提高乙腈裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的探討

張 殿 武

（大慶煉化公司聚合物一廠，黑龍江 大慶 163000）

提高乙腈裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的探討

張 殿 武

（大慶煉化公司聚合物一廠，黑龍江 大慶 163000）

通過采樣、檢修觀察和生產(chǎn)中的排查對(duì)影響大慶煉化公司乙腈裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的因素進(jìn)行了分析研究，找到了各個(gè)單元設(shè)備存在的問題，產(chǎn)生的原因，提出了解決的問題的方案。通過改進(jìn)使裝置實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)，并取得了理想的生產(chǎn)成果。

乙腈；長(zhǎng)周期；方法

乙腈是石油化工中一種有機(jī)溶劑，溶解性能高，無色透明，性質(zhì)穩(wěn)定，除了用于碳四抽提丁二烯的溶劑外，還廣泛用于醫(yī)藥、照明。大慶煉化公司乙腈裝置采用丙烯氨氧化法生產(chǎn)丙烯腈的副產(chǎn)品生產(chǎn)乙腈產(chǎn)品，裝置自 2001 年投產(chǎn)以來一直存在運(yùn)轉(zhuǎn)周期較短的問題。嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，使得裝置不能最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有存量資產(chǎn)的效能。因此從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，提高乙腈裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的研究具有重要意義。

1 乙腈裝置

大慶煉化乙腈裝置年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 2500 噸，以丙烯腈裝置副產(chǎn)品粗乙腈為原料，生產(chǎn)純度≥99.95%的乙腈產(chǎn)品，裝置工藝流程由脫氰系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、負(fù)壓精餾、加壓精餾、廢氣回收系統(tǒng)和成品儲(chǔ)存系統(tǒng)組成[1]。

脫氰塔在接近常壓下操作，脫除粗乙腈中所含有的絕大部分氫氰酸和丙烯腈等雜質(zhì)，使乙腈得到初步提濃；初步提濃的乙腈和水的共沸物經(jīng)冷卻后進(jìn)入反應(yīng)器，在反應(yīng)器中加入 30%的氫氧化鈉溶液與共沸物混合在充分?jǐn)嚢璧那闆r下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的物料送至干燥塔；在干燥塔內(nèi)經(jīng)過減壓精餾，進(jìn)一步提濃乙腈，并在塔底除去反應(yīng)器中生成的高沸點(diǎn)雜質(zhì)；經(jīng)過干燥塔得到提濃的乙腈和水的混合物進(jìn)入成品塔，在成品塔內(nèi)經(jīng)過加壓精餾進(jìn)一步除去水分和雜質(zhì)得到純度 99.95%以上的乙腈產(chǎn)品，產(chǎn)品自成品塔抽出冷卻后進(jìn)入罐區(qū)[1]。

2 影響乙腈裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的因素

裝置自投產(chǎn)以來，經(jīng)過多年的運(yùn)轉(zhuǎn)，先后出現(xiàn)一些問題直接影響了裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)。通過現(xiàn)在采樣、產(chǎn)品分析及裝置檢修，發(fā)現(xiàn)了許多影響長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)的因素，主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1 脫氰塔存在的問題及原因

由于大慶煉化公司丙烯腈裝置生產(chǎn)的是酰胺級(jí)丙烯腈產(chǎn)品，為了滿足丙烯腈產(chǎn)品質(zhì)量的要求，丙烯腈裝置回收塔靈敏點(diǎn)溫度較低，惡唑、丙烯醛、丙烯酸、丙酮等雜質(zhì)依靠降低粗乙腈濃度、加大粗乙腈外送量脫除，這樣粗乙腈中含有的易聚合雜質(zhì)較多，這些雜質(zhì)進(jìn)入乙腈裝置脫氰塔后易形成聚合物附著在塔盤上。一般認(rèn)為的聚合機(jī)理如下：這些物質(zhì)中含有不飽和碳碳鍵，易發(fā)生聚合反應(yīng)，生成低聚物，另外粗乙腈中還含有較多的氫氰酸，通過離子反應(yīng)機(jī)理也容易發(fā)生聚合，生成聚合物[2]，影響脫氰塔的分離效果，進(jìn)而影響乙腈產(chǎn)量。

通過對(duì)脫氰塔堵塞現(xiàn)象的觀察，主要有三個(gè)部分容易發(fā)生堵塞，現(xiàn)象如下：

2.1.1 塔頂部分堵塞

脫氰塔進(jìn)料板以上塔盤出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象：塔頂冷卻器液位降低，回流量相應(yīng)減少，造成冷卻器冷后溫度降低，同時(shí)造成塔底溫度升高。

