降低環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝中溶劑損耗的措施

陳戰(zhàn)濤

(南京金陵亨斯邁新材料有限責任公司 ， 江蘇 南京 211512)

環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的主要雜質(zhì)都是微量的，一部分會與環(huán)氧丙烷形成共沸物，如環(huán)氧丙烷的沸點為34 ℃，而水與環(huán)氧丙烷形成二元共沸物后，共沸點為33.8 ℃，其中環(huán)丙烷含量為99%[1]。一部分雜質(zhì)的沸點與環(huán)氧丙烷的沸點比較接近，例如乙醛的沸點為20.8 ℃，甲酸甲酯的沸點為31.5 ℃，單純采用精餾塔操作的話，環(huán)氧丙烷的物耗會增大，收率會降低。因此，通過采用溶劑作為萃取劑，采用萃取精餾的方法對環(huán)氧丙烷生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)進行分離，以提高環(huán)氧丙烷產(chǎn)品的純度與收率。

1 存在的問題

萃取精餾是指在難以分離的原溶液中加入某種揮發(fā)性很小的溶劑或溶質(zhì)，以增加原溶液中兩個組分間的相對揮發(fā)度，從而使原溶液的分離變得很容易。加入的溶劑或溶質(zhì)稱為萃取劑。

環(huán)氧丙烷產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，萃取精餾過程使用的溶劑需要進行再生，再生后的溶劑會循環(huán)使用。再生的過程中，一部分溶劑會隨雜質(zhì)一起被帶入廢油系統(tǒng)；同時部分溶劑在使用過程中，會逐漸老化，失去萃取效果，因此需不斷補充新鮮溶劑。生產(chǎn)運行中，消耗的溶劑量較高，溶劑的循環(huán)利用效果不好，裝置物耗較高，經(jīng)濟效益低于預(yù)期。需要對生產(chǎn)操作進行優(yōu)化，尋找降低溶劑損耗的措施，降低溶劑單耗及裝置物耗，提高溶劑的循環(huán)利用效果。

2 原因分析

通過對環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝中溶劑損耗的原因分析，發(fā)現(xiàn)影響溶劑消耗量的主要因素有溶劑循環(huán)量、溶劑再生塔排放量、溶劑純度等。

2.1 溶劑循環(huán)量

當工藝的處理量穩(wěn)定時，提高溶劑流量，增大萃取溶劑比，利用溶劑增大組分間的相對揮發(fā)度，將進料中的雜質(zhì)從塔頂脫除，產(chǎn)品純度會升高[2]。過高的循環(huán)溶劑流量在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，也會增大溶劑老化量，消耗更多的溶劑，溶劑損耗增大。并且循環(huán)溶劑流量增大后，相應(yīng)帶來了電耗、循環(huán)水使用量的增加，增加了裝置能耗。

2.2 溶劑純度

環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝中使用的萃取劑為混合溶劑，其中萃取精餾過程中起主要作用的是真正的有效溶劑組分，剩余的組分是生產(chǎn)過程中帶來的雜質(zhì)。受限于溶劑生產(chǎn)工藝技術(shù)路線的不同，不同來源的溶劑中的有效組分含量也不同，即溶劑純度有所區(qū)別[3-4]。

生產(chǎn)運行中，隨著溶劑的老化及重組分雜質(zhì)的生成，循環(huán)溶劑的純度會降低。溶劑純度降低后，會降低萃取精餾塔內(nèi)的有效溶劑組分濃度，影響萃取精餾效果，也增大了廢液排放量，產(chǎn)品收率也隨之降低。為了提高萃取精餾效果，提高了循環(huán)溶劑流量，又造成能耗的升高與增溶劑損耗量的增大。

2.3 再生塔排放量

再生塔主要是對循環(huán)使用中的溶劑進行再生，滿足溶劑使用要求。溶劑再生的過程是通過精餾操作，將溶劑使用過程中帶來的輕組分、重組分雜質(zhì)和老化溶劑脫除。再生后的溶劑，重新作為溶劑循環(huán)使用。溶劑再生的過程中，塔頂輕組分雜質(zhì)會在頂部積聚。

