EC3216A型分散劑在丙烯腈裝置上的工業應用

吳玉棟，張沛存，宮曉燕，任林剛

（中國石油化工股份有限公司齊魯分公司腈綸廠，山東 淄博 255040）

EC3216A型分散劑在丙烯腈裝置上的工業應用

吳玉棟，張沛存，宮曉燕，任林剛

（中國石油化工股份有限公司齊魯分公司腈綸廠，山東 淄博 255040）

介紹了納爾科工業服務（蘇州）有限公司開發的 EC3216A型丙烯腈分散劑，在齊魯丙烯腈裝置上進行工業試驗，來提升回收塔（T-104）和四效系統的操作效率。試驗證明：分散劑EC3216A能夠有效的分散丙烯腈生產系統中已經形成的聚合物，防止在系統中形成大顆粒聚合物，減少聚合物累積，提高塔及換熱設備的運行效率，延長裝置運行周期。

丙烯腈，分散劑，EC3216A型，運行周期

丙烯腈(AN) 是有機合成工業中的重要單體。由于其結構式上的雙鍵使得化學性質比較活潑, 會發生自聚、共聚、水解等化學反應。在生產加工過程中,由于丙烯腈聚合的發生，一方面，導致產品收率下降；另一方面，聚合物沉積在系統內，造成換熱器、塔盤及工藝管道的阻塞, 所以在生產過程中必須加入一定量的阻聚劑來抑制丙烯腈聚合的發生[1-3]。

目前，丙烯腈反應器后冷器堵塞和回收塔(T-104)48～54#塔盤降液管堵塞是影響國內丙烯腈裝置長周期運行的主要因素[4-7]。中國石化股份有限公司齊魯分公司丙烯腈裝置因回收塔(T-104)48～54#塔盤附近物料聚合較嚴重，造成物料損失，甚至多次出現聚合物堵塞降液管造成裝置停車問題，影響了裝置穩定運行；同時，由于四效單元聚合物較多，每隔5個月就必須停運清理。為了解決以上問題，保證裝置長周期運行，2010年4月齊魯公司腈綸廠在與納爾科工業服務（蘇州）有限公司進行技術交流后，決定在T-104系統加入EC3216A型分散劑進行工業試驗，希望通過本次試驗確認藥劑是否能夠解決T-104塔進料板附近及四效單元聚合物積聚問題，以消除裝置運行瓶頸。試用自 2011年 2月12日開始，至4月14日結束。試驗結果表明 ；分散劑 EC3216A能夠有效的分散丙烯腈生產系統中已經形成的聚合物，防止在系統中形成大顆粒聚合物，減少聚合物累積，提高塔及換熱設備的運行效率，降低裝置能耗，延長裝置運行周期。

1 EC3216A型丙烯腈分散劑

EC3216A型分散劑是納爾科公司針對丙烯腈生產工藝過程中的聚合問題開發生產的高效阻垢劑［8，9］，是一種針對自由基聚合機理的水溶性分散劑。EC3216A采用多極性的長鏈分子作為分散劑，長鏈分子纏繞在聚合物顆粒周圍，這樣使聚合物顆粒被“隔絕”起來，從而降低聚合物顆粒聚集成大顆粒沉積在系統中，堵塞塔盤、降液管及換熱器列管，延長裝置運行周期。實驗室證明其分散性能均優于：磺化油、磺化脂肪酸、硫酸化油、硫酸化脂肪酸、萘磺酸甲醛、磺酸、十二烷基苯磺酸、木素硫酸（lignosulfate）金屬鹽（如美國專利5 650 072、4 650 072、5 746 924和3 691 226中所述）等分散劑。其有效成分為苯乙烯磺酸鹽聚合物，分子量為50 000至2 000 000道爾頓，具體分子結構見圖1。

圖1 苯乙烯磺酸鹽聚合物分子結構Fig.1 Molecular structure of styrene sulfonic acid salt polymer

其中：M是氫、堿金屬、銨或其混合物，R是氫、烷基、芳基、烷基芳基，R可以包含雜原子，n是整數。

2 EC3216A型分散劑試驗方案

2.1 EC3216A質量指標

分散劑EC3216A質量指標如表1。

表1 EC3216A質量指標Table 1 Quality indicators of dispersant EC3216A

2.2 分散劑加入量及控制

1）依據回收塔底出料量 10 t/h 計算，開始加注 5×10-6濃度的藥劑量，然后每周提高 5×10-6濃度加入量，直至 40×10-6。藥劑的加入量通過計量泵的沖程來調節。

