王 勇，何 麟，崔文麗

(1.河南龍宇煤化工有限公司 河南永城 476600； 2.河南能源化工集團(tuán)有限公司 河南鄭州 450000)

河南龍宇煤化工有限公司的一期項(xiàng)目為年產(chǎn)500 kt甲醇和200 kt二甲醚，二期項(xiàng)目為年產(chǎn)400 kt乙酸和200 kt乙二醇。年產(chǎn)400 kt乙酸裝置由上海化工研究院進(jìn)行設(shè)計(jì)，于2016年8月正式投料試車成功，采用甲醇低壓羰基合成乙酸工藝，主要原料為CH3OH和CO，其中原料CH3OH來自一期項(xiàng)目的精甲醇儲(chǔ)罐，經(jīng)泵送至乙酸反應(yīng)系統(tǒng)；原料CO來自氣體凈化廠深冷分離裝置，經(jīng)高低壓CO壓縮機(jī)提壓后送入乙酸反應(yīng)系統(tǒng)。CH3OH和CO在催化劑的作用下發(fā)生低壓羰基化反應(yīng)，生成的粗乙酸經(jīng)精制系統(tǒng)提純后可得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9%的產(chǎn)品乙酸。精制系統(tǒng)所排放的廢液送污水站進(jìn)行處理；反應(yīng)系統(tǒng)和精制系統(tǒng)的放空氣先經(jīng)尾氣凈化回收系統(tǒng)處理后，尾氣送火炬系統(tǒng)燃燒。

1 返料系統(tǒng)工藝流程

精餾塔(T4302)塔頂?shù)臍庀嘟?jīng)冷凝后進(jìn)入液液分離器(F4301)中形成輕重兩相，重相物流經(jīng)重相泵(P4311A/B)后進(jìn)入返料混合槽(V4101)，輕相物流經(jīng)精餾塔回流泵(P4302A/B)返回V4101，V4101內(nèi)的液相經(jīng)返料泵(P4104A/B)送入反應(yīng)器(R4101)。V4101的進(jìn)料有4路，即F4301的輕相、F4301的重相、分離塔塔頂儲(chǔ)槽(V4301)的稀酸以及P4104A/B的回流。乙酸裝置返料系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 乙酸裝置返料系統(tǒng)工藝流程

2 返料系統(tǒng)的改造

2.1 存在的問題

2017年5月，V4101攪拌器(J4102)密封發(fā)生泄漏，V4101內(nèi)氣相中的酸氣、一氧化碳、碘甲烷泄漏至J4102軸承箱后從軸承箱加油嘴漏出，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)可視紫色霧氣(游離碘氧化為單質(zhì)碘顯現(xiàn)紫色)。泄漏發(fā)生后，在現(xiàn)場(chǎng)封堵加油嘴，以阻止V4101內(nèi)的氣相介質(zhì)泄漏至大氣中。但由于J4102軸承箱內(nèi)泄漏的酸氣腐蝕軸承，導(dǎo)致J4102運(yùn)行時(shí)異常聲響較大，J4102被迫停止運(yùn)行。若對(duì)J4102進(jìn)行檢修，乙酸裝置需全線停車，裝置停車、工藝交出、檢修、恢復(fù)開車耗時(shí)至少在4 d以上，損失較大。

2.2 J4102的作用

V4101內(nèi)的物料為碘甲烷、乙酸、水等。碘甲烷的密度為乙酸、水的2.3倍，V4101內(nèi)物料取樣至玻璃瓶放置幾分鐘就會(huì)自動(dòng)分層， 密度較大的碘甲烷處于底部，密度相對(duì)較輕的乙酸、水位于上部。因此，通過增設(shè)J4102對(duì)V4101內(nèi)的物料進(jìn)行攪拌，可確保物料組分均勻，最終實(shí)現(xiàn)底部出料泵穩(wěn)定運(yùn)行及高負(fù)荷下R4101的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 J4102停運(yùn)后工藝操作的改變

