精准加料设备及顺酐生产系统

邢薇薇，孙义峰，吴一轩

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

顺酐是一种常用的基本的重要有机化工原料。是世界上仅次于苯酐的第二大酸酐原料，且其下游产品有着相当广泛的开发和应用前景。顺酐生产技术的核心为原料（正丁烷或苯）与空气在固定床反应器中发生的高温放热、气固相催化氧化反应，俗称正丁烷法或苯法。原料正丁烷与空气按一定比例充分混合均匀后进入反应器，在装填了一定数量催化剂的列管内发生氧化反应。V-P-O（钒磷氧）系列催化剂是正丁烷制顺酐常用的催化剂，在正丁烷催化氧化反应过程中，催化剂中的磷会有所丢失，从而影响顺酐的收率和转化率，需要在固定床氧化反应器入口连续不断地加入助催化剂，这种助催化剂是一种含磷化合物，必须精准、均匀地加到催化剂床层上，以保证正丁烷氧化反应的正常进行。

原有助催化剂的加料方式，是将液体助催化剂通过流量计，再用氮气在鼓泡器中通过加热、鼓泡进行气化后，直接通入反应器入口气体管线上。在实际生产中发现固定床氧化反应器的催化剂床层上助催化剂分布不均匀，且床层温度变化较大，没有达到为催化剂均匀补磷的要求。

1 工艺系统

为了实现了助催化剂对固定床氧化反应器中催化剂的均匀、精准加料，提供一种精准加料设备，包括助催化剂计量装置、氮气供应装置、鼓泡装置和混合装置；助催化剂计量装置包括计量管，计量管与鼓泡装置通过管路连接，用于计量并调节加入鼓泡装置内的助催化剂量；氮气供应装置与鼓泡装置连接；鼓泡装置用于氮气与助催化剂混合；混合装置一端与鼓泡装置连接，另一端用于连接原料供应管路。

图1

2 工艺技术方案

现有技术中助催化剂的加料方式是先将助催化剂鼓泡器用0.4MPa蒸汽加温至90℃，再将0.4MPa氮气通过氮气分布管进入助催化剂鼓泡器中底部，同时将助催化剂通过流量计输送至助催化剂鼓泡器中，液态助催化剂在助催化剂鼓泡器经过加温和氮气的鼓泡蒸发变为气态。正丁烷与空气进入正丁烷/空气混合器进行充分混合，由氮气携带着助催化剂进入固定床氧化反应器的进口管线中，与反应原料气均匀进入固定床氧化反应器的催化剂床层上，达到为V-P-O催化剂及时补磷的目的。但是，采用流量计计量助催化剂加入量，由于是微量，助催化剂的加入量与鼓泡器中的温度、氮气压力和氮气流量都有关系，实际操作中常常出现助催化剂加入量不准确的情况。

采用本套精准加料设备，助催化剂计量装置和氮气供应装置分别与鼓泡装置连接，助催化剂计量装置与现有技术中的流量计不同，本系统采用计量管，先在计量管内储存一定量的助催化剂，且计量管还可以对助催化剂起到缓冲的作用，由于助催化剂的加入量是微量，计量管的缓冲作用也有利于助催化剂的精准加料；与现有技术中鼓泡装置直接与助催化剂供应管路连接不同，鼓泡装置与计量管通过管路连接，助催化剂的流量更容易且精准调节，有利于助催化剂的精准加入鼓泡装置；并且氮气供应装置供应的加热后氮气配合精准加入鼓泡装置的助催化剂，经鼓泡装置鼓泡后，氮气携带助催化剂经混合装置与原料气充分混合，使得进入反应器中的助催化剂的均匀、精准加料。

3 系统组成

3.1 助催化剂计量装置

助催化剂计量装置1包括计量管11和计量泵12，计量泵12设置在连接计量管11与鼓泡装置3的管路上。桶装的助催化剂可以经补充泵以批次的方式加入到计量管11中。助催化剂进入计量管11中，用计量泵12设定助催化剂加入反应器的加入量，并用液位计控制计量泵12，液体助催化剂经过计量泵12进入鼓泡装置3中。本系统增加了助催化剂计量管11和助催化剂计量泵12，可以设定助催化剂的加料量，并实现自动控制，保证助催化剂加料的精确。

