提高乙腈裝置長周期運行的探討

張 殿 武

（大慶煉化公司聚合物一廠，黑龍江 大慶 163000）

提高乙腈裝置長周期運行的探討

張 殿 武

（大慶煉化公司聚合物一廠，黑龍江 大慶 163000）

通過采樣、檢修觀察和生產中的排查對影響大慶煉化公司乙腈裝置長周期運行的因素進行了分析研究，找到了各個單元設備存在的問題，產生的原因，提出了解決的問題的方案。通過改進使裝置實現了長周期運轉，并取得了理想的生產成果。

乙腈；長周期；方法

乙腈是石油化工中一種有機溶劑，溶解性能高，無色透明，性質穩定，除了用于碳四抽提丁二烯的溶劑外，還廣泛用于醫藥、照明。大慶煉化公司乙腈裝置采用丙烯氨氧化法生產丙烯腈的副產品生產乙腈產品，裝置自 2001 年投產以來一直存在運轉周期較短的問題。嚴重影響企業的經濟效益，使得裝置不能最大限度地發揮現有存量資產的效能。因此從生產實際出發，提高乙腈裝置長周期運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計生產能力為 2500 噸，以丙烯腈裝置副產品粗乙腈為原料，生產純度≥99.95%的乙腈產品，裝置工藝流程由脫氰系統、反應系統、負壓精餾、加壓精餾、廢氣回收系統和成品儲存系統組成[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，使乙腈得到初步提濃；初步提濃的乙腈和水的共沸物經冷卻后進入反應器，在反應器中加入 30%的氫氧化鈉溶液與共沸物混合在充分攪拌的情況下進行反應，反應后的物料送至干燥塔；在干燥塔內經過減壓精餾，進一步提濃乙腈，并在塔底除去反應器中生成的高沸點雜質；經過干燥塔得到提濃的乙腈和水的混合物進入成品塔，在成品塔內經過加壓精餾進一步除去水分和雜質得到純度 99.95%以上的乙腈產品，產品自成品塔抽出冷卻后進入罐區[1]。

2 影響乙腈裝置長周期運行的因素

裝置自投產以來，經過多年的運轉，先后出現一些問題直接影響了裝置的長周期運轉。通過現在采樣、產品分析及裝置檢修，發現了許多影響長周期運轉的因素，主要包括以下幾個方面。

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的是酰胺級丙烯腈產品，為了滿足丙烯腈產品質量的要求，丙烯腈裝置回收塔靈敏點溫度較低，惡唑、丙烯醛、丙烯酸、丙酮等雜質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較多，這些雜質進入乙腈裝置脫氰塔后易形成聚合物附著在塔盤上。一般認為的聚合機理如下：這些物質中含有不飽和碳碳鍵，易發生聚合反應，生成低聚物，另外粗乙腈中還含有較多的氫氰酸，通過離子反應機理也容易發生聚合，生成聚合物[2]，影響脫氰塔的分離效果，進而影響乙腈產量。

通過對脫氰塔堵塞現象的觀察，主要有三個部分容易發生堵塞，現象如下：

2.1.1 塔頂部分堵塞

脫氰塔進料板以上塔盤出現堵塞的現象：塔頂冷卻器液位降低，回流量相應減少，造成冷卻器冷后溫度降低，同時造成塔底溫度升高。

原因分析：進料板以上塔盤出現堵塞后，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 進料部分堵塞

脫氰塔進料板出現堵塞的現象：進料板溫度波動范圍較大，在 10～20 ℃之間，各板溫度隨著進料板溫度降低或升高，從曲線上看呈周期性波動。

原因分析：進料板出現堵塞后，易在進料板上形成液泛[3]，造成進料板溫度波動，各板溫度隨著波動，造成塔內溫度忽高忽低。

2.1.3 塔底部分堵塞

脫氰塔下部塔盤出現堵塞的現象：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，塔底液位波動較大。

原因分析：下部塔盤出現堵塞后，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 干燥塔長周期運行存在的問題

