EC3216A型分散剂在丙烯腈装置上的工业应用

吴玉栋，张沛存，宫晓燕，任林刚

（中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司腈纶厂，山东 淄博 255040）

EC3216A型分散剂在丙烯腈装置上的工业应用

吴玉栋，张沛存，宫晓燕，任林刚

（中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司腈纶厂，山东 淄博 255040）

介绍了纳尔科工业服务（苏州）有限公司开发的 EC3216A型丙烯腈分散剂，在齐鲁丙烯腈装置上进行工业试验，来提升回收塔（T-104）和四效系统的操作效率。试验证明：分散剂EC3216A能够有效的分散丙烯腈生产系统中已经形成的聚合物，防止在系统中形成大颗粒聚合物，减少聚合物累积，提高塔及换热设备的运行效率，延长装置运行周期。

丙烯腈，分散剂，EC3216A型，运行周期

丙烯腈(AN) 是有机合成工业中的重要单体。由于其结构式上的双键使得化学性质比较活泼, 会发生自聚、共聚、水解等化学反应。在生产加工过程中,由于丙烯腈聚合的发生，一方面，导致产品收率下降；另一方面，聚合物沉积在系统内，造成换热器、塔盘及工艺管道的阻塞, 所以在生产过程中必须加入一定量的阻聚剂来抑制丙烯腈聚合的发生[1-3]。

目前，丙烯腈反应器后冷器堵塞和回收塔(T-104)48～54#塔盘降液管堵塞是影响国内丙烯腈装置长周期运行的主要因素[4-7]。中国石化股份有限公司齐鲁分公司丙烯腈装置因回收塔(T-104)48～54#塔盘附近物料聚合较严重，造成物料损失，甚至多次出现聚合物堵塞降液管造成装置停车问题，影响了装置稳定运行；同时，由于四效单元聚合物较多，每隔5个月就必须停运清理。为了解决以上问题，保证装置长周期运行，2010年4月齐鲁公司腈纶厂在与纳尔科工业服务（苏州）有限公司进行技术交流后，决定在T-104系统加入EC3216A型分散剂进行工业试验，希望通过本次试验确认药剂是否能够解决T-104塔进料板附近及四效单元聚合物积聚问题，以消除装置运行瓶颈。试用自 2011年 2月12日开始，至4月14日结束。试验结果表明 ；分散剂 EC3216A能够有效的分散丙烯腈生产系统中已经形成的聚合物，防止在系统中形成大颗粒聚合物，减少聚合物累积，提高塔及换热设备的运行效率，降低装置能耗，延长装置运行周期。

1 EC3216A型丙烯腈分散剂

EC3216A型分散剂是纳尔科公司针对丙烯腈生产工艺过程中的聚合问题开发生产的高效阻垢剂［8，9］，是一种针对自由基聚合机理的水溶性分散剂。EC3216A采用多极性的长链分子作为分散剂，长链分子缠绕在聚合物颗粒周围，这样使聚合物颗粒被“隔绝”起来，从而降低聚合物颗粒聚集成大颗粒沉积在系统中，堵塞塔盘、降液管及换热器列管，延长装置运行周期。实验室证明其分散性能均优于：磺化油、磺化脂肪酸、硫酸化油、硫酸化脂肪酸、萘磺酸甲醛、磺酸、十二烷基苯磺酸、木素硫酸（lignosulfate）金属盐（如美国专利5 650 072、4 650 072、5 746 924和3 691 226中所述）等分散剂。其有效成分为苯乙烯磺酸盐聚合物，分子量为50 000至2 000 000道尔顿，具体分子结构见图1。

图1 苯乙烯磺酸盐聚合物分子结构Fig.1 Molecular structure of styrene sulfonic acid salt polymer

其中：M是氢、碱金属、铵或其混合物，R是氢、烷基、芳基、烷基芳基，R可以包含杂原子，n是整数。

2 EC3216A型分散剂试验方案

2.1 EC3216A质量指标

分散剂EC3216A质量指标如表1。

表1 EC3216A质量指标Table 1 Quality indicators of dispersant EC3216A

2.2 分散剂加入量及控制

1）依据回收塔底出料量 10 t/h 计算，开始加注 5×10-6浓度的药剂量，然后每周提高 5×10-6浓度加入量，直至 40×10-6。药剂的加入量通过计量泵的冲程来调节。

