腈綸聚合裝置提高脫單塔脫單效果的技術(shù)改進(jìn)

曾 化 勇

(大慶石化公司腈綸廠，黑龍江 大慶 163714)

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腈綸聚合裝置提高脫單塔脫單效果的技術(shù)改進(jìn)

曾 化 勇

(大慶石化公司腈綸廠，黑龍江 大慶 163714)

介紹了腈綸聚合裝置脫單塔工藝流程，分析了脫單塔塔底漿液中殘余單體含量偏高的原因，為了提高脫單塔的脫單效果，從設(shè)備、工藝及操作方面提出了技術(shù)改進(jìn)措施。結(jié)果表明：脫單塔填料波紋板變形及破損、脫單塔存在壁流現(xiàn)象及脫單塔蒸汽工藝參數(shù)不匹配是影響脫單效果的主要因素；通過更換脫單塔填料及進(jìn)料噴嘴、優(yōu)化蒸汽工藝參數(shù)等技術(shù)改進(jìn)，脫單塔脫單效果明顯提高，殘余單體含量降低了37.88%，且節(jié)能降耗效果明顯。

聚丙烯腈纖維脫單塔脫單效果殘單值技術(shù)改進(jìn)

大慶石化公司腈綸廠腈綸聚合裝置引進(jìn)美國氰胺公司專利技術(shù)，工藝上采用硫氰酸鈉(NaSCN)二步濕法水相懸浮聚合。聚合反應(yīng)單體的轉(zhuǎn)化率為83%，還有17%的單體未發(fā)生反應(yīng)，這部分單體殘留在聚合物漿液中，必須在脫單塔中進(jìn)行脫除。如果不脫除這些單體，進(jìn)入物料中影響原液質(zhì)量，最終影響纖維的性能；在水洗工序，這部分單體會揮發(fā)進(jìn)入空氣中，污染環(huán)境，傷害員工身體健康。聚合裝置共有4條并列的生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線對應(yīng)1臺脫單塔。在生產(chǎn)過程中，脫單塔脫除單體的效果一直不太理想，脫單塔塔底聚合物漿液中的殘余單體(主要是丙烯腈)含量(殘單值)居高不下，嚴(yán)重影響了兩單消耗和外排污水化學(xué)耗氧量(COD)值，進(jìn)而制約著腈綸的生產(chǎn)發(fā)展。作者從工藝、設(shè)備、操作方面進(jìn)行了分析，找出了影響脫單效果的主要因素，并加以技術(shù)改進(jìn)，使脫單塔殘單值得以大幅度降低。

1　聚合裝置脫單塔工藝流程

腈綸聚合裝置共有4條并列生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線對應(yīng)1臺脫單塔。從終止罐出來的聚合物漿液經(jīng)泵輸送至脫單塔頂部進(jìn)料，在重力作用下，聚合物漿液向下流動[1]。0.4MPa蒸汽從塔底部進(jìn)入，在抽真空條件下，絕壓約為26kPa，蒸汽向上流動，與向下流動的聚合物漿液在脫單塔填料表面進(jìn)行熱量交換，將聚合物漿液中殘余單體加熱到沸點(diǎn)65 ℃以上而揮發(fā)；負(fù)壓下，殘余單體和部分水蒸氣從塔頂抽走，再經(jīng)冷卻器冷凝形成丙烯腈、醋酸乙烯酯、水的混合液進(jìn)入傾析罐回收[2]。最后，脫除殘余單體后的聚合物漿液從塔底經(jīng)泵輸送至水洗工序。脫單塔工藝流程見圖1。

圖1　脫單塔工藝流程示意Fig.1　Process flow of monomer recovery distillation column1—脫單塔；2—填料；3—進(jìn)料噴嘴；4—冷卻器

目前，國內(nèi)腈綸行業(yè)各企業(yè)的生產(chǎn)工藝不盡相同，只有中國石油大慶石化腈綸廠、中國石化安慶石化腈綸廠、中國石化上海石化腈綸事業(yè)部采用NaSCN二步濕法水相懸浮聚合生產(chǎn)工藝，上海石化腈綸事業(yè)部的脫單塔結(jié)構(gòu)為浮閥塔，大慶石化腈綸廠和安慶石化腈綸廠的脫單塔結(jié)構(gòu)相同，均為波紋板填料塔。

2　脫單塔存在的問題及原因分析

試驗(yàn)收集4臺脫單塔在改進(jìn)前連續(xù)6個月的平均殘單值。由表1可以看出，各脫單塔平均殘單值都在660mg/kg以上，殘單值較高。脫單塔殘單值越低，說明脫單塔脫除殘余單體的效率越高，效果越好。生產(chǎn)中工藝控制指標(biāo)要求殘單值小于1 000mg/kg。

