丙酮氰醇装置真空系统改造的应用

姚 树 军

（大庆炼化公司聚合物一厂, 黑龙江 大庆 163411）

丙酮氰醇装置真空系统改造的应用

姚 树 军

（大庆炼化公司聚合物一厂, 黑龙江 大庆 163411）

丙酮氰醇装置自开工以来真空泵一直采用的是蒸汽喷射泵，真空系统一直不稳定，蒸汽喷射泵经常出现氢氰酸聚合现象，导致装置不能长周期、高负荷运行，同时浪费了大量的蒸汽。为了解决这一问题，装置对真空系统进行了彻底改造，保证了装置长周期高负荷运行，针对装置真空系统改造前后的效果进行了分析。

：丙酮氰醇； 真空系统； 改造

丙酮氰醇是由丙酮和氢氰酸在碱性催化剂氢氧化钠存在下进行缩合反应制得，反应速度很快，同时放出大量的热量。若移去多余的反应热量，可以使平衡向生成物方向进行，故在生产中采用低温冷却法，提高其转化率，尽管在低温下反应，丙酮氰醇纯度一般只能达到 90%～93%，只有经过进一步提纯，方能使纯度达到 97%～99%［1］。

丙酮氰醇为热敏性物质，在碱性、高温，或者停留时间过长的条件下都易产生分解，尤其是高纯度丙酮氰醇分解速度更快。因此在丙酮氰醇提纯技术上，采用真空精馏的方法，目的是降低精制塔釜温度，减少丙酮氰醇在高温下的分解，同时还采用了一次通过式再沸器加热方法，缩短丙酮氰醇在高温区的停留时间。丙酮、氢氰酸和少量 H2O 等杂质从精制塔塔顶蒸出，在塔底得到纯度大于 97%的精丙酮氰醇产品。因此控制好精制塔的负压操作（塔顶压力：0.015 MPa 绝），对装置的产品质量将起到关键作用。

1 真空系统改造前生产流程

1.1 真空系统流程概述

丙酮氰醇装置原设计采用的是二级蒸汽喷射式真空泵抽吸精制塔回流罐的尾气来实现精制塔的负压操作。精制塔尾气经塔顶冷凝冷却器冷凝冷却后，进入回流罐，不凝气体进入尾气冷凝器进行再次冷凝，冷凝的液相返回回流罐，不凝气体被抽吸进一级蒸汽喷射泵和蒸汽混合后进入一级冷凝器进行冷凝，冷凝的液相进入真空水封罐，不凝气体进入二级喷射泵和蒸汽混合后进入二级冷凝器再次冷凝，经过两级冷凝后不凝气体在 49 m 处的高空排放大气，冷凝的液相进入真空水封罐（图 1）。

图 1 改造前的真空系统流程图Fig. 1 Vacuum flow chart of the system before reconstruction

1.2 原蒸汽喷射式真空泵的使用状态

蒸汽喷射式真空泵工作原理为：使用 1.0 MPa蒸汽通过拉瓦尔喷嘴喉径时达到声速，到喷嘴的扩散部时，静压能全部转化为动能,达到超声速，同时在喷嘴出口处形成真空，被抽气体在压差的作用下被抽入混合室和以超声速的蒸汽一边混合一边进入文丘里管，然后以亚声速从文丘里的扩散管排出，同时混合的气体速度逐渐降低，压力随之升高，而后从排出口排出(图 2)［2］。

图 2 真空泵工作原理简图Fig. 2 The working principle diagram of vacuum pump

在丙酮氰醇的生产过程中，精制塔的真空度是影响产品质量的重要工艺控制指标，真空度达不到要求塔釜料液中的轻组分不易提馏出来，产品纯度达不到指标；真空度过高则使轻组分中夹带丙酮氰醇过多，产品损失大，且易导致丙酮氰醇分解。精制塔抽真空效果一直不稳定，易波动，且无法长周期运行，其原因主要有以下几点：

