氨肟化裝置甲苯肟旋流凈化分離技術(shù)的應(yīng)用

譙榮（中國石化總公司巴陵分公司己內(nèi)酰胺事業(yè)部，湖南 岳陽 414007）

甲苯肟凈化處理是TS-1分子篩催化環(huán)己酮氨肟化工藝重要的生產(chǎn)過程之一，原設(shè)計(jì)采用重力沉降技術(shù)和聚結(jié)分離技術(shù)串聯(lián)使用，去除甲苯肟中的含水和硅膠、催化劑等雜質(zhì)。實(shí)際生產(chǎn)中甲苯肟經(jīng)凈化處理之后，仍有很大一部分硅膠和催化劑顆粒隨物流一起被帶至后續(xù)精餾系統(tǒng)，導(dǎo)致精餾塔結(jié)焦而不能正常運(yùn)行，造成生產(chǎn)消耗增加以及大幅度縮短精餾塔的開車周期。

事實(shí)上，重力沉降分離的原理是靠分散相自身的比重沉降，只有大顆粒分離介質(zhì)才能有效地沉降，硅膠、鈦硅催化劑顆粒等細(xì)小介質(zhì)無法沉降；聚結(jié)器主要對水滴有分離作用，而且存在催化劑等不潔凈物時(shí)易造成元件堵塞，降低分離效果。因此要從根本上解決精餾塔結(jié)焦的問題，必須對甲苯肟凈化系統(tǒng)進(jìn)行改造，選擇其它的更有效的分離方法來解決甲苯肟的凈化問題。本文研究采用旋流分離技術(shù)來脫除甲苯肟溶液中的硅膠、鈦硅催化劑等雜質(zhì)，和重力沉降技術(shù)、聚結(jié)分離技術(shù)組合構(gòu)成甲苯肟溶液凈化新工藝。

1 旋流分離技術(shù)的特點(diǎn)

旋流分離技術(shù)是一種新型、高效的分離技術(shù)，具有處理速度快、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。旋流管內(nèi)為強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)湍流流動(dòng),旋流管相當(dāng)于一個(gè)高效“混合分離器”。非均相混合液進(jìn)入旋轉(zhuǎn)筒，靠旋轉(zhuǎn)離心力和重力作用達(dá)到介質(zhì)分離的目的。旋流分離的離心因數(shù)是重力沉降的1000-2000倍，對于分散相粒徑大于10μm、兩相密度差大于0.05g/cm3的互不相溶或溶解度不高的液－液體系均具有良好的分離效果。

2 裝置側(cè)線實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)流程見圖1。側(cè)線實(shí)驗(yàn)建在70kt/a環(huán)己酮氨肟化裝置，首先，將甲苯肟溶液在混合器中與脫鹽水混合進(jìn)行水洗，以完成水與原料的彌散混合，原料中鹽類和硅膠等雜質(zhì)向水遷移、以及水中雜質(zhì)富集，待甲苯肟溶液與水充分混合、雜質(zhì)向水充分傳遞后，在重力沉降罐中進(jìn)行第一步分離，除去部分鹽類和硅膠等雜質(zhì)。其次，將經(jīng)第一步分離的混合物注水后（注水控制在進(jìn)料量的1-3%）送入旋流分離器中，進(jìn)行第二步的旋流分離，分離出的水、雜質(zhì)及有機(jī)相進(jìn)入收集槽。側(cè)線實(shí)驗(yàn)中旋流分離器和聚結(jié)分離器并聯(lián)。

圖1 、甲苯肟溶液分離凈化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)流程

2.2 分析方法及儀器

水含量采用光譜法測定；硅膠含量分析步驟如下：硅膠溶于水，先用一定量的去離子水對甲苯肟溶液進(jìn)行水洗，沉降出的水相硅膠含量采用原子吸收光度法分析，然后推導(dǎo)出甲苯肟溶液中的硅膠含量。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 動(dòng)力特性

3.1.1 進(jìn)口流量與進(jìn)口和溢流口壓力差的關(guān)系

對于脫水型旋流芯管，分流比通常是底流口流量與入口流量之比。分流比影響底流口和溢流口的流量，分流比越大，則底流口的流量越大，溢流口的流量越小。分流比是旋流芯管的重要操作參數(shù)，其理想值為分散相與分散相和連續(xù)相總體積之比。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，為了達(dá)到較高的分離效果，分流比一般大于分散相和連續(xù)相總體積之比。

0%、6%、10%分流比條件下進(jìn)口流量與進(jìn)口和溢流口壓力差關(guān)系如圖2所示。當(dāng)分流比一定時(shí)，進(jìn)口流量Qi隨著進(jìn)口和溢流口壓力差△pio的增大以對數(shù)趨勢增大；當(dāng)分流比小于10%時(shí)，分流比的變化對進(jìn)口流量與壓力差的關(guān)系影響不大。

