該泵有三個基本部件，一個是轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，一個是靜止的集液管、連接頭部件，另一個是軸承箱部件。該泵本質(zhì)上也是單級離心泵，但不像結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多級離心泵與脈動的往復(fù)泵。該泵工作原理是液體從泵進(jìn)口吸入，經(jīng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子蓋進(jìn)入轉(zhuǎn)子腔，由于離心力，增加了液體的流速和壓力，使的液體噴入位于轉(zhuǎn)子腔中的集液管，這樣將液體的動能轉(zhuǎn)化為壓力能，最后從出液管排出高壓液體。該泵可實現(xiàn)變頻控制，具有耗能低，運行平穩(wěn)的特點。

4 工藝設(shè)備優(yōu)化改造方向

4.1 識別風(fēng)險來源和危害要素

乙烯：CAS號74-85-1;與氣體混合可產(chǎn)生易燃化合物，爆炸極限為36%（V/V），下限為2.7%（V/V），對身心健康具有非常強的麻醉作用，其作用對自然環(huán)境有害。CO2：CAS號7782-44-7；適用于點火。這是著火和爆炸的基本先決條件之一。它可以氧化空氣中的大多數(shù)活性物質(zhì)。它與丁二烯和甲烷氣體一起產(chǎn)生易燃化合物。甲烷（致穩(wěn)氣）：CAS編號74-82-8；與氣體混合會產(chǎn)生易燃化合物。蒸氣的爆炸極限為15%（V/V），下限為5.3%（V/V）。一氯乙烷（抑制劑）：CAS號75-00-3;與氣體混合可產(chǎn)生易燃化合物，蒸氣爆炸極限為14.8%（V/V），下限為3.6%（V/V），對身心健康有害，具有刺激和麻醉作用，并且有害自然環(huán)境。

4.2 風(fēng)險處理方法

4.2.1 泵溫控對策

針對環(huán)氧乙烷泵采取有效措施以防止泵的溫度升高。循環(huán)系統(tǒng)的流體從導(dǎo)向輪排出，并根據(jù)屏蔽套，滾動軸承和側(cè)板的孔按照較小的管道返回到泵內(nèi)空間。確保泵的溫度低于0℃。（1）在泵中，液體持續(xù)動態(tài)流動，輸送液體溫度設(shè)有高報警和高高報警聯(lián)鎖。正常情況使用-15℃低溫冷凍對儲罐、泵體和連接管道進(jìn)行降溫。（2）EO罐組及泵棚設(shè)有自動消防噴淋，該噴淋設(shè)置可現(xiàn)場啟動、中控DCS畫面啟動與消防柜上聯(lián)鎖啟動，當(dāng)在炎熱的夏天，泵體或者罐內(nèi)溫度高時，可手動啟動消防噴淋進(jìn)行降溫。（3）設(shè)有低低液位聯(lián)鎖，采取有效措施避免環(huán)氧乙烷泵空運轉(zhuǎn)，以防泵的機(jī)械動能轉(zhuǎn)化為熱量，使泵殼和物料溫度升高[5]。

4.2.2 環(huán)氧乙烷泵防泄漏控制方法

（1）含環(huán)氧乙烷的輸送設(shè)備泄漏是環(huán)氧乙烷爆炸的主要原因。在化工廠中，常見的23%的泵故障是由設(shè)備泄漏引起的，因此設(shè)備使用、設(shè)備質(zhì)量和安裝質(zhì)量尤為重要。（2）泵振動很大（也就是說，泵本身是由于機(jī)械設(shè)備或?qū)嶋H操作而引起的，例如滾動軸承損壞，密封液潤滑失效等），并引起泄漏或溫度上升，導(dǎo)致物料泄漏，環(huán)氧乙烷爆炸。泵的運行風(fēng)險取決于操作人員的專業(yè)知識與實際操作水平、管理方法以及機(jī)器和設(shè)備的狀況直接相關(guān)。因此，根據(jù)上述情況在風(fēng)險矩陣中定義風(fēng)險，以找出相應(yīng)對策來降低風(fēng)險。（3）生產(chǎn)和運行過程中的大波動，靜電感應(yīng)充放電，易導(dǎo)致環(huán)氧乙烷爆炸。這必須改善工作環(huán)境與加強專項學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，以降低風(fēng)險。

4.2.3 罐區(qū)保護(hù)操作

含環(huán)氧乙烷儲罐設(shè)有液位低低聯(lián)鎖，當(dāng)液位達(dá)到低低值時，聯(lián)鎖動作停泵。當(dāng)泵出口流量低于聯(lián)鎖值時，延遲10秒后，聯(lián)鎖停泵，防止泵空轉(zhuǎn)，溫度升高產(chǎn)生危險。根據(jù)泵的密封罐液位計線和氮氣調(diào)壓閥，對泵體穩(wěn)壓罐進(jìn)行壓力調(diào)整，維持罐內(nèi)工作壓力保持在一定壓力范圍。環(huán)氧乙烷儲存必須動態(tài)低溫儲存，設(shè)置環(huán)氧乙烷罐外循環(huán)，與低溫冷凍水換熱，將罐內(nèi)溫度降低。當(dāng)罐內(nèi)溫度達(dá)

到高報警值時，打開外部控制回路調(diào)節(jié)閥，以將罐內(nèi)物料輸送到產(chǎn)品循環(huán)冷卻器，將溫度降至-5℃。

4.2.4 系統(tǒng)冷量耦合

-35℃低溫液態(tài)乙烯氣化需要熱源，該熱源一般選用50%乙二醇水溶液，在工廠里這部分冷量非?？捎^。在考慮環(huán)氧乙烷球罐冰機(jī)受夏季高溫環(huán)境影響，冰機(jī)制冷效果差。通過核算，增加一臺換熱器可以把EO精制塔側(cè)線采出高純環(huán)氧乙烷溫度從20℃將低到10℃，復(fù)熱后的乙二醇水溶液通過溫度控制調(diào)節(jié)閥繼續(xù)與冷水換熱升溫，達(dá)到一定溫度后作為低溫乙烯的加熱介質(zhì)，通過工藝系統(tǒng)冷量耦合，解決了夏季高負(fù)荷運轉(zhuǎn)罐區(qū)冰機(jī)冷量不足的問題。

5 結(jié)語

通常，環(huán)氧乙烷設(shè)備的生產(chǎn)過程中，無論是主要的，輔助的材料還是產(chǎn)品，都具有巨大的風(fēng)險因素，一旦安全事故造成嚴(yán)重的不利影響，就必須對所有設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險評估。安全風(fēng)險矩陣它是識別風(fēng)險評估和風(fēng)險值的關(guān)鍵特殊工具。在中石化，中石化要求中國石化能夠接受安全隱患規(guī)范，評估指標(biāo)值和剩余風(fēng)險值管理方法的最低安全規(guī)定。您只需要掌握以上要點，在化學(xué)過程設(shè)計中適當(dāng)使用風(fēng)險與可操作性（HAZOP），保護(hù)層分析（LOPA），安全檢查表（SCL），工藝安全分析（JSA）、基于風(fēng)險評估的設(shè)備檢驗技術(shù)（RBI）等特殊工具與風(fēng)險矩陣緊密集成，并且將設(shè)備根據(jù)實際設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)分析風(fēng)險清單和對中情況，采取可行的對策以降低風(fēng)險并接受。風(fēng)險管理和控制是預(yù)先管理的方法，可以向前移動，這是對癥狀和根本原因的一種治愈方法，可以避免安全事故。