聚酯生产中工艺塔堵塞的原因分析及改造思路探索

王 淇

（中石油吉林化工工程有限公司，吉林吉林 132000）

在聚酯生产中，工艺塔的作用就是分析酯化蒸汽内的水和乙二醇，并根据乙二醇和水的沸点差异，实现精馏，由于水是轻组分，而乙二醇是重组分，当精馏过后，可以对塔底的乙二醇进行回收利用，而此时塔顶的酯化废水蒸汽，会通过冷却处理环节，最后输送到废水站。在实际生产过程中，由于多种因素影响，会导致工艺塔发生堵塞情况，因此，本文通过详细分析，找出原因，并提出对应的改造措施，使得聚酯生产能够顺利实施。

1 工艺塔设备工作原理

从以往蒸馏、吸收过程看，工艺塔可以分为两大类，即板式和填料式，聚酯生产工艺塔为板式塔。依照塔盘结构进一步划分，可以分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔等，此次研究的主要是泡罩塔。分析可知，泡罩塔的塔板上设置较多泡罩，这些泡罩具有一定排列规则，在每个泡罩上带有一根升气管，并且二者之间存在环隙。同时，泡罩底边侵入塔板上的液体，由此形成液封。在实际操作过程中，气体会从底部的接管进入并随着升气管上升，当经过环隙后会以鼓泡的方式从泡罩底部出来，正是这一过程，使得气体被分散成细小的气泡，并且这些气泡会逐步上升。而从液层看，其中的大量气泡最终会形成泡沫体，这种情况下会直接增加气体和液体之间的接触，对二者充分换热、传质具有促进作用[1]。

在塔盘上，气体之间主要以错流流动方式为主。在降液板作用下，使得液体从上层塔板逐步落入下层塔板底缘，也就是受液盘，而后会进行横向流动，通过塔板设有的泡罩，即鼓泡区，该区域也是塔板气体和液体接触的重要区域。当塔板流动过程中，起初气液会进行分离，最终落入降液板，并在这一过程中，气液可以进一步分离，使得气体会直接回升到塔板，而液体则直接进入到下层塔板。

2 聚酯生产中主工艺流程概况

某企业化纤两条20万t/a聚酯生产线自投产后，单线设计产能达到600 t/a，配套熔体直纺生产POY、FDY产品，聚酯工艺为四釜流程，两个酯化釜共用一个工艺塔。

该工艺塔主要运用填料、泡罩组合塔。底部塔釜设置了列管式换热器，主要通过气相热媒进行加热，塔釜温度为210℃。在底部重组分乙二醇中，主要划分为两种，一是进行回收再利用，主要用于配制浆料，二是直接回流到酯化一釜。而在塔釜上包含了三个填料层，在实际生产过程中，酯化一釜中的高温气相混合物、酯化二釜内的低温液相混合物，二者会按照一定次序，分别从各层填料间流入到塔内。在这三层填料上涉及到了十层泡罩塔盘、塔顶回流水喷淋系统，还有整流罩、布液盘等，其中灵敏塔盘位于第五层，温度为125℃。而塔顶酯化废水蒸汽，其中大部分都会送至冷机用来制冷，一部分会输送到缩聚真空机组，用于动力蒸汽而产生真空，废水则主要借助真空密封槽汇集，以泵送方式输送到气提塔中[2]。

3 工艺塔存在的问题及原因

3.1 问题概况

从该企业前期实际生产情况看，这两条聚酯生产线都不同程度上出现了工艺塔堵塞情况，测试塔内各温度点，发现和初期设计温度存在明显偏差，由于塔内压差发生明显上升，导致塔顶温度严重超标。也正是因为塔顶温度超标，才导致塔顶废水中的乙二醇含量超标，因此，必须及时隔离处理好塔顶废水，待问题解决后，可以重新回收再利用[3]。此时，原本用作缩聚真空机组的蒸汽应当立即进行切换，改用外界蒸汽，在此基础上再进行煮塔操作。但从企业实际生产过程看，由于受到多种因素影响，无法保证问题得到及时处置，如果情况非常严重，会直接损坏缩聚真空，主要是因为常规生产时，缩聚真空机组动力蒸汽产自工艺塔，而当聚酯黏度出现较大波动后，会直接造成聚酯切片、纺丝产品出现大面积隔离降等情况，最终严重影响企业利益。由于这种情况的发生，导致该企业出现两次工艺停车事故，造成严重的经济损失。因此，必须深入分析，找出可以减缓以上工艺塔状况方法，但该企业也仅仅是从生产环节上进行定期主动煮塔操作，可实践效果看，不仅费时又费力，同时也出现能源的浪费情况，也无法保证煮塔效果可以达到理想状态。

