乙腈法丁二烯装置溶剂含水量的控制优化研究

李家乐 秦胜 陈豹

摘      要：对乙腈法丁二烯装置影响溶剂中水含量的控制因素进行了研究，总结出通过系统参数快速判断溶剂水值的方法，提出了调整溶剂水值的最佳方案，为操作员提供了判断及操作依据。有效解决了循环溶剂系统水值频繁波动的问题，进而改善了萃取塔的分离效果，保证了丁二烯装置的长周期稳定运行。

关  键  词：溶剂水值;水值判断;分离效果;回收乙腈

中图分类号：TQ 221       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）12-2904-04

Abstract： The control factors of water content of solvent in the butadiene plant with acetonitrile process were studied， the method of quickly judging solvent water value by system parameters was developed， and the best scheme of adjusting solvent water value was put forward， which could provide reliable judgment and operation basis for operators. The problem of frequent fluctuation of water value in circulating solvent system was solved effectively， and then the separation effect of extraction column was improved， which ensured the stable operation of butadiene unit for a long period.

Key words： Solvent water value; Water value judgment; Separation effect; Recovery of acetonitrile

乙腈法生产丁二烯装置利用含水乙腈作为萃取溶剂，乙腈含水后对萃取精馏的影响在于增加乙腈的选择性和控制塔釜温度两方面。随着乙腈含水量的增加，选择性增加，可进一步增大各组分间的相对挥发度，但随着含水量的升高影响趋势逐渐减慢。同时，乙腈在含水后，降低了乙腈及烃的均相混合物的泡点，使萃取精馏塔的塔釜温度控制低一些，减轻了丁二烯的热聚合机会，同时减少塔釜蒸汽用量[1，2]。但是当乙腈含水过高时，乙腈浓度太低，混合物料在萃取精馏塔内易出现分层，稳定操作受到破坏，由于含水量的增加，乙腈的循环量随之增大，这样蒸汽消耗和动力消耗都要增加，很不经济，而且对丁二烯的溶解能力也降低，抽提率下降[3]。当含水量过低时，必须相应地提高萃取精馏塔的釜温，釜温的提高势必加剧丁二烯的自聚，缩短装置运行周期。因此乙腈含水量的选择和稳定控制对于产品质量、装置运行周期及综合能耗都具有十分重要的意义。本文主要对乙腈含水量的判断方法和控制方式进行了优化研究。

1  装置简介

乙腈法生产丁二烯装置，利用乙腈作为溶剂，先经过萃取精馏，后经过普通精馏，从乙烯裂解装置产出的裂解碳四中提纯丁二烯组分。碳四馏份中除含丁二烯外，还有丁烷、丁烯、丁炔等多种烃类，这些组份沸点相近，又能形成共沸物，当在分离系统中加入溶剂乙腈后，各组份间的相对挥发度差值增大[4]。利用两级萃取精馏的方法，先除去轻组分作为抽余碳四-1产品抽出，后除去炔烃重组分，制得纯度较高的丁二烯粗產品;然后利用两级普通精馏的方法，先脱除顺丁烯、碳五等重组份，后脱除甲基乙炔和微量水，最终制得符合国标的丁二烯产品，丁二烯装置工艺流程见图1。

2  溶剂循环系统含水量的控制研究

2.1  含水量控制的难点

含水量控制的难点，一是溶剂水值无法准确判断。溶剂水值通常通过离线取样分析来确定，由于分析时间较长，分析岗位反馈给装置操作员的数据通常滞后若干小时，无法及时为操作员提供参考数据。二是操作员对溶剂水值调整方式的选择和操作幅度的判断难度较大，操作不当情况时有发生。当溶剂水值发生变化后，一萃塔内烃类在循环乙腈中的相对挥发度随之改变，需要调整塔釜温度以确保产品合格。由于以上难点的存在，在日常生产中溶剂水值的波动较大，造成萃取塔各项参数频繁被动调整，不仅增加了操作员的工作强度，而且随着温度的变化，一萃塔各塔板上的物料组成无法稳定，反丁烯脱除效果差。由于反丁烯的沸点与丁二烯相近，后部普通精馏单元无法脱除，过量的反丁烯将全部进入丁二烯产品中，造成丁二烯产品纯度不合格。