表1　改進(jìn)前脫單塔平均殘單值

經(jīng)過對脫單塔在生產(chǎn)運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題的狀態(tài)分析，以及檢修拆塔后對塔內(nèi)部檢查確認(rèn)，影響脫單效果的主要原因有：

(1)脫單塔填料波紋板變形、破損、減薄、不規(guī)整，物料很容易在變形的波紋板積聚，慢慢堵塞整塊塔盤，一旦堵塞，聚合物漿液無法向下流動，蒸汽無法向上流動，脫單塔無法運(yùn)行下去，從而影響脫單效果。

(2)脫單塔存在壁流現(xiàn)象，防壁流圈變形嚴(yán)重，起不到防壁流效果，進(jìn)入脫單塔的聚合物漿液壁流到塔底，未經(jīng)過脫單隨漿液到下道工序，從而影響脫單效果。

(3)脫單塔蒸汽壓力和加入量參數(shù)設(shè)置不合理。脫單塔蒸汽是加熱聚合物漿液的熱量來源，如果熱值不夠，殘余單體不能充分受熱達(dá)到沸點(diǎn)，影響脫單效果。

(4)脫單塔進(jìn)料流量控制不穩(wěn)定，使脫單塔傳質(zhì)傳熱始終處于不平衡狀態(tài)，影響脫單效果。

3　技術(shù)改進(jìn)措施及效果

3.1技術(shù)改進(jìn)措施

(1)對脫單塔填料進(jìn)行更換。通過對脫單塔進(jìn)行物料、能量平衡計算和工藝模擬計算，找出脫單塔填料在運(yùn)行中不合理的地方，這些不合理的地方在于：漿液在填料內(nèi)部流動性差，塔內(nèi)真空度波動時，漿液易附著在填料波紋板表面，傳質(zhì)效率低；填料液泛系數(shù)大，漿液不易連續(xù)通過填料，會在填料內(nèi)部滯留，蒸汽和聚合物漿液在填料表面的換熱效果差。在重新設(shè)計填料結(jié)構(gòu)時，針對傳質(zhì)效率低的問題，通過調(diào)整填料盤的高度，利用填料盤與填料盤之間的液體噴濺傳質(zhì)提供填料表面之外的傳質(zhì)面，從而提高傳質(zhì)效率；針對換熱效果差的問題，通過調(diào)整填料波紋板與水平面夾角角度，使?jié){液通過性增強(qiáng)，漿液會在波紋板表面散濺，靠大量飛濺的液滴表面和波紋板表面共同換熱，增加了有效換熱面積，提高了換熱效率。

(2)在對新的填料進(jìn)行重新設(shè)計制造時，考慮到原來的防壁流圈容易變形，防壁流效果不理想，所以在新填料的外圍包上了引流圈，使脫單塔工作體積最大化，而且還提高了防壁流效果，解決了壁流問題。另外，還增加了填料厚度，保證填料在長周期運(yùn)行的情況下，能夠有較大強(qiáng)度和抗變形能力，從而解決填料腐蝕變形問題。

(3)更換新填料后，對脫單塔蒸汽參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。首先，保持原來的蒸汽流量參數(shù)550kg/h，現(xiàn)場調(diào)節(jié)蒸汽壓力，穩(wěn)定后采樣進(jìn)行化驗(yàn)分析；然后，蒸汽流量參數(shù)設(shè)定為650kg/h，現(xiàn)場調(diào)節(jié)蒸汽壓力，穩(wěn)定后采樣進(jìn)行化驗(yàn)分析。統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。

表2　殘單值分析統(tǒng)計

由表2可以看出，蒸汽流量適當(dāng)提高，脫單效果較好。但是，蒸汽流量不能繼續(xù)提高，因?yàn)樵谏a(chǎn)運(yùn)行中，蒸汽流量增大，汽速增大，容易產(chǎn)生霧沫夾帶，將聚合物帶入脫單塔上封頭、冷卻器內(nèi)，容易造成冷卻器列管結(jié)垢堵塞。所以，蒸汽流量確定為650kg/h，蒸汽壓力確定為0.21～0.23MPa是比較合適的。

(4)脫單塔進(jìn)料噴嘴重新設(shè)計。脫單塔進(jìn)料噴嘴原來為擋板式，這種噴嘴使進(jìn)入脫單塔的物料容易發(fā)生噴濺，霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重。經(jīng)過設(shè)計，采用螺旋式噴嘴取代原來的擋板式噴嘴，脫單塔進(jìn)料穩(wěn)定，物料分散均勻。另外，在操作調(diào)節(jié)上，不可大幅度調(diào)節(jié)進(jìn)料閥門開度，使脫單塔進(jìn)料始終處于穩(wěn)定均勻進(jìn)料狀態(tài)。

