Feasibility Analysis of Renovation of Return Mixing Tank Stirrer for Acetic Acid Unit
Abstract:
In connection with the leakage problem of the return mixing tank stirrer during the production process of the 400 kt/a acetic acid unit, the nozzle of the return line is revamped after verification in all aspects and combined with the actual operation condition. After the revamp, the materials in the return mixing tank can be self-stirred, and the stirrer can be completely removed, which not only reduces the inspection and maintenance costs of the rotating machinery, but also eliminates potential safety hazards.
河南龙宇煤化工有限公司的一期项目为年产500 kt甲醇和200 kt二甲醚,二期项目为年产400 kt乙酸和200 kt乙二醇。年产400 kt乙酸装置由上海化工研究院进行设计,于2016年8月正式投料试车成功,采用甲醇低压羰基合成乙酸工艺,主要原料为CH3OH和CO,其中原料CH3OH来自一期项目的精甲醇储罐,经泵送至乙酸反应系统;原料CO来自气体净化厂深冷分离装置,经高低压CO压缩机提压后送入乙酸反应系统。CH3OH和CO在催化剂的作用下发生低压羰基化反应,生成的粗乙酸经精制系统提纯后可得到质量分数99.9%的产品乙酸。精制系统所排放的废液送污水站进行处理;反应系统和精制系统的放空气先经尾气净化回收系统处理后,尾气送火炬系统燃烧。
1
返料系统工艺流程
精馏塔(T4302)塔顶的气相经冷凝后进入液液分离器(F4301)中形成轻重两相,重相物流经重相泵(P4311A/B)后进入返料混合槽(V4101),轻相物流经精馏塔回流泵(P4302A/B)返回V4101,V4101内的液相经返料泵(P4104A/B)送入反应器(R4101)。V4101的进料有4路,即F4301的轻相、F4301的重相、分离塔塔顶储槽(V4301)的稀酸以及P4104A/B的回流。乙酸装置返料系统工艺流程如图 1所示。
图 1
2
返料系统的改造
2.1
存在的问题
2017年5月,V4101搅拌器(J4102)密封发生泄漏,V4101内气相中的酸气、一氧化碳、碘甲烷泄漏至J4102轴承箱后从轴承箱加油嘴漏出,现场出现可视紫色雾气(游离碘氧化为单质碘显现紫色)。泄漏发生后,在现场封堵加油嘴,以阻止V4101内的气相介质泄漏至大气中。但由于J4102轴承箱内泄漏的酸气腐蚀轴承,导致J4102运行时异常声响较大,J4102被迫停止运行。若对J4102进行检修,乙酸装置需全线停车,装置停车、工艺交出、检修、恢复开车耗时至少在4 d以上,损失较大。
2.2
J4102的作用
V4101内的物料为碘甲烷、乙酸、水等。碘甲烷的密度为乙酸、水的2.3倍,V4101内物料取样至玻璃瓶放置几分钟就会自动分层,密度较大的碘甲烷处于底部,密度相对较轻的乙酸、水位于上部。因此,通过增设J4102对V4101内的物料进行搅拌,可确保物料组分均匀,最终实现底部出料泵稳定运行及高负荷下R4101的稳定运行。
2.3
J4102停运后工艺操作的改变
当V4101液位控制较高时,在J4102停运的情况下,V4101内会出现分层现象,此时底部出料泵输送介质组分不稳定。为防止V4101内物料出现明显分层,中控室操作时将液位控制得较低,工况变化后液位操作范围在15%~30%。
2.4
取消J4102的改造方案
将V4101内J4102整体拆除,用DN 200 mm、2.0 MPa、材质为316L的盲盖封堵V4101的搅拌器法兰口;调整V4101内返回物料管口与物料液面角度,使V4101内的4股进料处于同一个方向,从而产生稳定的漩涡,实现内部物料的自搅拌,达到替代J4102的目的。改造后的V4101及其内部旋涡如图 2所示。
图 2
2.5
V4101操作注意事项
(1) 如图 2所示,通过云线内新增配管将返料口返回V4101内的返料管线延长,正常操作时需控制液位在返料口以上并保持稳定。
(2) V4101远传液位计为差压液位计,改造后正常操作时远传液位波动区间增大,底部出料阀PID参数应进行相应的调整,保证阀门操作稳定。
(3) 远传液位与物料液面最低点不一致,液位最低点偏低,以保证泵入口不出现窜气现象。若泵入口出现窜气,底部出料泵可能发生气缚,导致泵出口流量不正常。
(4) 反应器内处于高负荷运行时,应稳定操作,防止精馏区操作出现波动而导致返料量出现大幅波动。
2.6
运行数据收集分析
停运J4102并优化工艺操作后,通过收集分析反应器、返料槽、精馏区液液分离器设备操作参数,在无搅拌器的情况下将乙酸装置负荷提高至满负荷运行,各参数与设计值偏差不大,V4101内物料密度波动不频繁,正常运行过程中V4101底部出料密度偏差范围在20 kg/m3,其中底部出料密度波动较大的数据如表 1所示。
表 1
日期 |
最大值 |
最小值 |
偏差 |
2017-06-02 |
1 452 |
1 346 |
106 |
2017-06-17 |
1 540 |
1 374 |
166 |
2017-07-06 |
1 524 |
1 260 |
264 |
2017-07-11 |
1 506 |
1 281 |
225 |
2017-07-22 |
1 404 |
1 248 |
156 |
改造以后,R4101的操作温度在可控范围内,催化剂浓度以及乙酸甲酯含量波动不大,泵入口未出现窜气现象;V4101内的物料可以实现自搅拌,此时V4101的液位控制无限制,且各液位下物料组分偏差不大,通过优化工艺操作可实现长周期稳定运行。
3
改造投入和收益
此方案改造周期较短、投入较少。在停车大修期间先将V4101处理合格,然后打开人孔取出J4102,最后对返料口进行焊接作业。取出的搅拌器可用于其他槽类设备,实现价值最大化。改造完成后,节省了动设备维护保养费用、检修费用。对于具有较大循环量的连续式搅拌反应釜、搅拌中间槽等设备,可借鉴本次改造措施,在初步设计时可考虑取消搅拌器,通过返料口的变更实现釜类设备的自搅拌。