2.2  系统中水的物料平衡研究

在生产过程中，由于水与碳四共沸、乙腈再生等原因，乙腈循环系统内的水处于不断脱除和补充状态，乙腈循环系统水的物料平衡关系见图2。

如图2所示，乙腈循环系统内的水含量处于动态平衡。水的脱除可分为萃取塔顶脱水、乙腈抽出、除炔塔顶抽出三个节点，水的补充可分为解吸塔凝液补入、亚硝酸钠溶液带水、回收乙腈带水三个节点。

2.3  控制水值的优化措施

2.3.1  通过解吸塔釜参数判断溶剂水值

解吸塔釜温度即为溶剂在操作压力下的沸点，含水量不同，沸点也发生变化，因此塔釜温度也能够反映出当前的溶剂水值。通过总结解析塔底温度、压力和实测水值的关系，得出不同的温度、压力组合下对应不同的水值，做为水值判断的依据和基础。在一定的塔压下，温度上升，说明循环溶剂中水含量偏低，需要补水，反之亦然。

在生产过程中，乙腈中的水含量在8%时，萃取系统分离效果较好，装置综合能耗较低。通过对解析塔压力，塔釜温度变化以及水值分析对应关系，得出一组基础数据：当该塔压力在0.525 MPa，温度141 ℃时，实际测得溶剂水值8%。近似确立一个关系式：

根据该关系式，根据解析塔各参数变化情况，在没有实际分析数据的情况下，可以提前判断并调整，避免溶剂水值的波动。例如：塔压力现为0.530 MPa，要保证水值在8%左右，根据关系式（1）可得，塔釜温度应为141.4 ℃。若高于实际温度，说明溶剂中水含量大于8%，需要通过调整降低溶剂水含量，反之亦然。

基于解析塔的操作状况，在保证压力、塔釜温度、循环溶剂水值8%的前提下，决定精制溶剂返回量的大小。例如：总循环溶剂量300 t/h，实测水值7.5%，溶剂系统返回量（含水40%左右，可根据需要调整）5 t/h，现需要把实际循环溶剂含水量提高到目标值8%，需提高补水量=300 t/h×（8%～7.5%）=1.5 t。现把溶剂回收塔返回量提高至5.5 t/h，多向系统补水=（5.5～5）t/h×40%=0.2 t/h，8 h可完成补水目标，即一个班次时间。为了生产更为平稳，可少提返回量，延长补水时间，达到目标后，稳定解析塔塔釜温度并采样分析。

2.3.2  溶剂水值调整方式的选择

当溶剂循环系统中水值偏离控制目标时，需要对脱水节点或补水节点进行调整，对三个脱水节点和三个补水节点逐一进行研究。

第一，萃取塔顶脱水调整。萃取塔顶脱水的原理为萃取系统中的水与碳四形成共沸物进入塔顶回流罐中，大部分水进入水包与碳四分离，水包中的水送至溶剂回收系统。由于水包脱水量仅与碳四负荷、循环溶剂含水量、回流罐沉降时间有关，因此不能作为水值调整的控制方式。

第二，再生乙腈抽出量的调整。在生产过程中，丁二烯物料会不断的自聚形成二聚物，循环溶剂需要连续进行溶剂再生，主要作用是脱除其中由于生产过程中产生的二聚物等杂质，最后进入溶剂回收塔精制。循环溶剂再生量通常为循环溶剂量1%左右，若大幅調整将造成溶剂循环系统内的二聚物含量发生波动，二聚物含量过高将造成乙腈的萃取效果变差，含量过低将促进更多的丁二烯物料发生自聚，装置收率降低，因此在二聚物含量一定时，应维持再生乙腈抽出量的稳定，不适合作为水值调整的控制方式。

第三，除炔塔顶乙腈抽出量的调整。除炔塔顶乙腈抽出量的调整将造成除炔塔回流量的变化，对除炔塔的操作不利，因此正常生产过程中该节点也不宜作为水值调整的控制方式。

第四，调整解吸塔的补水量。从解吸塔底直接补充凝液可快速提高溶剂水值，但是由于循环溶剂总量较大，流程较长，补水量的大小和时间很难掌握。且在补水过程中容易出现系统内水的分布不均匀，局部含水量过高，在萃取塔塔板上出现分层，塔压差升高，造成产品质量不合格。

