我國一些企業(yè)已有裝置改造后或新建裝置完成后將具備2套相同工藝的丁二烯裝置，鑒于2套相同丁二烯裝置間的共性以及裝置高負荷運行的要求，流程的集約化將給裝置在高負荷條件下的運行帶來極大的靈活性，能延長裝置的運行周期、提高裝置的經(jīng)濟效益。筆者以某廠2套二甲基甲酰胺(DMF)抽提丁二烯裝置集約化改造為例進行了介紹。
1 現(xiàn)有工藝及存在問題
目前我國的丁二烯主要來源于C4餾分抽提法，抽提工藝路線基本相同，即首先通過萃取精餾將來自上游乙烯裝置混合C4餾分中的丁烯、丁烷、乙烯基乙炔等組分脫除，再通過普通精餾將其他烴類(如甲基乙炔)及水脫除，最終得到純度一般為99.5%-99.9%的丁二烯產(chǎn)品。根據(jù)萃取精餾采用萃取劑的不同，丁二烯抽提法的生產(chǎn)工藝主要分為3種，即：乙腈法(ACN法)、DMF法、N-甲基吡咯烷酮法(NMP法)。
以上3種主要抽提工藝中的DMF法在我國具有較高的技術經(jīng)濟優(yōu)勢。盡管如此，DMF法本身的工藝條件決定了在生產(chǎn)過程中設備管線會出現(xiàn)易聚合、易堵塞、易腐蝕等缺點。
1,3-丁二烯是具有共軛雙鍵的最簡單的二烯烴，它的化學性質(zhì)非常活潑，在丁二烯生產(chǎn)過程中易生成多種聚合物，如：橡膠狀聚合物、丁二烯過氧化自聚物、丁二烯端基聚合物等。糠醛為DMF抽提工藝中添加至萃取系統(tǒng)常用的阻聚劑，糠醛極易與混合餾分中的C5、二烯烴等聚合生成焦油，焦油的黏度較大，當系統(tǒng)中焦油含量高時，其流動性降低，從而在濃度高的地方積聚而堵塞設備管線。設備管線的堵塞給裝置的長周期、高負荷運行帶來了很大的影響，橡膠狀聚合物和糠醛聚合物是造成萃取系統(tǒng)堵塞的主要原因，而在壓縮機系統(tǒng)和普通精餾系統(tǒng)則經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有丁二烯過氧化自聚物和丁二烯端基聚合物。
抽提法生產(chǎn)丁二烯的3種主要生產(chǎn)工藝中所使用的溶劑都要在汽提塔中進行分離，汽提塔塔釜溫度是塔釜物料的泡點溫度。乙腈、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮3種溶劑的沸點分別為82、153、205℃，由于工藝條件的不同、溶劑中含水量的差異使得這3種丁二烯抽提工藝的汽提塔塔釜溫度在實際生產(chǎn)中分別為163(DMF法)、148(NMP法)、130℃(CAN法)。不難看出DMF法是3種丁二烯抽提工藝中循環(huán)溶劑溫度最高的，DMF法抽提工藝的高釜溫加速了系統(tǒng)中聚合物的生成。另外，DMF法中所使用的萃取劑DMF在生產(chǎn)過程中易與微量水發(fā)生水解反應，反應式如下：
(CH3)2NCHO+H2OD(CH3)2NH+HCOOH
系統(tǒng)的高溫及水含量的上升均會促進DMF的水解，DMF水解后生成甲酸，水解產(chǎn)生的甲酸對設備有較強的腐蝕作用，對萃取系統(tǒng)高溫設備的正常運行構成威脅，設備一旦嚴重腐蝕就必須切出檢修；而水解產(chǎn)生的二甲胺與水溶性醛類物質(zhì)縮合，產(chǎn)生的褐色聚合物也易堵塞設備。
盡管目前各企業(yè)已針對上述問題做了一些富有成效的改造和優(yōu)化，但是一旦出現(xiàn)必須停車才能處理的設備堵塞、腐蝕等問題時，生產(chǎn)必然將因停車檢修而造成較大的損失。借助現(xiàn)有條件進行流程的集約化改造，將有助于把損失降到最低；對于2套相同工藝的丁二烯抽提裝置，流程的集約化則可以保證裝置在非正常狀況下的平穩(wěn)運行，進而延長裝置的運行周期，提高裝置的經(jīng)濟效益。
2 工藝流程的集約化
2.1 蒸汽再沸器流程的集約化
如圖1(略)所示，EA203A和EA203B為第一萃取精餾塔的溶劑再沸器(串聯(lián)操作)，用來回收第一、第二汽提塔塔釜出來的熱溶劑顯熱，給第一萃取精餾塔塔釜物料加熱，使第一萃取精餾塔第116塊塔板和第117塊塔板上的物料溫度從85℃上升至116℃左右。EA203A/B任何一臺出現(xiàn)堵塞將必然導致EA203A/B整體換熱效果的降低，進而導致第一萃取精餾塔塔釜溫度達不到工藝操作的要求。
