200 kt/a聚酯裝置縮聚釜三甘醇清洗工藝的優(yōu)化

何 達(dá)

(中國石化股份有限公司天津分公司化工部,天津 300271)

中國石化股份有限公司天津分公司(簡(jiǎn)稱天津石化)化工部200 kt/a聚酯裝置是引進(jìn)德國吉瑪工藝技術(shù)，以精對(duì)苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)為原料，連續(xù)生產(chǎn)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)熔體,由2條生產(chǎn)線(14區(qū)、15區(qū))組成。吉瑪工藝采用經(jīng)典的五釜流程，設(shè)2個(gè)酯化釜、3個(gè)縮聚釜。裝置停車后通過熱EG洗釜可以將酯化Ⅰ釜、酯化Ⅱ釜附壁物料基本清除，裝置檢修中輔之人工清掃，可以達(dá)到酯化釜內(nèi)潔凈的目的[1]。但是，縮聚釜特別是預(yù)縮聚Ⅱ釜及終聚釜降溫后釜壁、盤環(huán)、攪拌軸、釜底殘留大量物料，殘留物料冷卻后變得堅(jiān)硬，難以人工清除；在裝置開車升溫后掛壁物料受熱發(fā)生降解和碳化，致使開車后PET熔體色相長時(shí)間不合格，造成放流量增加、產(chǎn)品降等等問題。

2016年，天津石化開始探索使用三甘醇(TEG)對(duì)200 kt/a聚酯裝置14區(qū)的聚合釜進(jìn)行清洗，在清洗過程中由于時(shí)間短、方案不全面，無任何操作經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)設(shè)備泄漏、反應(yīng)釜及管線中殘留TEG等問題[2-5]。作者在原清洗作業(yè)的基礎(chǔ)上對(duì)聚合釜TEG清洗工藝進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，在確保作業(yè)安全、達(dá)到清洗效果的前提下，減輕了人工清掃的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了TEG殘留和熔體放流量，改善了開車后PET熔體色相。

1 TEG清洗原理

縮聚釜內(nèi)冷卻結(jié)焦物屬于酯類有機(jī)物和碳化物[2]。酯與醇在一定條件下發(fā)生醇解反應(yīng)，該反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，加入TEG可以使釜內(nèi)酯類有機(jī)物不斷醇解。TEG是一種溶劑，可以使部分熔體溶解，即使碳化物也可以被松動(dòng)。結(jié)焦物在TEG中的醇解和溶解與溫度有較大關(guān)系，當(dāng)溫度升至熔體熔點(diǎn)，晶格破壞，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，有利于TEG分子滲透到熔體分子之間，使熔體逐步溶脹直至溶解[3]。理論上TEG清洗溫度越高，溶解效果越好，清洗效果越好。但是，常壓TEG沸點(diǎn)為278.3 ℃，溫度過高，會(huì)導(dǎo)致TEG大量蒸發(fā)，降低清洗效果。

2 TEG清洗工藝方案

2.1 原TEG清洗工藝方案

2016年，聚合裝置TEG清洗作業(yè)包括對(duì)14區(qū)和15區(qū)酯化釜和縮聚釜的清洗，以14區(qū)為例，清洗工藝方案主要有以下步驟。

(1)14區(qū)各反應(yīng)釜升溫后，從漿料罐頂部加料口經(jīng)桶式泵打入25 t TEG。

(2)TEG經(jīng)漿料泵打入酯化Ⅰ釜內(nèi)，保持酯化Ⅰ釜溫度在200～220 ℃，壓力為微正壓20～30 kPa，同時(shí)檢查壓差、浮筒液位計(jì)。

(3)酯化Ⅰ釜進(jìn)完TEG后，通過氮?dú)饧訅簩EG輸送到酯化Ⅱ釜中，酯化Ⅱ釜溫度保持在220～230 ℃，壓力為微正壓10 kPa，此時(shí)由于酯化Ⅱ釜通過工藝塔進(jìn)行放空，因此需要現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)補(bǔ)加氮?dú)饩S持酯化Ⅱ釜壓力，同時(shí)檢查壓差、浮桶液位計(jì)。

(4)液位計(jì)標(biāo)定完成后，通過氮?dú)饧訅簩EG輸送至預(yù)縮聚Ⅰ釜，關(guān)閉預(yù)縮聚Ⅰ釜真空檢測(cè)端，現(xiàn)場(chǎng)充氮?dú)?，保持預(yù)縮聚Ⅰ釜微正壓，溫度230～240 ℃，同時(shí)檢查浮桶液位計(jì)。