第五，亚硝酸钠溶液带水量的控制。亚硝酸钠水溶液的加入是为了维持循环溶剂中的亚硝酸钠含量稳定，加入量仅根据系统中的亚硝酸钠含量进行控制。

第六，调整溶剂回收塔顶部回收乙腈的浓度。通过调整溶剂回收系统返回量的大小来控制溶剂的水值，一方面，在该系统可以对精制溶剂浓度，在一定范围内实现有效控制，另一方面采出量的调整幅度易于调节，水值变化稳定，不易过量，由于属于系统内部调节，没有外系统水的加入，使水含量便于计算，水值变化区间小，同时也减小了溶剂回收系统的负担，使相关联系统操作稳定，简单易行。

综上所述，在正常生产过程中，调整循环溶剂水值的最佳方式是调整溶剂回收塔顶部的回收乙腈浓度，其他节点的调整都将对正常生产造成一定的负面影响。

2.3.3  回收乙腈浓度控制的研究

当循环溶剂水值偏高时，应提高回收乙腈的浓度，减少进入溶剂系统中的水量，反之则降低回收乙腈浓度。在日常操作中，回收乙腈浓度调整幅度过大将造成溶剂水值波动幅度大，而调整幅度过小又将造成溶剂水值调整不到位。为了维持溶剂水值的稳定，研究了回收溶剂浓度的快速判断方法。

在一定压力下，混合气体的温度可反映出物料的组成，总结出溶剂回收塔在一定操作压力下，不同塔顶温度T对应的回收乙腈浓度，对应关系见表1。

当影响溶剂水量的抽出及补充各节点保持稳定时，将回收乙腈浓度控制在70%左右，循环溶剂水值可稳定在8%左右。在实际生产中，各节点随时可能因外界条件的变化而出现波动，造成乙腈循环系统水量的平衡被破坏，操作员可根据解吸塔釜参数的变化迅速判断出水含量的变化趋势，并通过调整溶剂回收塔塔顶温度改变回收乙腈浓度，使溶剂水值保持稳定。在实际操作中，解吸塔底温度Y与溶剂回收塔顶温度T的对应关系见表2。

2.4  优化效果分析

实施溶剂含水量优化控制措施后，对溶剂水值、一萃塔底反丁烯含量进行了连续一个月的跟踪分析，并与优化前一个月的数据进行了对比，图3、图4分别为溶剂水值和一萃塔底反丁烯含量的优化前后对比图。

由图3、图4可看出，通过溶剂含水量控制措施的优化，循环溶剂中的水含量稳定性大幅提高，同时一萃塔的分离效果有明显改善，解决了水值频繁波动和反丁烯脱除效果差的问

2.5  注意事项

第一，由于溶剂回收塔底水有一部分作为装置污水排出，为了保证装置环保指标合格，塔底乙腈含量需要严格进行控制。在溶剂回收塔顶乙腈浓度的调整过程中要注意保证塔底温度的稳定，在降塔顶温度的操作过程中要格外慎重，蒸汽控制阀的单次操作幅度不宜超过0.2%，两次操作时间间隔不能少于5 min。题，保证了丁二烯及抽余碳四-1产品质量的稳定。

第二，溶剂回收塔顶采出的回收乙腈全部返回至解吸塔顶部，若回收乙腈浓度过低或采出量过大，在混合均匀前会造成解吸塔内局部含水量过高，烃类在塔板上发生分层，影响塔内的分离效果。因此在水值调整过程中，不能急于达到调整目的，回收乙腈浓度不能低于60%，同时回收乙腈返回量也要尽量避免大幅度的波动。

3  结 论

对乙腈法丁二烯装置在溶剂水值控制过程中存在的问题进行了分析，总结了通过系统参数快速判断溶剂水值的方法，提出了调整溶剂水值的最佳方案，为操作员提供了可靠的判断及操作依据。有效解决了循环溶剂系统水值频繁波动的问题，进而改善了一萃塔对反丁烯的脱除效果，保证了丁二烯及抽余碳四-1产品质量的稳定。为丁二烯装置的长周期稳定运行提供了前提条件，同时对同类丁二烯装置溶剂水值的控制也具有一定的参考意义。

参考文献：

[1] 王双成.理想混合物泡点温度和露点温度的快速计算方法[J].河南广播电视大学学报，2002，15（1）：60-62.

[2] 童景山，张亦文，王少禹.混合物泡点体积的推算[J]. 天然气化工：c1化学与化工，1991（4）：54-56.

[3] 李贵林.乙腈法丁二烯抽提装置溶剂发泡原因分析及对策[J]. 山东化工，2016，45（20）：105-107.

[4] 杜海娟，严鹏飞.粗苯萃取精馏精制新工艺危险性分析及安全措施[J].化工管理，2015（9）：173-173.