馬來酸酐裝置吸收塔降低馬來酸酐損耗的方法

張　威，朱興松，王金堂,3，王余偉，張金峰,3

(1.中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司BDO生產(chǎn)中心，江蘇儀征　211900；2．中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征　211900；3.江蘇省高性能纖維重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇儀征　211900)

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應(yīng)用技術(shù)

馬來酸酐裝置吸收塔降低馬來酸酐損耗的方法

張威1，朱興松2，王金堂2,3，王余偉2，張金峰2,3

(1.中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司BDO生產(chǎn)中心，江蘇儀征211900；2．中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征211900；3.江蘇省高性能纖維重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇儀征211900)

摘要：筆者通過研究馬來酸酐裝置吸收塔的操作性能，確定了塔頂溫度、塔壓及吸收劑中的水含量對(duì)馬來酸酐吸收效率影響，控制塔頂溫度72.5 ℃，塔頂壓力125 kPa，貧油水含量0.6%時(shí)，吸收塔塔頂MAH損耗降低至0.18%，塔釜MAH收率提高至99.82 %。

關(guān)鍵詞：馬來酸酐吸收塔貧油吸收效率

馬來酸酐(MAH)是一種重要的有機(jī)化工原料，其主要用途是生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂和1,4-丁二醇(BDO)。MAH的生產(chǎn)工藝路線，按其原料可分為苯酐副產(chǎn)法、苯氧化法、C4烯烴氧化法和正丁烷氧化法4種[1]。其中正丁烷氧化法以正丁烷為原料，正丁烷與壓縮空氣均勻混合后進(jìn)入固定床反應(yīng)器，在V2O5-P2O5系催化劑上氣相選擇性催化氧化生成馬來酸酐。反應(yīng)生成氣中主要含有N2、O2、CO、CO2和水，其中MAH的摩爾分率約為1.0%。反應(yīng)氣經(jīng)冷卻器冷卻到一定程度利用壓差從吸收塔底部進(jìn)入并上升，大部分MAH氣體被自塔頂噴下的溶劑和補(bǔ)充的新鮮溶劑冷卻吸收。吸收塔頂排出的含未被吸收的少量MAH的廢氣被送入余熱鍋爐焚燒。正丁烷氧化法工藝主要選用鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)作為溶劑，吸收效果較好。實(shí)際運(yùn)行過程中吸收效率影響因素較多，本文通過對(duì)吸收塔進(jìn)行建模計(jì)算并分析，討論如何進(jìn)一步提高吸收塔的操作性能，提高M(jìn)AH的收率從而降低吸收塔塔頂MAH損耗。

1工藝流程介紹

某化工裝置的馬來酸酐吸收塔為浮閥塔，在塔內(nèi)用吸收溶劑DBP對(duì)反應(yīng)氣體中的馬來酸酐組分進(jìn)行最大程度的吸收，減少馬來酸酐組分損失[2]，主要工藝流程如圖1所示：

圖1　馬來酸酐吸收塔工藝簡圖

從圖1可以看出，反應(yīng)器氣體從吸收塔底部進(jìn)入，貧油在吸收塔塔頂上方進(jìn)料，主要用于吸收氣相中的馬來酸酐，反應(yīng)尾氣由塔頂去余熱鍋爐，塔釜部分液相出料經(jīng)換熱器返回中間塔板形成中段回流，部分液相出料進(jìn)下一道流程。

2建立工藝模型

應(yīng)用AspenPlus流程模擬軟件[3]，依照MAH吸收塔工藝流程，建立了吸收塔工藝模型，并用模型計(jì)算了PFD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，模擬結(jié)果如表1所示。

表1　模型結(jié)果對(duì)比

由上表數(shù)據(jù)可以看出，通過模型計(jì)算結(jié)果與PFD數(shù)據(jù)基本吻合，模型計(jì)算結(jié)果有效。

3工藝參數(shù)討論與分析

吸收塔塔頂氣相中MAH的含量需要嚴(yán)格控制，一是為了控制產(chǎn)品MAH的損耗，二是塔頂氣相中MAH的過量夾帶會(huì)對(duì)后道余熱鍋爐產(chǎn)生工藝影響。對(duì)比實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)MAH損失率低于0.2%較為合理。且在不影響吸收塔操作的情況下，較低的吸收塔塔釜液相H2O含量會(huì)降低溶劑中的富馬酸含量，從而減輕后道富馬酸分離機(jī)的負(fù)荷。筆者通過塔頂溫度、塔頂壓力、貧油進(jìn)料水含量、貧油進(jìn)料量四個(gè)主要影響因素對(duì)吸收塔塔頂、塔釜分離效果的分析，確定減少塔頂MAH損耗，提高塔釜MAH收率的方法。