圖2 進(jìn)口流量與進(jìn)口和溢流口壓力差的關(guān)系

3.1.2 進(jìn)口流量與進(jìn)口和底流口壓力差的關(guān)系

0%、6%、10%分流比條件下進(jìn)口流量與進(jìn)口和底流口壓力差的關(guān)系如圖3所示。當(dāng)分流比一定時(shí)，進(jìn)口流量Qi隨著進(jìn)口和底流口壓力差△piu的增大而增大，在分流比為零時(shí),底流口關(guān)死,進(jìn)口和底流口壓力差表現(xiàn)為進(jìn)口壓力，關(guān)系曲線與其他情況下的數(shù)值相差較大，這和圖2的曲線分布有顯著差別。

圖3 進(jìn)口流量與進(jìn)口和底流口壓力差的關(guān)系

3.2 分離性能

3.2.1 脫水效果

旋流分離器脫水試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 脫水測試數(shù)據(jù)表

由表1可見，在旋流分離器進(jìn)口與有機(jī)相出口壓差在0.20-0.25MPa范圍內(nèi)，注水量為1-3%，分離凈化后的有機(jī)相含水均穩(wěn)定在0.5%左右，并且普遍低于同期聚結(jié)器出口的水含量。取分離凈化后的有機(jī)相經(jīng)過1h靜置沉降，看不到明顯水珠沉淀，其中0.5%左右的含水大部分為溶于甲苯肟溶液的飽和水。

3.2.2 硅膠脫除效果

旋流分離器的硅膠脫除試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 脫除硅膠測試數(shù)據(jù)表

由表2可見，在旋流分離器進(jìn)口與有機(jī)相出口壓差在0.20-0.25MPa范圍內(nèi)，注水量為1-3%，旋流分離器進(jìn)口硅膠含量不大于19μg/g情況下，分離凈化后的有機(jī)相硅膠含量基本小于7μg/g，并且普遍低于同期聚結(jié)器出口的硅膠含量。硅膠的脫除率比較高，是因?yàn)樾鞴軆?nèi)為強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)湍流流動(dòng)，增強(qiáng)了硅膠從有機(jī)相向水相傳遞，強(qiáng)化了水洗硅膠的效果，能夠在同樣的脫水率情況下盡可能多的脫除硅膠。

4 旋流分離技術(shù)的應(yīng)用

4.1 工藝流程

工業(yè)應(yīng)用中充分考慮到重力沉降罐、旋流分離器和聚結(jié)分離器的特點(diǎn)，在重力沉降罐與聚結(jié)分離器之間設(shè)置單級旋流分離器，將三者有效組合，提高分離凈化效果。具體工藝流程見圖4。

圖4 改造后甲苯肟分離凈化系統(tǒng)工藝簡圖

4.2 效果檢查

旋流分離技術(shù)在氨肟化裝置應(yīng)用后，效果相當(dāng)明顯，甲苯肟凈化分離后硅膠、鈦硅催化劑含量大大降低，有效地避免了精餾塔結(jié)焦。根據(jù)2005年和2006年統(tǒng)計(jì)得出聚結(jié)器出口甲苯肟中硅膠和水含量、電導(dǎo)、聚結(jié)器濾芯更換周期、精餾塔清洗周期數(shù)據(jù)對比表見表3。

表3 旋流分離技術(shù)使用前后數(shù)據(jù)對比

5 結(jié)語

5.1 采用專用的旋流管，將含油污水旋流分離技術(shù)應(yīng)用到甲苯肟溶液分離凈化工藝，在旋流器進(jìn)口水含量不大于3%時(shí)，分離凈化后的甲苯/肟溶液中水含量不大于0.6%,非飽和水基本實(shí)現(xiàn)分離。

5.2 旋流管內(nèi)為強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)湍流流動(dòng)，旋流管相當(dāng)于一個(gè)高效“混合分離器”，增強(qiáng)了硅膠從有機(jī)相向水相傳遞，可以強(qiáng)化水洗硅膠的效果，能夠在同樣的脫水率情況下盡可能多的脫除硅膠。

5.3 在旋流分離器進(jìn)口與有機(jī)相出口壓差在0.20-0.25MPa范圍內(nèi)，注水量為1-3%，旋流分離器進(jìn)口硅膠含量不大于19μg/g情況下，分離凈化后的有機(jī)相硅膠含量基本小于7μg/g，并且普遍低于同期聚結(jié)器出口的硅膠含量。

5.4 旋流分離器體積小、操作方便、分離效率高，自旋流分離系統(tǒng)投用后，效果非常明顯，有效避免了精餾塔結(jié)焦的問題，大大延長了精餾塔有效生產(chǎn)時(shí)間。

[1]譚天恩，麥本熙，丁惠華編著，化工原理（第二版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990.

[2]陳洪鈁，劉家祺，化工分離過程北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[3]趙慶國,張明賢編著，水力旋流器分離技術(shù)北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.