原因分析：進(jìn)料板以上塔盤出現(xiàn)堵塞后，塔頂汽液相接觸面積減小，熱量傳遞減少[3]，造成液位和溫度降低，熱量積聚在塔下部，使塔底溫度升高。

2.1.2 進(jìn)料部分堵塞

脫氰塔進(jìn)料板出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象：進(jìn)料板溫度波動(dòng)范圍較大，在 10～20 ℃之間，各板溫度隨著進(jìn)料板溫度降低或升高，從曲線上看呈周期性波動(dòng)。

原因分析：進(jìn)料板出現(xiàn)堵塞后，易在進(jìn)料板上形成液泛[3]，造成進(jìn)料板溫度波動(dòng)，各板溫度隨著波動(dòng)，造成塔內(nèi)溫度忽高忽低。

2.1.3 塔底部分堵塞

脫氰塔下部塔盤出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象：抽出板以上溫度偏低，塔頂冷卻器液位偏低，回流量減小，冷卻器冷后溫度降低；抽出板以下溫度偏高，塔底液位波動(dòng)較大。

原因分析：下部塔盤出現(xiàn)堵塞后，塔下部汽液相接觸面積減小，熱量傳遞減少[3]，造成塔上部溫度降低，塔頂冷卻器液位、溫度降低，熱量積聚在塔下部，造成下部溫度偏高。

2.2 干燥塔長(zhǎng)周期運(yùn)行存在的問題

干燥塔是乙腈裝置的核心部分，采用負(fù)壓精餾將乙腈濃度提純到 90%以上，同時(shí)塔底除去水、堿及各種雜質(zhì)，如果操作不穩(wěn)定，直接產(chǎn)品質(zhì)量影響。

2.2.1 干燥塔底部管線腐蝕

干燥塔的底部管線發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)生的漏點(diǎn)，原因是反應(yīng)器中的剩余堿液隨進(jìn)料一同進(jìn)入干燥塔，在干燥塔中強(qiáng)堿導(dǎo)致碳鋼焊口處形成晶格腐蝕。干燥塔底部管線和進(jìn)料線都是碳鋼管線，因此產(chǎn)生腐蝕，影響裝置的安全生產(chǎn)[4]。

2.2.2 E805 存在的問題

進(jìn)入干燥塔的物料在塔內(nèi)進(jìn)行減壓精餾，塔頂物料先經(jīng)冷凝器（E804）用循環(huán)水冷卻，再經(jīng)冷凝器（E805）用鹽水冷卻，塔頂物料組分為 90%乙腈和 10%水的共沸物，如果 E805 冷后溫度低于 0 ℃，物料中的水及部分雜質(zhì)會(huì)在 E805 管壁內(nèi)側(cè)形成晶層，溫度越低，結(jié)晶層越厚，最終堵塞管程，這就是“結(jié)晶”。E805 管程出現(xiàn)結(jié)晶后，由于管程不暢通，塔內(nèi)真空度下降，塔底溫度會(huì)升高，容易造成產(chǎn)品中的丙腈含量超標(biāo)[5]，就要降低塔底蒸汽量來降低塔底溫度，塔底會(huì)有一部分乙腈不能通過蒸餾到達(dá)上部，隨塔底廢水排出，造成產(chǎn)品損失。塔底損失增加，造成塔頂冷卻器 E804 液位降低，需要降低一部分成品塔進(jìn)料量來保證連續(xù)生產(chǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)降低。

2.3 成品塔長(zhǎng)周期運(yùn)行存在的問題

成品塔的作用是將乙腈進(jìn)一步提純到產(chǎn)品要求的規(guī)格。設(shè)計(jì)乙腈純度是≥99%，目前這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏低，無市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，所以各企業(yè)都對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)進(jìn)行了重新修訂，本裝置以生產(chǎn)純度≥99.9%的乙腈產(chǎn)品為目標(biāo)，因此原設(shè)計(jì)滿足不了產(chǎn)品質(zhì)量的要求，需要重新探索成品塔操作指標(biāo)，找到滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的工藝參數(shù)，另外，成品塔底重組分回?zé)捑€堵塞問題，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2.4 廢氣吸收塔長(zhǎng)周期運(yùn)行存在的問題