3.2技術(shù)改進(jìn)效果

通過采取以上措施進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)后，脫單塔運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)。通過連續(xù)3個月的殘單值收集統(tǒng)計(見表3)，脫單效果明顯提高，各脫單塔殘單值均在410mg/kg以下，較改進(jìn)之前的平均殘單值(660mg/kg以上)大幅度降低，降低幅度為37.88%。這對降低腈綸兩單消耗和外排污水COD值起著非常重要的作用。

表3　技術(shù)改進(jìn)后脫單塔平均殘單值

另外，技術(shù)改進(jìn)后，裝置外排污水COD值明顯降低，技術(shù)改進(jìn)前污水COD值為1 650mg/L，改進(jìn)后污水COD值為1 430mg/L，降低幅度為13%，這對減輕腈綸裝置外排污水的環(huán)保壓力和后續(xù)污水處理都是大有裨益的。

根據(jù)改進(jìn)后殘單值的統(tǒng)計計算，可減少單體損耗約20t/a，減少外排污水800t/a，每年可節(jié)約成本21萬元，節(jié)約污水處理費(fèi)用110萬元，每年可獲得的直接經(jīng)濟(jì)效益合計為131萬元。另外，生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，可減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高設(shè)備的運(yùn)行周期。

4　結(jié)論

a. 通過對腈綸聚合裝置脫單塔的生產(chǎn)狀態(tài)分析，影響脫單效果的主要原因?yàn)椋好搯嗡盍喜y板變形、破損造成填料容易堵塞；脫單塔存在壁流現(xiàn)象；脫單塔蒸汽工藝參數(shù)不匹配；進(jìn)料控制不穩(wěn)定。

b. 通過對脫單塔填料進(jìn)行重新更換、對脫單塔蒸汽工藝參數(shù)優(yōu)化、進(jìn)料噴嘴的改進(jìn)和操作規(guī)范化等措施，脫單塔的脫單效果明顯提高，殘單值降低了37.88%，裝置生產(chǎn)運(yùn)行更加平穩(wěn)，且節(jié)能降耗效果明顯。

[1]宋玉國.優(yōu)化工藝參數(shù)提高殘單脫除率[J].煉油與化工，2010,21(5):49-50.

SongYuguo.Optimizationofprocessparametersforincreasingresidualmonomerremovalrate[J].RefinChemInd, 2010, 21(5): 49-50.

[2]趙春波.優(yōu)化聚合脫單工藝提高脫單效果[J].黑龍江石油化工，2000,11(3):12-13.

ZhaoChunbo.Optimizingpolymerizationdemonomerprocessimprovingdemonomerefficiency[J].HeilongjiangPetrolChemInd, 2000,11(3):12-13.

Technological innovation of polymerization unit of acrylic fiberplantforimprovingmonomerrecoverydistillationeffect

Zeng Huayong

(Acrylic Fiber Plant, SINOPEC Daqing Petrochemical Company, Daqing 163714)

Theprocessflowofmonomerrecoverydistillationcolumnofpolymerizationunitofacrylicfiberplantwasintroduced.Thereasonsfortheextremelyhighresidualmonomercontentinthecolumnbottomswereanalyzed.Thetechnologicalinnovationmeasuresweresuggestedforimprovingthemonomerrecoverydistillationeffectofthecolumnfromtheaspectsofequipments,processandoperation.Theresultsshowedthattheprimaryinfluentialfactorsonthemonomerrecoverydistillationeffectincludedthedeformationanddamageofcorrugatedsheetforpacking,thewall-flowphenomenonofthecolumnandthemismatchingsteamparameters;themonomerrecoverydistillationeffectwasprofoundlyimprovedandtheresidualmonomercontentwasdecreasedby37.88%byreplacingthepackingandfeedingnozzleofthemonomerrecoverydistillationcolumnandoptimizingsteamparameters;andthetechnologicalinnovationprovidedasignificantenergysavingandconsumptionreductioneffect.

polyacrylonitrilefiber;monomerrecoverydistillationcolumn;monomerrecoverydistillationeffect;residualmonomervalue;technologicalinnovation

2016- 01-16；修改稿收到日期：2016- 06- 02。

曾化勇(1981—)，男，工程師，主要從事腈綸生產(chǎn)工藝管理。E-mail：zenghuayong81@163.com。

TQ342+.31

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1001- 0041(2016)04- 0069- 03