(5)通過氮?dú)饧訅簩EG移送到預(yù)縮聚Ⅱ釜，關(guān)閉預(yù)縮聚Ⅱ釜真空檢測(cè)端，緩慢調(diào)節(jié)預(yù)縮聚Ⅱ釜熱媒加熱溫度，升溫至265 ℃，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)充氮?dú)猓３诸A(yù)縮聚Ⅱ釜微正壓，根據(jù)液位指示啟動(dòng)攪拌，清洗4～6 h。

(6)預(yù)縮聚Ⅱ釜清洗后，通過氮?dú)饧訅汉蛦?dòng)1臺(tái)預(yù)縮聚物輸送泵將TEG壓送到終縮聚釜，關(guān)閉終縮聚釜真空檢測(cè)端，保持釜溫在265～268 ℃，現(xiàn)場(chǎng)充氮?dú)猓３纸K縮聚釜微正壓，根據(jù)液位指示啟動(dòng)攪拌，清洗6～8 h。

(7)清洗后，在熔體輸送泵出口排閥處接DN25臨時(shí)不銹鋼管線，臨時(shí)管線經(jīng)過水槽冷卻后接往14區(qū)樓外，水槽內(nèi)裝0.5 t冷TEG，槽內(nèi)有一組盤管，盤管內(nèi)通入冷卻水進(jìn)行冷卻，14區(qū)樓外設(shè)置固定管線和閥門的架臺(tái)，安裝兩個(gè)旋塞閥，閥下連接一段軟管伸入排放桶內(nèi)，低速啟動(dòng)1臺(tái)88泵，將解聚料排入桶內(nèi)回收。

2.2 TEG清洗工藝優(yōu)化方案

2020年，對(duì)聚合裝置原TEG清洗工藝方案進(jìn)行了優(yōu)化：(1)2個(gè)酯化釜不進(jìn)行TEG清洗，只對(duì)3個(gè)縮聚釜進(jìn)行TEG清洗，簡(jiǎn)化了清洗方案，縮短了清洗時(shí)間；(2)裝置TEG清洗用量100 t，每區(qū)用量為50 t，比2016年增加25 t，增大清洗效果；(3)清洗作業(yè)選在裝置停車后、系統(tǒng)降溫前。

在系統(tǒng)升溫后裝置開車前進(jìn)行清洗作業(yè)存在較多弊端：(1)即使縮聚系統(tǒng)升溫至284 ℃蒸煮殘留TEG，也不能保證將TEG全部排出，反應(yīng)后會(huì)導(dǎo)致熔體發(fā)生醇解反應(yīng)；(2)TEG清洗后，必須啟動(dòng)EG循環(huán)泵，對(duì)真空浸沒罐進(jìn)行多次水洗，若開車前系統(tǒng)內(nèi)水分不能排凈，系統(tǒng)加入EG后，將影響真空系統(tǒng)的建立；(3)不能直觀檢查清洗效果。

根據(jù)原清洗經(jīng)驗(yàn)，TEG清洗作業(yè)難點(diǎn)是TEG進(jìn)系統(tǒng)和清洗后外排。2020年，對(duì)TEG進(jìn)料和清洗后外排方式進(jìn)行了改進(jìn)。槽車內(nèi)TEG由1臺(tái)揚(yáng)程為45 m的離心泵打入縮聚釜，離心泵出口管線安裝1個(gè)四通閥，現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)管線分別與3個(gè)縮聚釜本體DN25氦檢漏口相連，臨時(shí)管線總長度60 m。清洗后的TEG通過熔體泵經(jīng)熔體放流閥排出系統(tǒng)，排放路線為終聚釜、熔體泵、熔體過濾器、熔體分配閥、熔體放流閥、TEG收集槽、槽車。改進(jìn)后的TEG清洗工藝流程見圖1。

圖1 改進(jìn)后的TEG清洗工藝流程Fig.1 Improved TEG cleaning process1，12—槽車；2,11—離心泵；3—預(yù)縮聚Ⅰ釜；4—預(yù)縮聚Ⅱ釜；5—縮聚釜；6—預(yù)縮聚物泵；7—熔體泵；8—熔體過濾器；9—熔體放流閥；10—TEG收集槽

