大庆石化公司化工二厂丁辛醇车间黑龙江省大庆市163714
摘要：降膜蒸发器是一种高效的蒸发设备，具有温差小、滞留时间短、工作寿命长、结构紧凑、效数不受限制等优点。提高蒸发器的传热性能和蒸发效率，对于工程投资和节能降耗都具有重要意义。中国石油天然气股份公司大庆石化分公司化工二厂丁辛醇装置(简称丁辛醇装置)降膜蒸发器在羰基合成系统中起着重要的作用，它通过蒸发的方法使闪蒸溶液分离出产品醛，并影响着铑催化剂的回收量、活性、寿命、进料和尾流比、反应器的液位及三苯基膦(TPP)在溶液中的含量。该设备在设计压力为0.15MPa和95-135℃下操作，为热水加热的降膜式换热器。
关键词：丁辛醇；装置；降膜蒸发器；蒸发效率；分析
引言：丁辛醇是随着石油化工、聚乙烯塑料工业的发展和羰基合成工业技术的发展迅速发展起来的。羰基合成反应技术是1938年在德国最先开发成功的，随着在英、美、法、意等国家获得发展。目前丁辛醇的合成方法有四种:乙醛缩合法，发酵法，齐格勒法和羰基合成法，前几种方法被羰基合成法所取代。羰基合成法又分为高、中、低压合成法，同样高压和中压合成法又被低压合成法所取代。
1.丁辛醇装置工艺简介
大庆石化化工二厂丁辛醇装置采用气相循环羰基合成技术,装置于1986年10月正式建成并投入使用。装置以纯度在95%以上的丙烯及合成气（一氧化碳、氢气）作为主要原料,催化剂为铑、三苯基磷,经羰基合成反应生成正丁醛和异丁醛,再经过分离处理后,混合丁醛加氢反应后可以生成粗丁醇产品，通过提纯可产出正丁醇、异丁醇产品；混合丁醛通过正异分离后，正丁醛也可以进行缩合反应后再进行加氢反应生成粗辛醇产品，通过精馏产生辛醇产品。由于气相循环技术存在副产物较多、污染物排放量大、能耗高等缺陷,国外对其进行了更新换代,改为液相循环技术,其特点是操作安全、前期投资少、工艺简单、对反应条件的要求相对较低等等。通过可行性调研，2012年针对装置现存的问题和不足，利用大乙烯扩建的机会进行再次技术改造，将羰基合成反应成功更换为液相循环反应，新增一台反应器、高压、低压降膜蒸发系统。
2.降膜蒸发器结构
降膜蒸发器实际上是一个立式的列管换热器，顶部有一个液体和气体分布器，它可以确保液体均匀分布到每根管壁上，气体均匀分布到每根管的中心。管程为不锈钢，壳程为碳钢。物料走管程，热水走壳程。为提升降膜蒸发器的蒸发效率，必须要有良好、可靠的垂直度，在其上部的分布器和管板一定要水平，这样才能使液体分布均匀，否则会发生偏流，影响蒸发效果。所以安装后要严格检测，升温后还要检测一下分布器和管板是否水平。但是，根据多年的生产经验可知，降膜蒸发器的管板很难达到绝对的水平，只有达到50%负荷的进料量才能使降膜蒸发器的物流基本均匀。
3.影响降膜蒸发器的关键因素分析
3.1出口温度
降膜蒸发器的加热介质为间接热水，与工艺液体逆流。热水温度由仪表(TIC20204)在降膜蒸发器出口控制温度。TIC20204设计温度95-135℃，能达到140℃。温差仪表(TDI320203)指示热水入口和工艺出口底部之间的温度差值。这是一个关键参数，降膜蒸发的传热性能并不一定随着温差的增大而提高。可通过调整出口温度的设定点、来自热水加热器的热水温度和热水流量来控制。以此来控制蒸出的醛产量与羰基合成反应生成的醛产量一致。在开车时，降膜蒸发器出口温度要控制好，以使下游的液相流量能在液体至闪蒸槽正常流量的25%～30%。当降膜蒸发器下游流量达到系统的设计能力或者当负荷达到羰基合成循环压缩机的能力时，必须再次提高降膜蒸发器的出口温度。但是，降膜蒸发器的出口温度也不能太高(约126℃)。如果更高，并且持续时间很长，会使催化剂溶液中铑分子结链失活，降低催化剂活性，影响其寿命，并且增加潜在的TPP损失。另外，刚开车时，如果降膜蒸发器的操作温度太高，会把催化剂溶液中的丁醛大量脱除，情况严重时浓缩催化剂溶液会把铑催化剂循环泵堵死。
