影响甲乙酮产量的因素及对应措施

2022-09-12

一、装置简介

1. 装置简介

泰州东联化工有限公司甲乙酮装置, 是扬子乙烯工程配套的项目。它利用扬子乙烯工程副产物——抽余碳四, 经MTBE装置精制去除异丁烯, 经丁烯一装置去除正丁烯和异丁烷后, 采用当代国际先进水平的技术——正丁烯直接水合, 仲丁醇脱氢法工艺, 生产甲乙酮。

泰州东联化工有限公司年产3万吨甲乙酮装置于2004年9月份建成投产。

与传统工艺方法相比该工艺具有如下特点:工艺流程简单, 产品回收精制容易, 三废少, 对设备腐蚀小, 仲丁醇选择性高[1]。

2. 原料

甲乙酮装置原料为醚后碳四, 主要组成和性质。见表1。

二、装置原理

本装置分为四个主要工艺生产单元:丁烯提浓、仲丁醇合成、仲丁醇精制、甲乙酮合成与精制。

丁烯提浓单元, 是将丁烯一装置过来的原料碳四, 利用萃取精馏用萃取精馏工艺分离正丁烯与正丁烷, 使丁烯满足仲丁醇合成的要求。萃取精馏的工艺原理是加入氮甲酰吗啉和甲乙酮的混合溶液作为萃取剂, 氮甲酰吗啉是一种电荷高度不对称的极性溶剂, 具有很强的亲电子性, 使得丁烯和丁烷的分子亲和力发生了很大的变化, 改变丁烯和丁烷的相对挥发度, 利用萃取精馏将正丁烷从正丁烯中分离, 提高丁烯的浓度[2]。

仲丁醇合成单元, 是利用提浓单元过来的正丁烯和工艺水在160℃, 6.0MPa左右的条件下, 正丁烯水合生成仲丁醇。

仲丁醇精制单元, 是利用恒沸精馏、水洗等精馏方式, 将粗仲丁醇中的水、仲丁醚、重质物等组分去除, 提高仲丁醇浓度, 使其达到生产甲乙酮的要求。

甲乙酮合成和精制单元, 是让仲丁醇蒸汽在250℃, 0.3MPa条件下, 通过铜基催化剂, 使其脱氢, 生成甲乙酮。利用己烷作为夹带剂, 脱除粗甲乙酮中的水, 再通过常规精馏, 将甲乙酮和仲丁醇分离, 使甲乙酮浓度≥99.7%, 达到出厂要求。

三、影响甲乙酮产量的因素及对应措施

由于泰州东联化工有限公司甲乙酮装置是一个联合装置, 所以影响甲乙酮产量的因素很多, 各个工艺单元之间相互关联, 共同决定了甲乙酮最终的产量。

1. 丁烯提浓单元的影响因素及对应措施

正丁烯作为甲乙酮装置的原料, 丁烯的收率和纯度, 对甲乙酮的产量有很大的影响。参加反应的正丁烯的纯度, 直接影响到水合催化剂的转化率, 参加水合反应的正丁烯浓度越高, 越有利于提高正丁烯水合转化率, 提高仲丁醇的产量。

提高正丁烯的纯度有如下办法:

(1) 调整提浓工段的操作。由于汽提塔 (C-002) 底部出来的贫萃取剂中含少量正丁烯, 正常生产时, 从汽提塔 (C-002) 底进入萃取塔 (C-001) 萃取剂的循环量达到100t/h, 对于进料仅4.5~5t/h的萃取塔 (C-001) 塔来说, 哪怕循环萃取剂中含碳四的量仅仅是1%, 也是不小的负荷, 这将严重影响萃取精馏的物料平衡, 降低萃取精馏的效果, 使提浓工段的产物正丁烯浓度降低。

由表3-1可以看出, 萃取塔 (C-002) 塔底出来的贫溶剂含有的正丁烯量越高, 萃取精馏的效果越差。在溶剂比不变的条件下, 适当提高汽提塔 (C-002) 的塔釜温度, 或者降低汽提塔 (C-002) 的塔顶压力, 降低汽提塔底贫萃取剂中夹带的正丁烯含量, 有利于提高萃取塔 (C-001) 的萃取精馏效果, 降低从萃取塔顶外甩的正丁烷中正丁烯的含量, 从而提高正丁烯的收率。

(2) 严格控制循环萃取剂进入萃取塔 (C-001) 塔的进料温度。循环萃取剂的温度对萃取精馏的效果影响很大, 夏天由于气温升高, 循环冷却水的温度达到30℃左右, 循环萃取剂水冷器 (E-004) 冷却效果变差, 经过冷却之后的萃取剂, 甚至达到56℃, C-001塔顶的正丁烯以及塔底的正丁烷含量都严重偏高。在经过停工检修, 对E-004清洗, 并在现场增加一台E-004水冷器之后, 循环萃取剂的温度降至50℃左右, C-001和C-002塔顶产品质量趋于合格。

