段洪飛

(河南開祥精細(xì)化工有限公司 , 河南 義馬 472300)

1,4-丁二醇(BDO)是一種重要的有機(jī)化工原料,被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、紡織、造紙、汽車和日用化工等領(lǐng)域。其下游可以生產(chǎn)四氫呋喃(THF)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、γ-丁內(nèi)脂(GBL)和聚氨酯樹脂(PU Resin)、涂料和增塑劑等,以及作為溶劑和電鍍行業(yè)的增亮劑等。

炔醛法三維工藝生產(chǎn)1,4-丁二醇中加氫反應(yīng)分為兩段加氫:一段為低壓加氫反應(yīng),BYD濃度35%左右,反應(yīng)壓力控制在1.8～2.4 MPa;二段為高壓加氫反應(yīng),反應(yīng)壓力控制在17～20 MPa。一段加氫反應(yīng)后的物料作為二段加氫反應(yīng)的進(jìn)料,所以一段低壓加氫反應(yīng)非常重要,其反應(yīng)結(jié)果直接影響產(chǎn)品BDO的質(zhì)量及產(chǎn)量。一段低壓加氫反應(yīng)采用淤漿床反應(yīng)方式,需定期添加新催化劑,確保反應(yīng)物料中乙縮醛含量<0.25%、重組分含量<1%、羰基值<15 mg(KOH)/g。所使用的是鎳系催化劑,鎳含量在95%以上,價(jià)格較高。目前低壓加氫反應(yīng)催化劑單耗在0.19～0.25 g/(kgBDO)。為了節(jié)約生產(chǎn)成本降低催化劑的用量,通過長(zhǎng)期對(duì)裝置的運(yùn)行方式及反應(yīng)物料中副反應(yīng)物含量的分析,最終制定一系列的控制措施,實(shí)現(xiàn)了降低催化劑單耗的目的。

1 添加量及添加頻次控制措施

1.1 新催化劑的添加量及添加頻次影響

新催化劑的添加量,在設(shè)計(jì)時(shí)指定了一個(gè)相對(duì)較寬的控制范圍。在生產(chǎn)過程中,根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合設(shè)計(jì)值,確定一個(gè)相對(duì)比較固定的添加量及添加頻次,以確保反應(yīng)指標(biāo)穩(wěn)定。裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí),一段加氫反應(yīng)受到前、后段工序或其他因素的影響,導(dǎo)致裝置運(yùn)行負(fù)荷有高有低。在負(fù)荷發(fā)生變動(dòng)時(shí),新催化劑的添加量及添加頻次未及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,造成催化劑單耗高。

1.2 優(yōu)化調(diào)整措施

通過對(duì)裝置的長(zhǎng)期操作發(fā)現(xiàn),可以根據(jù)裝置運(yùn)行的不同負(fù)荷及時(shí)調(diào)整新催化劑的添加量或改變新催化劑的添加頻次,實(shí)現(xiàn)降低催化劑單耗的目的。首先,可根據(jù)裝置在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)新催化劑的添加量,推算出催化劑的單耗。其次,在不同的運(yùn)行負(fù)荷下,可根據(jù)滿負(fù)荷時(shí)催化劑的單耗,推算出目前運(yùn)行負(fù)荷下新催化劑的添加量。最后,若新催化劑的添加量不便調(diào)整時(shí),可調(diào)整新催化劑的添加頻次達(dá)到調(diào)整新催化劑用量的目的。通過以上優(yōu)化調(diào)整,可控制在不同負(fù)荷下,催化劑的單耗始終保持在滿負(fù)荷的狀態(tài)下,即可確保反應(yīng)指標(biāo)正常,同時(shí)降低了催化劑的用量。

1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

模擬生產(chǎn)裝置縮小制作兩套相同的低壓加氫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置A/B。使用生產(chǎn)裝置的BYD溶液進(jìn)入進(jìn)料緩沖罐,與催化劑混合后經(jīng)過進(jìn)料泵送入反應(yīng)器,從生產(chǎn)裝置引入氫氣進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)后的物料采出至生產(chǎn)裝置,在出口管線上設(shè)置取樣點(diǎn)便于取樣。實(shí)驗(yàn)如果見表1。

