提高乙腈装置长周期运行的探讨

张 殿 武

（大庆炼化公司聚合物一厂，黑龙江 大庆 163000）

提高乙腈装置长周期运行的探讨

张 殿 武

（大庆炼化公司聚合物一厂，黑龙江 大庆 163000）

通过采样、检修观察和生产中的排查对影响大庆炼化公司乙腈装置长周期运行的因素进行了分析研究，找到了各个单元设备存在的问题，产生的原因，提出了解决的问题的方案。通过改进使装置实现了长周期运转，并取得了理想的生产成果。

乙腈；长周期；方法

乙腈是石油化工中一种有机溶剂，溶解性能高，无色透明，性质稳定，除了用于碳四抽提丁二烯的溶剂外，还广泛用于医药、照明。大庆炼化公司乙腈装置采用丙烯氨氧化法生产丙烯腈的副产品生产乙腈产品，装置自 2001 年投产以来一直存在运转周期较短的问题。严重影响企业的经济效益，使得装置不能最大限度地发挥现有存量资产的效能。因此从生产实际出发，提高乙腈装置长周期运行的研究具有重要意义。

1 乙腈装置

大庆炼化乙腈装置年设计生产能力为 2500 吨，以丙烯腈装置副产品粗乙腈为原料，生产纯度≥99.95%的乙腈产品，装置工艺流程由脱氰系统、反应系统、负压精馏、加压精馏、废气回收系统和成品储存系统组成[1]。

脱氰塔在接近常压下操作，脱除粗乙腈中所含有的绝大部分氢氰酸和丙烯腈等杂质，使乙腈得到初步提浓；初步提浓的乙腈和水的共沸物经冷却后进入反应器，在反应器中加入 30%的氢氧化钠溶液与共沸物混合在充分搅拌的情况下进行反应，反应后的物料送至干燥塔；在干燥塔内经过减压精馏，进一步提浓乙腈，并在塔底除去反应器中生成的高沸点杂质；经过干燥塔得到提浓的乙腈和水的混合物进入成品塔，在成品塔内经过加压精馏进一步除去水分和杂质得到纯度 99.95%以上的乙腈产品，产品自成品塔抽出冷却后进入罐区[1]。

2 影响乙腈装置长周期运行的因素

装置自投产以来，经过多年的运转，先后出现一些问题直接影响了装置的长周期运转。通过现在采样、产品分析及装置检修，发现了许多影响长周期运转的因素，主要包括以下几个方面。

2.1 脱氰塔存在的问题及原因

由于大庆炼化公司丙烯腈装置生产的是酰胺级丙烯腈产品，为了满足丙烯腈产品质量的要求，丙烯腈装置回收塔灵敏点温度较低，恶唑、丙烯醛、丙烯酸、丙酮等杂质依靠降低粗乙腈浓度、加大粗乙腈外送量脱除，这样粗乙腈中含有的易聚合杂质较多，这些杂质进入乙腈装置脱氰塔后易形成聚合物附着在塔盘上。一般认为的聚合机理如下：这些物质中含有不饱和碳碳键，易发生聚合反应，生成低聚物，另外粗乙腈中还含有较多的氢氰酸，通过离子反应机理也容易发生聚合，生成聚合物[2]，影响脱氰塔的分离效果，进而影响乙腈产量。

通过对脱氰塔堵塞现象的观察，主要有三个部分容易发生堵塞，现象如下：

2.1.1 塔顶部分堵塞

脱氰塔进料板以上塔盘出现堵塞的现象：塔顶冷却器液位降低，回流量相应减少，造成冷却器冷后温度降低，同时造成塔底温度升高。

原因分析：进料板以上塔盘出现堵塞后，塔顶汽液相接触面积减小，热量传递减少[3]，造成液位和温度降低，热量积聚在塔下部，使塔底温度升高。

2.1.2 进料部分堵塞

脱氰塔进料板出现堵塞的现象：进料板温度波动范围较大，在 10～20 ℃之间，各板温度随着进料板温度降低或升高，从曲线上看呈周期性波动。

原因分析：进料板出现堵塞后，易在进料板上形成液泛[3]，造成进料板温度波动，各板温度随着波动，造成塔内温度忽高忽低。

2.1.3 塔底部分堵塞

脱氰塔下部塔盘出现堵塞的现象：抽出板以上温度偏低，塔顶冷却器液位偏低，回流量减小，冷却器冷后温度降低；抽出板以下温度偏高，塔底液位波动较大。

原因分析：下部塔盘出现堵塞后，塔下部汽液相接触面积减小，热量传递减少[3]，造成塔上部温度降低，塔顶冷却器液位、温度降低，热量积聚在塔下部，造成下部温度偏高。

2.2 干燥塔长周期运行存在的问题

干燥塔是乙腈装置的核心部分，采用负压精馏将乙腈浓度提纯到 90%以上，同时塔底除去水、碱及各种杂质，如果操作不稳定，直接产品质量影响。

2.2.1 干燥塔底部管线腐蚀

干燥塔的底部管线发现腐蚀产生的漏点，原因是反应器中的剩余碱液随进料一同进入干燥塔，在干燥塔中强碱导致碳钢焊口处形成晶格腐蚀。干燥塔底部管线和进料线都是碳钢管线，因此产生腐蚀，影响装置的安全生产[4]。

