丙酮氰醇法甲基丙烯酸生產系統堵塞及一級水解反應釜易損壞的原因分析和解決方法

陳曉雍(浙江新華新材料科技有限公司，浙江 江山 324123)

丙酮氰醇法甲基丙烯酸生產系統堵塞及一級水解反應釜易損壞的原因分析和解決方法

陳曉雍(浙江新華新材料科技有限公司，浙江 江山 324123)

對用丙酮氰醇和濃硫酸為原料生產甲基丙烯酸生產系統容易堵塞及一級水解搪玻璃反應釜容易損壞的原因進行了合理分析，并提出解決改進方法予以實施，達到了解決問題的目的。

丙酮氰醇法甲基丙烯酸生產工藝；系統堵塞；搪玻璃反應釜；噴射冷卻；玻璃釜耐溫差沖擊極限

利用丙酮氰醇和濃硫酸為原料，生產甲基丙烯酸工藝，其生產過程包括酰胺化、水解、真空精餾等工序。其生產工藝流程為：液體原料丙酮氰醇和過量濃硫酸通過計量泵進入混合釜混合，在常壓和一定的溫度條件下，進行酰胺化反應，反應液高位自流進入水解混合釜與水混合，然后通過水解反應熱依次進入一級、二級水解反應釜、冷卻器、沉降釜，最后進入中間槽，送精餾塔真空精餾，去除高沸點和低沸點雜質后，得到甲基丙烯酸產品。

其生產工藝介質涉及到濃硫酸、稀硫酸、甲基丙烯酸等強腐蝕性介質，因此均采用搪玻璃反應釜和換熱器等耐腐蝕設備及管道閥門材料。其中甲基丙烯酸產品含有雙鍵，在沒有阻聚劑存在的條件下極易自聚，從酰胺化開始至成品生產過程中，雖然在酰胺化過程中就添加固體阻聚劑，但還容易在設備、管道上產生聚合物造成系統堵塞，導致物料冒料、系統停產、原料消耗增加、成本增加等后果；其中水解反應還是一個放熱過程，水解反應溫度在135℃，需要冷卻水間歇冷卻。

1 存在的問題

（1）在丙酮氰醇法生產甲基丙烯酸生產裝置中，分別在水解混合釜中用振動器加入300ppm固體阻聚劑，和精餾成品槽中預先加入150-300ppm阻聚劑，來防止甲基丙烯酸的聚合。但是在水解釜出口、沉降釜前搪玻璃套管式冷卻器及沉降釜等部位，每間隔十天左右，就發生一次系統堵塞，造成水解釜放空管冒料現象，需要停產清理聚合塊狀堵塞物。嚴重影響裝置的長周期穩定運行，同時現場環境帶來較大污染。

（2）在丙酮氰醇法生產甲基丙烯酸生產裝置中，一級水解反應釜是10立方米K式搪玻璃反應釜，其中的工作介質為40%稀硫酸的硫酸銨飽和溶液，反應壓力（高位位差）為0.12MPa，反應溫度135℃，水解反應是放熱反應，夾套采用循環冷卻水間歇噴射冷卻，冷卻水進入搪玻璃反應釜夾套內直接汽化為蒸汽排放，通過冷卻水汽化吸熱，移走水解反應熱，并通過氣動閥控制噴射冷卻水的時間來實現反應釜內的溫度。一級水解搪玻璃反應釜，在10-12月的三個月時間內，連續損壞三臺，基本上一個月就發生一次。

2 原因分析

（1）系統堵塞原因：在甲基丙烯酸的生產工藝過程中，雖然分別在水解混合釜中，和精餾成品槽中加入阻聚劑，還是經常發生甲基丙烯酸的聚合現象。原因第一是使用振動式固體加料器投加的阻聚劑數量不均勻，造成部分物料中的阻聚劑含量不足而自聚；第二是水解、冷卻、沉降工藝過程中局部溫度較高，在搪玻璃釜式反應器物料沒有滿液，存在氣相的甲基丙烯酸，極易發生自聚，脫落后就會造成系統堵塞；第三是工藝裝置沒有配置合適的機械過濾器，及時去除生產過程中的自聚物。

（2）一級水解搪玻璃反應釜容易損壞的原因：水解反應是放熱反應，夾套采用循環冷卻水間歇噴射冷卻移走反應熱，控制釜內反應溫度135℃。經分析，造成搪玻璃釜損壞的原因有二：原因之一是循環冷卻上水的溫度基本上夏天為32℃，冬天在15℃左右，而反應釜內的溫度最高達到135℃，冬天二者溫差達到110℃以上，超過搪玻璃釜耐冷沖擊110℃的極限，造成搪玻璃暴瓷損壞；原因之二是冷卻水直接噴射到搪玻璃釜內壁，加快搪玻璃反應釜沖擊損壞。

3 解決方案

（1）系統堵塞解決方案：第一是采用帶變頻的螺帶式雙螺桿自動喂料機，代替震動式固體阻聚劑加料器，保證投加的阻聚劑數量準確穩定，物料中的阻聚劑含量自始至終穩定在150-300ppm之間，避免因阻聚劑投加不均勻造成的自聚；第二是對釜式反應器、換熱器等設備的管道系統進行改造，提高物料的出料管安裝高度，保證所有設備內部全部充滿液體物料，避免甲基丙烯酸氣相物料積聚后的自聚；第三是在水解釜出口增加二個機械過濾器，一開一備運行，主動濾除系統中的固體雜質，每隔一定周期切換清理，減少自聚物造成的系統堵塞，保證生產裝置的長周期運行。

（2）根據造成一級水解反應釜容易損壞的原因分析，可以采取溫度超過80℃的熱水和避免冷卻水直接噴射到反應釜內層外壁。

具體改進方案如下：第一對水解混合釜反應放熱產生的連續的常壓蒸汽進行收集綜合利用，來加熱噴射水槽內的冷卻水，利用甲基丙烯酸裝置原有的伴熱管道系統熱水循環泵，給一級水解反應釜提供80℃以上冷卻噴射熱水，降低一級水解搪玻璃反應釜內與冷卻水的溫差，控制溫差在50℃以內，有效避免搪玻璃釜冷熱沖擊造成的設備損壞。第二在冷卻水進入反應釜夾套的進口管口處，設置一個進水分布器，避免噴射冷卻水直接與反應釜內層外壁接觸，減緩反應釜的損壞。

4 結語

（1）經過改進固體阻聚劑的投加設備、改進系統設備的進出口管道、增加機械過濾器后，丙酮氰醇法甲基丙烯酸生產裝置的穩定運行時間，從原來的十天停產一次，到改進后的二個月一次，產品的原材料單耗降低5%，產品成本降低，經濟效益顯著，現場環境得到大大改善。

（2）丙酮氰醇法生產甲基丙烯酸一級水解搪玻璃反應釜的冷卻水系統，經過單獨提供溫度超過80℃以上冷卻噴射熱水，并改進噴射管出口結構，穩定運行二年，沒有發生搪玻璃反應釜損壞的情況。

[1]《化工工藝設計手冊》下冊第35章“搪玻璃設備”.

[2]“甲基丙烯酸車間安全技術操作規程”.