王文輝

（中國石化巴陵分公司煉油部，湖南岳陽 414014）

環(huán)己烷空氣氧化法是目前主流的環(huán)己酮生產(chǎn)工藝，該工藝以苯、氫氣為原料，經(jīng)過苯加氫、環(huán)己烷氧化、環(huán)己醇脫氫、精餾精制等工序制得環(huán)己酮[1-2]。其中環(huán)己烷氧化工序生成的產(chǎn)物包括環(huán)己基過氧化氫（CHHP）、醇、酮、酯、酸等，CHHP在強(qiáng)堿液的作用下，低溫定向分解生成環(huán)己酮和環(huán)己醇（簡稱X油），酯類發(fā)生皂化反應(yīng)生成有機(jī)酸鈉鹽和環(huán)己醇，生成的酸則被強(qiáng)堿中和。

煉油部環(huán)己酮裝置采用環(huán)己烷空氣氧化法工藝，分解皂化后有機(jī)相和堿水相通過洗水分離器、旋液分離器和聚結(jié)器進(jìn)行分離，但該分離系統(tǒng)抗干擾能力較弱，分離效率較低，易造成有機(jī)相中醇酮縮合，含40～150 μ g/mg鈉離子的堿液進(jìn)入烷塔，導(dǎo)致再沸器結(jié)焦，換熱效率下降，蒸汽壓力上升，需要頻繁進(jìn)行加水在線清洗（1次/d）。同時(shí)，為延緩?fù)樗俜衅鹘Y(jié)渣，需要對(duì)一洗、二洗等4個(gè)分離器加一次水洗滌（洗水量約2 m3/h），洗水大部分進(jìn)入廢堿塔蒸發(fā)濃縮后送至廢堿焚燒裝置，導(dǎo)致一次水和蒸汽消耗量較大，裝置運(yùn)行成本增加，影響裝置長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

聚結(jié)分離是一種新型高效的多相分離技術(shù)，其聚結(jié)分離機(jī)理是分散相液滴在重力作用下沉降于聚結(jié)介質(zhì)表面，并聚結(jié)為較大的液滴，然后在重力和流體流動(dòng)的作用下，大液滴從聚結(jié)介質(zhì)表面脫除，從而實(shí)現(xiàn)分離。該試驗(yàn)通過在環(huán)己酮生產(chǎn)裝置皂化工序引入側(cè)線試驗(yàn)裝置，考察了聚結(jié)纖維填料對(duì)環(huán)己烷氧化液的分離效果，以及聚結(jié)纖維填料在工業(yè)裝置的應(yīng)用效果。

1 試驗(yàn)

1.1 填料及試樣

聚結(jié)纖維填料由華東理工大學(xué)生產(chǎn)；環(huán)己烷氧化液（分解液）取自煉油部環(huán)己酮裝置氧化工序。

1.2 主要設(shè)備

聚結(jié)分離器由華東理工大學(xué)制造，容積50 L，結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 聚結(jié)分離器結(jié)構(gòu)

1.3 環(huán)己酮裝置氧化液分離工序

環(huán)己酮裝置氧化液分離工序工藝流程為：分解反應(yīng)釜產(chǎn)生的分解液經(jīng)過皂化分離器、一洗洗水分離器、二洗洗水分離器，再進(jìn)入旋液分離器和聚結(jié)器進(jìn)行分離。分離出的有機(jī)相進(jìn)入烷塔，堿水相一部分回到分解釜，一部分進(jìn)入廢堿蒸發(fā)塔。分離流程見圖2。

圖2 堿液分離流程

1.4 側(cè)線試驗(yàn)方法

在一洗洗水分離器出口增設(shè)一條管線，洗水先經(jīng)流量計(jì)，然后進(jìn)入填充有聚結(jié)纖維填料的分離設(shè)備，洗水通過分離設(shè)備中的聚結(jié)纖維填料時(shí)，堿液小液滴在纖維表面聚結(jié)成液膜，液膜在流體推動(dòng)及曳力作用下，沿纖維絲徑運(yùn)動(dòng)，逐漸聚結(jié)成大液滴，堿液大液滴及水溶性雜質(zhì)在自身重力作用下開始沉降，并從聚結(jié)纖維填料上脫落，在設(shè)備下部沉降成堿水相，間歇排放至隔油池，有機(jī)相則經(jīng)管線引至旋液分離器入口，工藝流程見圖3。

圖3 側(cè)線聚結(jié)分離裝置工藝流程

側(cè)線裝置進(jìn)料流量按60，90，120，150，180，210 L/h進(jìn)行控制，每個(gè)流量點(diǎn)運(yùn)行2 d，每天9:00和15:00在試驗(yàn)裝置入口和有機(jī)相出口取堿液分離物料進(jìn)行水含量分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 流量對(duì)堿液分離效果的影響

流量對(duì)堿液分離效果的影響見表1，由表1可以看出：當(dāng)側(cè)線試驗(yàn)裝置入口流量為60 L/h時(shí)，分解液經(jīng)聚結(jié)分離后，有機(jī)相中水含量下降明顯，堿液分離效率最好，達(dá)64.2%。隨著進(jìn)料流量增加，堿液分離效率下降，當(dāng)流量小于150 L/h時(shí)，分離效率為33.7%，基本滿足工業(yè)應(yīng)用要求；當(dāng)流量為240 L/h時(shí)，脫堿水效果較差，分離效率僅為17.3%。綜合考慮，工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)選擇環(huán)己烷氧化液入口流量小于150 L/h。