2.2.2 E805 存在的问题

进入干燥塔的物料在塔内进行减压精馏，塔顶物料先经冷凝器（E804）用循环水冷却，再经冷凝器（E805）用盐水冷却，塔顶物料组分为 90%乙腈和 10%水的共沸物，如果 E805 冷后温度低于 0 ℃，物料中的水及部分杂质会在 E805 管壁内侧形成晶层，温度越低，结晶层越厚，最终堵塞管程，这就是“结晶”。E805 管程出现结晶后，由于管程不畅通，塔内真空度下降，塔底温度会升高，容易造成产品中的丙腈含量超标[5]，就要降低塔底蒸汽量来降低塔底温度，塔底会有一部分乙腈不能通过蒸馏到达上部，随塔底废水排出，造成产品损失。塔底损失增加，造成塔顶冷却器 E804 液位降低，需要降低一部分成品塔进料量来保证连续生产，导致产降低。

2.3 成品塔长周期运行存在的问题

成品塔的作用是将乙腈进一步提纯到产品要求的规格。设计乙腈纯度是≥99%，目前这个标准偏低，无市场竞争力，所以各企业都对产品指标进行了重新修订，本装置以生产纯度≥99.9%的乙腈产品为目标，因此原设计满足不了产品质量的要求，需要重新探索成品塔操作指标，找到满足产品质量要求的工艺参数，另外，成品塔底重组分回炼线堵塞问题，影响产品质量。

2.4 废气吸收塔长周期运行存在的问题

废气吸收塔是装置的环保项目，用本装置产生的废水来吸收本装置产生的废气，最后送到下游装置焚烧达到环保的目的，由于废水中含有较多的聚合物，经常堵塞废水冷却器管程和废气吸收塔顶部的喷头，换热效果变差，造成塔顶温度偏高，有时为了降温还要投用新鲜水喷淋，浪费资源，增加环境污染，增加下游装置焚烧成本。

3 提高乙腈装置长周期运行的方法

找出影响乙腈装置长周期运行的因素以后，就需要对这些影响因素进行深入的研究，制定出切实可行的技术措施来提高乙腈装置的运行周期。

3.1 脱氰塔堵塞的处理方法

3.1.1 加碱水洗清除聚合物

传统的处理方法是停进料、水洗蒸煮处理干净后，进人拆塔盘清理，费时、费力，存在施工风险。通过借鉴其他装置的操作经验，发现聚合物在碱性条件下能够溶解，采取加碱水洗能够去掉塔盘上的聚合物，具体方法：针对堵塞的不同部位，将 30%的氢氧化钠溶液通过回流泵、进料泵、塔底泵打入脱氰塔进行碱洗，大约碱洗 4 h，开工调整 3 h，脱氰塔即可恢复正常生产[6]。实践证明，在线碱洗是处理脱氰塔聚合行之有效的方法，既消除了传统方法的不足，又实现了装置的连续运行。

3.1.2 优化操作压力

脱氰塔顶部通入氮气，能够加速氢氰酸流动，防止氢氰酸在管线中聚合，保证脱氰塔顶部放空管线压力稳定[1]。由于氢氰酸容易聚合，造成脱氰塔顶压力表引压管堵塞，不能显示压力，如果压力波动较大，极易造成氢氰酸聚合，堵塞放空管线，造成脱氰塔停工，采取的措施是：用装置氮气总流量的稳定来保证脱氰塔顶压力的稳定，实践证明这个措施效果良好，近几年，脱氰塔堵塞的现象明显减少。

3.2 干燥塔的处理方法

3.2.1 更换管线材质

通过分析认为碱液对碳钢管线极易腐蚀，但是对白钢管线腐蚀性很小，设计管线材质不能满足生产要求，因此对碱液含量较高的干燥塔进料线、干燥塔底部循环管线进行更换，由碳钢变成白钢线[4]，从更换到现在管线没有出现漏点，解决了经常出现漏点的问题。

3.2.2 E805 结晶的处理方法

发现 E805 管程出现结晶后，首先采取的措施是停进料和真空泵，用蒸汽吹扫 E805 管程，虽然解决了结晶的问题，但是干燥塔需要重新建立汽液相平衡，产品损失较多。通过对蒸汽吹扫这种方式的分析，认为结晶物在一定温度和有水存在的条件下可以溶解，依据这一原理，尝试用自身温度暖化结晶的方法，具体如下：停用 E805 盐水，等待 E805冷后温度逐渐升高，达到 28 ℃以上，保持 3 h，结晶消失，在暖化过程中，干燥塔正常运行，对产品质量和产量没有影响[1]。

