甲基丙烯酸甲酯(MMA)裝置阻聚劑系統(tǒng)優(yōu)化升級

徐 桐 楊恒志 于 浩 中國石油吉林石化公司丙烯腈廠 吉林 132021

某甲基丙烯酸甲酯(MMA)裝置自建成投產(chǎn)以來一直受到不能長周期安全平穩(wěn)運行的困擾。由于MMA易聚合的物料特性，裝置內(nèi)設(shè)備、管線經(jīng)常出現(xiàn)聚合堵塞的情況，造成裝置被迫停車檢修。雖然裝置設(shè)計時引入了阻聚劑系統(tǒng)，對重點的設(shè)備及管線添加阻聚劑以減少物料聚合，但在實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)仍然存在部分阻聚劑添加盲區(qū)，造成管線聚合堵塞，影響裝置正常生產(chǎn)。同時由于C種阻聚劑系統(tǒng)的設(shè)計存在缺陷，造成該系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，對裝置的穩(wěn)定運行帶來了極大影響。對于MMA裝置來說，阻聚劑系統(tǒng)運行的好壞將直接關(guān)系到整個裝置的運行好壞，所以本文希望通過對MMA裝置阻聚劑系統(tǒng)的優(yōu)化升級，提高阻聚劑系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，進一步減少MMA裝置聚合堵塞等瓶頸問題，從而達到提高裝置安全平穩(wěn)運行周期的目的。

1 易聚合部位分析

1.1 酯化釜氣相線聚合問題

酯化系統(tǒng)是MMA裝置的重要環(huán)節(jié)，物料會在該系統(tǒng)內(nèi)進行酯化反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物甲基丙烯酸甲酯，同時將生成的目標(biāo)產(chǎn)物連同其他組分蒸出，得到中間產(chǎn)品。但是在實際生產(chǎn)過程中，酯化釜的氣相管線經(jīng)常出現(xiàn)聚合堵塞的情況，一旦管線堵塞就會造成裝置生產(chǎn)波動，被迫停車檢修。裝置設(shè)計時只針對酯化釜內(nèi)部增加了C種阻聚劑加入點，以減少酯化釜內(nèi)部出現(xiàn)聚合的幾率，但是對于酯化釜氣相線,設(shè)計時并未給出有效的阻聚措施。本文希望通過對阻聚劑系統(tǒng)的優(yōu)化來解決酯化系統(tǒng)氣相線聚合的瓶頸問題。

在裝置檢修過程中發(fā)現(xiàn)，酯化釜氣相線堵塞均是由于MMA物料先在氣相線管壁上附著聚合，再隨著時間的延長聚合物逐漸變大直至將管線完全堵塞。根據(jù)這一點再結(jié)合裝置的設(shè)計理念，本文希望通過在酯化釜氣相線上增加C種阻聚劑加入點的方式來解決酯化釜氣相線易發(fā)生聚合的問題。酯化單元簡易流程見圖1。

圖1 酯化單元簡易流程

1.2 阻聚劑噴嘴設(shè)計

裝置原設(shè)計的C種阻聚劑添加方式有噴環(huán)和噴嘴兩種，噴環(huán)由于體積過大無法用于管線內(nèi)部，而噴嘴由于開孔方向朝下無法有效地將阻聚劑噴灑到管壁上，且該阻聚劑噴嘴為絲扣連接，并非一體式設(shè)計，長時間沖刷腐蝕后存在松動脫落的情況，嚴(yán)重影響阻聚劑加入。所以現(xiàn)有設(shè)計的噴嘴均無法滿足對酯化釜氣相線噴灑阻聚劑的要求，必須設(shè)計一個能夠滿足要求的新式噴嘴。

