精準(zhǔn)加料設(shè)備及順酐生產(chǎn)系統(tǒng)

邢薇薇，孫義峰，吳一軒

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

順酐是一種常用的基本的重要有機(jī)化工原料。是世界上僅次于苯酐的第二大酸酐原料，且其下游產(chǎn)品有著相當(dāng)廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景。順酐生產(chǎn)技術(shù)的核心為原料（正丁烷或苯）與空氣在固定床反應(yīng)器中發(fā)生的高溫放熱、氣固相催化氧化反應(yīng)，俗稱正丁烷法或苯法。原料正丁烷與空氣按一定比例充分混合均勻后進(jìn)入反應(yīng)器，在裝填了一定數(shù)量催化劑的列管內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng)。V-P-O（釩磷氧）系列催化劑是正丁烷制順酐常用的催化劑，在正丁烷催化氧化反應(yīng)過程中，催化劑中的磷會(huì)有所丟失，從而影響順酐的收率和轉(zhuǎn)化率，需要在固定床氧化反應(yīng)器入口連續(xù)不斷地加入助催化劑，這種助催化劑是一種含磷化合物，必須精準(zhǔn)、均勻地加到催化劑床層上，以保證正丁烷氧化反應(yīng)的正常進(jìn)行。

原有助催化劑的加料方式，是將液體助催化劑通過流量計(jì)，再用氮?dú)庠诠呐萜髦型ㄟ^加熱、鼓泡進(jìn)行氣化后，直接通入反應(yīng)器入口氣體管線上。在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)固定床氧化反應(yīng)器的催化劑床層上助催化劑分布不均勻，且床層溫度變化較大，沒有達(dá)到為催化劑均勻補(bǔ)磷的要求。

1 工藝系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)了助催化劑對固定床氧化反應(yīng)器中催化劑的均勻、精準(zhǔn)加料，提供一種精準(zhǔn)加料設(shè)備，包括助催化劑計(jì)量裝置、氮?dú)夤?yīng)裝置、鼓泡裝置和混合裝置；助催化劑計(jì)量裝置包括計(jì)量管，計(jì)量管與鼓泡裝置通過管路連接，用于計(jì)量并調(diào)節(jié)加入鼓泡裝置內(nèi)的助催化劑量；氮?dú)夤?yīng)裝置與鼓泡裝置連接；鼓泡裝置用于氮?dú)馀c助催化劑混合；混合裝置一端與鼓泡裝置連接，另一端用于連接原料供應(yīng)管路。

圖1

2 工藝技術(shù)方案

現(xiàn)有技術(shù)中助催化劑的加料方式是先將助催化劑鼓泡器用0.4MPa蒸汽加溫至90℃，再將0.4MPa氮?dú)馔ㄟ^氮?dú)夥植脊苓M(jìn)入助催化劑鼓泡器中底部，同時(shí)將助催化劑通過流量計(jì)輸送至助催化劑鼓泡器中，液態(tài)助催化劑在助催化劑鼓泡器經(jīng)過加溫和氮?dú)獾墓呐菡舭l(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)。正丁烷與空氣進(jìn)入正丁烷/空氣混合器進(jìn)行充分混合，由氮?dú)鈹y帶著助催化劑進(jìn)入固定床氧化反應(yīng)器的進(jìn)口管線中，與反應(yīng)原料氣均勻進(jìn)入固定床氧化反應(yīng)器的催化劑床層上，達(dá)到為V-P-O催化劑及時(shí)補(bǔ)磷的目的。但是，采用流量計(jì)計(jì)量助催化劑加入量，由于是微量，助催化劑的加入量與鼓泡器中的溫度、氮?dú)鈮毫偷獨(dú)饬髁慷加嘘P(guān)系，實(shí)際操作中常常出現(xiàn)助催化劑加入量不準(zhǔn)確的情況。

采用本套精準(zhǔn)加料設(shè)備，助催化劑計(jì)量裝置和氮?dú)夤?yīng)裝置分別與鼓泡裝置連接，助催化劑計(jì)量裝置與現(xiàn)有技術(shù)中的流量計(jì)不同，本系統(tǒng)采用計(jì)量管，先在計(jì)量管內(nèi)儲(chǔ)存一定量的助催化劑，且計(jì)量管還可以對助催化劑起到緩沖的作用，由于助催化劑的加入量是微量，計(jì)量管的緩沖作用也有利于助催化劑的精準(zhǔn)加料；與現(xiàn)有技術(shù)中鼓泡裝置直接與助催化劑供應(yīng)管路連接不同，鼓泡裝置與計(jì)量管通過管路連接，助催化劑的流量更容易且精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，有利于助催化劑的精準(zhǔn)加入鼓泡裝置；并且氮?dú)夤?yīng)裝置供應(yīng)的加熱后氮?dú)馀浜暇珳?zhǔn)加入鼓泡裝置的助催化劑，經(jīng)鼓泡裝置鼓泡后，氮?dú)鈹y帶助催化劑經(jīng)混合裝置與原料氣充分混合，使得進(jìn)入反應(yīng)器中的助催化劑的均勻、精準(zhǔn)加料。

3 系統(tǒng)組成

3.1 助催化劑計(jì)量裝置

助催化劑計(jì)量裝置1包括計(jì)量管11和計(jì)量泵12，計(jì)量泵12設(shè)置在連接計(jì)量管11與鼓泡裝置3的管路上。桶裝的助催化劑可以經(jīng)補(bǔ)充泵以批次的方式加入到計(jì)量管11中。助催化劑進(jìn)入計(jì)量管11中，用計(jì)量泵12設(shè)定助催化劑加入反應(yīng)器的加入量，并用液位計(jì)控制計(jì)量泵12，液體助催化劑經(jīng)過計(jì)量泵12進(jìn)入鼓泡裝置3中。本系統(tǒng)增加了助催化劑計(jì)量管11和助催化劑計(jì)量泵12，可以設(shè)定助催化劑的加料量，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，保證助催化劑加料的精確。