3 TEG清洗優(yōu)化工藝的實(shí)施

3.1 準(zhǔn)備工作

(1)在熔體放流口焊接法蘭，安裝排出管線，疏通熔體放流口。

(2)停車過程中將各縮聚釜、管道內(nèi)的物料排凈。

(3)縮聚釜排料作業(yè)過程中，將真空系統(tǒng)內(nèi)EG排凈至收集桶。

(4)縮聚系統(tǒng)內(nèi)EG全部排凈后，現(xiàn)場(chǎng)接好臨時(shí)管線，立即向預(yù)縮聚Ⅰ釜、預(yù)縮聚Ⅱ釜、終聚釜真空浸沒罐注水，液位保持在80%。

(5)TEG進(jìn)料之前，必須確認(rèn)以下閥門處于關(guān)閉狀態(tài)：酯化Ⅱ釜取樣閥、預(yù)縮聚Ⅰ釜與預(yù)縮聚Ⅱ釜及終聚釜液位自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、預(yù)縮聚物泵入口閥、出口排閥、預(yù)縮聚物過濾器入出口排閥、熔體泵入口閥、出口排閥、熔體過濾器排閥、熔體放流閥、切粒機(jī)熔體排閥。在切粒機(jī)鑄帶頭處安裝盲板，防止TEG泄漏。

(6)由于裝置上很多動(dòng)設(shè)備都是采用填料密封，TEG具有較強(qiáng)的滲透性和揮發(fā)性，特別是在高溫條件下極容易導(dǎo)致設(shè)備泄漏，引發(fā)安全事故。因此，向反應(yīng)釜進(jìn)TEG之前，縮聚釜、TEG進(jìn)料軟管必須多次進(jìn)行氮?dú)庵脫Q；消防報(bào)警控制系統(tǒng)、分散式進(jìn)風(fēng)及排風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

3.2 TEG清洗步驟

(1)預(yù)縮聚I釜熱清洗

預(yù)縮聚Ⅰ釜有效容積僅為22 m3，因此清洗時(shí)TEG進(jìn)料量約10 t，對(duì)應(yīng)浮筒液位計(jì)顯示為95%。將TEG輸送至預(yù)縮聚I釜后，控制預(yù)縮聚Ⅰ釜溫度270 ℃，用氮?dú)獗３诸A(yù)縮聚I釜微正壓，浸泡4～6 h。為了更好地控制預(yù)縮聚Ⅰ溫度，在熱清洗過程中，由液相熱媒控制釜溫，汽相熱媒停止使用。由于預(yù)縮聚Ⅰ釜沒有攪拌，因此清洗作業(yè)只依靠熱態(tài)TEG在釜內(nèi)浸泡。

(2)預(yù)縮聚Ⅱ釜及終聚釜熱清洗

清洗中每區(qū)TEG用量為50 t，因此在預(yù)縮聚Ⅰ釜內(nèi)始終保持10 t熱TEG進(jìn)行浸泡的前提下向預(yù)縮聚Ⅱ釜進(jìn)料TEG?？刂祁A(yù)縮聚Ⅱ釜溫度270℃，用氮?dú)獗３指獌?nèi)微正壓，當(dāng)液位達(dá)到15%時(shí)，啟動(dòng)預(yù)縮聚Ⅱ釜攪拌，當(dāng)預(yù)縮聚Ⅱ釜液位達(dá)到70%時(shí)TEG進(jìn)料量約20 t，隨著液位的升高，攪拌轉(zhuǎn)速逐漸提高至2.5 r/min。預(yù)縮聚Ⅱ釜熱清洗期間，釜內(nèi)TEG始終保持20 t，清洗10～12 h。

終聚釜熱清洗與預(yù)縮聚Ⅱ釜熱清洗區(qū)別不大，終聚釜溫度控制在270 ℃，用氮?dú)獗３指獌?nèi)微正壓，當(dāng)液位達(dá)到15%時(shí)，啟動(dòng)終聚釜攪拌，當(dāng)液位達(dá)到55%時(shí)TEG進(jìn)料量約20 t，隨著液位的升高，攪拌轉(zhuǎn)速逐漸提高至2.3 r/min。清洗12～14 h后通入氮?dú)鈱⒘蠅撼雠艃簟?/p>

