順酐裝置溶劑吸收系統堵塞分析及改造

潘珊 鐘紅林 何鵬飛

寧波浙鐵江寧化工有限公司 浙江寧波 315000

順酐生產過程總體上分為氧化工藝和后處理工藝兩大部分，后處理工藝的方法主要有水吸收法和有機溶劑吸收法。國內順酐生產主要采用苯氧化和水吸收生產工藝為主，水吸收流程短，設備投資省，操作簡單但溫度控制不當會形成富馬酸易堵塞腐蝕設備，需要定期清理，脫水工序能耗大不夠經濟。有機溶劑吸收法是國外普遍采用的方法，溶劑吸收優點沒有水的干擾，吸收過程不易產生順酸，減輕了設備腐蝕，有機溶劑回收順酐產品的收率比水吸收高1%-2%,精餾過程能耗低，工藝連續性好，克服了水吸收的缺點。隨著順酐裝置規模的擴大，水吸收技術顯得相對比較落后，因此，后處理工藝的有機溶劑吸收法成為國產化技術。

1 順酐工藝流程及運行現狀

1.1 順酐工藝流程

寧波浙鐵江寧化工有限公司是國內較大的順酐生產廠家，目前公司具有年產10萬噸的生產能力，該裝置采用正丁烷氧化法，溶劑吸收與解吸工藝，以正丁烷為原料通過固定床在385℃釩-磷催化劑的作用下催化氧化反應生產含有順酐的混合氣體。反應生產的順酐氣體經換熱器二級冷卻后進入吸收塔，采用DBP（鄰苯二甲酸二丁酯）作為溶劑吸收混合氣體中的順酐，冷卻至130℃的順酐混合氣從底部塔盤進入吸收塔，與從吸收塔頂部塔盤進入60℃的DBP貧溶劑在第10塊塔盤位置逆流接觸，充分吸收酐氣成為富溶劑（富油）在塔底，未吸收的尾氣通過塔頂內泡罩塔盤氣液分離后進入焚燒爐系統。吸收塔底的富油達到富油槽和后閃蒸器，富油到解吸塔內在高溫負壓的環境中用真空蒸餾的方法將順酐和溶劑解吸分離出來，得到的粗酐產品從塔頂采出送入粗酐槽，解吸塔底部含有少量順酐的貧油經后閃蒸器和放空洗滌塔再次閃蒸回收順酐后的DBP送入貧油槽，粗酐最后在精制中將粗酐中的輕，重組分在真空中蒸餾分離出來，得到精制順酐成品。溶劑DBP中的苯酐，富馬酸，焦油雜質在離心機中洗滌，分離除去后的貧油在系統中循環利用。

1.2 裝置運行現狀

我廠自2013年12月開始投料試運行后，在裝置生產運行初期遇到許多的困難，如溶劑在系統中發生溶劑水解和高溫熱分解形成膠質聚合物，導致系統設備管線堵塞，溶劑損耗過大，副產物雜質多，部分設備，管線設計不合理等因素導致裝置操作難度大無法長周期運行，需反復開停停車進行堵塞清理，特別是吸收塔循環冷卻器。本文主要針對吸收系統中存在一些問題進行分析，討論和改造[1]。

2 吸收系統存在的問題及原因分析

2.1 存在的問題

吸收塔循環冷卻器是溶劑吸收系統中比較關鍵的一臺設備，它的作用是利用循環水作為冷卻介質將含16%-18%順酐的富油冷卻，通過冷后循環量返回塔中部控制塔中溫度最終達到控制塔頂溫度，從而減少溶劑和順酐的損失，提高順酐收率。吸收塔運行一段時間后，就會出現換熱器堵塞的現象。發現循環流量逐漸下降，調節閥和旁路，泵出口閥全開都無濟于事 從而使塔頂溫度過高無法控制超出了工藝范圍，造成部分順酐和溶劑的損失及尾氣溫度過高等一系列惡性工藝狀況，只能非計劃停車對換熱器進行清洗，難以實現長周期穩定的運行。吸收塔循環冷卻器拆封頭發現管壁上都被雜質堵死了，必須對管道設備進行清洗至暢通，但這不能徹底解決堵塞根本問題，針對這一技術難題，公司決定成立攻關小組，加強技術分析和交流，提出可行的技術改造從根本上解決堵塞難題，達到裝置長期穩定運行的目的。

2.2 堵塞原因分析

（1）因反應器的新催化劑活性沒有完全活化，生成副產物焦炭類物質較多，這些副產物進入切換冷卻器中鮑爾環攔截部分焦油后進入溶劑吸收系統，副產物使溶劑發生分解生成苯酐和富馬酸雜質。

（2）正丁烷氧化生產順酐過程中會生成一部分水含6%進入吸收系統冷凝后，部分水與順酐反應生成馬來酸，馬來酸在高溫下異構化為富馬酸重組分進入塔底富溶劑中。

（3）在吸收塔系統中，液位控制不當溶劑易發生水解生產苯酐雜質，因系統中溶劑是循環利用，溶劑在惡性循環中分解反應得不到抑制，發生反應生成聚合膠狀物，使吸收和解吸系統運行困難，嚴重堵塞吸收塔循環冷卻器。

（4）吸收塔底部的籃式過濾器經常出現堵塞，特別是裝置開車初期，氧化劑活性較高，氧化生成的焦油類物質多快速堵塞過濾器，在清洗過濾器時富溶劑走過濾器旁路，部分雜質無法攔截進入系統。