當(dāng)V4101液位控制較高時(shí)，在J4102停運(yùn)的情況下，V4101內(nèi)會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，此時(shí)底部出料泵輸送介質(zhì)組分不穩(wěn)定。為防止V4101內(nèi)物料出現(xiàn)明顯分層，中控室操作時(shí)將液位控制得較低，工況變化后液位操作范圍在15%～30%。

2.4 取消J4102的改造方案

將V4101內(nèi)J4102整體拆除，用DN 200 mm、2.0 MPa、材質(zhì)為316L的盲蓋封堵V4101的攪拌器法蘭口；調(diào)整V4101內(nèi)返回物料管口與物料液面角度，使V4101內(nèi)的4股進(jìn)料處于同一個(gè)方向，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部物料的自攪拌，達(dá)到替代J4102的目的。改造后的V4101及其內(nèi)部旋渦如圖2所示。

圖2 改造后的V4101及其內(nèi)部旋渦

2.5 V4101操作注意事項(xiàng)

(1) 如圖2所示，通過云線內(nèi)新增配管將返料口返回V4101內(nèi)的返料管線延長(zhǎng)，正常操作時(shí)需控制液位在返料口以上并保持穩(wěn)定。

(2) V4101遠(yuǎn)傳液位計(jì)為差壓液位計(jì)，改造后正常操作時(shí)遠(yuǎn)傳液位波動(dòng)區(qū)間增大，底部出料閥PID參數(shù)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，保證閥門操作穩(wěn)定。

(3) 遠(yuǎn)傳液位與物料液面最低點(diǎn)不一致，液位最低點(diǎn)偏低，以保證泵入口不出現(xiàn)竄氣現(xiàn)象。若泵入口出現(xiàn)竄氣，底部出料泵可能發(fā)生氣縛，導(dǎo)致泵出口流量不正常。

(4) 反應(yīng)器內(nèi)處于高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，應(yīng)穩(wěn)定操作，防止精餾區(qū)操作出現(xiàn)波動(dòng)而導(dǎo)致返料量出現(xiàn)大幅波動(dòng)。

2.6 運(yùn)行數(shù)據(jù)收集分析

停運(yùn)J4102并優(yōu)化工藝操作后，通過收集分析反應(yīng)器、返料槽、精餾區(qū)液液分離器設(shè)備操作參數(shù)，在無攪拌器的情況下將乙酸裝置負(fù)荷提高至滿負(fù)荷運(yùn)行，各參數(shù)與設(shè)計(jì)值偏差不大，V4101內(nèi)物料密度波動(dòng)不頻繁，正常運(yùn)行過程中V4101底部出料密度偏差范圍在20 kg/m3，其中底部出料密度波動(dòng)較大的數(shù)據(jù)如表1所示。

改造以后，R4101的操作溫度在可控范圍內(nèi)，催化劑濃度以及乙酸甲酯含量波動(dòng)不大，泵入口未出現(xiàn)竄氣現(xiàn)象；V4101內(nèi)的物料可以實(shí)現(xiàn)自攪拌，此時(shí)V4101的液位控制無限制，且各液位下物料組分偏差不大，通過優(yōu)化工藝操作可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 V4101底部出料密度波動(dòng)較大的數(shù)據(jù) kg/m3

3 改造投入和收益

此方案改造周期較短、投入較少。在停車大修期間先將V4101處理合格，然后打開人孔取出J4102，最后對(duì)返料口進(jìn)行焊接作業(yè)。取出的攪拌器可用于其他槽類設(shè)備，實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化。改造完成后，節(jié)省了動(dòng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用、檢修費(fèi)用。對(duì)于具有較大循環(huán)量的連續(xù)式攪拌反應(yīng)釜、攪拌中間槽等設(shè)備，可借鑒本次改造措施，在初步設(shè)計(jì)時(shí)可考慮取消攪拌器，通過返料口的變更實(shí)現(xiàn)釜類設(shè)備的自攪拌。