表1 側(cè)線實(shí)驗(yàn)裝置在不同流量下堿水分離效果

2.2 側(cè)線試驗(yàn)裝置與環(huán)己酮裝置聚結(jié)器出口有機(jī)相水含量

側(cè)線試驗(yàn)時(shí)，分解液從一洗洗水分離器出口引入試驗(yàn)裝置，經(jīng)聚結(jié)纖維填料分離堿液后，有機(jī)相再回到環(huán)己酮裝置旋液分離器，因此，將側(cè)線試驗(yàn)裝置出口有機(jī)相與環(huán)己酮裝置聚結(jié)器出口有機(jī)相水含量進(jìn)行對(duì)比，具有一定的參考意義，詳見表2。

表2 側(cè)線聚結(jié)分離器與環(huán)己酮裝置聚結(jié)器出口有機(jī)相水含量對(duì)比

由表2可以看出：當(dāng)側(cè)線試驗(yàn)裝置入口流量小于150 L/h時(shí)，側(cè)線試驗(yàn)裝置出口有機(jī)相水含量較低，堿液分離效果較好；當(dāng)入口流量大于150 L/h時(shí)，側(cè)線試驗(yàn)裝置出口有機(jī)相水含量較高，而經(jīng)環(huán)己酮裝置聚結(jié)器分離后，聚結(jié)器出口有機(jī)相水含量較低。這說明當(dāng)側(cè)線試驗(yàn)裝置入口流量小于150 L/h時(shí)，側(cè)線試驗(yàn)裝置堿液分離效果比目前環(huán)己酮裝置所采用的“旋液分離＋聚結(jié)分離”效果更好。

3 工業(yè)應(yīng)用效果

環(huán)己酮堿液分離裝置現(xiàn)有2臺(tái)二洗洗水分離器，容積分別為53.6 m3和43.9 m3，考慮到分解液流量為162 t/h，在二洗洗水分離器中的停留時(shí)間可達(dá)12～20 min，滿足工業(yè)化放大應(yīng)用運(yùn)行要求，因此，在二洗洗水分離器中增添了三層（三組）聚結(jié)纖維填料，其中兩組葉片波紋內(nèi)件可捕捉大顆粒堿水液滴，一組聚并內(nèi)件可捕捉小顆粒堿水液滴。另外，為強(qiáng)化堿液分離效果，對(duì)分離器進(jìn)出口及喇叭管也進(jìn)行了相應(yīng)改造。堿液分離系統(tǒng)改造完成后的效果具體表現(xiàn)為：

1）烷塔再沸器壓力降低且清洗頻次下降

經(jīng)堿液分離系統(tǒng)分離后進(jìn)環(huán)己烷精餾烷一塔的有機(jī)相中Na+含量由之前的4～5 μg/mg下降到0.2 μ g/mg，堿液分離效率高，有效改善了烷一塔再沸器結(jié)焦的情況；再沸器壓力由改造前的0.63 MPa降低至0.53 MPa，壓力下降明顯，見圖4。換熱效率提高，蒸汽消耗降低。另外，再沸器加水清洗頻次由改造前的1次/d下降至1次/3d。

圖4 堿液分離系統(tǒng)改造前后烷塔再沸器壓力

2）洗水量下降且廢堿塔蒸汽消耗降低

改造前，堿液分離系統(tǒng)中2臺(tái)一洗分離器加入的洗水量合計(jì)0.9 t/h，2臺(tái)二洗分離器加入的洗水量合計(jì)0.9 t/h，合計(jì)洗水總量約1.8 t/h。改造后，進(jìn)入烷塔的有機(jī)相中Na+濃度大大降低，無需通過增加水洗水量來降低Na+濃度，因此一洗分離器停加補(bǔ)水，二洗分離器洗水量下降至0.65 t/h，洗水總量降低了1.15 t/h。若全年運(yùn)行按8 000 h計(jì)，則全年可減少洗水量9 200 t，即可節(jié)約廢堿塔蒸汽消耗約2 480 t（此部分洗水最后由廢堿蒸出）。堿液分離系統(tǒng)改造前后洗水量變化見圖5。

3）聚結(jié)器濾芯更換周期延長

聚結(jié)器運(yùn)行過程中，壓差超過0.1 MPa時(shí)說明已經(jīng)堵塞必須進(jìn)行更換，改造前濾芯使用周期為2個(gè)月，浸有環(huán)己烷的濾芯在逐根拔出并更換過程中，大量環(huán)己烷揮發(fā)，存在較大的安全隱患。2017年5月改造后至今，聚結(jié)器壓差一直維持在0.01 MPa，濾芯使用周期延長到了7個(gè)月以上，降低更換濾芯費(fèi)用的同時(shí)減少了更換過程安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 堿液分離系統(tǒng)改造前后洗水量

4）環(huán)己烷裝置物耗降低

改造后，堿液中Na+減少，醇酮縮合產(chǎn)物中X油的比例下降約0.05%，可減少物耗損失50 t/a。

4 結(jié)論

側(cè)線試驗(yàn)表明，聚結(jié)纖維填料能顯著提高堿液分離效果，當(dāng)側(cè)線試驗(yàn)裝置入口流量為60 L/h時(shí)，堿液分離效率可以達(dá)到64.2%，入口流量小于150 L/h時(shí)，堿液分離效果比環(huán)己酮裝置采用“旋液分離+聚結(jié)分離”效果更好。

工業(yè)化應(yīng)用表明，在二洗洗水分離器中添加三層聚結(jié)纖維填料后，進(jìn)入烷一塔的有機(jī)相中Na+含量下降到0.2 μ g/mg；再沸器壓力由0.63 MPa降低至0.53 MPa；再沸器加水清洗頻次下降至1次/3 d；洗水總量由1.80 t/h降低至0.65 t/h，全年可節(jié)約廢堿塔蒸汽消耗約2 480 t；聚結(jié)器濾芯更換周期延長至7個(gè)月以上；環(huán)己酮裝置物耗減少50 t/a。