环己酮装置碱液分离系统技术改造

王文辉

（中国石化巴陵分公司炼油部，湖南岳阳 414014）

环己烷空气氧化法是目前主流的环己酮生产工艺，该工艺以苯、氢气为原料，经过苯加氢、环己烷氧化、环己醇脱氢、精馏精制等工序制得环己酮[1-2]。其中环己烷氧化工序生成的产物包括环己基过氧化氢（CHHP）、醇、酮、酯、酸等，CHHP在强碱液的作用下，低温定向分解生成环己酮和环己醇（简称X油），酯类发生皂化反应生成有机酸钠盐和环己醇，生成的酸则被强碱中和。

炼油部环己酮装置采用环己烷空气氧化法工艺，分解皂化后有机相和碱水相通过洗水分离器、旋液分离器和聚结器进行分离，但该分离系统抗干扰能力较弱，分离效率较低，易造成有机相中醇酮缩合，含40～150 μ g/mg钠离子的碱液进入烷塔，导致再沸器结焦，换热效率下降，蒸汽压力上升，需要频繁进行加水在线清洗（1次/d）。同时，为延缓烷塔再沸器结渣，需要对一洗、二洗等4个分离器加一次水洗涤（洗水量约2 m3/h），洗水大部分进入废碱塔蒸发浓缩后送至废碱焚烧装置，导致一次水和蒸汽消耗量较大，装置运行成本增加，影响装置长周期安全稳定运行。

聚结分离是一种新型高效的多相分离技术，其聚结分离机理是分散相液滴在重力作用下沉降于聚结介质表面，并聚结为较大的液滴，然后在重力和流体流动的作用下，大液滴从聚结介质表面脱除，从而实现分离。该试验通过在环己酮生产装置皂化工序引入侧线试验装置，考察了聚结纤维填料对环己烷氧化液的分离效果，以及聚结纤维填料在工业装置的应用效果。

1 试验

1.1 填料及试样

聚结纤维填料由华东理工大学生产；环己烷氧化液（分解液）取自炼油部环己酮装置氧化工序。

1.2 主要设备

聚结分离器由华东理工大学制造，容积50 L，结构见图1。

图1 聚结分离器结构

1.3 环己酮装置氧化液分离工序

环己酮装置氧化液分离工序工艺流程为：分解反应釜产生的分解液经过皂化分离器、一洗洗水分离器、二洗洗水分离器，再进入旋液分离器和聚结器进行分离。分离出的有机相进入烷塔，碱水相一部分回到分解釜，一部分进入废碱蒸发塔。分离流程见图2。

图2 碱液分离流程

1.4 侧线试验方法

在一洗洗水分离器出口增设一条管线，洗水先经流量计，然后进入填充有聚结纤维填料的分离设备，洗水通过分离设备中的聚结纤维填料时，碱液小液滴在纤维表面聚结成液膜，液膜在流体推动及曳力作用下，沿纤维丝径运动，逐渐聚结成大液滴，碱液大液滴及水溶性杂质在自身重力作用下开始沉降，并从聚结纤维填料上脱落，在设备下部沉降成碱水相，间歇排放至隔油池，有机相则经管线引至旋液分离器入口，工艺流程见图3。

图3 侧线聚结分离装置工艺流程

侧线装置进料流量按60，90，120，150，180，210 L/h进行控制，每个流量点运行2 d，每天9:00和15:00在试验装置入口和有机相出口取碱液分离物料进行水含量分析。

2 结果与讨论

2.1 流量对碱液分离效果的影响

流量对碱液分离效果的影响见表1，由表1可以看出：当侧线试验装置入口流量为60 L/h时，分解液经聚结分离后，有机相中水含量下降明显，碱液分离效率最好，达64.2%。随着进料流量增加，碱液分离效率下降，当流量小于150 L/h时，分离效率为33.7%，基本满足工业应用要求；当流量为240 L/h时，脱碱水效果较差，分离效率仅为17.3%。综合考虑，工业应用试验选择环己烷氧化液入口流量小于150 L/h。

