Reppe法BDO生產(chǎn)中乙炔凈化工藝改進(jìn)

高小超（福建湄洲灣氯堿工業(yè)有限公司，福建 泉州362800）

1 概述

BDO 裝置催化劑（BYD 銅催化劑及合成鎳催化劑）對(duì)原料乙炔氣的要求尤為嚴(yán)格，任何雜質(zhì)的存在都有可能導(dǎo)致催化劑使用周期下降，副產(chǎn)物增加。英威達(dá)在傳統(tǒng)粗凈化（次氯酸鈉清凈）的基礎(chǔ)上，增加酸凈化系統(tǒng)。來自第一堿洗塔的乙炔氣還含有微量硫、磷等雜質(zhì)，分別通過稀酸塔、濃酸塔及第二堿洗塔高度凈化后達(dá)到BYD 反應(yīng)所需乙炔要求送至BYD 反應(yīng)工段。流程如下：

圖1：乙炔凈化系統(tǒng)流程圖

2 運(yùn)行現(xiàn)狀

當(dāng)前凈化系統(tǒng)運(yùn)行主要的問題有：

（1）填料壓差上升快，運(yùn)行周期短（在高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行周期約為2個(gè)月）；

（2）從稀酸塔置換排酸可以看出，廢酸顏色為黑色并含有顆粒狀固體，說明乙炔在稀酸塔內(nèi)有消耗。

（3）硫酸消耗量高。

3 原因分析

濃硫酸吸水會(huì)放出大量熱量，乙炔氣夾帶水分進(jìn)入稀酸塔（酸濃度80%左右）與酸接觸會(huì)使塔內(nèi)溫度升高，乙炔氣中夾帶的水分越多，反應(yīng)越劇烈，反應(yīng)溫度越高，乙炔氣碳化的機(jī)率越大，經(jīng)過對(duì)乙炔氣含水和對(duì)進(jìn)排酸進(jìn)行分析，乙炔氣中含水在2%～4%。

從稀酸塔置換排酸可以看出，廢酸顏色為黑色，并含有顆粒狀固體，結(jié)合進(jìn)入稀酸塔中乙炔夾帶水分的情況初步分析是由于乙炔氣夾帶水分進(jìn)入稀酸塔與酸接觸，溫度升高，乙炔氣體在高溫下碳化產(chǎn)生。稀酸塔中乙炔碳化產(chǎn)生固體碳化物堵塞填料，使稀酸塔壓降快速上升，再者乙炔碳化增加了裝置乙炔消耗。

4 工藝改進(jìn)思路

擬通過降低稀酸塔乙炔氣入口溫度（夏季溫度在30-34°C），以降低乙炔氣中夾帶水分，改善稀酸塔運(yùn)行條件。即在第一堿洗塔之后增配冷卻除水系統(tǒng)，包括前置冷卻器、氣水分離器（詳細(xì)流程見圖2）。

圖2：乙炔除水系統(tǒng)流程圖

5 工藝改進(jìn)內(nèi)容

在第一堿洗塔之后增配冷卻除水系統(tǒng)，通過在第一堿洗塔之后增配冷卻除水系統(tǒng)，系統(tǒng)包括前置冷卻器、前置分離器，冷卻器采用5℃冷凍水冷卻乙炔氣，通過降低稀酸塔進(jìn)口乙炔氣溫度，從而降低水的飽和蒸汽壓，用降低水汽分壓的方法除去大量水分，進(jìn)而再通過水霧捕集器時(shí)進(jìn)一步提高除水效果。

工藝描述：從第一堿洗塔出來約35℃的乙炔氣先經(jīng)過新增冷卻除水系統(tǒng)將溫度降至10℃左右，水分含量0.8%至1.2%，再進(jìn)入精凈化系統(tǒng)以除去硫、磷等雜質(zhì)，最后到二堿塔中和多余的酸性氣體后送入BYD工段。

除水系統(tǒng)流程見下圖中紅色部分。

6 工藝改進(jìn)效果分析

技改項(xiàng)目投入運(yùn)行后，經(jīng)過對(duì)運(yùn)行情況跟蹤和對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)收集，分析如下：

（1）從運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出在BYD反應(yīng)器負(fù)荷和技改前相同的情況下，0307 乙炔量較技改前降低，說明技改后酸系統(tǒng)損耗乙炔量降低。

（2）技改前在BYD 反應(yīng)器7.5T/h 甲醛進(jìn)料負(fù)荷下，稀酸塔運(yùn)行35天壓差上升至450mmH2O，而技改后在8.0T/h甲醛進(jìn)料負(fù)荷下運(yùn)行至BYD工段檢修更換催化劑，共運(yùn)行147天壓差為258mmH2O，由此可以看出稀酸塔內(nèi)乙炔碳化堵塞填料的情況較技改前有大的改善，這在一定程度上延長(zhǎng)了稀酸塔的運(yùn)行周期。

