苯酚丙酮裝置反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料系統(tǒng)設(shè)備和管道布置特點(diǎn)

王元

（中石化上海工程公司，上海 200120）

苯酚丙酮裝置反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料系統(tǒng)設(shè)備和管道布置特點(diǎn)

王元

（中石化上海工程公司，上海 200120）

目前世界上生產(chǎn)苯酚丙酮的主要方法為異丙苯法，持有該生產(chǎn)方法專(zhuān)利的公司有A公司、B公司和C公司。以苯酚丙酮裝置的反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料管道為例，通過(guò)對(duì)比這三家公司的反應(yīng)區(qū)的工藝流程、設(shè)備布置及管道設(shè)計(jì)等方面的不同，逐個(gè)分析各家公司的管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)備布置及管道布置。

苯酚；丙酮；異丙苯；過(guò)氧化異丙苯

苯酚和丙酮是重要的化工原材料，苯酚是生產(chǎn)某些樹(shù)脂、殺菌劑、防腐劑以及藥物（阿司匹林）的重要原料，丙酮主要作為溶劑用于炸藥、塑料、橡膠、纖維、制革、油脂、噴漆等行業(yè)中，也可作為合成烯酮、醋酐、碘仿、聚異戊二烯橡膠、甲基丙烯酸甲酯、氯仿、環(huán)氧樹(shù)脂等物質(zhì)的重要原料。

目前世界上生產(chǎn)苯酚、丙酮的工藝方法主要是采用異丙苯法[1]。持有該生產(chǎn)方法專(zhuān)利的公司主要有三家，分別是A公司、B公司和C公司。雖然這三家公司采用的生產(chǎn)工藝大致相同，但是裝置設(shè)備選型和布置、占地大小、管道的布置設(shè)計(jì)等方面是不相同的。

我們公司參與天津石化3.5×105t/a苯酚丙酮裝置、上海中石化三井化工有限公司4×105t/a苯酚丙酮項(xiàng)目、中海煉化惠州煉油二期3.5×105t/a苯酚丙酮裝置的設(shè)計(jì)，在上述工程設(shè)計(jì)過(guò)程中與三家專(zhuān)利公司都有接觸。本文通過(guò)這三家專(zhuān)利的詳細(xì)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)際投產(chǎn)運(yùn)行的3.5×105t/a的產(chǎn)量的裝置為背景，通過(guò)類(lèi)比氧化反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料系統(tǒng)的設(shè)備布置特點(diǎn)和管道布置特點(diǎn)，討論各公司的苯酚丙酮裝置的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。在對(duì)各公司的工藝及流程的解讀基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)設(shè)備布置及氧化進(jìn)出料系統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)進(jìn)行比較。

1 裝置工藝及流程簡(jiǎn)介

1.1 工藝描述

丙烯與苯在催化劑的作用下生成異丙苯，異丙苯經(jīng)氧化生成過(guò)氧化異丙苯（CHP），再用硫酸分解，同時(shí)得到苯酚和丙酮[2]。A公司、B公司和C公司這三家公司的專(zhuān)利原則上都是采用此工藝生產(chǎn)苯酚和丙酮。

1.2 流程描述

用異丙苯法生產(chǎn)苯酚丙酮大體可以將裝置分為七個(gè)工段：氧化工段、提濃工段、分解工段、中和工段、精餾工段、AMS加氫工段和回收工段。以3.5×105t/a的苯酚丙酮裝置為例，簡(jiǎn)要介紹各個(gè)公司的氧化反應(yīng)區(qū)的相關(guān)流程。

1.2.1 A公司的氧化反應(yīng)區(qū)流程簡(jiǎn)介

A公司的反應(yīng)區(qū)共有4臺(tái)反應(yīng)器、4臺(tái)換熱器和8臺(tái)循環(huán)泵，經(jīng)堿洗的異丙苯和壓縮空氣送至第一反應(yīng)器，經(jīng)反應(yīng)后CHP達(dá)到一定濃度后送至第二反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)，以此類(lèi)推，當(dāng)?shù)谒姆磻?yīng)器中的CHP達(dá)到規(guī)定濃度后，由第四反應(yīng)器循環(huán)泵送至提濃工段進(jìn)行提濃。而防止反應(yīng)失控的方式是采用急冷水直接注入反應(yīng)器內(nèi)部對(duì)物料進(jìn)行冷卻，同時(shí)中止反應(yīng)。