3.1塔頂溫度對(duì)分離效果的影響

現(xiàn)場裝置通過改變回流量的大小來控制塔頂溫度，塔頂溫度變化范圍為69.8～82 ℃。

3.1.1對(duì)塔頂分離效果的影響

塔頂分離效果與塔頂溫度之間的關(guān)系如圖2所示，其中θ代表塔頂組分的損失率。

圖2　塔頂溫度對(duì)損失率的影響

由圖2可知，隨著塔頂溫度從69.8 ℃升至82 ℃，塔頂組分中MAH的損耗率升高導(dǎo)致MAH的損失提高6.9倍，損失較為明顯。這主要是由于溫度升高，DBP對(duì)MAH的吸收效率降低；溫度升高導(dǎo)致塔頂除霧器的除霧效率降低，DBP夾帶增加，進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)中的MAH相應(yīng)增加。

從實(shí)際操作來看，想要控制塔頂MAH損失率低于0.2%，必須控制塔頂溫度低于73 ℃。

3.1.2對(duì)塔釜分離效果的影響

塔釜分離效果與塔頂溫度之間的關(guān)系如圖3所示，其中η代表塔釜組分中的吸收率。

圖3　塔頂溫度對(duì)吸收率的影響

由圖3可知，塔頂溫度的升高會(huì)導(dǎo)致塔釜溫度也隨之升高，使得MAH在氣相中的冷凝減小，吸收效率降低，影響塔釜液相MAH吸收效率；塔釜液相組分中H2O收率隨溫度變化較為明顯，降低幅度接近50%，水含量的降低可提高后道裝置富馬酸分離機(jī)的分離效率。為控制進(jìn)入塔釜H2O吸收率低于2.0%，則塔頂溫度需高于72 ℃。

綜合考慮塔頂溫度對(duì)塔頂、塔釜物料組成的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)塔頂溫度控制在72.5 ℃時(shí)，塔頂MAH損失率低于0.2%，塔釜MAH吸收率高于99.8%，塔釜水吸收率也低于2.0%。

3.2塔頂壓力對(duì)分離效果的影響

3.2.1對(duì)塔頂分離效果的影響

塔頂壓力對(duì)塔頂分離效果如圖4所示。

圖4　塔頂壓力對(duì)損失率的影響

從圖4可以看出，從塔頂減少M(fèi)AH損耗角度看，隨著吸收塔的壓力的提高利于增大MAH的溶解度，提高M(jìn)AH吸收推動(dòng)力，減少塔頂MAH損耗。

3.2.2對(duì)塔釜分離效果的影響

塔頂壓力對(duì)塔釜分離效果如圖5所示。

圖5　塔頂壓力對(duì)吸收率的影響

從圖5可以看出，塔頂壓力的變化對(duì)塔釜液相中MAH吸收率的影響較小。但塔釜液相中H2O收率逐漸升高，會(huì)與MAH反應(yīng)在溶劑中生成過多的雜質(zhì)富馬酸，影響后道工序的運(yùn)行。因此塔頂壓力不宜過高，保持塔頂壓力在125kPa，既可以降低塔頂MAH損耗，又可抑制塔釜H2O的升高。

3.3貧油進(jìn)料水含量對(duì)分離效果的影響

受到裝置運(yùn)行波動(dòng)的影響，貧油進(jìn)料中的水含量為0.6%～8%，分析水含量的變化對(duì)MAH的影響。

3.3.1對(duì)塔頂分離效果的影響

保持塔頂溫度72.5 ℃，通過改變塔頂貧油進(jìn)料中水含量，分析塔頂組分損失率，如圖6所示。

圖6　水含量對(duì)損失率的影響

從圖6可知，由于水的熱容值較大，隨著塔頂貧油水含量的增加需要減少中段回流量來保持塔頂溫度恒定，回流量的減少會(huì)降低吸收推動(dòng)力，使得塔頂氣相中MAH損耗上升，增加塔頂MAH的損失量。

為控制塔頂氣相中MAH的損失率低于0.2%，進(jìn)料水含量需控制在0.6%以下。

3.3.2對(duì)塔釜分離效果的影響

保持塔頂溫度為72.5 ℃，通過改變塔頂貧油進(jìn)料中水含量，分析塔釜組分吸收率，如圖7所示。

圖7　水含量對(duì)吸收率的影響

從圖7可以看出，隨著貧油進(jìn)料水含量的增加，大部分水從塔頂被采出，而中段回流量的減少會(huì)降低吸收推動(dòng)力，吸收塔分離能力降低，導(dǎo)致塔釜中H2O和MAH吸收率逐漸減少。

當(dāng)進(jìn)料水含量控制在0.6%以下時(shí)，塔頂MAH的損失率低于0.2%、塔釜H2O含量低于2%，塔釜MAH的吸收率達(dá)到或接近99.8%，滿足工藝要求。