MMA裝置酯化釜氣相線為DN300四氟管線，必須保證噴嘴噴出的阻聚劑能夠噴射到管壁上，否則將失去作用。每一點C種阻聚劑加入量為120 kg/h，C種阻聚劑的密度大約為900 kg/m3。若要阻聚劑噴射到管壁上，阻聚劑通過噴嘴后的噴射距離至少要達到150 mm，已知100 kPa可產(chǎn)生10 m水柱，通過計算，阻聚劑噴射到管壁上至少需要P=105/104×150×900/1000=1.35 kPa。若忽略噴嘴處產(chǎn)生的阻力，通過簡化后的伯努利方程P/ρ=u2/2可得出阻聚劑通過噴嘴的噴射速度為u=1.732 m/s。已知阻聚劑的質(zhì)量流量為120 kg/h，轉(zhuǎn)換為體積流量為0.133 m3/h，進而得出阻聚劑噴嘴的開孔面積S=2.13×10-5m2。根據(jù)實際經(jīng)驗，若噴嘴選取Φ1.5 mm的小孔，需要開孔12個；若噴嘴選取Φ1.2 mm的小孔.需要開孔18個。為了保證阻聚劑通過噴嘴后可以更均勻的分布，最終阻聚劑噴嘴開孔方案選取Φ1.2 mm的小孔，共分為三排，每排均勻分布6個小孔，共計18個小孔。噴嘴的材質(zhì)通過反復(fù)試驗，最終選用紫銅作為噴嘴的主材質(zhì)，紫銅除了價格較便宜外同時還具有一定的耐腐蝕性，運行周期可達到180天，可以滿足實際生產(chǎn)需要。噴嘴結(jié)構(gòu)示意見圖2。

圖2 噴嘴結(jié)構(gòu)示意

1.3 阻聚劑噴嘴應(yīng)用

經(jīng)過實際應(yīng)用，酯化釜氣相線阻聚劑噴嘴效果明顯，通過對運行一個周期后酯化釜氣相線的聚合情況進行對比，可以看出酯化釜氣相線聚合情況得到明顯緩解，前后對比見圖3、圖4。

圖3 增加噴嘴前氣相線聚合情況

圖4 增加噴嘴后氣相線聚合情況

裝置運行周期也由原來的90天延長至現(xiàn)在的120天。

2 C種阻聚劑配置系統(tǒng)改造

2.1 C種阻聚劑系統(tǒng)現(xiàn)狀

該MMA裝置C種阻聚劑原設(shè)計配置方式為B種阻聚劑與粗MMA物料按照一定比例通過管道直接輸送至C種阻聚劑輸送泵入口，經(jīng)過泵自身混合后輸送至各阻聚劑加入點，C種阻聚劑系統(tǒng)原簡易流程見圖5。

圖5 C種阻聚劑系統(tǒng)原簡易流程

該設(shè)計方式存在較大弊端，一是B種阻聚劑與粗MMA物料直接在泵入口混合，這種混合方式易造成物料混合不均勻；二是該混合方式存在兩股物料壓力不對等的情況，配置比例較難控制。若C種阻聚劑配置不均勻或配比偏差較大，極易造成MMA裝置系統(tǒng)出現(xiàn)大量聚合物，嚴(yán)重影響裝置穩(wěn)定運行。

2.2 C種阻聚劑系統(tǒng)優(yōu)化

針對上述問題，對C種阻聚劑配置系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，通過增加一臺C種阻聚劑配制罐，使B種阻聚劑與粗MMA物料在罐內(nèi)充分混合后再由C種阻聚劑輸送泵輸送至各阻聚劑加入點，從而提高C種阻聚劑系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，C種阻聚劑系統(tǒng)改造后簡易流程見圖6。

圖6 C種阻聚劑系統(tǒng)改造后簡易流程

3 結(jié)語

(1)對酯化釜氣相線新增阻聚劑加入點后，對酯化釜氣相線阻聚效果明顯，大幅降低了酯化釜氣相線聚合堵塞的幾率。

(2)對C種阻聚劑配置系統(tǒng)進行優(yōu)化改造后，極大地提高了C種阻聚劑系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，很好地滿足了裝置正常生產(chǎn)的需要。