3.2 氮?dú)夤?yīng)裝置

氮?dú)夤?yīng)裝置2包括流量計(jì)21和加熱器22，流量計(jì)21設(shè)置在與鼓泡裝置3連接的氮?dú)夤?yīng)管路上。氮?dú)夤?yīng)管路與流量計(jì)21之間設(shè)置有加熱器22，用于加熱氮?dú)狻?.4MPa氮?dú)饨?jīng)過加熱器22加熱至85～95℃，然后氮?dú)膺M(jìn)入鼓泡裝置3，氮?dú)庠谥呋瘎┮后w內(nèi)進(jìn)行鼓泡。本系統(tǒng)增加了氮?dú)饧訜崞?2，使氮?dú)鉁囟扰c助催化劑鼓泡器31內(nèi)的溫度一致，以保證在對助催化劑鼓泡時(shí)，助催化劑液體完全氣化。

3.3 鼓泡裝置

鼓泡裝置3包括鼓泡器31，鼓泡器31外設(shè)置有第一換熱組件32和第二換熱組件33，第一換熱組件32位于第二換熱組件33上方，保證鼓泡裝置3的操作溫度。

第一換熱組件32包括盤管，盤管內(nèi)通入加熱流體以加熱鼓泡器31內(nèi)流體；第二換熱組件33包括設(shè)置在鼓泡器31外部的夾套，夾套內(nèi)通入加熱流體以加熱鼓泡器31內(nèi)流體。

鼓泡器31底部設(shè)置有分布器（分布管），氮?dú)饨?jīng)鼓泡器31底部的氮?dú)夥植脊苓M(jìn)入鼓泡器31內(nèi)腔，氮?dú)庠谥呋瘎┮后w內(nèi)進(jìn)行鼓泡，助催化劑經(jīng)過加熱、鼓泡變?yōu)闅怏w，由氮?dú)鈹y帶從鼓泡器31頂部排出鼓泡器31，在鼓泡器31頂部設(shè)有除沫器，防止助催化劑小泡沫被帶入固定床氧化反應(yīng)器中。

圖2

3.4 混合裝置

混合裝置4包括第一混合器41、第二混合器42及第三混合器43。

第一混合器41包括助催化劑分布管和混合腔，助催化劑分布管一端與鼓泡裝置3連接，另一端與深入混合腔，混合腔與原料供應(yīng)管路連接。氮?dú)?助催化劑（氣相）進(jìn)入第一混合器41中進(jìn)行一次混合，助催化劑經(jīng)過插入正丁烷管道中的助催化劑分布管，與正丁烷逆向混合。

第二混合器42一端與第一混合器41連接，另一端與原料供應(yīng)管路連接。第一混合器41內(nèi)混合氣體在第二混合器42內(nèi)與空氣混合。

第三混合器43與第二混合器42連接，另一端用于連接反應(yīng)器。第三混合器43為管道靜態(tài)混合器。經(jīng)過三次混合，助催化劑已經(jīng)完全均勻地混合到進(jìn)料氣體中，進(jìn)入反應(yīng)器中的催化劑床層中，達(dá)到了為氧化催化劑的均勻補(bǔ)磷目的。

圖3 不同加藥量情況下三種藥劑的除油效果

4 操作說明

液體助催化劑一次加入助催化劑計(jì)量管11中，加入量為一班次8小時(shí)用量，根據(jù)正丁烷氧化反應(yīng)催化劑的轉(zhuǎn)化率和選擇性，判斷催化劑需要的補(bǔ)磷情況，確定一段時(shí)期助催化劑的加入量，定助催化劑計(jì)量泵12的加入量可以為0.8～1.2L/h，由計(jì)量管11的液位計(jì)控制計(jì)量泵12，保證助催化劑加料量的精準(zhǔn)。氮?dú)馐紫冗M(jìn)入加熱器22中，將氮?dú)饧訜嶂?5～95℃，使氮?dú)獾臏囟扰c助催化劑鼓泡器31的溫度保持一致，再通過氮?dú)饬髁坑?jì)21控制氮?dú)獾牧髁浚M(jìn)入助催化劑鼓泡器31底部的氮?dú)饨?jīng)分布管環(huán)管，使氮?dú)獯等胫呋瘎┮后w中鼓泡，氣泡上升到助催化劑鼓泡器31的上部擴(kuò)大區(qū)域，通過蒸汽夾套使之完全氣化。氮?dú)鈹y帶助催化劑氣體從助催化劑鼓泡器31頂部出去，再經(jīng)過三次混合，進(jìn)入反應(yīng)器的催化劑床層，達(dá)到了為催化劑均勻補(bǔ)磷的目的。

5 結(jié)論

本精準(zhǔn)加料設(shè)備可以運(yùn)用在正丁烷法氧化反應(yīng)生產(chǎn)順酐的生產(chǎn)裝置上，達(dá)到了用助催化劑為氧化催化劑的均勻補(bǔ)磷目的，解決和克服了助催化劑液體不完全氣化和計(jì)量不準(zhǔn)確，以及助催化劑在催化劑床層中分布不均勻的問題，提高了順酐固定床氧化反應(yīng)的收率和轉(zhuǎn)化率，延長了催化劑的壽命，降低了順酐的生產(chǎn)成本。