丙烯腈裝置急冷塔應(yīng)用情況分析

姜其舟

(中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600)

丙烯腈屬大宗基本有機(jī)化工產(chǎn)品，是三大合成材料-合成纖維、合成橡膠、塑料的基本原料，主要用于合成聚丙烯腈纖維、ABS/SAN樹(shù)脂、己二腈、丙烯酰胺等，在有機(jī)合成工業(yè)中用途廣泛[1]。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)丙烯腈行業(yè)快速發(fā)展，丙烯腈產(chǎn)能增加較快，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，各丙烯腈生產(chǎn)廠家越來(lái)越關(guān)注裝置丙烯腈精制回收率的提高，以期通過(guò)提高裝置精制回收率，降低裝置生產(chǎn)成本，提高裝置競(jìng)爭(zhēng)力。

據(jù)相關(guān)研究，丙烯腈產(chǎn)品損失主要發(fā)生在急冷塔，損失量約占總丙烯腈產(chǎn)量的6%以上，占全部損失的75%左右[2]。急冷塔是丙烯腈回收工段的重要設(shè)備, 主要用于絕熱冷卻反應(yīng)氣體, 中和未反應(yīng)的氨, 并脫除帶出的催化劑粉塵。丙烯腈主要損失原因是反應(yīng)氣體通過(guò)急冷塔時(shí)，丙烯腈會(huì)自聚或與剩余氨反應(yīng)，生成大分子重組分，造成丙烯腈損失。急冷塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及工藝參數(shù)調(diào)整是丙烯腈裝置提高精制回收率的主要手段之一，相關(guān)設(shè)計(jì)單位及生產(chǎn)廠家均作了大量的工作，本文將進(jìn)行進(jìn)一步的梳理分析。

1 丙烯腈裝置急冷塔設(shè)計(jì)概況

國(guó)內(nèi)丙烯腈裝置急冷塔設(shè)計(jì)主要分為兩段式急冷塔設(shè)計(jì)和一段式急冷塔設(shè)計(jì)兩種。

1.1 兩段式急冷塔工藝流程設(shè)計(jì)

兩段式急冷塔的作用為急冷、洗滌、增濕、中和。急冷塔分為上、下二段，下段主要作用是急冷、洗滌、增濕，上段中和除氨。

急冷塔下段氣體的冷卻是絕熱增濕過(guò)程。將反應(yīng)氣體由200～232℃進(jìn)一步降到83℃。氣體被循環(huán)噴淋絕熱增濕的同時(shí)，除去夾帶的催化劑、聚合物、部分丙烯醛、丙烯酸等。急冷塔的下段塔釜液從塔釜抽出，送至急冷塔釜液汽提塔，汽提回收丙烯腈和氫氰酸，汽提塔釜液將送到廢物處理系統(tǒng)焚燒處理。

急冷塔上段主要是加入硫酸除去反應(yīng)生成物氣體中未反應(yīng)的氨。上段稀硫銨液濃度控制在22%左右，生成的稀硫銨液用泵送至硫銨溶液汽提塔，汽提去除有機(jī)物后送至硫銨裝置，蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)硫銨產(chǎn)品外售。

1.2 一段式工藝流程設(shè)計(jì)

一段式急冷塔是將急冷、洗滌、增濕、中和集中在一段塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)。急冷塔的主要作用為：(a)冷卻反應(yīng)氣體，使其從200℃冷到81℃；(b)洗滌分離夾帶的催化劑和高沸物；(c)增濕反應(yīng)氣體；(d)加入硫酸中和未反應(yīng)的氨。由于除氨與除催化劑顆粒在一段塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)，塔釜硫銨液會(huì)含有一定量的催化劑顆粒，丙烯腈催化劑含有Mo等重金屬，故而一段塔釜液不能用于生產(chǎn)硫酸銨，否者易導(dǎo)致生產(chǎn)的硫酸銨產(chǎn)品重金屬超標(biāo)。一段塔釜液需輸送至至硫銨濃縮單元，濃縮后送SAR裝置進(jìn)行焚燒再生，生產(chǎn)硫酸送回裝置循環(huán)使用。

2 丙烯腈裝置急冷塔設(shè)計(jì)發(fā)展介紹

2.1 內(nèi)主要丙烯腈廠家急冷塔設(shè)計(jì)情況

目前國(guó)內(nèi)在運(yùn)丙烯腈裝置中，賽科石化一套(2005年建設(shè))、塞科石化二套(2015建設(shè))，斯?fàn)柊钍╇嫜b置(2016年建設(shè))為“兩頭一尾”(雙反應(yīng)系統(tǒng)、單精制系統(tǒng))設(shè)計(jì)，急冷塔為一段式急冷塔，配套設(shè)計(jì)SAR(廢酸再生裝置)、ACH-MMA裝置。該類(lèi)裝置一般生產(chǎn)規(guī)模較大，是近年來(lái)新建的聯(lián)合裝置。

其余丙烯腈裝置均為兩段式急冷塔設(shè)計(jì)，除吉林石化外，均為“一頭一尾”(反應(yīng)、精制系統(tǒng)均為單系列)裝置，配套設(shè)置硫銨濃縮裝置。

