丙酮氰醇法甲基丙烯酸生產(chǎn)系統(tǒng)堵塞及一級(jí)水解反應(yīng)釜易損壞的原因分析和解決方法

陳曉雍(浙江新華新材料科技有限公司，浙江 江山 324123)

丙酮氰醇法甲基丙烯酸生產(chǎn)系統(tǒng)堵塞及一級(jí)水解反應(yīng)釜易損壞的原因分析和解決方法

陳曉雍(浙江新華新材料科技有限公司，浙江 江山 324123)

對(duì)用丙酮氰醇和濃硫酸為原料生產(chǎn)甲基丙烯酸生產(chǎn)系統(tǒng)容易堵塞及一級(jí)水解搪玻璃反應(yīng)釜容易損壞的原因進(jìn)行了合理分析，并提出解決改進(jìn)方法予以實(shí)施，達(dá)到了解決問題的目的。

丙酮氰醇法甲基丙烯酸生產(chǎn)工藝；系統(tǒng)堵塞；搪玻璃反應(yīng)釜；噴射冷卻；玻璃釜耐溫差沖擊極限

利用丙酮氰醇和濃硫酸為原料，生產(chǎn)甲基丙烯酸工藝，其生產(chǎn)過程包括酰胺化、水解、真空精餾等工序。其生產(chǎn)工藝流程為：液體原料丙酮氰醇和過量濃硫酸通過計(jì)量泵進(jìn)入混合釜混合，在常壓和一定的溫度條件下，進(jìn)行酰胺化反應(yīng)，反應(yīng)液高位自流進(jìn)入水解混合釜與水混合，然后通過水解反應(yīng)熱依次進(jìn)入一級(jí)、二級(jí)水解反應(yīng)釜、冷卻器、沉降釜，最后進(jìn)入中間槽，送精餾塔真空精餾，去除高沸點(diǎn)和低沸點(diǎn)雜質(zhì)后，得到甲基丙烯酸產(chǎn)品。

其生產(chǎn)工藝介質(zhì)涉及到濃硫酸、稀硫酸、甲基丙烯酸等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，因此均采用搪玻璃反應(yīng)釜和換熱器等耐腐蝕設(shè)備及管道閥門材料。其中甲基丙烯酸產(chǎn)品含有雙鍵，在沒有阻聚劑存在的條件下極易自聚，從酰胺化開始至成品生產(chǎn)過程中，雖然在酰胺化過程中就添加固體阻聚劑，但還容易在設(shè)備、管道上產(chǎn)生聚合物造成系統(tǒng)堵塞，導(dǎo)致物料冒料、系統(tǒng)停產(chǎn)、原料消耗增加、成本增加等后果；其中水解反應(yīng)還是一個(gè)放熱過程，水解反應(yīng)溫度在135℃，需要冷卻水間歇冷卻。

1 存在的問題

（1）在丙酮氰醇法生產(chǎn)甲基丙烯酸生產(chǎn)裝置中，分別在水解混合釜中用振動(dòng)器加入300ppm固體阻聚劑，和精餾成品槽中預(yù)先加入150-300ppm阻聚劑，來防止甲基丙烯酸的聚合。但是在水解釜出口、沉降釜前搪玻璃套管式冷卻器及沉降釜等部位，每間隔十天左右，就發(fā)生一次系統(tǒng)堵塞，造成水解釜放空管冒料現(xiàn)象，需要停產(chǎn)清理聚合塊狀堵塞物。嚴(yán)重影響裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境帶來較大污染。

（2）在丙酮氰醇法生產(chǎn)甲基丙烯酸生產(chǎn)裝置中，一級(jí)水解反應(yīng)釜是10立方米K式搪玻璃反應(yīng)釜，其中的工作介質(zhì)為40%稀硫酸的硫酸銨飽和溶液，反應(yīng)壓力（高位位差）為0.12MPa，反應(yīng)溫度135℃，水解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，夾套采用循環(huán)冷卻水間歇噴射冷卻，冷卻水進(jìn)入搪玻璃反應(yīng)釜夾套內(nèi)直接汽化為蒸汽排放，通過冷卻水汽化吸熱，移走水解反應(yīng)熱，并通過氣動(dòng)閥控制噴射冷卻水的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜內(nèi)的溫度。一級(jí)水解搪玻璃反應(yīng)釜，在10-12月的三個(gè)月時(shí)間內(nèi)，連續(xù)損壞三臺(tái)，基本上一個(gè)月就發(fā)生一次。