通過3次實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了優(yōu)化調(diào)整措施的可行性。第2次實(shí)驗(yàn)在負(fù)荷降低時(shí),及時(shí)調(diào)整添加催化劑的用量,控制催化劑的單耗,節(jié)約了催化劑的用量。第3次實(shí)驗(yàn)在負(fù)荷更低時(shí),及時(shí)調(diào)整催化劑的添加頻次,控制催化劑的單耗,節(jié)約了催化劑的用量。在確保反應(yīng)指標(biāo)的前提下,下一步研究的重點(diǎn)是繼續(xù)降低催化劑的單耗。

2 催化劑回收利用量?jī)?yōu)化措施

2.1 催化劑回收系統(tǒng)流程

一段加氫反應(yīng)使用的催化劑是含量為95%以上的金屬鎳粉,催化劑與物料充分混合后,在一段加氫反應(yīng)器內(nèi)完成反應(yīng),進(jìn)入沉降槽進(jìn)行第一級(jí)分離。大量的催化劑沉降于沉降槽的底部,為了防止催化劑堆積,設(shè)置有連續(xù)運(yùn)行的攪拌耙齒。沉降槽底部催化劑含量較高的物料,經(jīng)催化劑回收泵送入反應(yīng)器重新進(jìn)行回收利用。沉降槽頂部清液溢流至收集罐中,經(jīng)離心泵送入電磁過濾器進(jìn)行二級(jí)分離。電磁過濾器通過帶磁、消磁將催化劑進(jìn)一步進(jìn)行過濾,并將過濾掉的催化劑回收至沉降槽。進(jìn)入圓盤過濾器進(jìn)行第三級(jí)分離,稍大顆粒的催化劑被過濾在濾盤上,通過甩盤與預(yù)涂劑一同排出。最后進(jìn)入袋式過濾器進(jìn)行第四級(jí)分離,對(duì)>1 μm的催化劑顆粒攔截于濾袋中。通過流程可以看出,第三級(jí)與第四級(jí)過濾的催化劑越多,造成催化劑的損失就越大。針對(duì)第三級(jí)、第四級(jí)過濾已經(jīng)無(wú)有效的調(diào)整手段,只能通過對(duì)第一級(jí)、第二級(jí)過濾進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,從而實(shí)現(xiàn)降低催化劑用量的目的。

2.2 提高催化劑循環(huán)利用率及回收量的優(yōu)化調(diào)整措施

首先,第一級(jí)過濾是采用自然沉淀的方式進(jìn)行的,通過重力可將大量的催化劑沉降在沉降槽底部。在設(shè)計(jì)時(shí),為了防止催化劑的大量聚集,設(shè)置連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的攪拌耙齒,且耙齒高度是可以調(diào)節(jié)的。深入研究發(fā)現(xiàn),沉降槽底部聚集的催化劑越多,催化劑的循環(huán)利用率就會(huì)越低,不利于降低裝置催化劑的用量。可通過降低攪拌耙齒提高催化劑的循環(huán)利用率,提高催化劑的回收量。為了提高催化劑的回收量以及循環(huán)使用率,經(jīng)過反復(fù)測(cè)試,將攪拌耙齒緩慢地降至最低位置,可以把原先聚集在沉降槽底部的催化劑量重新進(jìn)行回收利用,提高了催化劑的循環(huán)利用率,降低了催化劑的使用單耗。