3 吸收塔技術改造

針對吸收系統遇到的問題，關鍵是要減少焦油，膠質聚合物等雜質在溶劑中積累而無法去除，結合裝置的實際運行情況，進行以下幾個技術改造。

3.1 塔頂增加絲網除沫器

絲網除沫器能除去夾雜在氣體中的微小液體，除霧沫效力高，而且氣體通過時阻力很小，對于塔內設備固定，空間固定的情況下可延長氣液分離的時間，改善分離效果，減少溶劑的損失，防止溶劑夾帶的雜質堵塞塔盤，攔截部分雜質。

3.2 塔底增加一臺籃式過濾器用于備用切換

在吸收塔底底泵出口再增加一臺籃式過濾器，過濾器方便拆卸，清洗，過濾芯子不需加過濾網，可直接過濾掉雜質。當一臺過濾器堵塞后可快速切至另一臺備用過濾器，增加塔底過濾功能，不用走旁路，可以去除系統中的部分焦油，富馬酸，膠質聚合物等雜質，減輕系統壓力。

3.3 增加板式換熱器作為列管換熱器的備用延長運行周期

增加一臺板式吸收塔循環冷卻器，當在運行的管式吸收塔循環冷卻器堵塞時，及時切換至版式換熱器，裝置不需要因堵塞清洗換熱器清洗而停工，兩臺吸收塔循環冷卻器交替使用達到長周期運行的目的。

吸收塔列管換熱器由于體積大，傳熱直徑大，工作時間長，不需要頻繁清洗，但價格昂貴，也受現場空地及造價條件影響無法在其旁邊添加一臺同樣的換熱器。經過對現場空間的考量以及咨詢專業技術人士后，決定用投資成本更低的板式換熱器作為吸收塔列管換熱器的備用換熱器。板式換熱器結構緊湊，換熱效率高熱損失小，單位容積提供的傳熱面積大，檢修拆洗方便，但它無法長時間運行，需頻繁清洗。列管比板式運行時間長作為主設備，板式作為備用換熱器，當列管式換熱器運行堵塞后可快速切換至板式換熱器運行，解決了因清洗列管式換熱器而造成停車的困擾[2]。

3.3.1 換熱器的選擇

目前裝置運行的換熱器是列管式換熱器，列管換熱器具有管線長9.3米、體積為10.8立方米大的特點，給溶劑中的雜質提供積累時間和場地堵塞設備。如果將列管換熱器改為板式換熱器，則明顯減小了體積，減少了雜質與設備接觸面積，減少設備堵塞的可能，且板式換熱器易于拆洗，大大節省了人工清洗成本。當然技改成本也是考慮的主要因之一。

當然目前設計板式換熱器也有一定缺點，如開車時不能對冷態物料進行加熱，運行時間沒板換時間長，如調控不及時易造成系統溫度偏低。開車期間只能采用列管換熱器。

3.3.2 基本流程及流程圖

利用大修時間進行改造，在原來吸收塔列管換熱器進出口開三通口，將板式換熱器并聯列入列管換熱器，同時原有的調節閥可以控制兩個換熱器的流量，兩個換熱器根部各自添加手閥以便隔離出清洗。具體流程如圖1：

圖1 改造后吸收塔循環冷卻器流程圖

注：①、紅色部分為添加板式換熱器后需增加的管線，物料側、循環水側管徑均為200mm。②、原換熱器的進口調節閥控制兩個換熱器的總流量，管道流程設計滿足兩個換熱器的切換需要。

4 技改后效果

2016年到2017年12月期間，每隔2-3個月吸收塔循環冷卻去因堵塞而停車清洗，每次清洗回裝投用需要一星期，這嚴重影響順酐的產量，特別是在催化劑初期活性較高，生產的焦炭類雜質較多，快速堵塞換熱器，最短15天就運行不下去了，在溶劑惡性循環中，吸收塔底部的雜質經常超出工藝范圍，由技改前表2數據可以看出，吸收塔的雜質富馬酸，苯酐的含量都超出正常值，這些雜質不但容易堵塞換熱設備，還會加大溶劑的消耗，減少順酐收率[3]。因此延長換熱器的使用周期，減少停車頻率，盡可能減少雜質進入溶劑本。表3的分析數據是2018年進行技改后的工藝指標，由表2和表3的技改前后數據對比可以看出，技改后，通過塔底過濾器，絲網除沫器，吸收塔循環冷卻器交替切換使用，切換清洗也不用走旁路后攔截了部分雜質。系統中的水，馬來酸含量比技改前減少0.04%和0.4%，富馬酸，苯酐的含量比技改之前分別減少了0.02和0.01%。

現在裝置運行工藝指標及雜質含量基本在可控范圍內，裝置穩定運行，這說明我們的技改是有效果的。

表2 技改前吸收塔底部雜質分析數據

表3 技改后吸收塔底雜質分析數據

5 結語

吸收塔循環冷卻器和雜質的積累量直接關系到裝置運行情況，2018年針對吸收系統的技改后，攔截了部分雜質，吸收塔循環冷卻器交替使用，裝置在滿負荷的情況下連續平穩運行周期長達6個月，保證了年產10萬噸順酐產量任務得以完成，獲得了較大的經濟收益。