1.2.2 B 公司的氧化反應(yīng)區(qū)流程簡(jiǎn)介

B公司的反應(yīng)區(qū)共有2臺(tái)反應(yīng)器、5臺(tái)換熱器和4臺(tái)循環(huán)泵，經(jīng)堿洗的異丙苯和壓縮空氣送至第一反應(yīng)器，經(jīng)反應(yīng)后CHP達(dá)到一定濃度后送至第二反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)，然后通過(guò)輸送泵送至后續(xù)的提濃工段提濃。而兩臺(tái)急冷器是分別控制對(duì)應(yīng)的2臺(tái)反應(yīng)器的出料溫度以防止反應(yīng)失控情況的出現(xiàn)。同時(shí)在第二反應(yīng)器出料時(shí)，會(huì)抽出一股側(cè)線(xiàn)與氧化進(jìn)料進(jìn)行換熱，達(dá)到節(jié)能的目的。

1.2.3 C公司的氧化反應(yīng)區(qū)流程簡(jiǎn)介

C公司的反應(yīng)區(qū)共有3臺(tái)反應(yīng)器、1臺(tái)臥式容器和2臺(tái)出料泵，經(jīng)堿洗的異丙苯和壓縮空氣送至第一反應(yīng)器，經(jīng)反應(yīng)后CHP達(dá)到一定濃度通過(guò)重力流送至第二反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)，以此類(lèi)推，當(dāng)?shù)谌磻?yīng)器的CHP濃度達(dá)到出料要求時(shí)，通過(guò)重力流送至氧化存儲(chǔ)罐，然后通過(guò)氧化出料泵送至后續(xù)的提濃工段提濃。而防止反應(yīng)失控的方式是采用溫水在反應(yīng)器內(nèi)部采用內(nèi)盤(pán)管的方式直接對(duì)CHP冷卻，同時(shí)中止反應(yīng)。

2 設(shè)備布置及氧化進(jìn)出料管道的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

針對(duì)各個(gè)專(zhuān)利的工藝流程特點(diǎn)，我們對(duì)設(shè)備布置及氧化進(jìn)出料系統(tǒng)的管道特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)介。

2.1 A公司

氧化反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料系統(tǒng)設(shè)備布置及管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)見(jiàn)圖1。

圖1 A公司反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料管線(xiàn)系統(tǒng)Fig. 1 A company the equipment and piping layout of reaction

在反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料管線(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將1臺(tái)反應(yīng)器、1臺(tái)換熱器、2臺(tái)循環(huán)泵列為一組，共分為4組進(jìn)行管道設(shè)計(jì)，如圖1所示。這四組的反應(yīng)器進(jìn)出料系統(tǒng)的設(shè)備布置和管道的設(shè)計(jì)應(yīng)做到完全一致。如此設(shè)計(jì)可以保證每臺(tái)反應(yīng)器的進(jìn)料管道的長(zhǎng)度和管件數(shù)量完全一致，最大程度的避免了因管道阻力降的不同而造成的反應(yīng)器內(nèi)部壓力的波動(dòng)。

在裝置運(yùn)行過(guò)程中，2臺(tái)循環(huán)泵為1開(kāi)1備，備泵的進(jìn)出口管道的切斷閥都是常開(kāi)閥門(mén)。根據(jù)這一要求，在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮閥門(mén)的可操作性。出口管道允許出現(xiàn)袋形，但是需要設(shè)置必要的排凝管線(xiàn)，以便于檢修時(shí)能及時(shí)排空管道內(nèi)的物料。

A公司反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

（1）充分考慮閥門(mén)的可操作性[3]。

（2）設(shè)置必要的排凝，便于需要時(shí)排空管道內(nèi)的物料。

（3）充分研究并完成1#反應(yīng)器的管道設(shè)計(jì)，2#、3#、4#反應(yīng)器的相關(guān)管道設(shè)計(jì)要與1#反應(yīng)器的管道設(shè)計(jì)完全一致，確保管道阻力降相同。