2）藥劑濃度至40×10-6后，根據系統運行情況對藥劑加注量進行調整，最終

加注濃度控制在35～90×10-6。

3）每次提高藥劑注入濃度前后，應注意觀察系統運行狀況是否正常。如果發現異常，排除異常后再提高藥劑量。

2.3 注入方式

用柱塞泵均勻連續注入。

2.4 注入位置

連續加入到T-104塔進料和塔釜出料去四效的工藝管線中。EC3216A型丙烯腈分散劑加入位置見圖2。

3 試驗結果與討論

3.1 現場加藥過程

原計劃分散劑的試驗工作自2011年在2月至6月共進行四個月，由于齊魯公司丙烯腈裝置停車改造時間提前，所以實際試用時間為2月13日-4月15日較原計劃少了2個月，為了能看到試用效果。納爾科公司與腈綸廠協商同意后，將藥劑提高濃度的幅度和頻次進行適當的調整。在試用末期，針對回收塔再沸器、四效蒸發器列管管程堵塞較多的情況，提高回收塔的加入濃度和在四效入口加入分散劑(表2)。

圖2 EC3216A型丙烯腈分散劑加入位置Fig.2 EC3216A type acrylonitrile dispersant join position

表2 EC3216A型丙烯腈分散劑加入量調整情況Table 2 EC3216A type acrylonitrile dispersant addition amount adjustment

3.2 試驗結果及討論

3.2.1 回收塔（T-104）負荷升高，能耗降低

由圖 3可知在分散劑沒使用前的 2010年 10月31日至2011年2月20日，T-104塔的平均進料量為110.17 t/h，使用分散劑后的2011年2月21日至4月15日，T-104塔的平均進料量為110.65t/h，使用后比使用前進料量增加0.48 t/h，保持高負荷運行。由圖4可知，在分散劑沒使用前的2010年10月31日至2011年2月20日，E-145蒸汽消耗量為19.87 t/h，使用分散劑后的2011年2月21日至4月15日，E-145蒸汽消耗量為18.72 t/h，使用后比使用前蒸汽量降低1.15 t/h，可使丙烯腈單位能耗降低17.48 kg標油/t，節能效果非常顯著。

由圖4可知，再沸器E145分別在2010年9月20和11月30日進行水壓清洗，在沒有使用分散劑時運行周期只有2個月，而試用分散劑期間再沸器運行4個多月以后，蒸汽用量仍然保持平穩趨勢，說明加注分散劑后再沸器列管聚合物堵塞狀況得到明顯改善，延長運行周期效果明顯。

圖3 試驗前后T-104塔進料量Fig.3 Feed rate of T-104 tower before and after test

圖4 試驗前后E-145的蒸汽流量Fig.4 Steam flow of E-145 before and after test

3.2.2 T104塔48～51#塔板聚合物消除

由圖5和圖6可以看出，在沒有使用分散劑前，2009年6月份對T-104塔塔盤清理時，51#塔板降液管被聚合物幾乎全部堵塞，而使用分散劑后，2011年4月份檢修時，同部位沒發現聚合物。48#塔板情況也是如此。說明EC3216A型丙烯腈分散劑確實具有防止聚合物聚集沉積，且能促進之前沉積聚合物的溶解消除[8]作用，提高塔盤的分離效率。

3.2.3 T104塔再沸器E145列管堵塞減少

由圖 7和圖 8對比可以看出，分散劑使用前2010年11月30日對T-104塔再沸器E145清理時，再沸器列管有80%以上被堵塞，其中有50%的列管被全部堵死，且清理難度很大，清理出聚合物為黑色帶有粘性，經過對聚合物分析為丙烯腈、氫氰酸、丙烯醛等形成的共聚物，還有丙烯腈水解生成的丙烯酰胺類聚合物。

圖5 2009年6月T-104塔51#塔板降液管Fig 5 Picture of downcomer on 51#tower inT-104 tower board in June 2009

圖6 2011年4月T-104塔51#塔板降液管Fig.6 Picture of downcomer on 51 # tower inT-104 tower board in April 2011

圖7 2010年11月30日T-104塔再沸器E145列管情況Fig.7 Picture of tubes in E145reboiler of T-104 tower in November , 2010

圖8 2011年4月T-104塔再沸器E145列管情況Fig.8 Picture of tubes in E145reboiler of T-104 tower in April 2011

2011年4月份檢修時未見到明顯的聚合物和列管被堵死現象，列管表面的聚合物也非常容易清理。再沸器運行4個月后聚合物反而比運行2個月少很多，說明加分散劑后聚合物不會再沉積在再沸器列管中，且已經沉積的聚合物被溶解的結果，因此，再沸器運行周期延長。

3.2.4 四效蒸發系統捕沫網聚合物消除

由圖9可以看出，分散劑使用前，2009年檢修時第一效浦沫網由于堵塞嚴重被迫廢棄，對各效列管檢查的情況是：第一效蒸發器列管堵塞率達到80%，二效20%，第三、四效列管堵塞較少。分散劑使用后，2011年4月檢修時四效捕沫網聚合情況見圖10，聚合物基本消除，對四效蒸發器列管堵塞情況檢查結果如下：一效：無；二效：4個；三效：3個。四效：1/3 ～ 1/4。說明分散劑使用效果明顯，四效裝置聚合物被分散、后移。同時藥劑使用后消除了浦沫網堵塞影響四效裝置運行問題。

圖 9 2009年9月檢修時四效捕沫網聚合情況Fig.9 Polymerization situation on foam capture nets of four-effect evaporator during maintenance in September 2009

