轻溶剂法TDI焦油浓缩系统解析

杨向东,乔洪虎,朱红梅 ,朱法厅

(中海油石化工程有限公司,山东 济南 250101)

甲苯二异氰酸酯(简称：TDI)是一种重要的化工原料，是生产高附加值聚氨酯制品的重要原料之一，而聚氨酯制品广泛应用于多个领域，和人类的生活息息相关。目前，工业化生产TDI方法主要是伯胺光气法，通过光气与甲苯二胺反应获得TDI产品。光气法主要有轻溶剂和重溶剂两种技术路线，但无论何种技术路线，在光气化过程中均会有副产物焦油的生成[1]，为得到TDI产品，需要对TDI和焦油进行分离。由于轻溶剂法和重溶剂法所采用的焦油与TDI分离工艺差别较大，故本文仅对轻溶剂法TDI工艺中焦油与TDI的分离进行讨论。

1 流程简述

目前，在现有轻溶剂法合成TDI的工艺技术路线中，焦油与TDI的分离技术普遍采用强制循环浓缩技术，业内习惯称之为TDI焦油浓缩系统，其流程示意图见图1。

1.闪蒸器；2.循环泵；3.循环加热器图1 TDI焦油浓缩系统流程示意图

图1中虚线框内为TDI焦油浓缩系统流程，主要由循环泵、循环加热器和闪蒸器组成。由TDI与焦油组成的粗TDI物料来自上游工序，与焦油浓缩系统循环物料混合后，经限流孔板减压后进入闪蒸器，TDI在高真空度下闪蒸来实现与焦油的分离，闪蒸器通常在压力5kPa(A)以下操作。闪蒸分离出的TDI蒸汽通过闪蒸器顶部管线送至下游工序进一步提纯得到产品TDI，闪蒸分离后的TDI焦油浓缩物通过闪蒸器底部出料管线经循环泵送至循环加热器，物料在循环加热器中被中压蒸汽加热后一部分与上游工序来料混合后返回闪蒸器，另一部分送至TDI回收系统[2-3]。TDI回收系统的主要作用是将TDI与焦油进一步分离，回收TDI并排放出焦油废渣。为保证TDI回收系统进料稳定性以及防止送料管线堵塞，从循环加热器送至TDI回收系统为循环管路设置，即物料大流量循环、小流量进料，剩余物料返回至循环泵入口。

2 存在问题与不足

该流程涉及设备较少，工艺过程相对比较简单，被众多轻溶剂法TDI企业广泛采用，但由于物系的特殊性，该工艺在实际应用中也存在诸多的问题和不足，主要如下：

2.1 堵塞

由于副产物焦油具有黏度大、凝固点高、易粘附等特点，极易在管道和设备内表面发生沉积，严重时造成输送管路和设备的堵塞[4]，在实际生产过程中因此直接或间接引发一系列问题，严重影响生产的正常进行，降低企业经济效益。

从生产表现来看，堵塞主要发生在循环加热器换热管、管箱流体流动缓慢处、存在死区的管道以及伴热和保温不良的管道。尤其是公称直径较小的管道，在伴热和保温效果不好的情况下，极易发生堵塞问题，比如管道排净、压力表取压管、备用管线及检维修管线等。堵塞还会导致备用循环加热器难以实现在线切换，极大影响生产的高效进行。

2.2 冲蚀

冲蚀主要发生在循环加热器、管线上的限流孔板及闪蒸器内的分布管和器壁等处。由于焦油为不同聚合程度的大分子量聚合物组成的混合物，偶尔还会夹杂由于上游工序带来的盐类、脲类物质，在循环泵的驱动下，在系统内高速、长时的循环流动，管线及循环加热器、限流孔板等处会产生磨蚀。同时，物料经循环加热器升温并经限流孔板减压后产生气液两相流，而后在闪蒸器内高真空度下发生闪蒸，在闪蒸器的分布管及限流孔板处会产生冲蚀。实际生产中，由于分布管处气液两相流闪蒸导致的流体高速喷溅，会冲蚀闪蒸器器壁，严重时，可击穿闪蒸器。

2.3 汽蚀

循环泵汽蚀现象时有发生，与生产操作中液位的控制有很大关系。由于循环泵出口物料经循环加热器加热后一部分送至TDI回收系统，除少量作为TDI回收系统进料外，大部分循环返回至循环泵入口，由于此部分物料的温度高于闪蒸器物料温度，当闪蒸器液位控制较低时，循环泵入口处压力也随之降低，此部分物料会在循环泵入口处发生汽化，导致汽蚀。

2.4 聚合

TDI和焦油均有随温度升高而发生聚合的特性。因焦油浓缩系统闪蒸所需热量通过循环加热器加入系统，物料温度会因此而升高，增加聚合风险。实际生产中，通常采用大流量循环的方法来降低物料温升，但因此也会导致TDI在系统中停留时间过长而增加聚合风险，同时由于大流量循环泵的叶轮长时搅拌、剪切，也会增加TDI产品的损失。

2.5 耗能

焦油浓缩系统的耗能主要是电耗，体现在以下两个方面。一方面由于防止物料经过循环加热器温升过高而采用物料大流量循环带来的电耗，另一方面是由于防止物料堵塞设备和管道以及为保证TDI回收系统进料稳定性，而采用的大流量循环、小流量进料措施，带来的能耗的浪费。

3 应对措施及建议

针对上述存在的问题和不足，通常采用控制TDI与焦油的浓度、闪蒸温度和压力、设计合理的分布管、选用高材质部件、选择适宜的温升和循环量、调整TDI回收系统进料循环比及返回管线位置等措施来应对堵塞、冲蚀、汽蚀、聚合和能耗等问题，虽有不足，但在实际应用中取得了明显的效果。

鉴于焦油浓缩系统的特性，建议从工艺路线、加热方式两方面从本质上对此进行改进及创新，目前已有公司针对焦油浓缩系统开发了重力式分段加热浓缩技术，相比现有浓缩系统，该技术在工艺路线先进性、加热方式、设备选型、降低电耗几个方面均有不同程度的创新和提升。