由于EA203A/B為串聯(lián)操作，因此當2臺再沸器中任何1臺再沸器發(fā)生堵塞，不能滿足正常的生產(chǎn)需要時，則必須全線停車將EA203A/B切出系統(tǒng)進行清理檢修。通過對EA203A/B2臺再沸器工藝流程的集約化改造，適當增加管線閥門，將原來再沸器的串聯(lián)流程改為并聯(lián)，改造結果如圖1所示，圖中虛線示意部分為新增管線。改造后使EA203A/B2臺再沸器實現(xiàn)了在線切換、在線清理的功能，當其中任一臺再沸器發(fā)生堵塞時就可以將其單獨切出清理而不用將裝置全線停車，保證了裝置的平穩(wěn)運行。
2.2 蒸汽再沸器流程的集約化
DMF法第二萃取精餾系統(tǒng)包括第二萃取精餾塔DA203塔、丁二烯回收塔DA204塔、第二汽提塔DA205塔。3塔釜蒸汽再沸器分別為EA211、EA213、EA215，其中DA203塔、DA205塔能否正常運行直接影響到能否生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品、能否保證整個裝置的平穩(wěn)運行。DA203塔、DA205塔釜蒸汽再沸器均為1臺，沒有備用再沸器，一旦發(fā)生堵塞將全線停車檢修。考慮到DA204塔是用來回收來自DA203塔溶劑中少量的丁二烯，以降低丁二烯的損失，因此在緊急情況下可以將DA204塔停止運行，通過對第二萃取系統(tǒng)蒸汽再沸器流程的集約化改造，將DA204塔再沸器EA213作為DA203塔或DA205塔的備用再沸器，圖2(略)所示為第二萃取系統(tǒng)蒸汽再沸器改造后的集約化流程，圖中虛線部分為改造后增加的管線及閥門。集約化改造后實現(xiàn)了DA203塔再沸器或DA205塔再沸器在出現(xiàn)緊急情況下的在線搶修。
2.3 裝置間流程的集約化
裝置本身易聚合、易堵塞、易腐蝕的缺點再加上高負荷長周期運行，使得管線、塔堵塞現(xiàn)象越來越明顯，嚴重制約了裝置的平穩(wěn)運行。比如當塔內(nèi)發(fā)生嚴重堵塞，必然導致塔內(nèi)液泛，塔內(nèi)溫度、物料液面、壓力、壓差等工藝參數(shù)將難以控制，在只有1套裝置的情況下必須停車檢修。對于精餾系統(tǒng)，在高負荷、長周期運行條件下，由于丁二烯爆聚而導致管線、設備堵塞的概率大大增加，一旦爆聚嚴重就必須對發(fā)生爆聚的管線、設備進行緊急處理，以免發(fā)生重大的安全事故，在只有1套裝置的情況下也只能停車檢修。
對于2套相同工藝的裝置，通過裝置間流程的集約化改造可以有效地解決了因設備堵塞而必須停車處理的問題。由于2套裝置采用了相同的工藝，其操作條件以及各控制指標均相同，因此2套裝置各部分的物料組成基本相似，各塔的溫度、壓力也基本相同。鑒于以上這些條件，通過集約化改造就可以將部分堵塞設備切出系統(tǒng)進行臨時檢修消缺。
以2套裝置中第一精餾塔間的流程集約化改造為例進行說明，圖3(略)為2套裝置中第一精餾塔間流程集約化改造后的示意圖，圖中虛線示意部分為新增管線。當1#裝置中第一精餾塔DAl06發(fā)生堵塞的情況下，通過降低2套裝置的生產(chǎn)負荷，控制好2套裝置的工藝指標，通過新增管線將原來應該進入DA106塔的前系統(tǒng)的物料引入到第一精餾塔DA206進行生產(chǎn)，則保證了1#萃取系統(tǒng)包括壓縮機的正常運行，待DA106塔檢修完畢再將其切入系統(tǒng)。裝置間的流程集約化不僅降低了裝置的全線停車次數(shù)，而且還縮短了開停車時間，減少了因停車放空物料而導致的巨大損失，保證了裝置在非正常運行狀況下的平穩(wěn)運行。
3 結語
(1)工藝流程的集約化僅僅通過添加適當?shù)墓芫€、閥門就可實現(xiàn)對原有工藝流程的優(yōu)化，提高了裝置操作的靈活性，且投資少、見效快、經(jīng)濟實用。
(2)工藝流程的集約化方便了關鍵閥門、管線、設備在發(fā)生緊急狀況下的臨時處理，大大降低了裝置因為停車帶來的損失，保證了裝置在緊急狀況下的平穩(wěn)運行。
(3)對于DMF法抽提工藝，裝置間的凝液系統(tǒng)也可以通過配置相應的管線、閥門，實現(xiàn)裝置間能量的互補，提高能量的利用率，從而達到降低裝置能耗的目的。
(4)工藝流程的集約化還方便了檢修，延長了裝置平穩(wěn)運行的周期，實現(xiàn)了用較少的資金獲得較大的投資回報，體現(xiàn)了集約化經(jīng)營帶來的高效益。