2 原因分析

（1）系統(tǒng)堵塞原因：在甲基丙烯酸的生產(chǎn)工藝過程中，雖然分別在水解混合釜中，和精餾成品槽中加入阻聚劑，還是經(jīng)常發(fā)生甲基丙烯酸的聚合現(xiàn)象。原因第一是使用振動(dòng)式固體加料器投加的阻聚劑數(shù)量不均勻，造成部分物料中的阻聚劑含量不足而自聚；第二是水解、冷卻、沉降工藝過程中局部溫度較高，在搪玻璃釜式反應(yīng)器物料沒有滿液，存在氣相的甲基丙烯酸，極易發(fā)生自聚，脫落后就會(huì)造成系統(tǒng)堵塞；第三是工藝裝置沒有配置合適的機(jī)械過濾器，及時(shí)去除生產(chǎn)過程中的自聚物。

（2）一級(jí)水解搪玻璃反應(yīng)釜容易損壞的原因：水解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，夾套采用循環(huán)冷卻水間歇噴射冷卻移走反應(yīng)熱，控制釜內(nèi)反應(yīng)溫度135℃。經(jīng)分析，造成搪玻璃釜損壞的原因有二：原因之一是循環(huán)冷卻上水的溫度基本上夏天為32℃，冬天在15℃左右，而反應(yīng)釜內(nèi)的溫度最高達(dá)到135℃，冬天二者溫差達(dá)到110℃以上，超過搪玻璃釜耐冷沖擊110℃的極限，造成搪玻璃暴瓷損壞；原因之二是冷卻水直接噴射到搪玻璃釜內(nèi)壁，加快搪玻璃反應(yīng)釜沖擊損壞。

3 解決方案

（1）系統(tǒng)堵塞解決方案：第一是采用帶變頻的螺帶式雙螺桿自動(dòng)喂料機(jī)，代替震動(dòng)式固體阻聚劑加料器，保證投加的阻聚劑數(shù)量準(zhǔn)確穩(wěn)定，物料中的阻聚劑含量自始至終穩(wěn)定在150-300ppm之間，避免因阻聚劑投加不均勻造成的自聚；第二是對(duì)釜式反應(yīng)器、換熱器等設(shè)備的管道系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高物料的出料管安裝高度，保證所有設(shè)備內(nèi)部全部充滿液體物料，避免甲基丙烯酸氣相物料積聚后的自聚；第三是在水解釜出口增加二個(gè)機(jī)械過濾器，一開一備運(yùn)行，主動(dòng)濾除系統(tǒng)中的固體雜質(zhì)，每隔一定周期切換清理，減少自聚物造成的系統(tǒng)堵塞，保證生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

（2）根據(jù)造成一級(jí)水解反應(yīng)釜容易損壞的原因分析，可以采取溫度超過80℃的熱水和避免冷卻水直接噴射到反應(yīng)釜內(nèi)層外壁。

具體改進(jìn)方案如下：第一對(duì)水解混合釜反應(yīng)放熱產(chǎn)生的連續(xù)的常壓蒸汽進(jìn)行收集綜合利用，來加熱噴射水槽內(nèi)的冷卻水，利用甲基丙烯酸裝置原有的伴熱管道系統(tǒng)熱水循環(huán)泵，給一級(jí)水解反應(yīng)釜提供80℃以上冷卻噴射熱水，降低一級(jí)水解搪玻璃反應(yīng)釜內(nèi)與冷卻水的溫差，控制溫差在50℃以內(nèi)，有效避免搪玻璃釜冷熱沖擊造成的設(shè)備損壞。第二在冷卻水進(jìn)入反應(yīng)釜夾套的進(jìn)口管口處，設(shè)置一個(gè)進(jìn)水分布器，避免噴射冷卻水直接與反應(yīng)釜內(nèi)層外壁接觸，減緩反應(yīng)釜的損壞。

4 結(jié)語

（1）經(jīng)過改進(jìn)固體阻聚劑的投加設(shè)備、改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)備的進(jìn)出口管道、增加機(jī)械過濾器后，丙酮氰醇法甲基丙烯酸生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間，從原來的十天停產(chǎn)一次，到改進(jìn)后的二個(gè)月一次，產(chǎn)品的原材料單耗降低5%，產(chǎn)品成本降低，經(jīng)濟(jì)效益顯著，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境得到大大改善。

（2）丙酮氰醇法生產(chǎn)甲基丙烯酸一級(jí)水解搪玻璃反應(yīng)釜的冷卻水系統(tǒng)，經(jīng)過單獨(dú)提供溫度超過80℃以上冷卻噴射熱水，并改進(jìn)噴射管出口結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定運(yùn)行二年，沒有發(fā)生搪玻璃反應(yīng)釜損壞的情況。

[1]《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》下冊(cè)第35章“搪玻璃設(shè)備”.

[2]“甲基丙烯酸車間安全技術(shù)操作規(guī)程”.