當塔頂輕組分雜質(zhì)濃度升高后，影響雜質(zhì)的脫除效果，并且塔頂?shù)牟僮鳒囟纫矔档?。此時，就需要從塔頂對輕組分雜質(zhì)進行排放。排放的過程中，一部分溶劑會從塔頂隨著輕組分雜質(zhì)一起排放，從而造成溶劑損耗。重組分雜質(zhì)和老化溶劑會在塔底部積聚，若不及時進行排放、脫除，會跟隨循環(huán)溶劑重新返回至系統(tǒng)中，占用有效溶劑組分的空間，降低溶劑萃取精餾效果。因此，溶劑再生的過程中，也需及時將重組分雜質(zhì)和老化的溶劑從塔底排放，降低循環(huán)溶劑中重組分雜質(zhì)和老化溶劑的含量。塔底重組分和老化溶劑排放的過程中，有效溶劑組分會與老化溶劑一起被排至廢液中，造成溶劑損耗。

3 優(yōu)化措施

針對影響環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝中溶劑損耗的幾種主要影響因素，通過優(yōu)化單元操作，降低生產(chǎn)工藝中的雜質(zhì)生成量，降低溶劑循環(huán)量，提高溶劑純度，降低再生塔排放量與增加過濾器等措施，降低溶劑消耗量，并提高環(huán)氧丙烷產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)品收率。

3.1 降低溶劑循環(huán)量

生產(chǎn)運行中，通過優(yōu)化操作，改變萃取精餾塔操作參數(shù)，以提高萃取精餾效果，進而可以降低溶劑使用量。例如，改變工藝反應(yīng)條件，注入更多的中間產(chǎn)物，使反應(yīng)有利于生成目標產(chǎn)物，提高目標產(chǎn)品選擇性，降低雜質(zhì)組分的生成量；降低循環(huán)溶劑進料溫度，提高萃取精精餾效果，如循環(huán)溶劑進料溫度從最高的70 ℃降至55 ℃；提高塔頂回流流量，從40 t/h左右提高至50 t/h；改變塔頂操作壓力與操作溫度等措施，將再生塔頂操作溫度從102 ℃降至100 ℃，萃取精餾塔塔頂操作壓力由280 kPa提高至310 kPa。通過采取上述措施，環(huán)氧丙烷產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯提高。環(huán)氧丙烷產(chǎn)品質(zhì)量提高后，可以降低溶劑使用量，延緩溶劑的老化速率，降低溶劑損耗量。

3.2 降低再生塔排放量

在再生塔的操作中，塔頂主要是將萃取溶劑帶來的雜質(zhì)進行脫除，脫除的過程中，會帶走一部分溶劑。當由于工藝處理量降低、萃取精餾效果變好、精餾塔優(yōu)化操作等因素，產(chǎn)品質(zhì)量升高時，可通過降低再生塔塔頂操作溫度，降低塔頂排放量，允許部分雜質(zhì)組分留在塔內(nèi)，進而降低溶劑損耗量。當塔頂操作溫度從102 ℃降至100 ℃后，塔頂排放量可從100 kg/h降為30～50 kg/h。

再生塔塔底設(shè)有回收器，對循環(huán)溶劑運行中生成的重組分及老化溶劑進行排放，并將有效溶劑組分返回至再生塔內(nèi)，進行回收利用。溶劑回收的過程中，一部分溶劑會與老化溶劑及重組分排至系統(tǒng)外，造成溶劑損耗。通過縮短溶劑回收器的排放時間，降低回收器排放量等措施，將排放時間由連續(xù)排放改為間斷排放(每日排放1 h/次)。排放量由150 kg/h降至100 kg/h，可以明顯減少溶劑損耗。降低回收器排放量、縮短運行時間后，會升高循環(huán)溶劑中的重組分及老化溶劑含量，降低循環(huán)溶劑中的有效組分，循環(huán)溶劑中的有效組分純度從80%逐漸降至75%，影響了萃取精餾效果。因此，需通過采購高純度溶劑對循環(huán)溶劑中的有效溶劑組分進行補充。