(3) 保证循环萃取剂的质量, 每天对萃取剂进行取样分析, 在发现仲丁醇和水超高时, 就要对循环萃取剂进行再生, 通过脱轻和脱重, 将累积在萃取剂中的水、仲丁醇、重质物等进行脱除, 提高萃取剂的萃取效果。

2. 正丁烯水合单元的影响因素及对应措施

我公司甲乙酮装置, 本批次水合催化剂采用丹东明珠特种树脂有限公司生产的DNW-Ⅱ型耐温树脂催化剂。该催化剂从2011年6月份投用, 由于市场及公司开展新项目等原因, 装置未连续运行, 故本批次的催化剂自投用至今, 仍未更换。催化剂使用温度从142℃升温至如今的148℃, 催化剂的转化率依然达到10%左右, 床层压差以及副反应都在允许范围之内。

影响正丁烯转化率的原因主要有如下几种:

(1) 丁烯水合的反应温度。丁烯水合催化剂, 随着反应的进行, 转化率会慢慢下降, 为了维持产量, 需要按照实际生产数据, 提高反应温度[3]。每次提高0.5℃, 当反应温度达到160℃左右的时候, 会出现床层压差升高, 正丁烯转化率、选择性降低, 副产物增加等现象, 此时应该停工检修, 更换催化剂。在正常生产时, 应严格控制反应温度, 严禁出现反应温度超温。

(2) 增加参加反应外甩丁烯的量。进入正丁烯水合反应的正丁烯原料中含有极少量的正丁烷, 随着反应的进行, 累计在反应系统中的正丁烷含量越来越高, 参加反应的正丁烯含量越来越低, 严重影响了正丁烯的转化率, 降低仲丁醇的产量。尤其是在反应正丁烯纯度低于90%时, 转化率明显下降, 仲丁醇产量降低。此时需要增加参加反应的纯度较低的正丁烯外甩量, 同时加大新鲜正丁烯的补充量, 用纯度较高的新鲜正丁烯来提高参加反应的正丁烯的浓度, 从而提高正丁烯的水合转化率, 提高仲丁醇的产量。

(3) 按规定流量向水合反应系统中加入添加剂。添加剂是一种表面活性剂, 在水和反应中加入添加剂, 能够降低正丁烯和工艺水的界面张力, 使反应更加容易进行。同时添加剂增加了树脂催化剂之间的润滑, 降低了树脂因为互相碰撞而破碎。

3. 仲丁醇精制单元的影响因素及对应措施

提高仲丁醇精致工段的精制效果, 增加精制仲丁醇的产量, 减少外送组分中含有的精制仲丁醇, 就能提高联合装置仲丁醇的产量, 从而提高甲乙酮的产量。

(1) 调整脱醚塔 (C-151) 的补水和脱水, 按照塔顶“醚高补水, 水高脱水”的操作原则, 及时调整塔的操作, 使塔底外送的仲丁醇中的水和醚都在质量控制区间, 不要返塔重炼。

(2) 控制好脱重塔 (C-153) 塔底的温度和塔顶的回流, 及时取样分析, 塔底采取间歇外送的操作方式, 使塔底外送的重质物中的SBA含量尽量低。

(3) 控制好醚萃取塔 (C-154) 塔的塔顶压力, 塔顶界位以及循环水量, 降低外送醚相中含有的仲丁醇。

(4) 及时调整叔丁醇塔 (C-156) 的操作参数, 使塔顶外送物料中的仲丁醇含量控制在合格范围之内。

4. 脱氢反应单元的影响因素及对应措施

精制仲丁醇在脱氢催化剂的作用下, 在250℃的温度下, 仲丁醇脱除一分子氢气, 生成甲乙酮, 所以脱氢催化剂的转化率高低, 直接影响了甲乙酮的产量。

正常生产的时候, MEK反应器两用一备。由于随着生产的进行, 脱氢反应的催化剂每经过4-6周, 表面会积炭, 将使脱氢催化剂转化率明显降低, 这时就需要对脱氢催化剂进行再生。再生时, 待再生的反应器停止使用, 启用备用反应器。对需要再生的反应器先用氮气吹扫合格, 再进入空气, 让催化剂表面积碳燃烧, 然后再用氮气吹扫合格, 最后用氢气进行活化, 活化结束之后, 将反应器封闭待用。

及时对脱氢催化剂再生, 使催化剂的转化率始终保持在70%以上, 这样才能保证甲乙酮的产量。