(3)縮聚釜TEG移料

終聚釜液位自動(dòng)閥開度保持10%，啟動(dòng)1臺(tái)預(yù)縮聚物泵，開始向終聚釜移料。根據(jù)終聚釜、預(yù)縮聚Ⅱ釜液位變化，逐漸提高預(yù)縮聚物泵負(fù)荷至30%，增大向終聚釜的移料量。在移料過程中，通過控制終聚釜液位自動(dòng)閥開度，預(yù)縮聚物過濾器入口壓力始終控制在0.15 MPa以內(nèi)，防止TEG泄漏。當(dāng)終聚釜液位升高至80%時(shí)，啟動(dòng)熔體泵，向收集槽內(nèi)排放TEG。在排放過程中，熔體泵負(fù)荷最高不高于40%。預(yù)縮聚Ⅱ釜向終聚釜移料同時(shí)，打開預(yù)縮聚Ⅱ釜液位自動(dòng)閥，通過氮?dú)饧訅汉臀徊睿M(jìn)行預(yù)縮聚Ⅰ釜向預(yù)縮聚Ⅱ釜移料。

3.3 優(yōu)化前后清洗效果對(duì)比

TEG清洗工藝優(yōu)化后，預(yù)縮聚Ⅰ釜、預(yù)縮聚Ⅱ釜及終聚釜清洗效果明顯。預(yù)縮聚Ⅰ釜通過TEG浸泡，盤管、液位計(jì)浮筒、釜壁潔凈見本色，此外，TEG蒸汽冷凝過程中，對(duì)EG真空降液管也起到了一定的自潔作用；預(yù)縮聚Ⅱ釜攪拌軸、堰板、盤環(huán)、盤環(huán)支撐、釜壁物料經(jīng)過清洗基本被清除，真空刮板冷凝器緩沖罐、真空噴淋塔潔凈見本色；終聚釜攪拌軸、堰板、盤環(huán)、盤環(huán)支撐、釜壁物料基本被清除，真空刮板冷凝器緩沖罐、真空噴淋塔潔凈見本色。

TEG清洗工藝優(yōu)化后，由于沒有對(duì)酯化系統(tǒng)進(jìn)行清洗，因此整個(gè)清洗過程(包括進(jìn)料、清洗、排料)用時(shí)為43 h，而優(yōu)化前整個(gè)清洗過程用時(shí)長達(dá)72 h。優(yōu)化前，每個(gè)縮聚釜清洗時(shí)間僅為6～8 h，優(yōu)化后因每區(qū)TEG用量增加為50 t，預(yù)縮聚Ⅰ釜、預(yù)縮聚Ⅱ釜、終聚釜的清洗時(shí)間得到延長，分別為6，12，14 h，縮聚釜的清洗效果明顯提高。

與原清洗工藝相比，清洗工藝優(yōu)化后，預(yù)縮聚Ⅰ釜至刮板冷凝器氣相管線附壁碳化黑色物料減少約10 kg，預(yù)縮聚Ⅱ釜至刮板冷凝器氣相管線之間碳化黑色物料減少約15 kg，終聚釜至刮板冷凝器氣相管線之間碳化黑色物料減少約10 kg。

工藝優(yōu)化前，裝置開車初期熔體色相b值高達(dá)8～10，開車放流為51.07 t；工藝優(yōu)化后，裝置開車初期熔體色相b值保持在6～7，開車放流為32.69 t。

4 結(jié)論

a.根據(jù)原來的TEG清洗經(jīng)驗(yàn)，對(duì)聚酯裝置聚合釜TEG清洗方案進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，達(dá)到良好的清洗效果。

b.TEG清洗工藝優(yōu)化措施主要為：不對(duì)2個(gè)酯化釜進(jìn)行TEG清洗，只對(duì)3個(gè)縮聚釜進(jìn)行TEG清洗；每區(qū)TEG清洗用量50 t，比原來增加25 t；在裝置停車后、系統(tǒng)降溫前進(jìn)行清洗作業(yè)。

c.通過改進(jìn)優(yōu)化TEG清洗方案，沒有對(duì)酯化系統(tǒng)進(jìn)行TEG清洗，因而縮短了整個(gè)清洗過程的時(shí)間；且清洗縮聚釜的過程中增加了TEG用量，清洗時(shí)間延長，縮聚釜的清洗效果明顯提高。

d.以14區(qū)縮聚釜的清洗為例，與原清洗工藝相比，清洗工藝優(yōu)化后，縮聚釜的碳化黑色物料明顯減少，開車后熔體色相b值降低至6～7、熔體放流量降低至32.69 t。