甲基丙烯酸甲酯(MMA)裝置阻聚劑系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)

徐 桐 楊恒志 于 浩 中國(guó)石油吉林石化公司丙烯腈廠(chǎng) 吉林 132021

某甲基丙烯酸甲酯(MMA)裝置自建成投產(chǎn)以來(lái)一直受到不能長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行的困擾。由于MMA易聚合的物料特性，裝置內(nèi)設(shè)備、管線(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)聚合堵塞的情況，造成裝置被迫停車(chē)檢修。雖然裝置設(shè)計(jì)時(shí)引入了阻聚劑系統(tǒng)，對(duì)重點(diǎn)的設(shè)備及管線(xiàn)添加阻聚劑以減少物料聚合，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(xiàn)聚合堵塞，影響裝置正常生產(chǎn)。同時(shí)由于C種阻聚劑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在缺陷，造成該系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，對(duì)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了極大影響。對(duì)于MMA裝置來(lái)說(shuō)，阻聚劑系統(tǒng)運(yùn)行的好壞將直接關(guān)系到整個(gè)裝置的運(yùn)行好壞，所以本文希望通過(guò)對(duì)MMA裝置阻聚劑系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，提高阻聚劑系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，進(jìn)一步減少M(fèi)MA裝置聚合堵塞等瓶頸問(wèn)題，從而達(dá)到提高裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行周期的目的。

1 易聚合部位分析

1.1 酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn)聚合問(wèn)題

酯化系統(tǒng)是MMA裝置的重要環(huán)節(jié)，物料會(huì)在該系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行酯化反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物甲基丙烯酸甲酯，同時(shí)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(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，酯化釜的氣相管線(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)聚合堵塞的情況，一旦管線(xiàn)堵塞就會(huì)造成裝置生產(chǎn)波動(dòng)，被迫停車(chē)檢修。裝置設(shè)計(jì)時(shí)只針對(duì)酯化釜內(nèi)部增加了C種阻聚劑加入點(diǎn)，以減少酯化釜內(nèi)部出現(xiàn)聚合的幾率，但是對(duì)于酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn),設(shè)計(jì)時(shí)并未給出有效的阻聚措施。本文希望通過(guò)對(duì)阻聚劑系統(tǒng)的優(yōu)化來(lái)解決酯化系統(tǒng)氣相線(xiàn)聚合的瓶頸問(wèn)題。

在裝置檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn)堵塞均是由于MMA物料先在氣相線(xiàn)管壁上附著聚合，再隨著時(shí)間的延長(zhǎng)聚合物逐漸變大直至將管線(xiàn)完全堵塞。根據(jù)這一點(diǎn)再結(jié)合裝置的設(shè)計(jì)理念，本文希望通過(guò)在酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn)上增加C種阻聚劑加入點(diǎn)的方式來(lái)解決酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn)易發(fā)生聚合的問(wèn)題。酯化單元簡(jiǎn)易流程見(jiàn)圖1。

圖1 酯化單元簡(jiǎn)易流程

1.2 阻聚劑噴嘴設(shè)計(jì)

裝置原設(shè)計(jì)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(guò)大無(wú)法用于管線(xiàn)內(nèi)部，而噴嘴由于開(kāi)孔方向朝下無(wú)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(jì)，長(zhǎng)時(shí)間沖刷腐蝕后存在松動(dòng)脫落的情況，嚴(yán)重影響阻聚劑加入。所以現(xiàn)有設(shè)計(jì)的噴嘴均無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn)噴灑阻聚劑的要求，必須設(shè)計(jì)一個(gè)能夠滿(mǎn)足要求的新式噴嘴。

MMA裝置酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn)為DN300四氟管線(xiàn)，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(diǎn)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(guò)噴嘴后的噴射距離至少要達(dá)到150 mm，已知100 kPa可產(chǎn)生10 m水柱，通過(guò)計(jì)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(guò)簡(jiǎn)化后的伯努利方程P/ρ=u2/2可得出阻聚劑通過(guò)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(jìn)而得出阻聚劑噴嘴的開(kāi)孔面積S=2.13×10-5m2。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，若噴嘴選取Φ1.5 mm的小孔，需要開(kāi)孔12個(gè)；若噴嘴選取Φ1.2 mm的小孔.需要開(kāi)孔18個(gè)。為了保證阻聚劑通過(guò)噴嘴后可以更均勻的分布，最終阻聚劑噴嘴開(kāi)孔方案選取Φ1.2 mm的小孔，共分為三排，每排均勻分布6個(gè)小孔，共計(jì)18個(gè)小孔。噴嘴的材質(zhì)通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終選用紫銅作為噴嘴的主材質(zhì)，紫銅除了價(jià)格較便宜外同時(shí)還具有一定的耐腐蝕性，運(yùn)行周期可達(dá)到180天，可以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需要。噴嘴結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)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(guò)實(shí)際應(yīng)用，酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn)阻聚劑噴嘴效果明顯，通過(guò)對(duì)運(yùn)行一個(gè)周期后酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn)的聚合情況進(jìn)行對(duì)比，可以看出酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn)聚合情況得到明顯緩解，前后對(duì)比見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 增加噴嘴前氣相線(xiàn)聚合情況

圖4 增加噴嘴后氣相線(xiàn)聚合情況

裝置運(yùn)行周期也由原來(lái)的90天延長(zhǎng)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(jì)配置方式為B種阻聚劑與粗MMA物料按照一定比例通過(guò)管道直接輸送至C種阻聚劑輸送泵入口，經(jīng)過(guò)泵自身混合后輸送至各阻聚劑加入點(diǎn)，C種阻聚劑系統(tǒng)原簡(jiǎn)易流程見(jiàn)圖5。

圖5 C種阻聚劑系統(tǒng)原簡(jiǎn)易流程

該設(shè)計(jì)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(duì)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(yùn)行。

2.2 C種阻聚劑系統(tǒng)優(yōu)化

針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)C種阻聚劑配置系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，通過(guò)增加一臺(tái)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(diǎn)，從而提高C種阻聚劑系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，C種阻聚劑系統(tǒng)改造后簡(jiǎn)易流程見(jiàn)圖6。

圖6 C種阻聚劑系統(tǒng)改造后簡(jiǎn)易流程

3 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn)新增阻聚劑加入點(diǎn)后，對(duì)酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn)阻聚效果明顯，大幅降低了酯化釜?dú)庀嗑€(xiàn)聚合堵塞的幾率。

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