马来酸酐装置吸收塔降低马来酸酐损耗的方法

张　威，朱兴松，王金堂,3，王余伟，张金峰,3

(1.中国石化仪征化纤有限责任公司BDO生产中心，江苏仪征　211900；2．中国石化仪征化纤有限责任公司研究院，江苏仪征　211900；3.江苏省高性能纤维重点实验室，江苏仪征　211900)



应用技术

马来酸酐装置吸收塔降低马来酸酐损耗的方法

张威1，朱兴松2，王金堂2,3，王余伟2，张金峰2,3

(1.中国石化仪征化纤有限责任公司BDO生产中心，江苏仪征211900；2．中国石化仪征化纤有限责任公司研究院，江苏仪征211900；3.江苏省高性能纤维重点实验室，江苏仪征211900)

摘要：笔者通过研究马来酸酐装置吸收塔的操作性能，确定了塔顶温度、塔压及吸收剂中的水含量对马来酸酐吸收效率影响，控制塔顶温度72.5 ℃，塔顶压力125 kPa，贫油水含量0.6%时，吸收塔塔顶MAH损耗降低至0.18%，塔釜MAH收率提高至99.82 %。

关键词：马来酸酐吸收塔贫油吸收效率

马来酸酐(MAH)是一种重要的有机化工原料，其主要用途是生产不饱和聚酯树脂和1,4-丁二醇(BDO)。MAH的生产工艺路线，按其原料可分为苯酐副产法、苯氧化法、C4烯烃氧化法和正丁烷氧化法4种[1]。其中正丁烷氧化法以正丁烷为原料，正丁烷与压缩空气均匀混合后进入固定床反应器，在V2O5-P2O5系催化剂上气相选择性催化氧化生成马来酸酐。反应生成气中主要含有N2、O2、CO、CO2和水，其中MAH的摩尔分率约为1.0%。反应气经冷却器冷却到一定程度利用压差从吸收塔底部进入并上升，大部分MAH气体被自塔顶喷下的溶剂和补充的新鲜溶剂冷却吸收。吸收塔顶排出的含未被吸收的少量MAH的废气被送入余热锅炉焚烧。正丁烷氧化法工艺主要选用邻苯二甲酸二丁酯(DBP)作为溶剂，吸收效果较好。实际运行过程中吸收效率影响因素较多，本文通过对吸收塔进行建模计算并分析，讨论如何进一步提高吸收塔的操作性能，提高MAH的收率从而降低吸收塔塔顶MAH损耗。

1工艺流程介绍

某化工装置的马来酸酐吸收塔为浮阀塔，在塔内用吸收溶剂DBP对反应气体中的马来酸酐组分进行最大程度的吸收，减少马来酸酐组分损失[2]，主要工艺流程如图1所示：

图1　马来酸酐吸收塔工艺简图

从图1可以看出，反应器气体从吸收塔底部进入，贫油在吸收塔塔顶上方进料，主要用于吸收气相中的马来酸酐，反应尾气由塔顶去余热锅炉，塔釜部分液相出料经换热器返回中间塔板形成中段回流，部分液相出料进下一道流程。

2建立工艺模型

应用AspenPlus流程模拟软件[3]，依照MAH吸收塔工艺流程，建立了吸收塔工艺模型，并用模型计算了PFD设计数据，模拟结果如表1所示。

表1　模型结果对比

由上表数据可以看出，通过模型计算结果与PFD数据基本吻合，模型计算结果有效。

3工艺参数讨论与分析

吸收塔塔顶气相中MAH的含量需要严格控制，一是为了控制产品MAH的损耗，二是塔顶气相中MAH的过量夹带会对后道余热锅炉产生工艺影响。对比实际操作，发现MAH损失率低于0.2%较为合理。且在不影响吸收塔操作的情况下，较低的吸收塔塔釜液相H2O含量会降低溶剂中的富马酸含量，从而减轻后道富马酸分离机的负荷。笔者通过塔顶温度、塔顶压力、贫油进料水含量、贫油进料量四个主要影响因素对吸收塔塔顶、塔釜分离效果的分析，确定减少塔顶MAH损耗，提高塔釜MAH收率的方法。

