影響丙烯酸分離裝置長周期運行的因素及對策

周永敏 黃貴洪

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

長周期運行是丙烯酸生產裝置降低生產成本、提高效益的主要途徑之一，也是節約檢修費用的有效措施。中海油惠州石化有限公司14wt/a 丙烯酸裝置采用德國魯奇公司專利技術兩段氧化法生產丙烯酸，分離單元采用七塔分離精制，產品質量較好。裝置于2012年9月投產，投產后由于粗丙烯酸分離塔中發生丙烯酸聚合的情況最為嚴重，每隔一段時間就需要停工清洗。為延長丙烯酸分離單元的運行周期，提高裝置運行水平和經濟效益，對影響粗丙烯酸分離塔運行周期的因素進行分析，并采取相應的改進措施。對策實施后，丙烯酸分離單元的運行周期從3個月延長至10個月。

1 工藝流程簡介

丙烯酸分離塔的主要功能是從粗丙烯酸中分離萃取劑。丙烯酸和萃取劑混合物作為塔頂物流蒸出，在塔底得到濃縮的丙烯酸。塔頂物流經內置冷凝器和后冷器冷凝后，凝液收集在凝液盤中。丙烯酸分離塔回流泵將一部分冷凝液作為塔回流送至塔頂，少量凝液送至塔頂部用于內置冷凝器和后冷器噴淋，余下的部分凝液通過凝液盤液位調節送往丙烯酸回收塔。丙烯酸分離塔再沸器泵將塔釜物料循環至再沸器，再沸器熱源為低壓蒸氣，通過調節蒸汽冷凝液流量控制分離塔底部溫度。

2 影響丙烯酸分離裝置長周期運行的因素

2.1 丙烯酸自身的聚合

丙烯酸分子含有羧基，化學性質活潑，另外帶有乙烯基官能團，極易聚合。丙烯酸聚合主要有邁克爾加成反應聚合和自由基聚合兩種。邁克爾加成反應生成二聚物或三聚物。自由基聚合引發劑(如過氧化物、過硫酸鹽、亞硫酸鹽等)、高溫、光照(尤其是紫外線)等因素可導致丙烯酸快速聚合。丙烯酸的珠狀聚合與端聚合在實際生產中伴隨發生，生成的聚合物是丙烯酸生產中最常見的。上述各種聚合的發生均會使塔內的物料組成發生改變，由于生成大分子物質，導致塔內的傳質傳熱受到影響，造成塔內溫度上升。特別是在蒸餾分離操作時，丙烯酸發生相變的過程中，更易發生聚合反應，由此形成嚴重影響生產的惡性循環，甚至由于丙烯酸快速聚合而導致分離塔堵死[1]。

2.2 丙烯酸聚合物的累積影響

2.2.1 丙烯酸聚合物在塔板上的累積

丙烯酸分離塔有56 塊塔板，正常進料板為第44 塊。在塔底得到濃縮的丙烯酸后，經再沸器加熱。這樣就加大了對丙烯酸聚合物的霧沫夾帶量，進而加快塔板上丙烯酸聚合物的集結，使塔釜溫度、塔板間的壓降進一步惡化發展。

2.2.2 丙烯酸聚合物在再沸器中的累積

丙烯酸在再沸器內壁上聚合并附著在上面，使再沸器的傳熱效率下降，熱負荷降低。此時，為了維持系統的熱平衡，再沸器蒸汽投入量加大，再沸器壓力上升。隨著附著層的逐漸加厚，再沸器的傳熱效率持續下降，最終導致再沸器不能正常工作。

2.2.3 丙烯酸聚合物在塔壁的累積

由于霧沫夾帶的作用，丙烯酸聚合物被帶入汽相中，在塔壁上冷凝發生聚合附著在壁面上。隨著時間的推移當聚合物積累到一定厚度時，該物質會沿著塔壁向下運動掉落在塔板上，加劇了在塔板上的累積效應。

3 延長丙烯酸分離裝置運行周期的措施

3.1 加入阻聚劑

對苯二酚(HQ)、對苯二酚單甲醚(MQ)和吩噻嗪(PZ)是丙烯酸生產中常用的三種阻聚劑。在實際生產中，阻聚劑一般加在塔的進料、回流、塔頂、塔盤、塔頂冷凝器/后冷器、塔的餾出管線等部位。為了防止聚合，3.37wt%的HQ/IPAC 阻聚劑溶液加入到塔回流線和冷凝器噴淋液中。同時為使阻聚劑發揮作用，向塔底部再沸器入口通入少量乏氣(由40vol%的儀表風與60vol%的氮氣組成)，以提供保證阻聚劑活性所必須的氧。

3.2 加入分散劑

在加入阻聚劑以最大限度減少丙烯酸聚合的同時，加入具有較好的丙烯酸聚合物分散效果的分散劑，可以有效遏制丙烯酸聚合物在設備表面沉積結垢。在塔進料管線處及塔釜再沸器處加注新型分散劑EC-3436B，有效降低了大塊聚合物產生概率，改善再沸器運行狀態，降低聚合物堵塞再沸器管束概率。

3.3 采用合理的設備結構

除了加阻聚劑和分散劑，合理的設備結構是不可或缺的丙烯酸防聚措施，并且可以與操作條件協同配合，以發揮出最佳的防聚效果。采用合理的設備結構以防止丙烯酸在設備中停滯。如采用無堰穿流塔盤或擋板塔盤以盡量減少精餾塔的死角；采用螺旋板換熱器不僅提高了換熱效率，也大大減小了換熱器的死角。盡量縮短丙烯酸在設備中的停留時間，將塔盤、設備、管道以適當角度傾斜安裝；塔釜縮頸等。采用不銹鋼材質制造設備，丙烯酸對許多金屬具有強腐蝕性，如非合金鋼、銅、黃銅等，而對不銹鋼不發生作用。遭腐蝕的設備表面會形成腐蝕溝槽、坑洼等，一改設備表面的平滑狀態，為丙烯酸提供“庇護所”，成為丙烯酸滯留在設備中的死角，久而久之就形成了大塊的聚合物，堵塞設備，造成生產運行不穩，甚至停車[2]。

3.4 采用溫和的操作條件

采用負壓操作以降低操作溫度，隨著溫度的升高丙烯酸的聚合傾向也逐漸加大。而再沸器及塔釜液入口管線中的重組分濃度最高，是最容易堵塞的地方。用塔釜泵對塔釜液進行強制循環，可以對設備起到沖刷作用。對塔體、氣相管線采取適當的保溫伴熱措施，避免相變如冷凝、汽化、凝固等，減少丙烯酸聚合物的積累效應。

3.5 精細操作

為了盡可能地使生產操作平穩，以減少丙烯酸聚合和設備結垢。除了上述幾種措施以外，在裝置日常生產運行中還要做好以下兩點：

(1)要根據裝置運行狀況及時判斷聚合情況的發生以及對后續生產的影響。如定期清洗、查看輸送泵過濾器中出現聚合物的形態、數量，關注產品質量等。

(2)嚴密監測塔板壓降、塔板塔釜溫度變化、輸送泵的出口壓力變化等。如果有可能導致嚴重的聚合時，要果敢處理，包括必要的停車處理。

4 結語

綜上所述，丙烯酸自身的聚合和聚合物在塔板、再沸器內的積累等是影響丙烯酸分離裝置長周期運行的原因。相應采取加入阻聚劑和分散劑、采用合理的設備結構和操作條件、精細操作等一系列措施后，丙烯酸分離塔運行周期由3個月延長至10個月。使得丙烯酸生產裝置的運轉周期和產品質量均達到國內同行業先進水平。