甲基丙烯酸甲酯(MMA)装置阻聚剂系统优化升级

2020-11-05杨恒志中国石油吉林石化公司丙烯腈厂吉林132021

化工设计 2020年5期

徐桐杨恒志于浩中国石油吉林石化公司丙烯腈厂吉林 132021

某甲基丙烯酸甲酯(MMA)装置自建成投产以来一直受到不能长周期安全平稳运行的困扰。由于MMA易聚合的物料特性，装置内设备、管线经常出现聚合堵塞的情况，造成装置被迫停车检修。虽然装置设计时引入了阻聚剂系统，对重点的设备及管线添加阻聚剂以减少物料聚合，但在实际生产过程中发现装置内仍然存在部分阻聚剂添加盲区，造成管线聚合堵塞，影响装置正常生产。同时由于C种阻聚剂系统的设计存在缺陷，造成该系统运行不稳定，对装置的稳定运行带来了极大影响。对于MMA装置来说，阻聚剂系统运行的好坏将直接关系到整个装置的运行好坏，所以本文希望通过对MMA装置阻聚剂系统的优化升级，提高阻聚剂系统运行的稳定性，进一步减少MMA装置聚合堵塞等瓶颈问题，从而达到提高装置安全平稳运行周期的目的。

1 易聚合部位分析

1.1 酯化釜气相线聚合问题

酯化系统是MMA装置的重要环节，物料会在该系统内进行酯化反应生成目标产物甲基丙烯酸甲酯，同时将生成的目标产物连同其他组分蒸出，得到中间产品。但是在实际生产过程中，酯化釜的气相管线经常出现聚合堵塞的情况，一旦管线堵塞就会造成装置生产波动，被迫停车检修。装置设计时只针对酯化釜内部增加了C种阻聚剂加入点，以减少酯化釜内部出现聚合的几率，但是对于酯化釜气相线,设计时并未给出有效的阻聚措施。本文希望通过对阻聚剂系统的优化来解决酯化系统气相线聚合的瓶颈问题。

在装置检修过程中发现，酯化釜气相线堵塞均是由于MMA物料先在气相线管壁上附着聚合，再随着时间的延长聚合物逐渐变大直至将管线完全堵塞。根据这一点再结合装置的设计理念，本文希望通过在酯化釜气相线上增加C种阻聚剂加入点的方式来解决酯化釜气相线易发生聚合的问题。酯化单元简易流程见图1。

图1 酯化单元简易流程

1.2 阻聚剂喷嘴设计

装置原设计的C种阻聚剂添加方式有喷环和喷嘴两种，喷环由于体积过大无法用于管线内部，而喷嘴由于开孔方向朝下无法有效地将阻聚剂喷洒到管壁上，且该阻聚剂喷嘴为丝扣连接，并非一体式设计，长时间冲刷腐蚀后存在松动脱落的情况，严重影响阻聚剂加入。所以现有设计的喷嘴均无法满足对酯化釜气相线喷洒阻聚剂的要求，必须设计一个能够满足要求的新式喷嘴。

MMA装置酯化釜气相线为DN300四氟管线，必须保证喷嘴喷出的阻聚剂能够喷射到管壁上，否则将失去作用。每一点C种阻聚剂加入量为120 kg/h，C种阻聚剂的密度大约为900 kg/m3。若要阻聚剂喷射到管壁上，阻聚剂通过喷嘴后的喷射距离至少要达到150 mm，已知100 kPa可产生10 m水柱，通过计算，阻聚剂喷射到管壁上至少需要P=105/104×150×900/1000=1.35 kPa。若忽略喷嘴处产生的阻力，通过简化后的伯努利方程P/ρ=u2/2可得出阻聚剂通过喷嘴的喷射速度为u=1.732 m/s。已知阻聚剂的质量流量为120 kg/h，转换为体积流量为0.133 m3/h，进而得出阻聚剂喷嘴的开孔面积S=2.13×10-5m2。根据实际经验，若喷嘴选取Φ1.5 mm的小孔，需要开孔12个；若喷嘴选取Φ1.2 mm的小孔.需要开孔18个。为了保证阻聚剂通过喷嘴后可以更均匀的分布，最终阻聚剂喷嘴开孔方案选取Φ1.2 mm的小孔，共分为三排，每排均匀分布6个小孔，共计18个小孔。喷嘴的材质通过反复试验，最终选用紫铜作为喷嘴的主材质，紫铜除了价格较便宜外同时还具有一定的耐腐蚀性，运行周期可达到180天，可以满足实际生产需要。喷嘴结构示意见图2。