丙烯腈装置急冷塔应用情况分析

姜其舟

(中海油东方石化有限责任公司，海南 东方 572600)

丙烯腈属大宗基本有机化工产品，是三大合成材料-合成纤维、合成橡胶、塑料的基本原料，主要用于合成聚丙烯腈纤维、ABS/SAN树脂、己二腈、丙烯酰胺等，在有机合成工业中用途广泛[1]。近年来，随着国内丙烯腈行业快速发展，丙烯腈产能增加较快，行业竞争加剧，各丙烯腈生产厂家越来越关注装置丙烯腈精制回收率的提高，以期通过提高装置精制回收率，降低装置生产成本，提高装置竞争力。

据相关研究，丙烯腈产品损失主要发生在急冷塔，损失量约占总丙烯腈产量的6%以上，占全部损失的75%左右[2]。急冷塔是丙烯腈回收工段的重要设备, 主要用于绝热冷却反应气体, 中和未反应的氨, 并脱除带出的催化剂粉尘。丙烯腈主要损失原因是反应气体通过急冷塔时，丙烯腈会自聚或与剩余氨反应，生成大分子重组分，造成丙烯腈损失。急冷塔的优化设计以及工艺参数调整是丙烯腈装置提高精制回收率的主要手段之一，相关设计单位及生产厂家均作了大量的工作，本文将进行进一步的梳理分析。

1 丙烯腈装置急冷塔设计概况

国内丙烯腈装置急冷塔设计主要分为两段式急冷塔设计和一段式急冷塔设计两种。

1.1 两段式急冷塔工艺流程设计

两段式急冷塔的作用为急冷、洗涤、增湿、中和。急冷塔分为上、下二段，下段主要作用是急冷、洗涤、增湿，上段中和除氨。

急冷塔下段气体的冷却是绝热增湿过程。将反应气体由200～232℃进一步降到83℃。气体被循环喷淋绝热增湿的同时，除去夹带的催化剂、聚合物、部分丙烯醛、丙烯酸等。急冷塔的下段塔釜液从塔釜抽出，送至急冷塔釜液汽提塔，汽提回收丙烯腈和氢氰酸，汽提塔釜液将送到废物处理系统焚烧处理。

急冷塔上段主要是加入硫酸除去反应生成物气体中未反应的氨。上段稀硫铵液浓度控制在22%左右，生成的稀硫铵液用泵送至硫铵溶液汽提塔，汽提去除有机物后送至硫铵装置，蒸发结晶生产硫铵产品外售。

1.2 一段式工艺流程设计

一段式急冷塔是将急冷、洗涤、增湿、中和集中在一段塔内实现。急冷塔的主要作用为：(a)冷却反应气体，使其从200℃冷到81℃；(b)洗涤分离夹带的催化剂和高沸物；(c)增湿反应气体；(d)加入硫酸中和未反应的氨。由于除氨与除催化剂颗粒在一段塔内实现，塔釜硫铵液会含有一定量的催化剂颗粒，丙烯腈催化剂含有Mo等重金属，故而一段塔釜液不能用于生产硫酸铵，否者易导致生产的硫酸铵产品重金属超标。一段塔釜液需输送至至硫铵浓缩单元，浓缩后送SAR装置进行焚烧再生，生产硫酸送回装置循环使用。

2 丙烯腈装置急冷塔设计发展介绍

2.1 内主要丙烯腈厂家急冷塔设计情况

目前国内在运丙烯腈装置中，赛科石化一套(2005年建设)、塞科石化二套(2015建设)，斯尔邦石化丙烯腈装置(2016年建设)为“两头一尾”(双反应系统、单精制系统)设计，急冷塔为一段式急冷塔，配套设计SAR(废酸再生装置)、ACH-MMA装置。该类装置一般生产规模较大，是近年来新建的联合装置。

其余丙烯腈装置均为两段式急冷塔设计，除吉林石化外，均为“一头一尾”(反应、精制系统均为单系列)装置，配套设置硫铵浓缩装置。

2.2 两段式急冷塔工艺优化概况

2010年以前国内建设的几套大型丙烯腈装置大都采用的BP的技术，急冷塔流程相似，急冷塔是装置丙烯腈损失主要集中设备，急冷塔中丙烯腈的损失量甚至达到10 %以上，占精制损失量60 %以上，是影响丙烯腈回收率提高的瓶颈[3]。