3.2温差
上部温差仪表(TDI20203)用于测量降膜蒸发器热水回水温度与顶部进料的温度差TTDI332，TTI331－TTI330小于25℃；下部温差仪表(TDI21202)用于测量降膜蒸发器热水进口温度与铑催化剂出口之间的温度差TTDI335，TTI334－TTIC333小于15℃，且TTDI332、TTDI335不能超过25℃。否则，将会导致催化剂液体在管侧成核沸腾和把铑金属沉积在管壁内部。核沸腾是由于气泡的产生和脱离，致使加热面附近液体剧烈扰动。这对在管壁形成的液膜破坏很大，影响降膜蒸发器的蒸发效果。所以，控制水的流量和温度就很重要，以此使管程和壳程之间的温差最小，维持要求的粗醛蒸发量。在降膜蒸发器日常运行时的调控方法：一是当热水温度不太高，降膜蒸发器进料量FIC20208又很大时，TTIC341=TTI334≈TTIC333；二是当底部温差小而顶部温差大时，提高TTIC341，降低mFIC325；三是当底部温差大、顶部温差小时，应降低TTI334，提高mFIC325。
3.3热水系统
热水系统用来供给降膜蒸发器热量。使用的是间接水系统，以减少降膜蒸发器的温度传动力，避免核沸腾。同时防止在异常条件下可能出现的管壁温度过高，这种情况对催化剂最为有害，其寿命对温度非常敏感。水温在催化剂的整个寿命过程中不同，在大多数使用寿命过程中可以从0.4MPa蒸汽中获取热量。但是，在催化剂使用寿命快要结束时，溶液中的重组分含量增加，降膜蒸发器需要更高的温度。因此，可能需要1.0MPa蒸汽来加热热水。
3.4重组分
在反应器中会产生少量的重组分，随着时间的推移，其含量会积聚增多，并随着丁醛浓度、溶液温度和含铁及碱性盐化合物浓度而发生变化，要尽快除去重组分，应调整降膜蒸发器温度，增加蒸发量。同时，随着温度的提升，溶液中的重组分相应减少。
总结：降膜蒸发器出口温度及温差决定了其使用效果的好坏，它也关系着铑催化剂的活性和回收量。蒸发出的粗醛量、溶液中重组分和TPP等物质的含量是随着出口温度的变化而变化的，并影响着反应器的反应。操作时应特别注意各工艺参数的变化，及时调整。用mFIC314∶mFI322可以控制反应器的液位，催化剂开始投用时mFIC314∶mFI322可以是2：1，使用一段时间后调整为3：1。
参考文献：
[1]刘琪.羰基合成反应器的布置和配管[J].化工与医药工程,2016,37(04):21-24.
[2]孙镭镭.关于丁辛醇装置缩合系统碱浓度的探讨[J].化工管理,2016(20):201.
[3]彭志勇,徐文礼,王亮.丁辛醇装置丁醇预精馏塔的脱水处理[J].化工管理,2016(07):215-216.
[4]魏丹丹,张钊,许承杰,吴全贵.丁辛醇生产装置中原料丙烯的净化精制[J].石化技术,2015,22(11):12+85.
[5]蒋凌云,于海斌,李晨,李继霞,郝婷婷,王鹏飞.丁辛醇废铑催化剂焙烧铑回收工艺研究[J].无机盐工业,2015,47(04):51-53.