3.1塔顶温度对分离效果的影响

现场装置通过改变回流量的大小来控制塔顶温度，塔顶温度变化范围为69.8～82 ℃。

3.1.1对塔顶分离效果的影响

塔顶分离效果与塔顶温度之间的关系如图2所示，其中θ代表塔顶组分的损失率。

图2　塔顶温度对损失率的影响

由图2可知，随着塔顶温度从69.8 ℃升至82 ℃，塔顶组分中MAH的损耗率升高导致MAH的损失提高6.9倍，损失较为明显。这主要是由于温度升高，DBP对MAH的吸收效率降低；温度升高导致塔顶除雾器的除雾效率降低，DBP夹带增加，进入后续系统中的MAH相应增加。

从实际操作来看，想要控制塔顶MAH损失率低于0.2%，必须控制塔顶温度低于73 ℃。

3.1.2对塔釜分离效果的影响

塔釜分离效果与塔顶温度之间的关系如图3所示，其中η代表塔釜组分中的吸收率。

图3　塔顶温度对吸收率的影响

由图3可知，塔顶温度的升高会导致塔釜温度也随之升高，使得MAH在气相中的冷凝减小，吸收效率降低，影响塔釜液相MAH吸收效率；塔釜液相组分中H2O收率随温度变化较为明显，降低幅度接近50%，水含量的降低可提高后道装置富马酸分离机的分离效率。为控制进入塔釜H2O吸收率低于2.0%，则塔顶温度需高于72 ℃。

综合考虑塔顶温度对塔顶、塔釜物料组成的影响，发现当塔顶温度控制在72.5 ℃时，塔顶MAH损失率低于0.2%，塔釜MAH吸收率高于99.8%，塔釜水吸收率也低于2.0%。

3.2塔顶压力对分离效果的影响

3.2.1对塔顶分离效果的影响

塔顶压力对塔顶分离效果如图4所示。

图4　塔顶压力对损失率的影响

从图4可以看出，从塔顶减少MAH损耗角度看，随着吸收塔的压力的提高利于增大MAH的溶解度，提高MAH吸收推动力，减少塔顶MAH损耗。

3.2.2对塔釜分离效果的影响

塔顶压力对塔釜分离效果如图5所示。

图5　塔顶压力对吸收率的影响

从图5可以看出，塔顶压力的变化对塔釜液相中MAH吸收率的影响较小。但塔釜液相中H2O收率逐渐升高，会与MAH反应在溶剂中生成过多的杂质富马酸，影响后道工序的运行。因此塔顶压力不宜过高，保持塔顶压力在125kPa，既可以降低塔顶MAH损耗，又可抑制塔釜H2O的升高。

3.3贫油进料水含量对分离效果的影响

受到装置运行波动的影响，贫油进料中的水含量为0.6%～8%，分析水含量的变化对MAH的影响。

3.3.1对塔顶分离效果的影响

保持塔顶温度72.5 ℃，通过改变塔顶贫油进料中水含量，分析塔顶组分损失率，如图6所示。

图6　水含量对损失率的影响

从图6可知，由于水的热容值较大，随着塔顶贫油水含量的增加需要减少中段回流量来保持塔顶温度恒定，回流量的减少会降低吸收推动力，使得塔顶气相中MAH损耗上升，增加塔顶MAH的损失量。

