降低环氧丙烷生产工艺中溶剂损耗的措施

陈战涛

(南京金陵亨斯迈新材料有限责任公司 ， 江苏 南京 211512)

环氧丙烷生产工艺中产生的主要杂质都是微量的，一部分会与环氧丙烷形成共沸物，如环氧丙烷的沸点为34 ℃，而水与环氧丙烷形成二元共沸物后，共沸点为33.8 ℃，其中环丙烷含量为99%[1]。一部分杂质的沸点与环氧丙烷的沸点比较接近，例如乙醛的沸点为20.8 ℃，甲酸甲酯的沸点为31.5 ℃，单纯采用精馏塔操作的话，环氧丙烷的物耗会增大，收率会降低。因此，通过采用溶剂作为萃取剂，采用萃取精馏的方法对环氧丙烷生产过程中产生的杂质进行分离，以提高环氧丙烷产品的纯度与收率。

1 存在的问题

萃取精馏是指在难以分离的原溶液中加入某种挥发性很小的溶剂或溶质，以增加原溶液中两个组分间的相对挥发度，从而使原溶液的分离变得很容易。加入的溶剂或溶质称为萃取剂。

环氧丙烷产品的生产过程中，萃取精馏过程使用的溶剂需要进行再生，再生后的溶剂会循环使用。再生的过程中，一部分溶剂会随杂质一起被带入废油系统；同时部分溶剂在使用过程中，会逐渐老化，失去萃取效果，因此需不断补充新鲜溶剂。生产运行中，消耗的溶剂量较高，溶剂的循环利用效果不好，装置物耗较高，经济效益低于预期。需要对生产操作进行优化，寻找降低溶剂损耗的措施，降低溶剂单耗及装置物耗，提高溶剂的循环利用效果。

2 原因分析

通过对环氧丙烷生产工艺中溶剂损耗的原因分析，发现影响溶剂消耗量的主要因素有溶剂循环量、溶剂再生塔排放量、溶剂纯度等。

2.1 溶剂循环量

当工艺的处理量稳定时，提高溶剂流量，增大萃取溶剂比，利用溶剂增大组分间的相对挥发度，将进料中的杂质从塔顶脱除，产品纯度会升高[2]。过高的循环溶剂流量在提高产品质量的同时，也会增大溶剂老化量，消耗更多的溶剂，溶剂损耗增大。并且循环溶剂流量增大后，相应带来了电耗、循环水使用量的增加，增加了装置能耗。

2.2 溶剂纯度

环氧丙烷生产工艺中使用的萃取剂为混合溶剂，其中萃取精馏过程中起主要作用的是真正的有效溶剂组分，剩余的组分是生产过程中带来的杂质。受限于溶剂生产工艺技术路线的不同，不同来源的溶剂中的有效组分含量也不同，即溶剂纯度有所区别[3-4]。

生产运行中，随着溶剂的老化及重组分杂质的生成，循环溶剂的纯度会降低。溶剂纯度降低后，会降低萃取精馏塔内的有效溶剂组分浓度，影响萃取精馏效果，也增大了废液排放量，产品收率也随之降低。为了提高萃取精馏效果，提高了循环溶剂流量，又造成能耗的升高与增溶剂损耗量的增大。

2.3 再生塔排放量

再生塔主要是对循环使用中的溶剂进行再生，满足溶剂使用要求。溶剂再生的过程是通过精馏操作，将溶剂使用过程中带来的轻组分、重组分杂质和老化溶剂脱除。再生后的溶剂，重新作为溶剂循环使用。溶剂再生的过程中，塔顶轻组分杂质会在顶部积聚。

当塔顶轻组分杂质浓度升高后，影响杂质的脱除效果，并且塔顶的操作温度也会降低。此时，就需要从塔顶对轻组分杂质进行排放。排放的过程中，一部分溶剂会从塔顶随着轻组分杂质一起排放，从而造成溶剂损耗。重组分杂质和老化溶剂会在塔底部积聚，若不及时进行排放、脱除，会跟随循环溶剂重新返回至系统中，占用有效溶剂组分的空间，降低溶剂萃取精馏效果。因此，溶剂再生的过程中，也需及时将重组分杂质和老化的溶剂从塔底排放，降低循环溶剂中重组分杂质和老化溶剂的含量。塔底重组分和老化溶剂排放的过程中，有效溶剂组分会与老化溶剂一起被排至废液中，造成溶剂损耗。

3 优化措施

针对影响环氧丙烷生产工艺中溶剂损耗的几种主要影响因素，通过优化单元操作，降低生产工艺中的杂质生成量，降低溶剂循环量，提高溶剂纯度，降低再生塔排放量与增加过滤器等措施，降低溶剂消耗量，并提高环氧丙烷产品质量与产品收率。