3.2 工艺塔堵塞原因

3.2.1 拆检现状

该企业因为工艺塔堵塞导致工艺停车，对工艺塔进行拆解并做了全面检查，系统检查后发现低聚物在上部十层泡罩塔盘上严重堆积，并且在第十层塔盘底部落液口处，大量的低聚物堆积，进而导致落液口堵塞，同时，在落液口下部的布液盘上，也堆积了大量灰黑色物料，而在下部三层填料环内也出现大量低聚物聚集的情况。

3.2.2 原因分析

分析聚酯实际生产过程，不难发现，在酯化一反应釜气相物中，会不同程度上夹带一些低聚物，当低聚物进入工艺塔后，若想进入塔釜，需要借助工艺塔中气液交换中的液体，并且需要采用自上而下喷淋洗涤方式实现，而后再通过塔釜回流作用，重新进入酯化一釜继续参与反应。

根据该企业聚酯生产工艺塔堵塞情况看，其中堵塞较为严重的主要就是工艺塔落液口、布液盘两处，而落液口、布液盘作为生产重要环节，若发现严重堵塞，会直接造成塔上层泡罩和下层填料的气液流通通道不顺畅，导致液体无法正常下降，进而导致气液无法按照原来设计完成交换，与此同时，原本跟随气液流动的夹带物料此时也会不断增加堆积，进而造成工艺塔堵塞，由此导致工艺塔内温度不正常，使得塔进出压差不断增大，最终导致生产被迫停车[4]。

分析原落液管的设计以及其运行现状，发现底部设计溢流盘和落液管间隙过小，必须对此进行改善，该企业布液盘原设计中间123个内径φ10的小管，主要作用就是用于气体上升，而盘上484个内径φ5的小孔则主要用于落液。不难发现，这种设计非常不合理，在实践应用中会出现大面积堵塞，这与初期设计明显不符。因此，必须改造原布液盘、落液管等设备。

4 工艺塔改造及效果

4.1 改造

4.1.1 布液盘改造

在布液盘改造中，对总高度进行了调整，从原来的50mm调整为80mm。同时，原来在布液盘底部直接开孔484根ø5mm小孔用于落液，改造后调整为135根ø14mm的小管，小管总高66mm，并且在距离布液盘底部10mm处横穿。而在布液盘内高度大约为50mm，与布液盘底部距离10mm，并且在30mm高处，将该位置作为中心，分别各开1个ø7mm的小孔，没有发生堵塞时都可以正常进行落液。除此之外，原布液盘升气是123个内径ø10的小管，改造后调整为17根ø34升气管，此时升气管高度为68mm。通过上述方式改造，可以很好地解决物料堵塞情况。

4.1.2 落液管改造

从原落液管看，在第十层塔盘下层主要是DN125管，并且在落液管下层设置了一个防飞溅溢流盘，其外径为φ170mm，从距离看，溢流盘底与落液管底间隙仅有10mm，而溢流盘与溢流管外壁间隙单边也只有15mm，若是堆积了一些没有发生反应的物质、杂质等，非常容易发生落液管堵塞，导致落液通道发生堵塞，进而致使落液盘出现大量积液，这种情况下，会堵塞塔盘上泡罩气体上升通道，造成塔阻上升。针对此种情况，需要对原外径φ170mm的溢流盘进行改造，调整为外径φ210mm，并且将管壁间隙增加到30mm，与此同时，也需要将溢流盘底和落液管底部间隙进行调整，增加为30mm，通过这种改造，增大原来尺寸，从而解决了落液管、溢流盘堵塞情况。

4.1.3 其他改造

①顶部法兰。针对顶部法兰的改造，需要明确原塔顶是DN400的法兰，可以将其改造为DN800入孔，这样非常方便人员进入塔内检修，实现塔内部件进出，同时也需要进一步实施塔顶等面积补强。通过改造可以改变以往塔检修对DN1800大法兰气刨、焊接带来的损伤。②塔盘顶部整流罩。该部分的改造，可以对原整流罩尺寸调整，由原来直径12圆钢与顶层塔盘焊接，改为DN20不锈钢管加M16丝杆与顶层塔盘焊接的方式，与此同时，也可以对整流罩和丝杆连接安装，并做好点焊，避免后期出现松动情况。③十层泡罩塔盘。改造前的十层塔盘和筒体，主要运用焊接进行固定，如果发现堵塞，不容易检查清理，并且由于没有观察孔，会直接影响维修处理。针对此种情况的改造，应当在现在每层塔盘对应位置增设观察手孔，为工作人员清理、检查提供便利，与此同时，在改造十层塔盘时，应当保证塔盘中间泡罩区域能够进行拆卸，而后从顶部DN800检修孔取出完成清理，清理好后，再安装回塔内。