表1 侧线实验装置在不同流量下碱水分离效果

2.2 侧线试验装置与环己酮装置聚结器出口有机相水含量

侧线试验时，分解液从一洗洗水分离器出口引入试验装置，经聚结纤维填料分离碱液后，有机相再回到环己酮装置旋液分离器，因此，将侧线试验装置出口有机相与环己酮装置聚结器出口有机相水含量进行对比，具有一定的参考意义，详见表2。

表2 侧线聚结分离器与环己酮装置聚结器出口有机相水含量对比

由表2可以看出：当侧线试验装置入口流量小于150 L/h时，侧线试验装置出口有机相水含量较低，碱液分离效果较好；当入口流量大于150 L/h时，侧线试验装置出口有机相水含量较高，而经环己酮装置聚结器分离后，聚结器出口有机相水含量较低。这说明当侧线试验装置入口流量小于150 L/h时，侧线试验装置碱液分离效果比目前环己酮装置所采用的“旋液分离＋聚结分离”效果更好。

3 工业应用效果

环己酮碱液分离装置现有2台二洗洗水分离器，容积分别为53.6 m3和43.9 m3，考虑到分解液流量为162 t/h，在二洗洗水分离器中的停留时间可达12～20 min，满足工业化放大应用运行要求，因此，在二洗洗水分离器中增添了三层（三组）聚结纤维填料，其中两组叶片波纹内件可捕捉大颗粒碱水液滴，一组聚并内件可捕捉小颗粒碱水液滴。另外，为强化碱液分离效果，对分离器进出口及喇叭管也进行了相应改造。碱液分离系统改造完成后的效果具体表现为：

1）烷塔再沸器压力降低且清洗频次下降

经碱液分离系统分离后进环己烷精馏烷一塔的有机相中Na+含量由之前的4～5 μg/mg下降到0.2 μ g/mg，碱液分离效率高，有效改善了烷一塔再沸器结焦的情况；再沸器压力由改造前的0.63 MPa降低至0.53 MPa，压力下降明显，见图4。换热效率提高，蒸汽消耗降低。另外，再沸器加水清洗频次由改造前的1次/d下降至1次/3d。

图4 碱液分离系统改造前后烷塔再沸器压力

2）洗水量下降且废碱塔蒸汽消耗降低

改造前，碱液分离系统中2台一洗分离器加入的洗水量合计0.9 t/h，2台二洗分离器加入的洗水量合计0.9 t/h，合计洗水总量约1.8 t/h。改造后，进入烷塔的有机相中Na+浓度大大降低，无需通过增加水洗水量来降低Na+浓度，因此一洗分离器停加补水，二洗分离器洗水量下降至0.65 t/h，洗水总量降低了1.15 t/h。若全年运行按8 000 h计，则全年可减少洗水量9 200 t，即可节约废碱塔蒸汽消耗约2 480 t（此部分洗水最后由废碱蒸出）。碱液分离系统改造前后洗水量变化见图5。

3）聚结器滤芯更换周期延长

聚结器运行过程中，压差超过0.1 MPa时说明已经堵塞必须进行更换，改造前滤芯使用周期为2个月，浸有环己烷的滤芯在逐根拔出并更换过程中，大量环己烷挥发，存在较大的安全隐患。2017年5月改造后至今，聚结器压差一直维持在0.01 MPa，滤芯使用周期延长到了7个月以上，降低更换滤芯费用的同时减少了更换过程安全环保风险。

图5 碱液分离系统改造前后洗水量

4）环己烷装置物耗降低

改造后，碱液中Na+减少，醇酮缩合产物中X油的比例下降约0.05%，可减少物耗损失50 t/a。

4 结论

侧线试验表明，聚结纤维填料能显著提高碱液分离效果，当侧线试验装置入口流量为60 L/h时，碱液分离效率可以达到64.2%，入口流量小于150 L/h时，碱液分离效果比环己酮装置采用“旋液分离+聚结分离”效果更好。

工业化应用表明，在二洗洗水分离器中添加三层聚结纤维填料后，进入烷一塔的有机相中Na+含量下降到0.2 μ g/mg；再沸器压力由0.63 MPa降低至0.53 MPa；再沸器加水清洗频次下降至1次/3 d；洗水总量由1.80 t/h降低至0.65 t/h，全年可节约废碱塔蒸汽消耗约2 480 t；聚结器滤芯更换周期延长至7个月以上；环己酮装置物耗减少50 t/a。