3.1 降低溶剂循环量

生产运行中，通过优化操作，改变萃取精馏塔操作参数，以提高萃取精馏效果，进而可以降低溶剂使用量。例如，改变工艺反应条件，注入更多的中间产物，使反应有利于生成目标产物，提高目标产品选择性，降低杂质组分的生成量；降低循环溶剂进料温度，提高萃取精精馏效果，如循环溶剂进料温度从最高的70 ℃降至55 ℃；提高塔顶回流流量，从40 t/h左右提高至50 t/h；改变塔顶操作压力与操作温度等措施，将再生塔顶操作温度从102 ℃降至100 ℃，萃取精馏塔塔顶操作压力由280 kPa提高至310 kPa。通过采取上述措施，环氧丙烷产品质量得到明显提高。环氧丙烷产品质量提高后，可以降低溶剂使用量，延缓溶剂的老化速率，降低溶剂损耗量。

3.2 降低再生塔排放量

在再生塔的操作中，塔顶主要是将萃取溶剂带来的杂质进行脱除，脱除的过程中，会带走一部分溶剂。当由于工艺处理量降低、萃取精馏效果变好、精馏塔优化操作等因素，产品质量升高时，可通过降低再生塔塔顶操作温度，降低塔顶排放量，允许部分杂质组分留在塔内，进而降低溶剂损耗量。当塔顶操作温度从102 ℃降至100 ℃后，塔顶排放量可从100 kg/h降为30～50 kg/h。

再生塔塔底设有回收器，对循环溶剂运行中生成的重组分及老化溶剂进行排放，并将有效溶剂组分返回至再生塔内，进行回收利用。溶剂回收的过程中，一部分溶剂会与老化溶剂及重组分排至系统外，造成溶剂损耗。通过缩短溶剂回收器的排放时间，降低回收器排放量等措施，将排放时间由连续排放改为间断排放(每日排放1 h/次)。排放量由150 kg/h降至100 kg/h，可以明显减少溶剂损耗。降低回收器排放量、缩短运行时间后，会升高循环溶剂中的重组分及老化溶剂含量，降低循环溶剂中的有效组分，循环溶剂中的有效组分纯度从80%逐渐降至75%，影响了萃取精馏效果。因此，需通过采购高纯度溶剂对循环溶剂中的有效溶剂组分进行补充。

3.3 提高溶剂纯度

环氧丙烷生产工艺中使用的萃取溶剂为混合溶剂，溶剂的纯度越高，一定流量下的循环溶剂中有效组分就越多，萃取精馏效果就越好。系统中由于生产处理量提高，再生塔排放量降低。引起循环溶剂中有效组分含量降低时，为提高循环溶剂的纯度，通过购买纯度达到90%含量的溶剂，作为新鲜溶剂，替代之前采购的80%含量左右的溶剂补入系统中，以提高系统中循环溶剂中的有效组分，进而提高萃取精馏效果，起到降低溶剂使用量与溶剂损耗的效果。

3.4 增加溶剂过滤器

如前所述，降低回收器排放量的同时，会增加循环溶剂中老化溶剂的含量，降低循环溶剂的纯度，影响萃取的精馏效果。为此，根据老化溶剂的性质，增加一套过滤器设施，对老化溶剂及重组分进行过滤。此套过滤器设施包含一台过滤器、一台冷却器、流量控制器、温度控制器及相应的管线等设施。冷却器、过滤器及配套设施流程见图1。

图1 冷却器、过滤器及配套设施流程

溶剂回收器对再生塔塔底来料进行初步回收后，剩余的重组分、老化溶剂及有效组分经过流量控制器，维持500 kg/h左右的流量，进入过滤器设施。经过冷却器，对来料进行冷却，通过温度控制冷却器的循环水量，将物料温度控制在60 ℃以下，以便将其中的较重组分冷却。冷却后的工艺物料进入过滤器，通过其中装有的数十根滤芯或滤袋，重组分和老化溶剂被拦截并停留在滤袋表面上。过滤后的物料可再返回至再生塔内，提高溶剂的利用率。

通过增加此过滤设施，可提高回收器对溶剂的回收率，间接地降低了回收器的排放时间，大幅降低溶剂的消耗量。同时，将回收器进料中的重组分及老化溶剂冷却、过滤，又提高了循环溶剂的纯度，提高萃取精馏分离效果。

4 优化效果

4.1 溶剂单耗

经过以上几种优化措施，环氧丙烷生产工艺中溶剂消耗量大幅降低。溶剂单月消耗量与最高峰相比，降低了75%。同时由于溶剂纯度的提高，产品质量提高，产品得到了大幅提高，溶剂单耗与最高峰相比，降低了79%。

4.2 经济效益

工艺调整与优化后，不仅降低了溶剂的单耗，也取得了显著的经济效益。经过计算，每年可节约溶剂费用约1 200万元。

5 结论

尽管通过上述措施，溶剂单耗已大幅降低，但与同类装置相比，溶剂单耗仍高。溶剂回收器增加过滤器后，过滤效果良好，但仍有不足之处。主要原因是：工艺处理量升高后，重组分及老化溶剂的产生量会增加，过滤器切换频率会增加。工艺处理退料时，排放废液较多，也会造成溶剂损耗；夏季气温升高后，受循环水温度波动的影响，冷却器后工艺物料的温度会有所波动，影响重组分和老化溶剂的脱除。

针对上述问题，应继续优化操作，稳定冷却器后物料温度，提高分离效果，改善过滤器的运行情况。通过技术改造，更新过滤器类型和滤袋/滤芯材质，减少过滤器的清理频次，降低废液排放量。