普利斯二代乙氧基化裝置提高單批次體積增長比改造設計

劉 偉

（中國石油 撫順石化公司合成洗滌劑廠， 遼寧 撫順 113109）

普利斯二代乙氧基化裝置提高單批次體積增長比改造設計

劉 偉

（中國石油 撫順石化公司合成洗滌劑廠， 遼寧 撫順 113109）

提出了普利斯二代乙氧基化裝置提高單批次體積增長比改造設計方案，并以生產200 t PEG-2000為例進行設計，結果表明循環泵最小啟動量由4.6 m3降至1.7 m3，單批次體積增長比由6增加至16，噸產品成本下降59.12元。

普利斯二代；乙氧基化；單批次；體積增長比

乙氧基化反應是由各種可聚合的碳鏈起始劑，如脂肪醇、壬基酚、乙二醇、脂肪酸、脂肪胺等，與環氧乙烷（EO）發生的聚合反應[1,2]。反應是在乙氧基化反應器中進行，目前國內外主要的乙氧基化反應器主要有三種：攪拌釜式反應器、普利斯（Press）循環噴霧反應器和HH噴射式反應器[3-5]。

撫順石化公司合成洗滌劑廠乙氧基化裝置（以下簡稱本裝置）是1992年引進的Press二代循環噴霧反應器。為提高本裝置在生產高加合數產品時的效率、降低產品的能耗和物耗，進行提高單批次體積增長比改造設計研究。

1 單批次體積增長比

本裝置反應單元工藝流程見圖 1，設備參數見表1，設計參數見表2。

物料經反應循環泵、反應回路換熱器進入反應器，與EO發生反應后進入接受器，如此循環直至反應結束[6]。

在反應過程中，隨著EO加合數的增加，接受器內物料越來越多，體積也逐漸增大，在達到或接近接受器體積時，批次反應結束。若想繼續提高EO加合數，就必須卸出一部分產物，終止反應，余下的繼續反應，如此反復，直至達到目的加合數。然后將卸出的中間產物重新加入催化劑，按上述方法逐一加合到目的加合數[7]。所以本裝置在生產高加合數產品時存在工序復雜、產量不易控制、催化劑消耗大和能耗高的問題。

圖1 反應單元工藝流程Fig.1 Process of reaction unit

單批次體積增長比就是指在批次反應結束時，終產品的體積與碳鏈起始劑體積的比值。該值主要受三個因數的影響，連起始劑用量、接受器的體積和循環泵最小啟動量。循環泵最小啟動量就是可以保證反應循環泵啟動的最小鏈起始劑體積，也就是物料循環一周所需要的時間與反應循環泵流量的乘積[8]。根據表1、2數據，經計算可知，本裝置物料循環一周所需要的時間為35 s。

起始劑用量不同單批次體積增長比也不同，當起始劑用量等于循環泵最小啟動量時，單批次體積增長比最大，也就是單批次最大生產能力與循環泵最小啟動量的比值[9,10]。

以生產PEG產品為例，原料二乙二醇的密度按0.8 kg/cm3計算，產品PEG的密度按1.0 kg/cm3計算，其反應方程式如下[11]。

二乙二醇 +nEO PEG

經計算，本裝置若生產PEG產品，EO的最大加合數是 13.9，也就是說，對于 PEG系列產品（PEG-400、600、800、1 000、1 500、2 000、3 000、4 000、6 000），就單批次而言，本裝置僅能生產PEG-400、600兩個牌號。以生產200 t PEG-2000為例進行計算，第一步，以二乙二醇為原料，按循環泵最小啟動量4.6 m3加入起始劑，需要3個批次，生產75 t PEG-720；第二步，以PEG-720為原料，按每批生產PEG-2000 25 t的原則，每批次需要9噸 PEG-720作為起始劑，8個批次后可生產PEG-2000 200 t，但剩余PEG-720 3 t，若全部轉化為PEG-2000，還需要1個批次。所以說，生產200噸 PEG-2000累計需要 12個批次，實際產量為208.3 t。

表1 反應單元設備參數Table 1 Equipment parameter of reaction unit

表2 反應單元設計參數Table 2 Design parameter of reaction unit

2 提高單批次體積增長比設計方案

在接受器體積不能改變的前提下，若想提高單批次體積增長比，只有降低起始劑用量，尤其是循環泵最小啟動量，為此提出增設小循環改造設計方案，對應的原方案，我們稱之為大循環。改造后反應單元工藝流程見圖2。