干燥塔是乙腈裝置的核心部分，采用負壓精餾將乙腈濃度提純到 90%以上，同時塔底除去水、堿及各種雜質，如果操作不穩定，直接產品質量影響。

2.2.1 干燥塔底部管線腐蝕

干燥塔的底部管線發現腐蝕產生的漏點，原因是反應器中的剩余堿液隨進料一同進入干燥塔，在干燥塔中強堿導致碳鋼焊口處形成晶格腐蝕。干燥塔底部管線和進料線都是碳鋼管線，因此產生腐蝕，影響裝置的安全生產[4]。

2.2.2 E805 存在的問題

進入干燥塔的物料在塔內進行減壓精餾，塔頂物料先經冷凝器（E804）用循環水冷卻，再經冷凝器（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會在 E805 管壁內側形成晶層，溫度越低，結晶層越厚，最終堵塞管程，這就是“結晶”。E805 管程出現結晶后，由于管程不暢通，塔內真空度下降，塔底溫度會升高，容易造成產品中的丙腈含量超標[5]，就要降低塔底蒸汽量來降低塔底溫度，塔底會有一部分乙腈不能通過蒸餾到達上部，隨塔底廢水排出，造成產品損失。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料量來保證連續生產，導致產降低。

2.3 成品塔長周期運行存在的問題

成品塔的作用是將乙腈進一步提純到產品要求的規格。設計乙腈純度是≥99%，目前這個標準偏低，無市場競爭力，所以各企業都對產品指標進行了重新修訂，本裝置以生產純度≥99.9%的乙腈產品為目標，因此原設計滿足不了產品質量的要求，需要重新探索成品塔操作指標，找到滿足產品質量要求的工藝參數，另外，成品塔底重組分回煉線堵塞問題，影響產品質量。

2.4 廢氣吸收塔長周期運行存在的問題

廢氣吸收塔是裝置的環保項目，用本裝置產生的廢水來吸收本裝置產生的廢氣，最后送到下游裝置焚燒達到環保的目的，由于廢水中含有較多的聚合物，經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，有時為了降溫還要投用新鮮水噴淋，浪費資源，增加環境污染，增加下游裝置焚燒成本。

3 提高乙腈裝置長周期運行的方法

找出影響乙腈裝置長周期運行的因素以后，就需要對這些影響因素進行深入的研究，制定出切實可行的技術措施來提高乙腈裝置的運行周期。

3.1 脫氰塔堵塞的處理方法

3.1.1 加堿水洗清除聚合物

傳統的處理方法是停進料、水洗蒸煮處理干凈后，進人拆塔盤清理，費時、費力，存在施工風險。通過借鑒其他裝置的操作經驗，發現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：針對堵塞的不同部位，將 30%的氫氧化鈉溶液通過回流泵、進料泵、塔底泵打入脫氰塔進行堿洗，大約堿洗 4 h，開工調整 3 h，脫氰塔即可恢復正常生產[6]。實踐證明，在線堿洗是處理脫氰塔聚合行之有效的方法，既消除了傳統方法的不足，又實現了裝置的連續運行。

3.1.2 優化操作壓力

脫氰塔頂部通入氮氣，能夠加速氫氰酸流動，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：用裝置氮氣總流量的穩定來保證脫氰塔頂壓力的穩定，實踐證明這個措施效果良好，近幾年，脫氰塔堵塞的現象明顯減少。

3.2 干燥塔的處理方法

3.2.1 更換管線材質

通過分析認為堿液對碳鋼管線極易腐蝕，但是對白鋼管線腐蝕性很小，設計管線材質不能滿足生產要求，因此對堿液含量較高的干燥塔進料線、干燥塔底部循環管線進行更換，由碳鋼變成白鋼線[4]，從更換到現在管線沒有出現漏點，解決了經常出現漏點的問題。

3.2.2 E805 結晶的處理方法

發現 E805 管程出現結晶后，首先采取的措施是停進料和真空泵，用蒸汽吹掃 E805 管程，雖然解決了結晶的問題，但是干燥塔需要重新建立汽液相平衡，產品損失較多。通過對蒸汽吹掃這種方式的分析，認為結晶物在一定溫度和有水存在的條件下可以溶解，依據這一原理，嘗試用自身溫度暖化結晶的方法，具體如下：停用 E805 鹽水，等待 E805冷后溫度逐漸升高，達到 28 ℃以上，保持 3 h，結晶消失，在暖化過程中，干燥塔正常運行，對產品質量和產量沒有影響[1]。