1.2.1 1.0 MPa 蒸汽对真空泵的影响1.0 MPa 蒸汽是喷射式真空泵的动力来源，蒸汽压力波动及其干度均对真空泵的性能有较大影响,造成真空系统不稳定，满足不了生产的需要。

1.2.2 一、二级冷凝器的循环冷却水对真空泵的影响

一、二级冷凝器的循环冷却水温度应≤32 ℃，冷却水温度太高，真空泵能力会下降达不到抽真空的目的。另外，冷却水温越高耗用的蒸汽量越多。

冷却水质对真空泵能力有较大的影响。如果水质差，硬度高，会造成冷凝器积垢甚至堵塞，严重影响热交换性能，使蒸汽难于冷凝，从而影响真空度。所以应保证循环冷却水为纯净的软化水［3］。

1.2.3 氢氰酸聚合的影响

蒸汽喷射泵所抽气体中含有氢氰酸、丙酮、水及其它杂质。该混合气体当中，氢氰酸是剧毒的化合物，气态氢氰酸一般不产生聚合，但在高温并有水存在时，会有聚合反应出现，聚合开始后，产生的聚合物放出热量又会引起聚合的连锁反应，从而加速聚合反应进行，同时放出大量热能。

在实际生产过程中，蒸汽喷射泵所抽气体中的氢氰酸与高温的中压蒸汽混合，在一、二级冷凝器的壳层经常发生聚合而导致堵塞，影响一、二级冷凝器的正常运转，导致精制塔真空度极不稳定。不但严重影响了产品质量，而且还需定期停精制塔，碱洗一、二级冷凝器，无法实现装置长周期、高负荷连续运转。

2 真空系统改造后的应用

在改造之前，考虑丙酮氰醇装置的加工能力和实际生产需求，同时为了解决蒸汽喷射泵冷却器堵塞影响精制塔真空度等问题，经过大量的数据考察、调研和对真空泵的类型进行对比，决定将蒸汽喷射泵换型，换为水环真空泵。

水环真空泵是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为 2.0～4.0 kPa。水环真空泵的特点是：(1)结构简单易维修，压缩气体的温度低，排气温度仅比进气温度高 10～15 ℃，极易适合抽吸压送易燃易爆的气体；(2)适用范围广，配置灵活，可与分离器、换热器、管线、阀门、仪表、电控装置组装在一起，共同放在一个底盘作为成套设备使用［4］。水环真空泵工作原理是叶轮偏心地装在泵体内，启动时向泵内注入一定高度的水，因此当叶片轮旋转时，水受离心力的作用而在泵体壁上形成旋转水环，水环上部内表面与轮相切，沿箭头方向旋转，在前半轮的过程中，水环内表面逐渐与轮脱离，因此在叶轮片间形成空间并逐渐扩大，这样就在吸气口吸入空气；在后半转的过程中，水环的内表面渐渐向轮靠近，叶片间的空间容积随着缩小，叶片间的空气因此被压缩而排出。如此叶轮每转动一周，叶片间的空间容积改变一次，每个叶片间的水好象活塞一样往复一次，泵就必须不断地供给冷水，以吸气体。由于在工作中，水会发热，同时一部分水会和气体一起被排走，因此泵在工作中，泵中必须不断地供给冷水，以冷却和补充泵内消耗的水［5］。供给的冷水以 15 ℃为宜(图 3)。

图 3 水环式真空泵工作原理简图Fig. 3 Water ring vacuum pump working principle diagram

将装置蒸汽喷射泵改为水环真空泵。改造后精制塔的真空条件是由水环真空泵抽吸精制塔回流罐的尾气来实现的。精制塔馏出物为氢氰酸、丙酮和水，馏出物经精制塔塔顶冷凝冷却器冷凝冷却后，经过回流罐，一部分由精制塔回流泵送到合成系统重新反应或送至废水罐焚烧，另一部分由回流泵送回精制塔塔顶作回流。抽吸的尾气经尾气冷凝器冷凝后，不凝气体去水环真空泵，经水环真空泵抽吸后进入气液分离罐，分离出的气相排入大气，液相进入废水罐，送入焚烧炉焚烧。