（3）技改后投入運(yùn)行酸系統(tǒng)的濃硫酸加入量也明顯降低。在BYD 反應(yīng)器7.5T/h 甲醛進(jìn)料工況下，技改前濃硫酸用量為140kg/h，技改后用量下降至70kg/h，同樣廢酸排放量由原來的每天4.1T左右降到2.1T左右，也減輕了廢酸處理的壓力。

（4）流量計(jì)比對(duì)分析

從乙炔精凈化前流量0307與進(jìn)BYD工段乙炔吸納量2112數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出乙炔在稀酸塔內(nèi)損耗下降了88.83Kg/h，詳細(xì)計(jì)算如下：

0307(Kg/h)2112(Kg/h)技改前差值(Kg/h)0307(Kg/h)2112(Kg/h)甲醛進(jìn)料 7．5T/h甲醛進(jìn)料 7．5T/h 1 183 8 160 9 230 1 167 5 158 3 2 182 3 159 5 229 2 168 9 159 3 3 187 3 164 0 233 3 169 4 159 3 4 188 9 164 2 247 4 168 5 154 4 5 189 8 164 4 254 5 169 8 157 0 6 188 9 165 0 239 6 170 8 156 8 7 186 7 161 8 248 7 169 0 156 4 8 189 1 162 0 271 8 169 5 155 6 9 191 3 162 7 285 9 168 1 155 6 10 186 4 163 4 230 10 169 4 156 5 246．61

注：工藝改進(jìn)項(xiàng)目檢修實(shí)施后開車投入運(yùn)行。

從上表數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，增加除水系統(tǒng)后0307 與2112的差值從246.61kg/h降至現(xiàn)在的121.78kg/h。

除水量：0307流量按1800Kg/h*（3%－1%）=36kg/h每小時(shí)降低乙炔消耗量：

246.61kg/h－121.78kg/h－36kg/h=88.83kg/h

（5）電石用量分析

工藝改進(jìn)前后電石消耗下降數(shù)據(jù)如下：

注：上表中工藝改進(jìn)前電石耗采用改進(jìn)前5 批催化劑同期平均電石耗；工藝改進(jìn)后電石耗采用改進(jìn)項(xiàng)目投入運(yùn)行后前4個(gè)月電石消耗；月產(chǎn)量為改進(jìn)項(xiàng)目投入運(yùn)行后前4個(gè)月當(dāng)月實(shí)際產(chǎn)量。

根據(jù)上表數(shù)據(jù)工藝改進(jìn)后運(yùn)行4個(gè)月較以前同期降低電石消耗498.32噸。

7 工藝改進(jìn)項(xiàng)目收益

乙炔凈化工藝改進(jìn)后，按照實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，可節(jié)約成本528.97萬元/年，具體如下：

（1）工藝改進(jìn)后月實(shí)際電石消耗較以前催化劑同期電石耗明顯降低，投入運(yùn)行前4個(gè)月共降低電石消耗498.32噸，按電石單價(jià)3212.3 元/噸計(jì)算，技改后4 個(gè)月節(jié)約原料成本160.07萬元。

（2）工藝改進(jìn)后濃硫酸使用量從140kg/h 下降至70kg/h（乙炔吸納量1750kg/h），每年節(jié)約濃硫酸554.4T，約24.24萬元。

（3）稀酸塔填料運(yùn)行周期延長(zhǎng)。以前稀酸塔填料運(yùn)行約2個(gè)月就需要更換，工藝改進(jìn)后稀酸塔的填料可以運(yùn)行BYD催化劑整個(gè)周期，約4 個(gè)月，按運(yùn)行4 個(gè)月計(jì)算節(jié)約填料費(fèi)用7.5 萬元/年（不包括更換填料檢修費(fèi)用及稀酸塔更換填料時(shí)退出運(yùn)行對(duì)后續(xù)工段帶來的影響損失）。

（4）稀酸塔更換填料時(shí)需要進(jìn)行排酸及卸填料等程序。填料使用周期延長(zhǎng)，檢修次數(shù)減少，避免了檢修過程中存在的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

（5）技改后冷凍水量增加約5m3/h，按冷凍水成本0.44 元/噸計(jì)算（冷凍水電耗為0.9kw*h/噸，電價(jià)0.4924 元/kw*h），增加冷凍水成本1.77萬元/年。

乙炔凈化工藝改進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施后，年度節(jié)約費(fèi)用528.97 萬元，明細(xì)如下：

項(xiàng) 目電石濃硫酸稀酸塔填料增加冷凍水總節(jié)約費(fèi)用/年節(jié)約金額/萬元480．22 24．24 7．5-1．77 510．19備 注未包括更換填料檢修費(fèi)用及稀酸塔更換填料時(shí)退出運(yùn)行對(duì)后續(xù)工段帶來的影響損失

8 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過改進(jìn)后的乙炔凈化工藝在滿足Reppe 法BDO生產(chǎn)的同時(shí)降低了濕法乙炔生產(chǎn)的電石耗，改善了硫酸凈化系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本和減少了廢酸排放，經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益明顯。