圖2 改造后反應單元工藝流程Fig.2 Process of reaction unit after transform

物料首先經反應循環泵 PC-104、反應回路換熱器E-108進入反應器，與EO發生反應后進入接受器，開始小循環，待物料體積達到大循環所需的循環泵最低啟動量后，再改為大循環，即物料經反應循環泵PC-101、反應回路換熱器E-101進入反應器，與EO發生反應后進入接受器，如此循環直至反應結束。

同樣以單批次生產PEG-2000為例，經計算，本裝置改造后小循環循環泵最小啟動量為1 700 L，單批次體積增長比為 1～16。根據物料循環一周所需要的時間為35 s，確定小循環循環泵的流量為170 m3/h，反應回路換熱器換熱面積為60 m2。詳見表3。

表3 改造后反應單元參數Table 3 Parameter of reaction unit after transform

3 改造效果

以生產PEG-2000 200 t為例，催化劑用量是相對終產品0.3%，改造前需要生產12個批次，終產品產量相當于283.3 t，耗催化劑850 kg；改造后需要生產8個批次，終產品產量為200 t，耗催化劑600 kg。改造前后反應單元各操作工序所需時間見表4，能耗見表5。催化劑價格按908.3元/t計算，改造前生產200 t PEG-2000的催化劑及能耗成本為477.76元/t，改造后為418.64元/t，節約59.12元/t。

表4 反應單元各工序所需時間Table 4 Required time of each reaction unit process

表5 改造前裝置能耗Table 5 Device power consumption before transform

4 結 論

綜上所述，通過增設小循環對本裝置進行提高單批次體積增長比改造后，一方面可以簡化本裝置在生產高EO加合數產品時的流程，合理排產；另一方面，還可以降低產品的能耗和物耗。以生產PEG-2000 200 t為例，循環泵最小啟動量由4.6 m3降至1.7 m3，單批次體積增長比由6增加至16后，噸產品成本可下降59.12元。

［1］ 向玨貽.乙氧基化反應器的技術進展[J].能源化工，2016，37(4)：11-15．

［2］ 孫京津．一種新的乙氧基化反應器——介紹 Buss公司生產的回路反應器[J].表面活性劑工業，1995(1)：46-49．

［3］ 劉偉.兩種乙氧基化技術及其對醇醚性能的影響[J].中國洗滌用品工業，2016(2)：71-74．

［4］ 范存良，楊忠保，奚軍.連續乙氧基化反應技術的研究[J].日用化學品科學，2000，23(增刊1)：44-47．

［5］ 秦勇.淺談我國乙氧基化生產工藝的發展趨勢[J].日用化學品科學，2014，37(11)：1-6．

［6］ 劉偉.普利斯二代乙氧基化裝置擴能改造設計[J].當代化工，2016，45(4)：794-795．

［7］ 李佳，安維中，張海濱，等.外循環噴霧式乙氧基化反應器的數學模型與模擬[J].化工學報，2010，61(12)：3180-3185．

［8］ 章于川，錢家盛，畢紅，等.聚氧乙烯型表面活性劑的乙氧基化工藝及國內發展現狀[J].安徽化工，1999(4)：2-6．

［9］ 錢梁華，呂海麗.乙氧基化反應工藝條件的優化[J].石油化工技術與經濟，2016，32(2)：16-20．

［10］劉曉東，尤成宏，李寧，等.典型乙氧基化工藝對比[J].當代化工，2013，42(8)：1109-1111．

［11］安維中，李佳，張海濱，等.乙氧基化反應器的模型化及其研究進展[J].現代化工，2010，30(3)：17-21．

Transformation Design of PressⅡEthoxylation Device for Increasing Single Batch Volume Growth Ratio

LIU Wei

（PetrolChina Fushun Petrochemical Company Synthetic Detergent Factory, Liaoning Fushun 113109, China）

Transformation design scheme of PressⅡethoxylation device for increasing single batch volume growth ratio was put forward by taking producing 200 ton PEG-2000 as an example. The results showed that the least star quantity of loop pump was decreased from 4.6 m3to 1.7 m3, single batch volume growth ratio was increased from 6 to 16, product cost was decreased by 59.12 Yuan/ton.

PressⅡ; Ethoxylation; Single batch; Volume growth ratio

TQ 201

A

1671-0460（2017）04-0721-03

2017-03-15

劉偉（1970-），男，遼寧撫順人，高級工程師，工程碩士，1992年畢業于中山大學化學系，從事表面活性劑的科研和生產工作。E-mail：liuwei999@petrochina.com.cn。