酒精氯化塔的液泛原因分析及對策

韓曙東，劉 瑋，孟長春

（南通江山農(nóng)藥化工股份有限公司，江蘇 南通226017）

1 現(xiàn)狀

1.1 工藝簡述

酒精氯化塔系統(tǒng)由分凝器，泡罩塔和塔釜組成，塔與塔釜采用一體式。原料酒精從第一節(jié)塔板加入，原料氯氣從塔釜加入，氯氣與酒精逐步在塔釜和塔板上反應，同時，塔釜通入蒸汽用于調(diào)節(jié)反應溫度和吸收三氯乙醛生成水合三氯乙醛，產(chǎn)物水合三氯乙醛從塔釜采出，副產(chǎn)物氯化氫、氯乙烷和過量的氯氣從塔頂經(jīng)分凝器排出。整個反應采用氯氣過量來減少副反應產(chǎn)物氯乙烷的生成。

主反應式：

副反應式：C2H5OH+HCl→C2H5Cl+H2O

1.2 運行情況

酒精氯化過程反應機理較復雜，副反應也較多，過程存在氯氣、酒精、氯油、氯化氫、鹽酸、乙酸、三氯乙酸、三氯乙酸乙酯、氯乙烷和次氯酸等物質(zhì)。這些物質(zhì)大多數(shù)腐蝕性很強，加之反應溫度在110 ℃左右，工作壓力0.1 MPa 以上，所以酒精氯化生產(chǎn)過程中，設備、儀表和管道的防腐要求較高，目前普遍采用非金屬材料來解決腐蝕問題。但是氯化塔系統(tǒng)故障率較高，每次檢修需要加水清洗，清洗水進入塔釜或存于塔板參與反應，干擾反應的正常進行。裝置從2010 年運行至今，多次發(fā)生液泛現(xiàn)象，該現(xiàn)象主要集中在檢修清洗后。發(fā)生液泛后初始通過減少進料量來處置，但效果不明顯，然后停車靜置，待塔積液排盡再開車，最后只有停車拆塔檢查。一般也未發(fā)現(xiàn)設備損壞、物料不凈或管道堵塞等液泛常見問題，有時就突然排除了，原因也未查明，一直困擾著生產(chǎn)。

為了查清液泛的原因，首先從現(xiàn)象入手，掌握液泛發(fā)生前后參數(shù)的變化情況，選取酒精流量、氯氣流量、蒸汽流量、塔釜溫度和壓力、塔頂溫度和壓力、壓降、降液管液位、塔釜出料量等參數(shù)進行數(shù)據(jù)收集，時間段選取發(fā)生較頻繁的7 月。數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)生泛液頻次見表1。

表1 液泛頻次統(tǒng)計表

正常生產(chǎn)時，生產(chǎn)負荷和操作條件未發(fā)生變化情況下的液泛，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)氯化塔第九節(jié)降液管無出料或較小；第八節(jié)塔板降液管液位逐步上升，塔頂壓力下降，塔釜壓力上升，第九、八、七、六節(jié)相繼積液充滿液體，系統(tǒng)停車。塔積液排盡后再次開車，氯氣和酒精流量逐步提高至正常水平，還是會出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。隨后減少氯氣流量，塔的狀況沒有好轉(zhuǎn)，塔釜壓力繼續(xù)升高，塔中與塔釜壓降上升至正常時的2 倍，第九節(jié)塔板整體被淹，停車后，積液自流至塔釜，整個過程塔釜保持在正常反應溫度，具體液泛現(xiàn)象統(tǒng)計頻次見表2。

表2 液泛過程中的現(xiàn)象統(tǒng)計表 次

液泛發(fā)生后，多次停車排液和降低進料量也不能解決。懷疑塔板是否存在故障，清洗后檢查積料塔板上下設備和管道，也未見異常，再次開車，氯氣流量逐步提高至正常水平，出現(xiàn)塔頂溫度下降，塔釜溫度能快速上升至正常值，塔壓降上升，第九節(jié)（底層）塔板出料較小，塔釜無產(chǎn)物，第八節(jié)降液管液位持續(xù)上升。隨后減少氯氣流量，壓降繼續(xù)上升，第九節(jié)塔板整體被淹，停車。整個生產(chǎn)隨著液泛發(fā)生到正常，會持續(xù)幾天。

可以看出，由于化學反應的存在，增加了判斷難度和排除時間，嚴重影響裝置的平穩(wěn)運行，目前產(chǎn)能利用率只有75%。

2 原因分析

（1）管國鋒等[1]認為液泛產(chǎn)生的原因有：氣流量或液流量過大；氣體中夾帶過量的液體，增加降液管的排液負荷；某塊塔板的降液管下端堵塞，造成該塔板的上塔段液泛。

（2）在塔內(nèi)有污垢的情況下，最常見的引起液泛的原因是起泡沫。低表面張力液體影響或有微粒的系統(tǒng)特別會引起泡沫而導致液泛。

（3）李中杰[3]指出當氯化釜夾層載熱體流量偏大或通氯量偏高時，塔內(nèi)上升氣量增大，則氣流通過塔板產(chǎn)生的壓降隨之增大，進而使流經(jīng)降液管的液體阻力增大導致液泛。另外，降液管或進口堰破裂，造成氣體短路直接經(jīng)降液管而升至上層塔板上方時，也可產(chǎn)生液泛。