2.2 兩段式急冷塔工藝優(yōu)化概況

2010年以前國(guó)內(nèi)建設(shè)的幾套大型丙烯腈裝置大都采用的BP的技術(shù)，急冷塔流程相似，急冷塔是裝置丙烯腈損失主要集中設(shè)備，急冷塔中丙烯腈的損失量甚至達(dá)到10 %以上，占精制損失量60 %以上，是影響丙烯腈回收率提高的瓶頸[3]。

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家及設(shè)計(jì)單位針對(duì)該瓶頸進(jìn)行了深入研究，提出了一系列生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)整及急冷塔設(shè)計(jì)優(yōu)化[2，4-5]。上海石油化工研究院開(kāi)發(fā)的提高急冷塔精制回收率技術(shù)，通過(guò)對(duì)急冷塔進(jìn)行改造，有效降低了急冷塔丙烯腈聚合損失約4.5%，使丙烯腈裝置丙烯腈回收率提高4%，達(dá)到94%，該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)各主要丙烯腈裝置成功應(yīng)用，為相關(guān)丙烯腈生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 一段式急冷塔概況

2005年，上海賽科26萬(wàn)t/a丙烯腈裝置的急冷系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)首次采用了急冷新工藝，采用一段式急冷塔設(shè)計(jì)。該工藝可以顯著降低急冷塔內(nèi)丙烯腈聚合損失，降低急冷塔丙烯腈聚合損失至3.35%左右，提高丙烯腈裝置丙烯腈回收率至96%以上[3]。

3 丙烯腈裝置急冷塔優(yōu)劣勢(shì)分析

3.1 一段式急冷塔的優(yōu)勢(shì)

(1)單就急冷塔而言：一段式急冷系統(tǒng)流程較兩段式急冷塔簡(jiǎn)單，急冷系統(tǒng)設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，節(jié)省了工程占地，節(jié)省急冷塔的投資, 降低了急冷塔工程投資和長(zhǎng)期的操作和維護(hù)費(fèi)用。

(2)丙烯腈裝置采用一段式6 層噴淋，改善了氣液接觸效果，冷卻水逆流噴淋反應(yīng)生成氣，分離催化劑、聚合物重組分效果較好。

(3)一段式急冷塔大大減少了丙烯腈的聚合損失，提高了裝置的丙烯腈精制回收率。

3.2 一段式急冷塔的不足

一段式急冷塔將急冷、洗滌、增濕、中和集中在一段塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)，急冷塔釜稀硫銨液將難免的含有一定量的丙烯腈催化劑。丙烯腈催化劑為Mo-Bi系列催化劑，組分含有Mo等重金屬，致使釜液稀硫銨液含有微量重金屬，且難以有效脫除。含微量重金屬的稀硫銨液生產(chǎn)的硫酸銨產(chǎn)品易重金屬超標(biāo)，其只能外送SAR裝置，進(jìn)行焚燒再生處理生產(chǎn)硫酸自用。因而，建設(shè)一段式急冷塔丙烯腈裝置需要配建硫銨濃縮與SAR裝置，稀硫銨液濃縮后外送SAR裝置焚燒再生處理。SAR裝置工藝流程復(fù)雜度、以及投資額均較硫銨裝置高；其設(shè)計(jì)建設(shè)要求較為高、運(yùn)行管理難度也較大。

3.3 急冷塔設(shè)計(jì)形式的選擇

急冷塔設(shè)計(jì)形式的選擇需要綜合考慮項(xiàng)目目標(biāo)區(qū)域原料供應(yīng)、產(chǎn)品市場(chǎng)需求，工廠總體設(shè)計(jì)方案，項(xiàng)目資金等情況。

目前，國(guó)內(nèi)建設(shè)“兩頭一尾”、產(chǎn)能20萬(wàn)噸/年以上丙烯腈裝置基本采用丙烯腈裝置配建SAR裝置建設(shè)模式，且配套建設(shè)MMA裝置， MMA裝置以丙烯腈副產(chǎn)HCN為主要原料，其生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢酸水也需要SAR裝置焚燒處理，合并建設(shè)可以更佳經(jīng)濟(jì)效益。賽科石化、斯?fàn)柊钍⒄憬冉ㄔO(shè)丙烯腈聯(lián)合裝置時(shí)，均采用該丙烯腈工廠設(shè)計(jì)方案。

目前，丙烯腈產(chǎn)品、MMA產(chǎn)品市場(chǎng)行情較好，SAR裝置工藝越來(lái)越成熟。為了獲得更高的丙烯腈收率、獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，一段式急冷塔已逐漸成為丙烯腈裝置建設(shè)的首選。

4 小結(jié)

綜上，丙烯腈裝置急冷塔傳統(tǒng)設(shè)計(jì)形式為兩段式設(shè)計(jì)，采用上海石油化工研究院技術(shù)對(duì)急冷塔進(jìn)行技術(shù)改造，可以顯著提高裝置丙烯腈回收率至94%左右；急冷塔采用新式一段式設(shè)計(jì)能夠獲得更佳的丙烯腈回收率，丙烯腈回收率等夠達(dá)到96%以上。

為了獲得更高的丙烯腈收率、獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，一段式急冷塔逐漸成為丙烯腈裝置建設(shè)的首選。但一段式急冷塔副產(chǎn)的稀硫銨液含有微量重金屬而無(wú)法用于生產(chǎn)農(nóng)用硫銨，需要配建SAR裝置，其項(xiàng)目投資額相對(duì)較高、裝置運(yùn)行管理難度相對(duì)較大。