炔醛法生产1,4-丁二醇影响一段加氢催化剂单耗的原因及调整措施

1 添加量及添加频次控制措施

1.1 新催化剂的添加量及添加频次影响

新催化剂的添加量,在设计时指定了一个相对较宽的控制范围。在生产过程中,根据生产经验结合设计值,确定一个相对比较固定的添加量及添加频次,以确保反应指标稳定。装置实际运行时,一段加氢反应受到前、后段工序或其他因素的影响,导致装置运行负荷有高有低。在负荷发生变动时,新催化剂的添加量及添加频次未及时进行优化调整,造成催化剂单耗高。

1.2 优化调整措施

通过对装置的长期操作发现,可以根据装置运行的不同负荷及时调整新催化剂的添加量或改变新催化剂的添加频次,实现降低催化剂单耗的目的。首先,可根据装置在满负荷运行时新催化剂的添加量,推算出催化剂的单耗。其次,在不同的运行负荷下,可根据满负荷时催化剂的单耗,推算出目前运行负荷下新催化剂的添加量。最后,若新催化剂的添加量不便调整时,可调整新催化剂的添加频次达到调整新催化剂用量的目的。通过以上优化调整,可控制在不同负荷下,催化剂的单耗始终保持在满负荷的状态下,即可确保反应指标正常,同时降低了催化剂的用量。

1.3 实验数据对比

模拟生产装置缩小制作两套相同的低压加氢反应实验装置A/B。使用生产装置的BYD溶液进入进料缓冲罐,与催化剂混合后经过进料泵送入反应器,从生产装置引入氢气进行反应,反应后的物料采出至生产装置,在出口管线上设置取样点便于取样。实验如果见表1。

通过3次实验,验证了优化调整措施的可行性。第2次实验在负荷降低时,及时调整添加催化剂的用量,控制催化剂的单耗,节约了催化剂的用量。第3次实验在负荷更低时,及时调整催化剂的添加频次,控制催化剂的单耗,节约了催化剂的用量。在确保反应指标的前提下,下一步研究的重点是继续降低催化剂的单耗。

2 催化剂回收利用量优化措施

2.1 催化剂回收系统流程

一段加氢反应使用的催化剂是含量为95%以上的金属镍粉,催化剂与物料充分混合后,在一段加氢反应器内完成反应,进入沉降槽进行第一级分离。大量的催化剂沉降于沉降槽的底部,为了防止催化剂堆积,设置有连续运行的搅拌耙齿。沉降槽底部催化剂含量较高的物料,经催化剂回收泵送入反应器重新进行回收利用。沉降槽顶部清液溢流至收集罐中,经离心泵送入电磁过滤器进行二级分离。电磁过滤器通过带磁、消磁将催化剂进一步进行过滤,并将过滤掉的催化剂回收至沉降槽。进入圆盘过滤器进行第三级分离,稍大颗粒的催化剂被过滤在滤盘上,通过甩盘与预涂剂一同排出。最后进入袋式过滤器进行第四级分离,对>1 μm的催化剂颗粒拦截于滤袋中。通过流程可以看出,第三级与第四级过滤的催化剂越多,造成催化剂的损失就越大。针对第三级、第四级过滤已经无有效的调整手段,只能通过对第一级、第二级过滤进行优化调整,从而实现降低催化剂用量的目的。

2.2 提高催化剂循环利用率及回收量的优化调整措施

首先,第一级过滤是采用自然沉淀的方式进行的,通过重力可将大量的催化剂沉降在沉降槽底部。在设计时,为了防止催化剂的大量聚集,设置连续运转的搅拌耙齿,且耙齿高度是可以调节的。深入研究发现,沉降槽底部聚集的催化剂越多,催化剂的循环利用率就会越低,不利于降低装置催化剂的用量。可通过降低搅拌耙齿提高催化剂的循环利用率,提高催化剂的回收量。为了提高催化剂的回收量以及循环使用率,经过反复测试,将搅拌耙齿缓慢地降至最低位置,可以把原先聚集在沉降槽底部的催化剂量重新进行回收利用,提高了催化剂的循环利用率,降低了催化剂的使用单耗。