为了避免水环真空泵新鲜水的浪费，利用原有的闲置设备将新鲜水进行了循环冷却使用。排入废水罐的新鲜水不再焚烧，经尾气吸收泵送至换热器用冷冻盐水进行冷却，冷却后的低温新鲜水进入水环真空泵作为水环真空泵工作液进行使用。这样既满足了水环真空泵的正常工作，又减少了大量废水的产生，保证了装置真空系统的稳定，实现了装置长周期高负荷运行(图 4)。

图 4 真空系统改造后的流程图Fig.4 The flow diagram of the vacuum system after the transformation

丙酮氰醇装置真空系统改造项目投用后，不但解决了由于氢氰酸聚合导致蒸汽喷射泵冷凝器堵塞，而且减少废水量的产生，保证了装置的连续生产，节约了成本，取得了较好的经济效益。同时，此改造设计充分考虑了装置的安全生产要求，投用后对装置的安全生产无不良影响。

3 实施结果前后分析对比

真空系统改造以后，装置负荷能够达到112%，操作也平稳了，并且能耗降低很多，产品质量有所提高，各项工艺、设备生产技术参数均在可控范围内。

3.1 生产负荷与产品质量对比

真空系统改造后比改造前装置的生产负荷提高了 27%，丙酮氰醇纯度提高了 1.9%，丙酮氰醇纯度溶液中游离 CN－和丙酮有所降低，pH 值无明显变化（表 1）。

3.2 操作条件对比

真空系统改造后，丙酮氰醇装置在高负荷连续运转，不用清洗蒸汽喷射泵，生产操作更加平稳（表 2）。

3.3 能耗对比

真空系统改造后，综合能耗显著降低（表 3）。

3.4 经济效益对比

真空系统改造后，经济效益成果显著（表 4）。

表 1 生产负荷与产品质量改造前后的对比Table 1 Comparison of the production load and product quality before and after the transformation

表 2 操作条件改造前后的对比Table 2 Operating conditions before and after the transformation

表 3 能耗改造前后的对比Table 3 Energy consumption comparison before and after the transformation

表 4 成本改造前后的对比Table 4 Cost comparison before and after the transformation

4 结 论

（1）通过真空系统改造年节约成本59.21万元，一次性投资 14 万元，新工艺方案动力消耗仅为传统工艺方案的 1/5。

（2）丙酮氰醇装置的负荷稳定在 1 900 kg/h，年生产 22 300 t 丙酮氰醇，达到了设计负荷的112%。

（3）产量提高后，丙酮氰醇装置效益得到提高。

［1］丙酮氰醇装置操作规程编写组.丙酮氰醇装置操作规程[S].大庆炼化公司，2008.

［2］夏清,陈常贵.化工原理(上)[M]. 天津:天津出版社，2005.

［3］胡忆沩,于波等.化工设备与机器[M].北京：化学工业出版社，2010.

［4］杨乃恒.真空获得设备[M]. 北京：冶金工业出版社，2001.

［5］达道安.真空设计手册[M]. 北京：国防工业出版社，2004．

Transformation of the Vacuum System in Acetone Cyanohydrin Plant

YAO Shu-jun
(Daqing Refining & Chemical Company the First Polymer Plant, Heilongjiang Daqing，163411，China)

The steam-jet pump was always used in the vacuum system during the operation of the acetone cyanohydrin equipment. But the phenomenon of hydrocyanic acid polymerism was oftentimes encountered in steam-jet pump due to the instability of the vacuum plant, which resulted in the short running period of the equipment and high load to waste a large amount of steam. In other to resolve this issue, the vacuum system was transformed to ensure the long period operation of the equipment under high load. At last, operation effects of the equipment before and after the transformation were analyzed.

Acetone cyanohydrin; Vacuum system;Transformation

TQ 024

： A文献标识码： 1671-0460（2014）07-1230-03

2014-04-30

姚树军(1965-)，男，黑龙江大庆人，工程师，1988 年毕业于大庆石油学院，研究方向：从事化工生产，E-mail：571034491@qq.com。