廢氣吸收塔是裝置的環(huán)保項(xiàng)目，用本裝置產(chǎn)生的廢水來吸收本裝置產(chǎn)生的廢氣，最后送到下游裝置焚燒達(dá)到環(huán)保的目的，由于廢水中含有較多的聚合物，經(jīng)常堵塞廢水冷卻器管程和廢氣吸收塔頂部的噴頭，換熱效果變差，造成塔頂溫度偏高，有時(shí)為了降溫還要投用新鮮水噴淋，浪費(fèi)資源，增加環(huán)境污染，增加下游裝置焚燒成本。

3 提高乙腈裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的方法

找出影響乙腈裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的因素以后，就需要對(duì)這些影響因素進(jìn)行深入的研究，制定出切實(shí)可行的技術(shù)措施來提高乙腈裝置的運(yùn)行周期。

3.1 脫氰塔堵塞的處理方法

3.1.1 加堿水洗清除聚合物

傳統(tǒng)的處理方法是停進(jìn)料、水洗蒸煮處理干凈后，進(jìn)人拆塔盤清理，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，存在施工風(fēng)險(xiǎn)。通過借鑒其他裝置的操作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)聚合物在堿性條件下能夠溶解，采取加堿水洗能夠去掉塔盤上的聚合物，具體方法：針對(duì)堵塞的不同部位，將 30%的氫氧化鈉溶液通過回流泵、進(jìn)料泵、塔底泵打入脫氰塔進(jìn)行堿洗，大約堿洗 4 h，開工調(diào)整 3 h，脫氰塔即可恢復(fù)正常生產(chǎn)[6]。實(shí)踐證明，在線堿洗是處理脫氰塔聚合行之有效的方法，既消除了傳統(tǒng)方法的不足，又實(shí)現(xiàn)了裝置的連續(xù)運(yùn)行。

3.1.2 優(yōu)化操作壓力

脫氰塔頂部通入氮?dú)?，能夠加速氫氰酸流?dòng)，防止氫氰酸在管線中聚合，保證脫氰塔頂部放空管線壓力穩(wěn)定[1]。由于氫氰酸容易聚合，造成脫氰塔頂壓力表引壓管堵塞，不能顯示壓力，如果壓力波動(dòng)較大，極易造成氫氰酸聚合，堵塞放空管線，造成脫氰塔停工，采取的措施是：用裝置氮?dú)饪偭髁康姆€(wěn)定來保證脫氰塔頂壓力的穩(wěn)定，實(shí)踐證明這個(gè)措施效果良好，近幾年，脫氰塔堵塞的現(xiàn)象明顯減少。

3.2 干燥塔的處理方法

3.2.1 更換管線材質(zhì)

通過分析認(rèn)為堿液對(duì)碳鋼管線極易腐蝕，但是對(duì)白鋼管線腐蝕性很小，設(shè)計(jì)管線材質(zhì)不能滿足生產(chǎn)要求，因此對(duì)堿液含量較高的干燥塔進(jìn)料線、干燥塔底部循環(huán)管線進(jìn)行更換，由碳鋼變成白鋼線[4]，從更換到現(xiàn)在管線沒有出現(xiàn)漏點(diǎn)，解決了經(jīng)常出現(xiàn)漏點(diǎn)的問題。

3.2.2 E805 結(jié)晶的處理方法

發(fā)現(xiàn) E805 管程出現(xiàn)結(jié)晶后，首先采取的措施是停進(jìn)料和真空泵，用蒸汽吹掃 E805 管程，雖然解決了結(jié)晶的問題，但是干燥塔需要重新建立汽液相平衡，產(chǎn)品損失較多。通過對(duì)蒸汽吹掃這種方式的分析，認(rèn)為結(jié)晶物在一定溫度和有水存在的條件下可以溶解，依據(jù)這一原理，嘗試用自身溫度暖化結(jié)晶的方法，具體如下：停用 E805 鹽水，等待 E805冷后溫度逐漸升高，達(dá)到 28 ℃以上，保持 3 h，結(jié)晶消失，在暖化過程中，干燥塔正常運(yùn)行，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量沒有影響[1]。

由于鹽水來水溫度一直低于設(shè)計(jì)值 5～10 ℃，容易造成 E805 結(jié)晶，通過設(shè)計(jì)改造在鹽水來水線上安裝了控制閥，通過控制閥微調(diào)鹽水用量，嚴(yán)格控制 E805 冷后溫度在 0 ℃以上，結(jié)晶較安裝前減少了5次。