2.2 B公司

氧化反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料系統(tǒng)設(shè)備布置及管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)見(jiàn)圖2。

圖2 B公司反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料管線(xiàn)系統(tǒng)Fig. 2 B company the equipment and piping layout of reaction

B公司反應(yīng)器的容量非常大，類(lèi)似拱頂儲(chǔ)罐且反應(yīng)器內(nèi)部壓力為微正壓，因此在設(shè)備布置時(shí)將反應(yīng)器的布置方案按照儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，即外圍采用防火堤防止物料破罐溢流，防火堤區(qū)域內(nèi)采用管廊的方式將管道架空敷設(shè)，如此地面上可以便于人員通行及巡檢。

根據(jù)工藝流程，1臺(tái)反應(yīng)器對(duì)應(yīng)2臺(tái)循環(huán)泵和2臺(tái)急冷器，且1臺(tái)循環(huán)泵和1臺(tái)急冷器為一組串聯(lián)，2組循環(huán)泵及急冷器為1開(kāi)1備，因此循環(huán)泵和急冷器的設(shè)備布置及管道設(shè)計(jì)采用對(duì)稱(chēng)布置的設(shè)計(jì)方案，即完成一組氧化反應(yīng)器—循環(huán)泵—急冷器的布置后，將其按照反應(yīng)器的中軸線(xiàn)鏡像到另一端。同時(shí)，1#、2#反應(yīng)器管道布置也要完全相同。這樣的設(shè)計(jì)方案可以將氧化反應(yīng)器的進(jìn)出料管道布置設(shè)計(jì)的完全一致，在啟動(dòng)備泵/急冷器的時(shí)候不會(huì)因?yàn)楣艿啦贾貌煌?，造成管道的阻力降突然增加或減少，最終造成反應(yīng)器內(nèi)部壓力的波動(dòng)?？梢宰畲蟪潭鹊谋ＷC反應(yīng)過(guò)程的穩(wěn)定性。

在裝置運(yùn)行過(guò)程中，2臺(tái)循環(huán)泵為1開(kāi)1備，備泵的進(jìn)出口管道的切斷閥都是常開(kāi)閥門(mén)。根據(jù)這一要求，在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮閥門(mén)的可操作性。出口管道可以出現(xiàn)袋形，但是需要設(shè)置必要的排凝管線(xiàn)，以便于檢修時(shí)能及時(shí)排空管道內(nèi)的物料。

B公司反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

（1）充分考慮閥門(mén)的可操作性[3]。

（2）設(shè)置必要的排凝，便于需要時(shí)排空管道內(nèi)的物料。

（3）充分研究并完成1#反應(yīng)器的一組氧化反應(yīng)器—循環(huán)泵—急冷器的管道設(shè)計(jì)后，以1#反應(yīng)器的中心線(xiàn)作為中軸線(xiàn)完全對(duì)稱(chēng)布置，作為另一組氧化反應(yīng)器—循環(huán)泵—急冷器的管道設(shè)計(jì)方案。2#反應(yīng)器及其相關(guān)的設(shè)備布置與管道設(shè)計(jì)方案也是完全鏡像1#反應(yīng)器及其相關(guān)的設(shè)備布置與管道設(shè)計(jì)方案。

2.3 C公司

氧化反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料系統(tǒng)設(shè)備布置及管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)見(jiàn)圖3。

如圖3所示，1#反應(yīng)器在最右面，自右往左分別為2#、3#反應(yīng)器，通過(guò)前文的介紹，我們已經(jīng)了解C公司反應(yīng)器進(jìn)出料管道中流體的推動(dòng)力為反應(yīng)器內(nèi)部的液位差，因此1#反應(yīng)器高度最高，3#反應(yīng)的高度最低，在操作過(guò)程中，這三臺(tái)反應(yīng)器內(nèi)部的液位幾乎達(dá)到90 %左右。因此反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料管道的設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足重力流的要求。