由于鹽水來水溫度一直低于設計值 5～10 ℃，容易造成 E805 結晶，通過設計改造在鹽水來水線上安裝了控制閥，通過控制閥微調鹽水用量，嚴格控制 E805 冷后溫度在 0 ℃以上，結晶較安裝前減少了5次。

3.3 成品塔的處理方法

根據乙腈與水的共沸物壓力越高水含量越高的原理，對成品塔操作指標進行修訂，塔底溫度向上平移 5 ℃，操作壓力由 90 kPa 提高到 125 kPa，成品塔的操作指標穩定后，化驗餾出口產品質量，其中水含量小于 20 mg/kg，丙腈含量降到 200 mg/kg以下，產品純度達到 99.97%，有時達到 99.99%，并且一直穩定在 99.95%以上[7]。由于裝置運行比較平穩，產品質量控制穩定，車間對化驗頻次進行了調整，原料樣每天一次，反應器和成品塔餾出口每天三次，節約了 50%化驗成本。

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。根據脫氰塔加堿水洗的經驗，依據聚合物可以溶于堿液的原理，在廢氣吸收塔頂溫超過 50 ℃時，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，達到了節約能源的目的。

在吹掃廢氣吸收塔頂部放空時，發現放空管線中有聚合物，通過對放空線進行檢查發現管線有幾個直角彎，少量沒被吸收的氫氰酸易附在管壁上形成聚合物，受振動或風速影響而下落至彎頭處，堵塞管線，造成脫氰塔憋壓，存在安全風險，所以將90°彎頭改成 45°，使管線中存在的聚合物不易積聚，解決了影響生產的問題。

4 提高乙腈裝置長周期運行的效果

生產實踐證明按照上述方法可以有效地提高乙腈裝置的運行周期，對生產中出現的問題及時處理，減少了操作波動，實現了三年一次大檢修的目的，取得了明顯的經濟效益。經濟效益分析以裝置各年產量為例，具體數據見圖1。

圖 1 乙腈裝置產量效益圖Fig.1 Acetonitrile equipment production efficiency

從圖1中可以看出：隨著裝置操作平穩率的不斷提高，加工能力和產量逐年提高，在 2011 年達到了最高產量 2 954 t，長周期運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 年在裝置生產負荷可以承受的條件下加工了一部分外購原料，來提高裝置的經濟效益，從實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周期運行的效果，實踐證明員工操作水平的提高和技術改進的支持達到了長周期運行的目的。相對設計而言，不僅實現了質量上的超越，而且實現了產量上的超越。

4 結 論

本文對影響乙腈裝置長周期運行的瓶頸問題進行了分析，提出了切實可行的技術措施，對提高乙腈裝置長周期運行具有重要意義。通過對提高乙腈裝置長周期運行進行研究可以得出如下結論：通過加強管理和技術改造是可以實現長周期運行的，為了保證裝置長周期運行，供電、儀表、機修單位的服務質量也需要提高。

［1］溫春英．0.25 萬噸/年乙腈裝置操作規程[R].2001.

［2］王偉武．化工工藝基礎[M]. 北京：:化學工業出版社，2010.

［3］譚天恩 李偉．過程工程原理[M].北京：:化學工業出版社，2004.

［4］董大勤，高炳軍，董俊華．化工設備機械基礎[M]. 北京：:化學工業出版社，2012.

［5］任林剛，孟憲會．乙腈成品中重組分含量高的原因及對策[J].齊魯石油化工，2011（1）: 36-39.

［6］夏濤．乙腈裝置優化操作分析與探討[J].中國化工貿易，2012（8）: 196-196.

［7］李忠杰．高純乙腈精制工藝技術開發與應用[J].石油化工，2001，30（10）:785-788.

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文獻標識碼： 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：清潔燃料生產新工藝。E-mail：1791862231@qq.com。