3.3 成品塔的處理方法

根據(jù)乙腈與水的共沸物壓力越高水含量越高的原理，對(duì)成品塔操作指標(biāo)進(jìn)行修訂，塔底溫度向上平移 5 ℃，操作壓力由 90 kPa 提高到 125 kPa，成品塔的操作指標(biāo)穩(wěn)定后，化驗(yàn)餾出口產(chǎn)品質(zhì)量，其中水含量小于 20 mg/kg，丙腈含量降到 200 mg/kg以下，產(chǎn)品純度達(dá)到 99.97%，有時(shí)達(dá)到 99.99%，并且一直穩(wěn)定在 99.95%以上[7]。由于裝置運(yùn)行比較平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量控制穩(wěn)定，車間對(duì)化驗(yàn)頻次進(jìn)行了調(diào)整，原料樣每天一次，反應(yīng)器和成品塔餾出口每天三次，節(jié)約了 50%化驗(yàn)成本。

3.4 廢氣吸收塔的處理方法

廢氣吸收塔屬于逆向吸收過程，溫度越低越有利于吸收[3]，所以為了減少廢氣排放，需要保證廢水冷卻器換熱效果和噴淋暢通。根據(jù)脫氰塔加堿水洗的經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)聚合物可以溶于堿液的原理，在廢氣吸收塔頂溫超過 50 ℃時(shí)，加堿水洗處理，頂溫能夠降到 40 ℃以下，吸收效果較好，而且不用新鮮水噴淋，達(dá)到了節(jié)約能源的目的。

在吹掃廢氣吸收塔頂部放空時(shí)，發(fā)現(xiàn)放空管線中有聚合物，通過對(duì)放空線進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)管線有幾個(gè)直角彎，少量沒被吸收的氫氰酸易附在管壁上形成聚合物，受振動(dòng)或風(fēng)速影響而下落至彎頭處，堵塞管線，造成脫氰塔憋壓，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，所以將90°彎頭改成 45°，使管線中存在的聚合物不易積聚，解決了影響生產(chǎn)的問題。

4 提高乙腈裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的效果

生產(chǎn)實(shí)踐證明按照上述方法可以有效地提高乙腈裝置的運(yùn)行周期，對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題及時(shí)處理，減少了操作波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了三年一次大檢修的目的，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益分析以裝置各年產(chǎn)量為例，具體數(shù)據(jù)見圖1。

圖 1 乙腈裝置產(chǎn)量效益圖Fig.1 Acetonitrile equipment production efficiency

從圖1中可以看出：隨著裝置操作平穩(wěn)率的不斷提高，加工能力和產(chǎn)量逐年提高，在 2011 年達(dá)到了最高產(chǎn)量 2 954 t，長(zhǎng)周期運(yùn)行取得了較好的效果。從圖 1 可以看到 2008 年和 2011 年曲線偏高一些，原因是 2008 年和 2011 年在裝置生產(chǎn)負(fù)荷可以承受的條件下加工了一部分外購原料，來提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益，從實(shí)踐來看在原料濃度不斷變化的情況下，仍然能夠保持裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的效果，實(shí)踐證明員工操作水平的提高和技術(shù)改進(jìn)的支持達(dá)到了長(zhǎng)周期運(yùn)行的目的。相對(duì)設(shè)計(jì)而言，不僅實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量上的超越，而且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量上的超越。

4 結(jié) 論

本文對(duì)影響乙腈裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的瓶頸問題進(jìn)行了分析，提出了切實(shí)可行的技術(shù)措施，對(duì)提高乙腈裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行具有重要意義。通過對(duì)提高乙腈裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行進(jìn)行研究可以得出如下結(jié)論：通過加強(qiáng)管理和技術(shù)改造是可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行的，為了保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，供電、儀表、機(jī)修單位的服務(wù)質(zhì)量也需要提高。

［1］溫春英．0.25 萬噸/年乙腈裝置操作規(guī)程[R].2001.

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［3］譚天恩 李偉．過程工程原理[M].北京：:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

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Discussion on Methods to Realize Long-term Operation of Acetonitrile Unit

ZHANG Dian-wu
（Daqing Refining and Chemical Company No.1 Polymer Factory, Heilongjiang Daqing 163000，China）

The factors to affect long term operation of acetonitrile unit in Daqing Refining and Chemical Company were analyzed through sampling, observation in maintenance and investigation in production, and problems in each device were found, solutions to the problems were put forward. After improving the unit, the long-term operation was realized, and satisfactory production result was achieved.

Acetonitrile; Long period; Methods

TQ 226

： A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 1671-0460（2014）07-1237-03

2014-06-18

張殿武（1964-），男，黑龍江大慶人，工程師，研究方向：清潔燃料生產(chǎn)新工藝。E-mail：1791862231@qq.com。