2）药剂浓度至40×10-6后，根据系统运行情况对药剂加注量进行调整，最终

加注浓度控制在35～90×10-6。

3）每次提高药剂注入浓度前后，应注意观察系统运行状况是否正常。如果发现异常，排除异常后再提高药剂量。

2.3 注入方式

用柱塞泵均匀连续注入。

2.4 注入位置

连续加入到T-104塔进料和塔釜出料去四效的工艺管线中。EC3216A型丙烯腈分散剂加入位置见图2。

3 试验结果与讨论

3.1 现场加药过程

原计划分散剂的试验工作自2011年在2月至6月共进行四个月，由于齐鲁公司丙烯腈装置停车改造时间提前，所以实际试用时间为2月13日-4月15日较原计划少了2个月，为了能看到试用效果。纳尔科公司与腈纶厂协商同意后，将药剂提高浓度的幅度和频次进行适当的调整。在试用末期，针对回收塔再沸器、四效蒸发器列管管程堵塞较多的情况，提高回收塔的加入浓度和在四效入口加入分散剂(表2)。

图2 EC3216A型丙烯腈分散剂加入位置Fig.2 EC3216A type acrylonitrile dispersant join position

表2 EC3216A型丙烯腈分散剂加入量调整情况Table 2 EC3216A type acrylonitrile dispersant addition amount adjustment

3.2 试验结果及讨论

3.2.1 回收塔（T-104）负荷升高，能耗降低

由图 3可知在分散剂没使用前的 2010年 10月31日至2011年2月20日，T-104塔的平均进料量为110.17 t/h，使用分散剂后的2011年2月21日至4月15日，T-104塔的平均进料量为110.65t/h，使用后比使用前进料量增加0.48 t/h，保持高负荷运行。由图4可知，在分散剂没使用前的2010年10月31日至2011年2月20日，E-145蒸汽消耗量为19.87 t/h，使用分散剂后的2011年2月21日至4月15日，E-145蒸汽消耗量为18.72 t/h，使用后比使用前蒸汽量降低1.15 t/h，可使丙烯腈单位能耗降低17.48 kg标油/t，节能效果非常显著。

由图4可知，再沸器E145分别在2010年9月20和11月30日进行水压清洗，在没有使用分散剂时运行周期只有2个月，而试用分散剂期间再沸器运行4个多月以后，蒸汽用量仍然保持平稳趋势，说明加注分散剂后再沸器列管聚合物堵塞状况得到明显改善，延长运行周期效果明显。

图3 试验前后T-104塔进料量Fig.3 Feed rate of T-104 tower before and after test

图4 试验前后E-145的蒸汽流量Fig.4 Steam flow of E-145 before and after test

3.2.2 T104塔48～51#塔板聚合物消除

由图5和图6可以看出，在没有使用分散剂前，2009年6月份对T-104塔塔盘清理时，51#塔板降液管被聚合物几乎全部堵塞，而使用分散剂后，2011年4月份检修时，同部位没发现聚合物。48#塔板情况也是如此。说明EC3216A型丙烯腈分散剂确实具有防止聚合物聚集沉积，且能促进之前沉积聚合物的溶解消除[8]作用，提高塔盘的分离效率。

3.2.3 T104塔再沸器E145列管堵塞减少

由图 7和图 8对比可以看出，分散剂使用前2010年11月30日对T-104塔再沸器E145清理时，再沸器列管有80%以上被堵塞，其中有50%的列管被全部堵死，且清理难度很大，清理出聚合物为黑色带有粘性，经过对聚合物分析为丙烯腈、氢氰酸、丙烯醛等形成的共聚物，还有丙烯腈水解生成的丙烯酰胺类聚合物。

图5 2009年6月T-104塔51#塔板降液管Fig 5 Picture of downcomer on 51#tower inT-104 tower board in June 2009

图6 2011年4月T-104塔51#塔板降液管Fig.6 Picture of downcomer on 51 # tower inT-104 tower board in April 2011

图7 2010年11月30日T-104塔再沸器E145列管情况Fig.7 Picture of tubes in E145reboiler of T-104 tower in November , 2010

图8 2011年4月T-104塔再沸器E145列管情况Fig.8 Picture of tubes in E145reboiler of T-104 tower in April 2011

2011年4月份检修时未见到明显的聚合物和列管被堵死现象，列管表面的聚合物也非常容易清理。再沸器运行4个月后聚合物反而比运行2个月少很多，说明加分散剂后聚合物不会再沉积在再沸器列管中，且已经沉积的聚合物被溶解的结果，因此，再沸器运行周期延长。