C公司氧化反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料系統(tǒng)設(shè)備布置及管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

（1）管道設(shè)計(jì)避免袋形（包括氣袋也需要盡量避免），要保證重力流。

（2）充分考慮管道的支撐，管道的走向及設(shè)備布置要充分考慮重力流管道的特點(diǎn)。

（3）管道長(zhǎng)度要盡量短，同時(shí)在管道設(shè)計(jì)過(guò)程中要減少?gòu)濐^的數(shù)量，達(dá)到將管道阻力降減少到最低的目的。

圖3 C公司反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料管線(xiàn)系統(tǒng)Fig. 3 C company the equipment and piping layout of reaction

3 數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)對(duì)三家公司的流程描述，設(shè)備布置介紹和氧化進(jìn)/出料管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)的對(duì)比，我們可以得到如下的結(jié)論。

3.1 設(shè)備數(shù)量及管道長(zhǎng)度的不同

表1 設(shè)備數(shù)量、占地面積和管道長(zhǎng)度對(duì)比Tab. 1 The contrast of the equipment number、layout and piping length

從表1可以看出，B公司的氧化區(qū)占地面積最大，C公司的氧化進(jìn)出料管道長(zhǎng)度最短。

3.2 介質(zhì)的壓力源不同

A公司和B公司在反應(yīng)器進(jìn)料管上都設(shè)有循環(huán)泵，管道內(nèi)部介質(zhì)的推動(dòng)力是靠泵來(lái)提供的。而C公司反應(yīng)器進(jìn)料管道中介質(zhì)的推動(dòng)力是靠各反應(yīng)器內(nèi)部的液位差來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3.3 管道設(shè)計(jì)方案不同

A公司是以反應(yīng)器-換熱器-循環(huán)泵為一個(gè)整體制定設(shè)計(jì)方案。每一組反應(yīng)器的管道設(shè)計(jì)方案完全一致，同時(shí)也可以根據(jù)產(chǎn)量的不同增加或減少反應(yīng)器組的數(shù)量。

B公司的設(shè)計(jì)方案以對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)為主，產(chǎn)量的不同主要影響到反應(yīng)器的尺寸、管道尺寸和占地面積。

C公司的設(shè)計(jì)方案為重力流設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)過(guò)程中要做到管件數(shù)量最少化，管道長(zhǎng)度最小化同時(shí)避免袋形的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

綜上所述，采用異丙苯法生產(chǎn)苯酚丙酮的這三個(gè)裝置的反應(yīng)區(qū)進(jìn)出料系統(tǒng)，各有各的特點(diǎn)。在充分解讀流程的基礎(chǔ)上，我們才能制定出合理的設(shè)備布置和管道設(shè)計(jì)方案。

[1]張連中，孫秀云，魏慶玲，等. 固體酸催化過(guò)氧化氫異丙苯分解制苯酚丙酮反應(yīng)的研究. 化學(xué)世界[J]，2011（8）：487-490.

[2]黃靚，李靜霞，戴維林，等. 含錫催化劑在Baeyer-viuiger氧化反應(yīng)中的應(yīng)用進(jìn)展. 石油化工[J]，2004，67（12）：W 101.

[3]SH 3012—2011 石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Layout Features of Equipment and Piping in Inlet and Outlet System in Reactor Used in Phenol & Acetone Plant

Wang Yuan
（SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd, Shanghai 200120）

Currently the main method for producing phenol and acetone is one using cumene. There are three companies holding the patent of this method in the world, that is company A, company B and company C. In this paper, exampled with the inlet/outlet piping in the reactor in phenol and acetone plant, the process in reacting zone, equipment layout and piping design were compared for these three companies. The characteristics of piping design as well as the optimization of piping and equipment layout by these companies were analyzed respectively.

phenol; acetone; cumene; ethylbenzenehydroperoxide (CHP)

TQ 055.8+1

：A

：2095-817X（2017）02-0017-004

2016-05-14

王元（1983—），男，工程師，主要從事設(shè)備布置、管道設(shè)計(jì)及管理工作。