（4）對本例中產(chǎn)生液泛的原因結(jié)合現(xiàn)象，利用排除法進行分析。由于底層塔板降液管無流量或較小，初步懷疑泛液的原因為可能為以下幾種情況。a.底層塔板降液管堵塞；b.局部堵塞；c.降液管損壞；d.降液管進塔釜液封失效氣體反竄引起。經(jīng)現(xiàn)場檢查，積液塔板的降液管完好，所以上述懷疑不成立。同時，檢查發(fā)現(xiàn)溢流堰、進口堰、泡罩等主要部件均完好，也不存在污垢和顆粒，所以排除了起泡沫和進口堰破裂的原因。另外如果液沫夾帶會增加降液管排液負荷，底層塔板降液管流量會增加，實際無流量或較小，所以排除氣體中夾帶過量的液體增加降液管的排液負荷的原因。

（5）綜上所述，假設氣流量過大，首先解決液泛發(fā)生時氯氣流量、酒精流量和蒸汽流量是否超過正常控制值，常規(guī)的塔氣流量過大是由于塔釜或再沸器熱負荷過大引起，可以通過外加熱媒計量觀察出，而本例反應中的原料流量和外加熱媒量均未發(fā)生變化，則要考慮反應熱效應的影響，涉及反應速度表達式或化學平衡表達式相關因素，如塔釜酒精的含量、初始反應溫度等。朱大春[3]也提到酒精吸收尾氯塔尾氯較多或塔釜加熱時容易液泛，分析原因主要有2 個：一是塔底酒精組分增加；二是尾氯中氯乙烷（酒精氯化反應的副產(chǎn)物）增加。上述驗證了塔釜酒精或氯乙烷的增加會導致液泛。

（6）模擬液泛發(fā)生過程。多次開停車、計量誤差、檢修清洗等原因，導致塔釜或底層塔板酒精或水過量，同時也會導致副反應，生成氯乙烷。塔釜中氯乙烷、酒精和水高于正常值，原本氯氣在塔釜中部分參與反應，而此時氯氣與酒精和水反應，放出大量的熱，塔釜初始反應溫度會較快升至100 ℃以上，如果此時還按正常通入蒸汽升溫，情況進一步變壞，氯油、酒精、水和氯乙烷被大量氣化與氯氣一起沖入底層塔板，造成底層塔板壓力升高，塔板壓降上升，上節(jié)塔板的降液管阻力增加，降液管液面不斷上升，直至上節(jié)塔板充滿液體，如果不及時發(fā)現(xiàn)，會逐節(jié)積液，直至淹塔，液相從頂部氣相管路排出，造成事故。

3 防范措施

酒精氯化塔液泛防范的重點在于防止塔釜或底層塔板酒精或水過量，也就是要確保其氯油含量，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，氯油質(zhì)量比控制在65%左右為宜，具體可以通過以下措施來實現(xiàn)。

（1）控制反應配比。一是選用精準的計量儀表和定期校驗流量計，減少計量誤差；二是合理控制過氯量，如果氯氣過量少則會使酒精反應不完全，影響酒精消耗。同時，未完全反應的酒精會與氯化氫反應生成氯乙烷，增加了氯乙烷產(chǎn)生的機會，同時，過量的酒精在系統(tǒng)的積聚，增加液泛的概率。

（2）塔釜組分分析。通過增加一定頻次的分析，及時發(fā)現(xiàn)塔釜輕重組分的變化，如果發(fā)現(xiàn)偏差，可以通過增加通氯量、減少酒精加入量或蒸汽加入量來調(diào)節(jié)。

（3）根據(jù)液泛發(fā)生前后參數(shù)變化情況，設置塔頂壓力低限、塔釜壓力高限、塔壓降高限和塔釜出料流量低限報警來預防和及早處置。有條件可以在底層塔板加裝液位計來顯示和預警，可以在液泛初期發(fā)現(xiàn)液位異常，減少液泛發(fā)生。

（4）對液泛發(fā)生后或檢修清洗后重新開車，可以通過向塔釜加入正常的塔釜液，來防止液泛的發(fā)生或縮短處置時間。也可以在初期不通入蒸汽的情況下，以正常一半的負荷開車，待塔釜組分正常后，再按常規(guī)負荷生產(chǎn)。

4 結(jié)語

（1）酒精氯化塔液泛的主要現(xiàn)象有塔頂壓力下降、塔壓降升高、底層塔板上一節(jié)塔板降液管液位上升、塔釜無產(chǎn)物采出、塔頂溫度有輕微下降、塔釜溫度普遍高于100 ℃等現(xiàn)象。

（2）酒精氯化塔液泛的主要原因是塔釜酒精、水和氯乙烷過量，塔釜按正常負荷進料引起的。

（3）正常生產(chǎn)時，可以通過控制反應配比、增加塔釜組分分析和設置合理的報警值來控制塔釜液中氯油質(zhì)量比來防止液泛。液泛發(fā)生后或檢修清洗后重新開車，可以通過向塔釜加入合格的塔釜液或不通入蒸汽情況下半負荷開車緩慢調(diào)節(jié)塔釜組分來防范。以上措施實施后，裝置液泛得到了有效控制，半年以來未發(fā)生一起液泛，保證了裝置的穩(wěn)定運行，值得同行們借鑒。

［1］管國鋒，趙當溥.化工原理.第三版.北京：化學工業(yè)出版社，2008.

［2］李中杰.塔式光氰化法生產(chǎn)氯化爺?shù)囊悍含F(xiàn)象分析及預防措施.中國氯堿，2001，1（2）：28－36.

［3］朱大春.酒精處理三氯乙醛尾氯工藝研究.氯堿工業(yè)，2001，9（9）：29－31.