丙酮氰醇法甲基丙烯酸生产系统堵塞及一级水解反应釜易损坏的原因分析和解决方法

陈晓雍(浙江新华新材料科技有限公司，浙江 江山 324123)

丙酮氰醇法甲基丙烯酸生产系统堵塞及一级水解反应釜易损坏的原因分析和解决方法

陈晓雍(浙江新华新材料科技有限公司，浙江 江山 324123)

对用丙酮氰醇和浓硫酸为原料生产甲基丙烯酸生产系统容易堵塞及一级水解搪玻璃反应釜容易损坏的原因进行了合理分析，并提出解决改进方法予以实施，达到了解决问题的目的。

丙酮氰醇法甲基丙烯酸生产工艺；系统堵塞；搪玻璃反应釜；喷射冷却；玻璃釜耐温差冲击极限

利用丙酮氰醇和浓硫酸为原料，生产甲基丙烯酸工艺，其生产过程包括酰胺化、水解、真空精馏等工序。其生产工艺流程为：液体原料丙酮氰醇和过量浓硫酸通过计量泵进入混合釜混合，在常压和一定的温度条件下，进行酰胺化反应，反应液高位自流进入水解混合釜与水混合，然后通过水解反应热依次进入一级、二级水解反应釜、冷却器、沉降釜，最后进入中间槽，送精馏塔真空精馏，去除高沸点和低沸点杂质后，得到甲基丙烯酸产品。

其生产工艺介质涉及到浓硫酸、稀硫酸、甲基丙烯酸等强腐蚀性介质，因此均采用搪玻璃反应釜和换热器等耐腐蚀设备及管道阀门材料。其中甲基丙烯酸产品含有双键，在没有阻聚剂存在的条件下极易自聚，从酰胺化开始至成品生产过程中，虽然在酰胺化过程中就添加固体阻聚剂，但还容易在设备、管道上产生聚合物造成系统堵塞，导致物料冒料、系统停产、原料消耗增加、成本增加等后果；其中水解反应还是一个放热过程，水解反应温度在135℃，需要冷却水间歇冷却。

1 存在的问题

（1）在丙酮氰醇法生产甲基丙烯酸生产装置中，分别在水解混合釜中用振动器加入300ppm固体阻聚剂，和精馏成品槽中预先加入150-300ppm阻聚剂，来防止甲基丙烯酸的聚合。但是在水解釜出口、沉降釜前搪玻璃套管式冷却器及沉降釜等部位，每间隔十天左右，就发生一次系统堵塞，造成水解釜放空管冒料现象，需要停产清理聚合块状堵塞物。严重影响装置的长周期稳定运行，同时现场环境带来较大污染。

（2）在丙酮氰醇法生产甲基丙烯酸生产装置中，一级水解反应釜是10立方米K式搪玻璃反应釜，其中的工作介质为40%稀硫酸的硫酸铵饱和溶液，反应压力（高位位差）为0.12MPa，反应温度135℃，水解反应是放热反应，夹套采用循环冷却水间歇喷射冷却，冷却水进入搪玻璃反应釜夹套内直接汽化为蒸汽排放，通过冷却水汽化吸热，移走水解反应热，并通过气动阀控制喷射冷却水的时间来实现反应釜内的温度。一级水解搪玻璃反应釜，在10-12月的三个月时间内，连续损坏三台，基本上一个月就发生一次。

2 原因分析

（1）系统堵塞原因：在甲基丙烯酸的生产工艺过程中，虽然分别在水解混合釜中，和精馏成品槽中加入阻聚剂，还是经常发生甲基丙烯酸的聚合现象。原因第一是使用振动式固体加料器投加的阻聚剂数量不均匀，造成部分物料中的阻聚剂含量不足而自聚；第二是水解、冷却、沉降工艺过程中局部温度较高，在搪玻璃釜式反应器物料没有满液，存在气相的甲基丙烯酸，极易发生自聚，脱落后就会造成系统堵塞；第三是工艺装置没有配置合适的机械过滤器，及时去除生产过程中的自聚物。

（2）一级水解搪玻璃反应釜容易损坏的原因：水解反应是放热反应，夹套采用循环冷却水间歇喷射冷却移走反应热，控制釜内反应温度135℃。经分析，造成搪玻璃釜损坏的原因有二：原因之一是循环冷却上水的温度基本上夏天为32℃，冬天在15℃左右，而反应釜内的温度最高达到135℃，冬天二者温差达到110℃以上，超过搪玻璃釜耐冷冲击110℃的极限，造成搪玻璃暴瓷损坏；原因之二是冷却水直接喷射到搪玻璃釜内壁，加快搪玻璃反应釜冲击损坏。

3 解决方案

（1）系统堵塞解决方案：第一是采用带变频的螺带式双螺杆自动喂料机，代替震动式固体阻聚剂加料器，保证投加的阻聚剂数量准确稳定，物料中的阻聚剂含量自始至终稳定在150-300ppm之间，避免因阻聚剂投加不均匀造成的自聚；第二是对釜式反应器、换热器等设备的管道系统进行改造，提高物料的出料管安装高度，保证所有设备内部全部充满液体物料，避免甲基丙烯酸气相物料积聚后的自聚；第三是在水解釜出口增加二个机械过滤器，一开一备运行，主动滤除系统中的固体杂质，每隔一定周期切换清理，减少自聚物造成的系统堵塞，保证生产装置的长周期运行。

（2）根据造成一级水解反应釜容易损坏的原因分析，可以采取温度超过80℃的热水和避免冷却水直接喷射到反应釜内层外壁。

具体改进方案如下：第一对水解混合釜反应放热产生的连续的常压蒸汽进行收集综合利用，来加热喷射水槽内的冷却水，利用甲基丙烯酸装置原有的伴热管道系统热水循环泵，给一级水解反应釜提供80℃以上冷却喷射热水，降低一级水解搪玻璃反应釜内与冷却水的温差，控制温差在50℃以内，有效避免搪玻璃釜冷热冲击造成的设备损坏。第二在冷却水进入反应釜夹套的进口管口处，设置一个进水分布器，避免喷射冷却水直接与反应釜内层外壁接触，减缓反应釜的损坏。

4 结语

（1）经过改进固体阻聚剂的投加设备、改进系统设备的进出口管道、增加机械过滤器后，丙酮氰醇法甲基丙烯酸生产装置的稳定运行时间，从原来的十天停产一次，到改进后的二个月一次，产品的原材料单耗降低5%，产品成本降低，经济效益显著，现场环境得到大大改善。

（2）丙酮氰醇法生产甲基丙烯酸一级水解搪玻璃反应釜的冷却水系统，经过单独提供温度超过80℃以上冷却喷射热水，并改进喷射管出口结构，稳定运行二年，没有发生搪玻璃反应釜损坏的情况。

[1]《化工工艺设计手册》下册第35章“搪玻璃设备”.

[2]“甲基丙烯酸车间安全技术操作规程”.