为控制塔顶气相中MAH的损失率低于0.2%，进料水含量需控制在0.6%以下。

3.3.2对塔釜分离效果的影响

保持塔顶温度为72.5 ℃，通过改变塔顶贫油进料中水含量，分析塔釜组分吸收率，如图7所示。

图7　水含量对吸收率的影响

从图7可以看出，随着贫油进料水含量的增加，大部分水从塔顶被采出，而中段回流量的减少会降低吸收推动力，吸收塔分离能力降低，导致塔釜中H2O和MAH吸收率逐渐减少。

当进料水含量控制在0.6%以下时，塔顶MAH的损失率低于0.2%、塔釜H2O含量低于2%，塔釜MAH的吸收率达到或接近99.8%，满足工艺要求。

3.4贫油进料量对分离效果的影响

3.4.1对塔顶分离效果的影响

保持塔顶温度72.5 ℃，分析贫油进料量对损失率的影响，如图8所示。

图8　贫油进料量对损失率的影响

从图8可知，贫油进料量的增加提高了吸收塔上部的吸收推动力，使塔顶MAH吸收效率提高，减少了去余热锅炉的MAH量。

从图中还可以看出，当贫油进料量高于60 000kg/h时，吸收塔塔顶气相中MAH的损失率低于0.2%。

3.4.2对塔釜分离效果的影响

保持塔顶温度在72.5 ℃，分析贫油进料量对吸收率的影响，如图9所示。

图9　贫油进料量对吸收率的影响

从图9可看出，随着贫油进料的增加，为了维持塔顶温度恒定，中段回流量则随之减少，导致吸收塔下部的吸收推动力降低，使得塔釜组分中H2O的吸收率降低。但贫油进料量并不能无限制增加，考虑到吸收塔液泛操作的影响，当塔顶液相进料量过高时，会增加塔板液泛、降液管液泛、雾沫夹带的几率，影响吸收塔稳定运行。因此，控制贫油进料量在64 000kg/h时，既可减少塔顶MAH损失，又能降低塔釜中H2O的含量。

3.5不同工艺参数下分离效果对比

通过分析塔顶温度、塔顶压力、贫油进料水含量、贫油进料量对马来酸酐吸收塔分离性能的影响，确定了吸收塔的操作参数，与优化前的现场实际生产操作参数对比，发现优化后的吸收塔塔顶损失率降低明显，具体数据见表2，使得塔顶MAH的损耗较优化前减少66.7 %，塔釜MAH收率则提高0.38%。

表2　优化前后结果对比

4结论

a) 塔顶温度从69.8 ℃升至82 ℃时，塔顶组分中MAH的浓度升高导致MAH的损失提高6.9倍，损失较为明显，温度是控制MAH损耗的主要工艺参数。

b) 在较高的塔顶压力下，塔顶气相中的MAH损耗下降，但塔釜水浓度会升高。维持合适的压力，不仅能减少MAH损失量，也能保证塔釜水含量在较低的水平。

c) 贫油进料中的水含量对MAH的浓度影响较大，随着水含量的增加，塔顶气相至余热锅炉的MAH损失量明显提高。

d) 适当提高贫油进料量能够降低至余热锅炉气相中MAH的损失。

e) 装置通过稳定塔顶温度在72.5 ℃，塔顶压力为125kPa，贫油水含量控制在0.6%，可使吸收塔塔顶MAH损耗降低至0.18%，塔釜MAH收率提高至99.82%左右。

参考文献：

[1]陈真真,张立芬,李勇，等.正丁烷氧化制取顺酐的Huntsman工艺技术进展[J].化学工程, 2011,39(11)：92-98.

[2]杭君强.BDO装置降低贫油消耗的方法[J].合成技术与应用,2013,28(3):40-43.

[3]WilliamLL,DistillationDesignandControlUsingAspenSimulation[M].Canada:JohnWiley&Sons,Inc.， 2006:27-85.

[4]陈敏恒. 化工原理-下册[M].北京：化学工业出版社,2006:105-126.

[5]杨友麟,项曙光.化工过程模拟与优化[M].北京：化学工业出版社,2006:81-109.

A method for MAH wastage reduction of maleic anhydride absorber

ZhangWei1,ZhuXingsong2,WangJintang2,3,WangYuwei2,ZhangJinfeng2,3

(1.BDO Production Center of Sinopec Yizheng Chemical Fibre L.L.C., Yizheng Jiangsu 211900 ,China；2. Research Institute of Sinopec Yizheng Chemical Fibre L.L.C., Yizheng Jiangsu 211900, China；3.Jiangsu Key Laboratory of High Performance Fiber,Yizheng Jiangsu 211900, China)

Abstract:By study on the operating performance of the absorber in MAH process, it was found that maleic anhydride absorption efficiency was affected by a series of factors. To control the absorber overhead temperature at 72.5 ℃, a pressure at 1.25 bar, water percentage at 0.6% in the lean oil (DBP), the MAH losses at the Absorber overhead could be lowered to 0.18%, bringing the MAH yield at the absorber bottom up to 99.82%.

Key words:MAH; absorption tower; lean oil; absorption efficiency

收稿日期：2015-04-25

作者简介：张威(1984-),河南商丘人，工程师，主要从事顺酐产品的生产管理工作。

中图分类号：TQ06

文献标识码：B

文章编号：1006-334X(2016)02-0039-04