由于盐水来水温度一直低于设计值 5～10 ℃，容易造成 E805 结晶，通过设计改造在盐水来水线上安装了控制阀，通过控制阀微调盐水用量，严格控制 E805 冷后温度在 0 ℃以上，结晶较安装前减少了5次。

3.3 成品塔的处理方法

根据乙腈与水的共沸物压力越高水含量越高的原理，对成品塔操作指标进行修订，塔底温度向上平移 5 ℃，操作压力由 90 kPa 提高到 125 kPa，成品塔的操作指标稳定后，化验馏出口产品质量，其中水含量小于 20 mg/kg，丙腈含量降到 200 mg/kg以下，产品纯度达到 99.97%，有时达到 99.99%，并且一直稳定在 99.95%以上[7]。由于装置运行比较平稳，产品质量控制稳定，车间对化验频次进行了调整，原料样每天一次，反应器和成品塔馏出口每天三次，节约了 50%化验成本。

3.4 废气吸收塔的处理方法

废气吸收塔属于逆向吸收过程，温度越低越有利于吸收[3]，所以为了减少废气排放，需要保证废水冷却器换热效果和喷淋畅通。根据脱氰塔加碱水洗的经验，依据聚合物可以溶于碱液的原理，在废气吸收塔顶温超过 50 ℃时，加碱水洗处理，顶温能够降到 40 ℃以下，吸收效果较好，而且不用新鲜水喷淋，达到了节约能源的目的。

在吹扫废气吸收塔顶部放空时，发现放空管线中有聚合物，通过对放空线进行检查发现管线有几个直角弯，少量没被吸收的氢氰酸易附在管壁上形成聚合物，受振动或风速影响而下落至弯头处，堵塞管线，造成脱氰塔憋压，存在安全风险，所以将90°弯头改成 45°，使管线中存在的聚合物不易积聚，解决了影响生产的问题。

4 提高乙腈装置长周期运行的效果

生产实践证明按照上述方法可以有效地提高乙腈装置的运行周期，对生产中出现的问题及时处理，减少了操作波动，实现了三年一次大检修的目的，取得了明显的经济效益。经济效益分析以装置各年产量为例，具体数据见图1。

图 1 乙腈装置产量效益图Fig.1 Acetonitrile equipment production efficiency

从图1中可以看出：随着装置操作平稳率的不断提高，加工能力和产量逐年提高，在 2011 年达到了最高产量 2 954 t，长周期运行取得了较好的效果。从图 1 可以看到 2008 年和 2011 年曲线偏高一些，原因是 2008 年和 2011 年在装置生产负荷可以承受的条件下加工了一部分外购原料，来提高装置的经济效益，从实践来看在原料浓度不断变化的情况下，仍然能够保持装置长周期运行的效果，实践证明员工操作水平的提高和技术改进的支持达到了长周期运行的目的。相对设计而言，不仅实现了质量上的超越，而且实现了产量上的超越。

4 结 论

本文对影响乙腈装置长周期运行的瓶颈问题进行了分析，提出了切实可行的技术措施，对提高乙腈装置长周期运行具有重要意义。通过对提高乙腈装置长周期运行进行研究可以得出如下结论：通过加强管理和技术改造是可以实现长周期运行的，为了保证装置长周期运行，供电、仪表、机修单位的服务质量也需要提高。

［1］温春英．0.25 万吨/年乙腈装置操作规程[R].2001.

［2］王伟武．化工工艺基础[M]. 北京：:化学工业出版社，2010.

［3］谭天恩 李伟．过程工程原理[M].北京：:化学工业出版社，2004.

［4］董大勤，高炳军，董俊华．化工设备机械基础[M]. 北京：:化学工业出版社，2012.

［5］任林刚，孟宪会．乙腈成品中重组分含量高的原因及对策[J].齐鲁石油化工，2011（1）: 36-39.

［6］夏涛．乙腈装置优化操作分析与探讨[J].中国化工贸易，2012（8）: 196-196.

［7］李忠杰．高纯乙腈精制工艺技术开发与应用[J].石油化工，2001，30（10）:785-788.

Discussion on Methods to Realize Long-term Operation of Acetonitrile Unit

ZHANG Dian-wu
（Daqing Refining and Chemical Company No.1 Polymer Factory, Heilongjiang Daqing 163000，China）

The factors to affect long term operation of acetonitrile unit in Daqing Refining and Chemical Company were analyzed through sampling, observation in maintenance and investigation in production, and problems in each device were found, solutions to the problems were put forward. After improving the unit, the long-term operation was realized, and satisfactory production result was achieved.

Acetonitrile; Long period; Methods

TQ 226

： A文献标识码： 1671-0460（2014）07-1237-03

2014-06-18

张殿武（1964-），男，黑龙江大庆人，工程师，研究方向：清洁燃料生产新工艺。E-mail：1791862231@qq.com。