其次,第二級(jí)過濾是電磁過濾器,采用帶磁、消磁的方式再次回收一部分催化劑。電磁過濾器帶電后,內(nèi)部安裝的剛毛帶磁,對(duì)催化劑進(jìn)行吸附。運(yùn)行單位時(shí)間后,電磁過濾器失電消磁,再通過反沖洗液將剛毛吸附的催化劑送入沉降槽循環(huán)使用。電磁過濾器運(yùn)行狀態(tài),主要存在以下問題:①控制程序設(shè)計(jì)存在不合理。一組共4臺(tái)電磁過濾器,在運(yùn)行時(shí),有時(shí)3臺(tái)同時(shí)過濾,有時(shí)4臺(tái)同時(shí)過濾,導(dǎo)致進(jìn)入第三級(jí)圓盤過濾器時(shí)的物料量波動(dòng)很大,在濾盤的表面形成脈沖,反復(fù)擠壓濾盤上的預(yù)涂劑,致使濾盤壓差上漲較快。為了維持裝置的生產(chǎn)負(fù)荷,需及時(shí)對(duì)濾盤進(jìn)行清洗。清洗的次數(shù)越多,催化劑的損失就越大。通過對(duì)電磁過濾器的運(yùn)行程序進(jìn)行微調(diào),使其始終保持3臺(tái)處于過濾的狀態(tài),1臺(tái)處于再生的狀態(tài),很好地穩(wěn)定了出口物料的流量,降低了圓盤過濾器濾盤的清洗頻次。②電磁過濾器內(nèi)部剛毛使用時(shí)間過長(zhǎng)后,導(dǎo)致剛毛內(nèi)部板結(jié)的催化劑較多,影響物料流通的同時(shí)降低了過濾效果,大量的催化劑無(wú)法吸附在剛毛上,隨著物料進(jìn)入第三級(jí)過濾,最后被排出裝置,降低了催化劑的回收量。經(jīng)過多次測(cè)試后,確定較為經(jīng)濟(jì)的使用周期并及時(shí)進(jìn)行更換,以提高過濾效果,增加催化劑的回收量。③反沖洗液為電磁過濾器的進(jìn)口物料,其催化劑含量較高。延長(zhǎng)電磁過濾器的反沖時(shí)間或增加反沖洗量,都不能將剛毛內(nèi)的催化劑全部回收至沉降槽,降低了電磁過濾器的有效吸附容積,易造成催化劑進(jìn)入第三級(jí)過濾,導(dǎo)致催化劑的損失。電磁過濾器出口物料中催化劑的含量與進(jìn)口相比,其催化劑含量較低。將反沖洗液改為電磁過濾器出口物料,可有效地提高其吸附容積,降低催化劑進(jìn)入第三級(jí)過濾概率,減少催化劑損失的同時(shí),提高了催化劑的回收量。

3 優(yōu)化調(diào)整

3.1 裝置運(yùn)行負(fù)荷的優(yōu)化調(diào)整

一段低壓加氫反應(yīng)為放熱反應(yīng),需要使用循環(huán)水進(jìn)行冷卻降溫。一年當(dāng)中,夏季氣溫較高,若反應(yīng)器仍保持高負(fù)荷運(yùn)行,為了避免出現(xiàn)指標(biāo)的異常,副反應(yīng)增多,一般可通過增加催化劑的添加量進(jìn)行控制,造成催化劑的單耗增高。通過對(duì)裝置全年的運(yùn)行情況綜合分析,總結(jié)了裝置夏季運(yùn)行的優(yōu)化調(diào)整措施。在制定全年運(yùn)行計(jì)劃時(shí),可適當(dāng)降低裝置夏季時(shí)的運(yùn)行負(fù)荷,從而達(dá)到避免增加催化劑的用量。同時(shí)降低生產(chǎn)裝置的運(yùn)行負(fù)荷,對(duì)動(dòng)設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行也十分有利。春、秋、冬季時(shí)盡量提高裝置的運(yùn)行負(fù)荷,可彌補(bǔ)夏季所降的負(fù)荷。

3.2 相關(guān)助劑添加的優(yōu)化調(diào)整

為了加速催化劑的沉淀,在生產(chǎn)中會(huì)加入定量的絮凝劑。由于高溫或高負(fù)荷情況下絮凝劑提高催化劑沉淀速度的效果降低,可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)適量提高絮凝劑的添加量,但需要通過緩慢調(diào)試,逐漸提升,若使用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致過濾系統(tǒng)波動(dòng),得不償失。為了保護(hù)催化劑中鉬的流失,需定期加入七鉬酸銨。在高溫或高負(fù)荷的情況下可以適量增加添加量,提高催化劑活性,穩(wěn)定反應(yīng)指標(biāo)。

4 結(jié)論

通過對(duì)炔醛法三維工藝生產(chǎn)1,4-丁二醇中一段為低壓加氫反應(yīng)造成催化劑單耗高的原因進(jìn)行分析,并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn),制定了有效的優(yōu)化控制措施,達(dá)到了降低催化單耗的目的。研究發(fā)現(xiàn),影響催化劑單耗的主要原因是催化劑過濾系統(tǒng),對(duì)目前在用的設(shè)備進(jìn)行改造,降低催化劑單耗還有很大的空間,需要繼續(xù)探索與實(shí)踐。