其次,第二级过滤是电磁过滤器,采用带磁、消磁的方式再次回收一部分催化剂。电磁过滤器带电后,内部安装的刚毛带磁,对催化剂进行吸附。运行单位时间后,电磁过滤器失电消磁,再通过反冲洗液将刚毛吸附的催化剂送入沉降槽循环使用。电磁过滤器运行状态,主要存在以下问题:①控制程序设计存在不合理。一组共4台电磁过滤器,在运行时,有时3台同时过滤,有时4台同时过滤,导致进入第三级圆盘过滤器时的物料量波动很大,在滤盘的表面形成脉冲,反复挤压滤盘上的预涂剂,致使滤盘压差上涨较快。为了维持装置的生产负荷,需及时对滤盘进行清洗。清洗的次数越多,催化剂的损失就越大。通过对电磁过滤器的运行程序进行微调,使其始终保持3台处于过滤的状态,1台处于再生的状态,很好地稳定了出口物料的流量,降低了圆盘过滤器滤盘的清洗频次。②电磁过滤器内部刚毛使用时间过长后,导致刚毛内部板结的催化剂较多,影响物料流通的同时降低了过滤效果,大量的催化剂无法吸附在刚毛上,随着物料进入第三级过滤,最后被排出装置,降低了催化剂的回收量。经过多次测试后,确定较为经济的使用周期并及时进行更换,以提高过滤效果,增加催化剂的回收量。③反冲洗液为电磁过滤器的进口物料,其催化剂含量较高。延长电磁过滤器的反冲时间或增加反冲洗量,都不能将刚毛内的催化剂全部回收至沉降槽,降低了电磁过滤器的有效吸附容积,易造成催化剂进入第三级过滤,导致催化剂的损失。电磁过滤器出口物料中催化剂的含量与进口相比,其催化剂含量较低。将反冲洗液改为电磁过滤器出口物料,可有效地提高其吸附容积,降低催化剂进入第三级过滤概率,减少催化剂损失的同时,提高了催化剂的回收量。

3 优化调整

3.1 装置运行负荷的优化调整

一段低压加氢反应为放热反应,需要使用循环水进行冷却降温。一年当中,夏季气温较高,若反应器仍保持高负荷运行,为了避免出现指标的异常,副反应增多,一般可通过增加催化剂的添加量进行控制,造成催化剂的单耗增高。通过对装置全年的运行情况综合分析,总结了装置夏季运行的优化调整措施。在制定全年运行计划时,可适当降低装置夏季时的运行负荷,从而达到避免增加催化剂的用量。同时降低生产装置的运行负荷,对动设备长周期稳定运行也十分有利。春、秋、冬季时尽量提高装置的运行负荷,可弥补夏季所降的负荷。

3.2 相关助剂添加的优化调整

为了加速催化剂的沉淀,在生产中会加入定量的絮凝剂。由于高温或高负荷情况下絮凝剂提高催化剂沉淀速度的效果降低,可根据实际生产适量提高絮凝剂的添加量,但需要通过缓慢调试,逐渐提升,若使用不当会导致过滤系统波动,得不偿失。为了保护催化剂中钼的流失,需定期加入七钼酸铵。在高温或高负荷的情况下可以适量增加添加量,提高催化剂活性,稳定反应指标。

4 结论

通过对炔醛法三维工艺生产1,4-丁二醇中一段为低压加氢反应造成催化剂单耗高的原因进行分析,并结合实际生产,制定了有效的优化控制措施,达到了降低催化单耗的目的。研究发现,影响催化剂单耗的主要原因是催化剂过滤系统,对目前在用的设备进行改造,降低催化剂单耗还有很大的空间,需要继续探索与实践。