3.2.4 四效蒸发系统捕沫网聚合物消除

由图9可以看出，分散剂使用前，2009年检修时第一效浦沫网由于堵塞严重被迫废弃，对各效列管检查的情况是：第一效蒸发器列管堵塞率达到80%，二效20%，第三、四效列管堵塞较少。分散剂使用后，2011年4月检修时四效捕沫网聚合情况见图10，聚合物基本消除，对四效蒸发器列管堵塞情况检查结果如下：一效：无；二效：4个；三效：3个。四效：1/3 ～ 1/4。说明分散剂使用效果明显，四效装置聚合物被分散、后移。同时药剂使用后消除了浦沫网堵塞影响四效装置运行问题。

图 9 2009年9月检修时四效捕沫网聚合情况Fig.9 Polymerization situation on foam capture nets of four-effect evaporator during maintenance in September 2009

图10 2011年4月检修时四效捕沫网聚合情况Fig. 10 Polymerization situation on foam capture nets of four-effect evaporator during maintenance in April 2011

3.3 分散剂效果总结

1）有效减少了T-104塔48～54#塔板间的垢物；保障了回收塔的长周期运行。

2）药剂使用以后，回收塔再沸器底部黑色黏稠物质明显减少。

3）再沸器受到药剂保护，结垢减少，换热效率增加，节省蒸汽。

4）四效各蒸发器堵塞明显减少，消除了因捕沫网堵塞影响四效装置运行问题。

3.4 经济效益评价

1）回收塔再沸器换热效率提高，节约蒸汽费用。

满负荷的再沸器一个运行周期，伴随结垢增加换热效率下将，蒸汽用量将逐步上升。药剂使用后，再沸器结垢明显减少，保证了再沸器的换热效率，减少了蒸汽消耗。使用后比使用前蒸汽量降低1.15 t/h，蒸汽价格186元（不含税）年可节约费用：1.15 ×24×365×186＝187.38(万元)。

2）回收塔及其再沸器、四效蒸发器的运行周期延长减少了检修成本，每年少处理一次回收塔再沸器及四效装置，减少处理回收塔再沸器清理费用约2.5万元，减少四效装置检修处理费用清理换热器费用7.4万元，因四效处理产生的废水处理费用约6.2万元。合计增加效益16.1万元。

3）分散剂成本

分散剂每年用量20 t左右，成本140万元。

4）全年增加效益

187.38+16.1-140=63.1(万元)。

4 结 论

1）分散剂EC3216A能够有效的分散丙烯腈生产系统中已经形成的聚合物，防止在系统中形成大颗粒聚合物，减少聚合物累积，提高T-104塔、四效及E-145换热设备的运行效率，降低装置能耗，延长装置运行周期。

2）分散剂使用后不仅可以减少聚合物在系统内积聚堵塞，提高塔器及换热器的分离效率和换热效率，降低E-145及四效的蒸汽消耗，而且可以使丙烯腈单位能耗降低17.48 kg标油/t，每年为企业增加63.1万元效益。

3）该应用成果在全国丙烯腈行业有十分重要的推广应用价值。

［1］韩国梁.丙烯腈阻聚剂简介[J].兰化科技，1990，7（1）：25-30.

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［3］张沛存. 20Y3100型丙烯腈阻聚剂的工业试验[J].当代化工，2011，40（7）：739-742．

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Industry Application of EC3216A Type Dispersant in Acrylonitrile Device

WU Yu-dong, ZHANG Pei-cun, GONG Xiao-yan, REN Lin-gang
（Sinopec Qilu Branch Acrylic Fiber Plant，Shandong Zibo 255040, China）

EC3216A type acrylonitrile dispersant developed by Hucknall industrial service (Suzhou) Co., Ltd was introduced as well as its application in Qilu acrylonitrile device to improve operational efficiency of recovery tower (T-104) and four-effect evaporation system. Experiment results show that dispersant EC3216A can effectively disperse polymers that have been formed in the acrylonitrile production system, prevent formation of large particles in the system, reduce accumulation of polymers, improve the operation efficiency of tower equipments and heat exchangers,extend operation cycle of the plant.

Acrylonitrile; Dispersing agent; EC3216A type; Operation cycle

TQ 226.61， TQ 314.255

A

1671-0460（2012）06-0620-05

2012-01-31

吴玉栋（1971-），男，山东淄博人，工程师，1992年毕业于石油大学，中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司腈纶厂，长期从事丙烯腈的生产与技术管理。E-mail：adong4321@sina.com。