3.2 氮气供应装置

氮气供应装置2包括流量计21和加热器22，流量计21设置在与鼓泡装置3连接的氮气供应管路上。氮气供应管路与流量计21之间设置有加热器22，用于加热氮气。将0.4MPa氮气经过加热器22加热至85～95℃，然后氮气进入鼓泡装置3，氮气在助催化剂液体内进行鼓泡。本系统增加了氮气加热器22，使氮气温度与助催化剂鼓泡器31内的温度一致，以保证在对助催化剂鼓泡时，助催化剂液体完全气化。

3.3 鼓泡装置

鼓泡装置3包括鼓泡器31，鼓泡器31外设置有第一换热组件32和第二换热组件33，第一换热组件32位于第二换热组件33上方，保证鼓泡装置3的操作温度。

第一换热组件32包括盘管，盘管内通入加热流体以加热鼓泡器31内流体；第二换热组件33包括设置在鼓泡器31外部的夹套，夹套内通入加热流体以加热鼓泡器31内流体。

鼓泡器31底部设置有分布器（分布管），氮气经鼓泡器31底部的氮气分布管进入鼓泡器31内腔，氮气在助催化剂液体内进行鼓泡，助催化剂经过加热、鼓泡变为气体，由氮气携带从鼓泡器31顶部排出鼓泡器31，在鼓泡器31顶部设有除沫器，防止助催化剂小泡沫被带入固定床氧化反应器中。

图2

3.4 混合装置

混合装置4包括第一混合器41、第二混合器42及第三混合器43。

第一混合器41包括助催化剂分布管和混合腔，助催化剂分布管一端与鼓泡装置3连接，另一端与深入混合腔，混合腔与原料供应管路连接。氮气+助催化剂（气相）进入第一混合器41中进行一次混合，助催化剂经过插入正丁烷管道中的助催化剂分布管，与正丁烷逆向混合。

第二混合器42一端与第一混合器41连接，另一端与原料供应管路连接。第一混合器41内混合气体在第二混合器42内与空气混合。

第三混合器43与第二混合器42连接，另一端用于连接反应器。第三混合器43为管道静态混合器。经过三次混合，助催化剂已经完全均匀地混合到进料气体中，进入反应器中的催化剂床层中，达到了为氧化催化剂的均匀补磷目的。

图3 不同加药量情况下三种药剂的除油效果

4 操作说明

液体助催化剂一次加入助催化剂计量管11中，加入量为一班次8小时用量，根据正丁烷氧化反应催化剂的转化率和选择性，判断催化剂需要的补磷情况，确定一段时期助催化剂的加入量，定助催化剂计量泵12的加入量可以为0.8～1.2L/h，由计量管11的液位计控制计量泵12，保证助催化剂加料量的精准。氮气首先进入加热器22中，将氮气加热至85～95℃，使氮气的温度与助催化剂鼓泡器31的温度保持一致，再通过氮气流量计21控制氮气的流量，进入助催化剂鼓泡器31底部的氮气经分布管环管，使氮气吹入助催化剂液体中鼓泡，气泡上升到助催化剂鼓泡器31的上部扩大区域，通过蒸汽夹套使之完全气化。氮气携带助催化剂气体从助催化剂鼓泡器31顶部出去，再经过三次混合，进入反应器的催化剂床层，达到了为催化剂均匀补磷的目的。

5 结论

本精准加料设备可以运用在正丁烷法氧化反应生产顺酐的生产装置上，达到了用助催化剂为氧化催化剂的均匀补磷目的，解决和克服了助催化剂液体不完全气化和计量不准确，以及助催化剂在催化剂床层中分布不均匀的问题，提高了顺酐固定床氧化反应的收率和转化率，延长了催化剂的寿命，降低了顺酐的生产成本。