4.2 改造后效果

该企业两条聚酯生产线依照上述方法改造后，从后续聚酯生产情况看，工艺塔整体运行较为稳定，并且在工艺塔运行过程中，没有再出现较大温度波动，也没有出现塔压差急剧上升的情况。此后，该企业在连续3次年终检修过程中，工作人员从工艺塔顶增设的检修孔进入到塔内部，拆除塔盘，发现塔盘上没有出现大量的附着物堆积，同时各层通道也没有发生堵塞，较为顺畅，尤其是最底层落液管、溢流盘，整体上较为干净，而三层填料内也没有出现杂质堆积。通过一系列改造发现，在检修工作量方面有了明显改善，对促进企业生产发挥了重要作用。

5 聚酯生产中工艺塔出料管线堵塞案例分析

该企业引进的8万t/a的聚酯生产线，属于十六块塔板的精馏塔。从其实际生产过程看，经常发生工艺塔出料管线堵塞问题，为此，下文通过分析堵塞原因，找出堵塞管线的齐聚物，最终确定防止工艺塔出料管线堵塞的工艺改造方法。

5.1 工艺塔出料管线处的流程

在聚酯生产线中，工艺塔主要作用就是对酯化反应气相管线中的水、乙二醇进行精馏，与此同时，也分离预缩聚反应中出现的乙二醇和水，前者主要以水为主，后者则主要以乙二醇为主。经由工艺塔精馏处理后，水主要以气体形式排出塔顶，而乙二醇则以液体形式从塔底排出。

5.2 工艺塔出料管线堵塞表现

当工艺塔底出现齐聚物时，如果齐聚物尺寸小于管线内径，则这些齐聚物会积聚在出料泵前的粗滤器内，导致出料泵前粗滤器频繁切换；若是齐聚物尺寸大于或者同出料管线内径一样，则齐聚物会堵塞在工艺塔出料管线处，直接影响工艺塔内乙二醇的正常排出，与此同时，造成工艺塔液位上升，而出料泵则因为物料不足发生气蚀，此时，第一酯化反应釜会因为没有获取足够的乙二醇而出现酯化度较大波动。面对此种情况，在实际操作时，应当使用木锤敲击出料管线，目的是让齐聚物排出粗滤器。如果没有出现严重堵塞现象，则可以及时处理，若是出现严重堵塞，并且长时间未能得到妥善处理，必然会直接影响到企业整个生产线的正常生产，造成严重后果。

5.3 实验分析

在出料泵前对这一齐聚物进行取样，结果酸值为13.87mg/g，特性黏度为0.091dL/g，熔点为246.5℃，皂化值为487.72mg/g 。根据该结果，发现这种齐聚物，并非酯化Ⅰ的产物，因为酯化Ⅰ产物的熔点是237℃，同样，也不是酯化Ⅱ的产物，因为酯化Ⅱ产物的熔点为243℃，而其246.5℃熔点，明显高于酯化Ⅰ和酯化Ⅱ产物的熔点，所以可以初步判断是一种环形化合物，可以升华，进而通过酯化反应釜的气相管线，直接进入工艺塔内。而工艺塔底温度为180~185℃，这也就意味着，当这种齐聚物进入工艺塔内后，会迅速冷凝结块，由此造成工艺塔出料管线发生堵塞。明确该齐聚物为环形化合物后，应当采取何种措施避免其产生，本次研究从工艺参数入手进行了调整。

5.4 结论

堵塞工艺塔出料管线的齐聚物属于一种环形化合物，发现环形齐聚物产生量和酯化反应釜酯化度存在直接联系，因此，可以通过调整工艺参数，达到降低酯化度的目的，从而最大程度上减少齐聚物产生数量。通过长期生产实践发现，酯化I的酯化度应当合理控制在90.0%~91.5%，而酯化Ⅱ的酯化度需要把控在95.5%~96.5%，从而达到防止环形齐聚物产生的目的，稳定聚酯生产线生产。

6 结语

通过对聚酯生产中工艺塔堵塞的原因分析及改造思路探索，除了要注重工艺改造，也应当重视工艺参数调整，彻底解决工艺塔堵塞问题，从而实现聚酯生产稳定、安全化运行。