3.3 提高溶劑純度

環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝中使用的萃取溶劑為混合溶劑，溶劑的純度越高，一定流量下的循環(huán)溶劑中有效組分就越多，萃取精餾效果就越好。系統(tǒng)中由于生產(chǎn)處理量提高，再生塔排放量降低。引起循環(huán)溶劑中有效組分含量降低時，為提高循環(huán)溶劑的純度，通過購買純度達到90%含量的溶劑，作為新鮮溶劑，替代之前采購的80%含量左右的溶劑補入系統(tǒng)中，以提高系統(tǒng)中循環(huán)溶劑中的有效組分，進而提高萃取精餾效果，起到降低溶劑使用量與溶劑損耗的效果。

3.4 增加溶劑過濾器

如前所述，降低回收器排放量的同時，會增加循環(huán)溶劑中老化溶劑的含量，降低循環(huán)溶劑的純度，影響萃取的精餾效果。為此，根據(jù)老化溶劑的性質(zhì)，增加一套過濾器設(shè)施，對老化溶劑及重組分進行過濾。此套過濾器設(shè)施包含一臺過濾器、一臺冷卻器、流量控制器、溫度控制器及相應(yīng)的管線等設(shè)施。冷卻器、過濾器及配套設(shè)施流程見圖1。

圖1 冷卻器、過濾器及配套設(shè)施流程

溶劑回收器對再生塔塔底來料進行初步回收后，剩余的重組分、老化溶劑及有效組分經(jīng)過流量控制器，維持500 kg/h左右的流量，進入過濾器設(shè)施。經(jīng)過冷卻器，對來料進行冷卻，通過溫度控制冷卻器的循環(huán)水量，將物料溫度控制在60 ℃以下，以便將其中的較重組分冷卻。冷卻后的工藝物料進入過濾器，通過其中裝有的數(shù)十根濾芯或濾袋，重組分和老化溶劑被攔截并停留在濾袋表面上。過濾后的物料可再返回至再生塔內(nèi)，提高溶劑的利用率。

通過增加此過濾設(shè)施，可提高回收器對溶劑的回收率，間接地降低了回收器的排放時間，大幅降低溶劑的消耗量。同時，將回收器進料中的重組分及老化溶劑冷卻、過濾，又提高了循環(huán)溶劑的純度，提高萃取精餾分離效果。

4 優(yōu)化效果

4.1 溶劑單耗

經(jīng)過以上幾種優(yōu)化措施，環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝中溶劑消耗量大幅降低。溶劑單月消耗量與最高峰相比，降低了75%。同時由于溶劑純度的提高，產(chǎn)品質(zhì)量提高，產(chǎn)品得到了大幅提高，溶劑單耗與最高峰相比，降低了79%。

4.2 經(jīng)濟效益

工藝調(diào)整與優(yōu)化后，不僅降低了溶劑的單耗，也取得了顯著的經(jīng)濟效益。經(jīng)過計算，每年可節(jié)約溶劑費用約1 200萬元。

5 結(jié)論

盡管通過上述措施，溶劑單耗已大幅降低，但與同類裝置相比，溶劑單耗仍高。溶劑回收器增加過濾器后，過濾效果良好，但仍有不足之處。主要原因是：工藝處理量升高后，重組分及老化溶劑的產(chǎn)生量會增加，過濾器切換頻率會增加。工藝處理退料時，排放廢液較多，也會造成溶劑損耗；夏季氣溫升高后，受循環(huán)水溫度波動的影響，冷卻器后工藝物料的溫度會有所波動，影響重組分和老化溶劑的脫除。

針對上述問題，應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化操作，穩(wěn)定冷卻器后物料溫度，提高分離效果，改善過濾器的運行情況。通過技術(shù)改造，更新過濾器類型和濾袋/濾芯材質(zhì)，減少過濾器的清理頻次，降低廢液排放量。