3.4貧油進(jìn)料量對(duì)分離效果的影響

3.4.1對(duì)塔頂分離效果的影響

保持塔頂溫度72.5 ℃，分析貧油進(jìn)料量對(duì)損失率的影響，如圖8所示。

圖8　貧油進(jìn)料量對(duì)損失率的影響

從圖8可知，貧油進(jìn)料量的增加提高了吸收塔上部的吸收推動(dòng)力，使塔頂MAH吸收效率提高，減少了去余熱鍋爐的MAH量。

從圖中還可以看出，當(dāng)貧油進(jìn)料量高于60 000kg/h時(shí)，吸收塔塔頂氣相中MAH的損失率低于0.2%。

3.4.2對(duì)塔釜分離效果的影響

保持塔頂溫度在72.5 ℃，分析貧油進(jìn)料量對(duì)吸收率的影響，如圖9所示。

圖9　貧油進(jìn)料量對(duì)吸收率的影響

從圖9可看出，隨著貧油進(jìn)料的增加，為了維持塔頂溫度恒定，中段回流量則隨之減少，導(dǎo)致吸收塔下部的吸收推動(dòng)力降低，使得塔釜組分中H2O的吸收率降低。但貧油進(jìn)料量并不能無限制增加，考慮到吸收塔液泛操作的影響，當(dāng)塔頂液相進(jìn)料量過高時(shí)，會(huì)增加塔板液泛、降液管液泛、霧沫夾帶的幾率，影響吸收塔穩(wěn)定運(yùn)行。因此，控制貧油進(jìn)料量在64 000kg/h時(shí)，既可減少塔頂MAH損失，又能降低塔釜中H2O的含量。

3.5不同工藝參數(shù)下分離效果對(duì)比

通過分析塔頂溫度、塔頂壓力、貧油進(jìn)料水含量、貧油進(jìn)料量對(duì)馬來酸酐吸收塔分離性能的影響，確定了吸收塔的操作參數(shù)，與優(yōu)化前的現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)操作參數(shù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的吸收塔塔頂損失率降低明顯，具體數(shù)據(jù)見表2，使得塔頂MAH的損耗較優(yōu)化前減少66.7 %，塔釜MAH收率則提高0.38%。

表2　優(yōu)化前后結(jié)果對(duì)比

4結(jié)論

a) 塔頂溫度從69.8 ℃升至82 ℃時(shí)，塔頂組分中MAH的濃度升高導(dǎo)致MAH的損失提高6.9倍，損失較為明顯，溫度是控制MAH損耗的主要工藝參數(shù)。

b) 在較高的塔頂壓力下，塔頂氣相中的MAH損耗下降，但塔釜水濃度會(huì)升高。維持合適的壓力，不僅能減少M(fèi)AH損失量，也能保證塔釜水含量在較低的水平。

c) 貧油進(jìn)料中的水含量對(duì)MAH的濃度影響較大，隨著水含量的增加，塔頂氣相至余熱鍋爐的MAH損失量明顯提高。

d) 適當(dāng)提高貧油進(jìn)料量能夠降低至余熱鍋爐氣相中MAH的損失。

e) 裝置通過穩(wěn)定塔頂溫度在72.5 ℃，塔頂壓力為125kPa，貧油水含量控制在0.6%，可使吸收塔塔頂MAH損耗降低至0.18%，塔釜MAH收率提高至99.82%左右。

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A method for MAH wastage reduction of maleic anhydride absorber

ZhangWei1,ZhuXingsong2,WangJintang2,3,WangYuwei2,ZhangJinfeng2,3

(1.BDO Production Center of Sinopec Yizheng Chemical Fibre L.L.C., Yizheng Jiangsu 211900 ,China；2. Research Institute of Sinopec Yizheng Chemical Fibre L.L.C., Yizheng Jiangsu 211900, China；3.Jiangsu Key Laboratory of High Performance Fiber,Yizheng Jiangsu 211900, China)

Abstract:By study on the operating performance of the absorber in MAH process, it was found that maleic anhydride absorption efficiency was affected by a series of factors. To control the absorber overhead temperature at 72.5 ℃, a pressure at 1.25 bar, water percentage at 0.6% in the lean oil (DBP), the MAH losses at the Absorber overhead could be lowered to 0.18%, bringing the MAH yield at the absorber bottom up to 99.82%.

Key words:MAH; absorption tower; lean oil; absorption efficiency

收稿日期：2015-04-25

作者簡介：張威(1984-),河南商丘人，工程師，主要從事順酐產(chǎn)品的生產(chǎn)管理工作。

中圖分類號(hào)：TQ06

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1006-334X(2016)02-0039-04