圖10 2011年4月檢修時四效捕沫網聚合情況Fig. 10 Polymerization situation on foam capture nets of four-effect evaporator during maintenance in April 2011

3.3 分散劑效果總結

1）有效減少了T-104塔48～54#塔板間的垢物；保障了回收塔的長周期運行。

2）藥劑使用以后，回收塔再沸器底部黑色黏稠物質明顯減少。

3）再沸器受到藥劑保護，結垢減少，換熱效率增加，節省蒸汽。

4）四效各蒸發器堵塞明顯減少，消除了因捕沫網堵塞影響四效裝置運行問題。

3.4 經濟效益評價

1）回收塔再沸器換熱效率提高，節約蒸汽費用。

滿負荷的再沸器一個運行周期，伴隨結垢增加換熱效率下將，蒸汽用量將逐步上升。藥劑使用后，再沸器結垢明顯減少，保證了再沸器的換熱效率，減少了蒸汽消耗。使用后比使用前蒸汽量降低1.15 t/h，蒸汽價格186元（不含稅）年可節約費用：1.15 ×24×365×186＝187.38(萬元)。

2）回收塔及其再沸器、四效蒸發器的運行周期延長減少了檢修成本，每年少處理一次回收塔再沸器及四效裝置，減少處理回收塔再沸器清理費用約2.5萬元，減少四效裝置檢修處理費用清理換熱器費用7.4萬元，因四效處理產生的廢水處理費用約6.2萬元。合計增加效益16.1萬元。

3）分散劑成本

分散劑每年用量20 t左右，成本140萬元。

4）全年增加效益

187.38+16.1-140=63.1(萬元)。

4 結 論

1）分散劑EC3216A能夠有效的分散丙烯腈生產系統中已經形成的聚合物，防止在系統中形成大顆粒聚合物，減少聚合物累積，提高T-104塔、四效及E-145換熱設備的運行效率，降低裝置能耗，延長裝置運行周期。

2）分散劑使用后不僅可以減少聚合物在系統內積聚堵塞，提高塔器及換熱器的分離效率和換熱效率，降低E-145及四效的蒸汽消耗，而且可以使丙烯腈單位能耗降低17.48 kg標油/t，每年為企業增加63.1萬元效益。

3）該應用成果在全國丙烯腈行業有十分重要的推廣應用價值。

［1］韓國梁.丙烯腈阻聚劑簡介[J].蘭化科技，1990，7（1）：25-30.

［2］金耀琴,嚴盛宏.仿丙烯腈生產過程研究ZC - 01阻聚劑的阻聚效果[J]. 石化技術與應用，2004,22（1）：35-37.

［3］張沛存. 20Y3100型丙烯腈阻聚劑的工業試驗[J].當代化工，2011，40（7）：739-742．

［4］宮曉燕，張沛存，李忠杰,等.丙烯腈裝置回收塔內聚合物生成原因的分析[J]. 石油化工，2006,35（6）：570-574.

［5］李成葆，雷承凱，刑德娜.丙烯腈裝置長周期運行的技術分析與對策[J].煉油與化工，2003，14（2）：21-26．

［6］崔斌，王利華，王少青.丙烯腈生產中影響“回收塔長周期運行”的因素探討及對策[J].內蒙古石油化工，2006，（5）：24-25．

［7］張沛存.影響丙烯腈裝置長周期運行原因分析及對策[J].齊魯石油化工,2011,39(3):173-178．

［8］納爾科公司．用于丙烯腈的防污分散劑:中國,CN 102216261A[P]. 2011-10-12．

［9］蔡光亮. 分散劑和阻聚劑在上海賽科丙烯腈裝置上的應用: 第九屆全國丙烯腈行業年會文集[C] . 寧波:全國丙烯腈行業協作組,2011-10.

Industry Application of EC3216A Type Dispersant in Acrylonitrile Device

WU Yu-dong, ZHANG Pei-cun, GONG Xiao-yan, REN Lin-gang
（Sinopec Qilu Branch Acrylic Fiber Plant，Shandong Zibo 255040, China）

EC3216A type acrylonitrile dispersant developed by Hucknall industrial service (Suzhou) Co., Ltd was introduced as well as its application in Qilu acrylonitrile device to improve operational efficiency of recovery tower (T-104) and four-effect evaporation system. Experiment results show that dispersant EC3216A can effectively disperse polymers that have been formed in the acrylonitrile production system, prevent formation of large particles in the system, reduce accumulation of polymers, improve the operation efficiency of tower equipments and heat exchangers,extend operation cycle of the plant.

Acrylonitrile; Dispersing agent; EC3216A type; Operation cycle

TQ 226.61， TQ 314.255

A

1671-0460（2012）06-0620-05

2012-01-31

吳玉棟（1971-），男，山東淄博人，工程師，1992年畢業于石油大學，中國石油化工股份有限公司齊魯分公司腈綸廠，長期從事丙烯腈的生產與技術管理。E-mail：adong4321@sina.com。