腈綸聚合裝置提高脫單塔脫單效果的技術改進

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改進

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，從設備、工藝及操作方面提出了技術改進措施。結果表明：脫單塔填料波紋板變形及破損、脫單塔存在壁流現象及脫單塔蒸汽工藝參數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料噴嘴、優化蒸汽工藝參數等技術改進，脫單塔脫單效果明顯提高，殘余單體含量降低了37.88%，且節能降耗效果明顯。

聚丙烯腈纖維脫單塔脫單效果殘單值技術改進

大慶石化公司腈綸廠腈綸聚合裝置引進美國氰胺公司專利技術，工藝上采用硫氰酸鈉(NaSCN)二步濕法水相懸浮聚合。聚合反應單體的轉化率為83%，還有17%的單體未發生反應，這部分單體殘留在聚合物漿液中，必須在脫單塔中進行脫除。如果不脫除這些單體，進入物料中影響原液質量，最終影響纖維的性能；在水洗工序，這部分單體會揮發進入空氣中，污染環境，傷害員工身體健康。聚合裝置共有4條并列的生產線，每條生產線對應1臺脫單塔。在生產過程中，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，嚴重影響了兩單消耗和外排污水化學耗氧量(COD)值，進而制約著腈綸的生產發展。作者從工藝、設備、操作方面進行了分析，找出了影響脫單效果的主要因素，并加以技術改進，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條并列生產線，每條生產線對應1臺脫單塔。從終止罐出來的聚合物漿液經泵輸送至脫單塔頂部進料，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行熱量交換，將聚合物漿液中殘余單體加熱到沸點65 ℃以上而揮發；負壓下，殘余單體和部分水蒸氣從塔頂抽走，再經冷卻器冷凝形成丙烯腈、醋酸乙烯酯、水的混合液進入傾析罐回收[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—進料噴嘴；4—冷卻器

目前，國內腈綸行業各企業的生產工藝不盡相同，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部采用NaSCN二步濕法水相懸浮聚合生產工藝，上海石化腈綸事業部的脫單塔結構為浮閥塔，大慶石化腈綸廠和安慶石化腈綸廠的脫單塔結構相同，均為波紋板填料塔。

2　脫單塔存在的問題及原因分析

試驗收集4臺脫單塔在改進前連續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。生產中工藝控制指標要求殘單值小于1 000mg/kg。

表1　改進前脫單塔平均殘單值

經過對脫單塔在生產運行過程中出現問題的狀態分析，以及檢修拆塔后對塔內部檢查確認，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，脫單塔無法運行下去，從而影響脫單效果。

(2)脫單塔存在壁流現象，防壁流圈變形嚴重，起不到防壁流效果，進入脫單塔的聚合物漿液壁流到塔底，未經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設置不合理。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到沸點，影響脫單效果。

(4)脫單塔進料流量控制不穩定，使脫單塔傳質傳熱始終處于不平衡狀態，影響脫單效果。

3　技術改進措施及效果

3.1技術改進措施

(1)對脫單塔填料進行更換。通過對脫單塔進行物料、能量平衡計算和工藝模擬計算，找出脫單塔填料在運行中不合理的地方，這些不合理的地方在于：漿液在填料內部流動性差，塔內真空度波動時，漿液易附著在填料波紋板表面，傳質效率低；填料液泛系數大，漿液不易連續通過填料，會在填料內部滯留，蒸汽和聚合物漿液在填料表面的換熱效果差。在重新設計填料結構時，針對傳質效率低的問題，通過調整填料盤的高度，利用填料盤與填料盤之間的液體噴濺傳質提供填料表面之外的傳質面，從而提高傳質效率；針對換熱效果差的問題，通過調整填料波紋板與水平面夾角角度，使漿液通過性增強，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)在對新的填料進行重新設計制造時，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行的情況下，能夠有較大強度和抗變形能力，從而解決填料腐蝕變形問題。

(3)更換新填料后，對脫單塔蒸汽參數進行優化。首先，保持原來的蒸汽流量參數550kg/h，現場調節蒸汽壓力，穩定后采樣進行化驗分析；然后，蒸汽流量參數設定為650kg/h，現場調節蒸汽壓力，穩定后采樣進行化驗分析。統計數據見表2。

表2　殘單值分析統計

由表2可以看出，蒸汽流量適當提高，脫單效果較好。但是，蒸汽流量不能繼續提高，因為在生產運行中，蒸汽流量增大，汽速增大，容易產生霧沫夾帶，將聚合物帶入脫單塔上封頭、冷卻器內，容易造成冷卻器列管結垢堵塞。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)脫單塔進料噴嘴重新設計。脫單塔進料噴嘴原來為擋板式，這種噴嘴使進入脫單塔的物料容易發生噴濺，霧沫夾帶現象嚴重。經過設計，采用螺旋式噴嘴取代原來的擋板式噴嘴，脫單塔進料穩定，物料分散均勻。另外，在操作調節上，不可大幅度調節進料閥門開度，使脫單塔進料始終處于穩定均勻進料狀態。

3.2技術改進效果

通過采取以上措施進行技術改進后，脫單塔運行狀態平穩。通過連續3個月的殘單值收集統計(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　技術改進后脫單塔平均殘單值

另外，技術改進后，裝置外排污水COD值明顯降低，技術改進前污水COD值為1 650mg/L，改進后污水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保壓力和后續污水處理都是大有裨益的。

根據改進后殘單值的統計計算，可減少單體損耗約20t/a，減少外排污水800t/a，每年可節約成本21萬元，節約污水處理費用110萬元，每年可獲得的直接經濟效益合計為131萬元。另外，生產運行平穩，可減輕工人的勞動強度，提高設備的運行周期。

4　結論

a. 通過對腈綸聚合裝置脫單塔的生產狀態分析，影響脫單效果的主要原因為：脫單塔填料波紋板變形、破損造成填料容易堵塞；脫單塔存在壁流現象；脫單塔蒸汽工藝參數不匹配；進料控制不穩定。

b. 通過對脫單塔填料進行重新更換、對脫單塔蒸汽工藝參數優化、進料噴嘴的改進和操作規范化等措施，脫單塔的脫單效果明顯提高，殘單值降低了37.88%，裝置生產運行更加平穩，且節能降耗效果明顯。

[1]宋玉國.優化工藝參數提高殘單脫除率[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，主要從事腈綸生產工藝管理。E-mail：zenghuayong81@163.com。

TQ342+.31

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1001- 0041(2016)04- 0069- 03