輕溶劑法TDI焦油濃縮系統解析

楊向東,喬洪虎,朱紅梅 ,朱法廳

(中海油石化工程有限公司,山東 濟南 250101)

甲苯二異氰酸酯(簡稱：TDI)是一種重要的化工原料，是生產高附加值聚氨酯制品的重要原料之一，而聚氨酯制品廣泛應用于多個領域，和人類的生活息息相關。目前，工業化生產TDI方法主要是伯胺光氣法，通過光氣與甲苯二胺反應獲得TDI產品。光氣法主要有輕溶劑和重溶劑兩種技術路線，但無論何種技術路線，在光氣化過程中均會有副產物焦油的生成[1]，為得到TDI產品，需要對TDI和焦油進行分離。由于輕溶劑法和重溶劑法所采用的焦油與TDI分離工藝差別較大，故本文僅對輕溶劑法TDI工藝中焦油與TDI的分離進行討論。

1 流程簡述

目前，在現有輕溶劑法合成TDI的工藝技術路線中，焦油與TDI的分離技術普遍采用強制循環濃縮技術，業內習慣稱之為TDI焦油濃縮系統，其流程示意圖見圖1。

1.閃蒸器；2.循環泵；3.循環加熱器圖1 TDI焦油濃縮系統流程示意圖

圖1中虛線框內為TDI焦油濃縮系統流程，主要由循環泵、循環加熱器和閃蒸器組成。由TDI與焦油組成的粗TDI物料來自上游工序，與焦油濃縮系統循環物料混合后，經限流孔板減壓后進入閃蒸器，TDI在高真空度下閃蒸來實現與焦油的分離，閃蒸器通常在壓力5kPa(A)以下操作。閃蒸分離出的TDI蒸汽通過閃蒸器頂部管線送至下游工序進一步提純得到產品TDI，閃蒸分離后的TDI焦油濃縮物通過閃蒸器底部出料管線經循環泵送至循環加熱器，物料在循環加熱器中被中壓蒸汽加熱后一部分與上游工序來料混合后返回閃蒸器，另一部分送至TDI回收系統[2-3]。TDI回收系統的主要作用是將TDI與焦油進一步分離，回收TDI并排放出焦油廢渣。為保證TDI回收系統進料穩定性以及防止送料管線堵塞，從循環加熱器送至TDI回收系統為循環管路設置，即物料大流量循環、小流量進料，剩余物料返回至循環泵入口。

2 存在問題與不足

該流程涉及設備較少，工藝過程相對比較簡單，被眾多輕溶劑法TDI企業廣泛采用，但由于物系的特殊性，該工藝在實際應用中也存在諸多的問題和不足，主要如下：

2.1 堵塞

由于副產物焦油具有黏度大、凝固點高、易粘附等特點，極易在管道和設備內表面發生沉積，嚴重時造成輸送管路和設備的堵塞[4]，在實際生產過程中因此直接或間接引發一系列問題，嚴重影響生產的正常進行，降低企業經濟效益。

從生產表現來看，堵塞主要發生在循環加熱器換熱管、管箱流體流動緩慢處、存在死區的管道以及伴熱和保溫不良的管道。尤其是公稱直徑較小的管道，在伴熱和保溫效果不好的情況下，極易發生堵塞問題，比如管道排凈、壓力表取壓管、備用管線及檢維修管線等。堵塞還會導致備用循環加熱器難以實現在線切換，極大影響生產的高效進行。

2.2 沖蝕

沖蝕主要發生在循環加熱器、管線上的限流孔板及閃蒸器內的分布管和器壁等處。由于焦油為不同聚合程度的大分子量聚合物組成的混合物，偶爾還會夾雜由于上游工序帶來的鹽類、脲類物質，在循環泵的驅動下，在系統內高速、長時的循環流動，管線及循環加熱器、限流孔板等處會產生磨蝕。同時，物料經循環加熱器升溫并經限流孔板減壓后產生氣液兩相流，而后在閃蒸器內高真空度下發生閃蒸，在閃蒸器的分布管及限流孔板處會產生沖蝕。實際生產中，由于分布管處氣液兩相流閃蒸導致的流體高速噴濺，會沖蝕閃蒸器器壁，嚴重時，可擊穿閃蒸器。

2.3 汽蝕

循環泵汽蝕現象時有發生，與生產操作中液位的控制有很大關系。由于循環泵出口物料經循環加熱器加熱后一部分送至TDI回收系統，除少量作為TDI回收系統進料外，大部分循環返回至循環泵入口，由于此部分物料的溫度高于閃蒸器物料溫度，當閃蒸器液位控制較低時，循環泵入口處壓力也隨之降低，此部分物料會在循環泵入口處發生汽化，導致汽蝕。

2.4 聚合

TDI和焦油均有隨溫度升高而發生聚合的特性。因焦油濃縮系統閃蒸所需熱量通過循環加熱器加入系統，物料溫度會因此而升高，增加聚合風險。實際生產中，通常采用大流量循環的方法來降低物料溫升，但因此也會導致TDI在系統中停留時間過長而增加聚合風險，同時由于大流量循環泵的葉輪長時攪拌、剪切，也會增加TDI產品的損失。

2.5 耗能

焦油濃縮系統的耗能主要是電耗，體現在以下兩個方面。一方面由于防止物料經過循環加熱器溫升過高而采用物料大流量循環帶來的電耗，另一方面是由于防止物料堵塞設備和管道以及為保證TDI回收系統進料穩定性，而采用的大流量循環、小流量進料措施，帶來的能耗的浪費。

3 應對措施及建議

針對上述存在的問題和不足，通常采用控制TDI與焦油的濃度、閃蒸溫度和壓力、設計合理的分布管、選用高材質部件、選擇適宜的溫升和循環量、調整TDI回收系統進料循環比及返回管線位置等措施來應對堵塞、沖蝕、汽蝕、聚合和能耗等問題，雖有不足，但在實際應用中取得了明顯的效果。

鑒于焦油濃縮系統的特性，建議從工藝路線、加熱方式兩方面從本質上對此進行改進及創新，目前已有公司針對焦油濃縮系統開發了重力式分段加熱濃縮技術，相比現有濃縮系統，該技術在工藝路線先進性、加熱方式、設備選型、降低電耗幾個方面均有不同程度的創新和提升。