国内生产厂家及设计单位针对该瓶颈进行了深入研究，提出了一系列生产优化调整及急冷塔设计优化[2，4-5]。上海石油化工研究院开发的提高急冷塔精制回收率技术，通过对急冷塔进行改造，有效降低了急冷塔丙烯腈聚合损失约4.5%，使丙烯腈装置丙烯腈回收率提高4%，达到94%，该技术已在国内各主要丙烯腈装置成功应用，为相关丙烯腈生产企业创造了较好的经济效益。

2.3 一段式急冷塔概况

2005年，上海赛科26万t/a丙烯腈装置的急冷系统在国内首次采用了急冷新工艺，采用一段式急冷塔设计。该工艺可以显著降低急冷塔内丙烯腈聚合损失，降低急冷塔丙烯腈聚合损失至3.35%左右，提高丙烯腈装置丙烯腈回收率至96%以上[3]。

3 丙烯腈装置急冷塔优劣势分析

3.1 一段式急冷塔的优势

(1)单就急冷塔而言：一段式急冷系统流程较两段式急冷塔简单，急冷系统设备台数较少，节省了工程占地，节省急冷塔的投资, 降低了急冷塔工程投资和长期的操作和维护费用。

(2)丙烯腈装置采用一段式6 层喷淋，改善了气液接触效果，冷却水逆流喷淋反应生成气，分离催化剂、聚合物重组分效果较好。

(3)一段式急冷塔大大减少了丙烯腈的聚合损失，提高了装置的丙烯腈精制回收率。

3.2 一段式急冷塔的不足

一段式急冷塔将急冷、洗涤、增湿、中和集中在一段塔内实现，急冷塔釜稀硫铵液将难免的含有一定量的丙烯腈催化剂。丙烯腈催化剂为Mo-Bi系列催化剂，组分含有Mo等重金属，致使釜液稀硫铵液含有微量重金属，且难以有效脱除。含微量重金属的稀硫铵液生产的硫酸铵产品易重金属超标，其只能外送SAR装置，进行焚烧再生处理生产硫酸自用。因而，建设一段式急冷塔丙烯腈装置需要配建硫铵浓缩与SAR装置，稀硫铵液浓缩后外送SAR装置焚烧再生处理。SAR装置工艺流程复杂度、以及投资额均较硫铵装置高；其设计建设要求较为高、运行管理难度也较大。

3.3 急冷塔设计形式的选择

急冷塔设计形式的选择需要综合考虑项目目标区域原料供应、产品市场需求，工厂总体设计方案，项目资金等情况。

目前，国内建设“两头一尾”、产能20万吨/年以上丙烯腈装置基本采用丙烯腈装置配建SAR装置建设模式，且配套建设MMA装置， MMA装置以丙烯腈副产HCN为主要原料，其生产过程产生的废酸水也需要SAR装置焚烧处理，合并建设可以更佳经济效益。赛科石化、斯尔邦石化、浙江石化等建设丙烯腈联合装置时，均采用该丙烯腈工厂设计方案。

目前，丙烯腈产品、MMA产品市场行情较好，SAR装置工艺越来越成熟。为了获得更高的丙烯腈收率、获得更好的经济效益，一段式急冷塔已逐渐成为丙烯腈装置建设的首选。

4 小结

综上，丙烯腈装置急冷塔传统设计形式为两段式设计，采用上海石油化工研究院技术对急冷塔进行技术改造，可以显著提高装置丙烯腈回收率至94%左右；急冷塔采用新式一段式设计能够获得更佳的丙烯腈回收率，丙烯腈回收率等够达到96%以上。

为了获得更高的丙烯腈收率、获得更好的经济效益，一段式急冷塔逐渐成为丙烯腈装置建设的首选。但一段式急冷塔副产的稀硫铵液含有微量重金属而无法用于生产农用硫铵，需要配建SAR装置，其项目投资额相对较高、装置运行管理难度相对较大。