杨孟洋
（河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司，河南 鹤壁458000）
［摘 要］河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司3 000 t/a丁二酸酐装置为国内首套采用顺酐连续加氢制丁二酸酐的工艺装置，系统原始设计时γ-丁内酯虽做了回收且循环利用，但实际生产中丁二酸酐精馏系统真空泵气液分离罐内γ-丁内酯未回收利用，导致γ-丁内酯溶剂浪费严重、生产能耗大等问题。基于γ-丁内酯的物化性质及废γ-丁内酯的来源，探讨废γ-丁内酯的三种回收利用方案，最终确定将废γ-丁内酯送入脱轻塔塔顶回流罐回用。本技改项目实施后，整个系统的运行未受到影响，丁二酸酐产品质量稳定，γ-丁内酯的排放量明显降低且全部得以回收利用，带来了良好的经济效益。
［关键词］丁二酸酐装置；液环真空泵；气液分离罐；γ-丁内酯；回收利用方案；技术创新点
［中图分类号］TQ225.23 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）04-0078-03
河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司3 000 t/a丁二酸酐装置为国内首套采用顺酐连续加氢制丁二酸酐的工艺装置，其单套丁二酸酐装置国内产能最大，具有工艺先进、自动化程度和安全系数等级高、产品质量优等特点。丁二酸酐生产以顺酐和γ-丁内酯为主要原料，通过DCS将顺酐和γ-丁内酯配制成一定浓度的顺酐溶液送入一段、二段加氢反应器内，在催化剂的作用下顺酐溶液与氢气反应合成粗丁二酸酐；粗丁二酸酐溶液经脱轻塔、溶剂脱除塔、脱重塔，分别脱除粗丁二酸酐溶液中的轻组分、溶剂γ-丁内酯（溶剂返回罐区继续配料使用）和重组分，最终获得合格的液态丁二酸酐，并送往切片机进行切片包装。系统原始设计时γ-丁内酯虽做了回收且循环利用，但实际生产中真空泵气液分离罐内的γ-丁内酯未回收至系统，造成γ-丁内酯溶剂浪费严重、生产能耗大等缺陷。
1 γ-丁内酯的物化性质及在系统中的作用
1.1 γ-丁内酯的物化性质
1,4-丁内酯，又称γ-丁内酯、4-羟基丁酸内酯，是一种无色油状液体，能与水混溶，溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚和苯；可随水蒸气挥发，在热碱溶液中分解，有芳香气味；熔点-43.53 ℃，沸点204 ℃，密度1 125 kg/m3。
因γ-丁内酯特殊的物化性质，在丁二酸酐装置中它主要起到配比原料和充当液环真空泵密封液的作用。
1.2 γ-丁内酯在系统内的作用
1.2.1 配比原料
将γ-丁内酯与顺酐配成10%～25%顺酐溶液送入加氢反应器内，在催化剂的作用下顺酐溶液与氢气反应生成丁二酸酐溶液，此过程中γ-丁内酯不参与反应，但加入γ-丁内酯主要有以下作用。
（1）高浓度的顺酐在催化剂的作用下会与氢气发生剧烈的放热反应，加入γ-丁内酯可调整系统内顺酐的浓度，控制加氢反应器床层温度和压力，不会因反应过于剧烈而出现催化剂床层飞温，并避免引发其他安全事故。
（2）顺酐加氢反应过程中的副产物主要是γ-丁内酯，尤其是丁二酸酐过度加氢易生成γ-丁内酯，加入γ-丁内酯可抑止副反应的发生，利于向正反应方向推进，可提高丁二酸酐的收率。此过程副产的γ-丁内酯一并通过溶剂脱除塔回收至γ-丁内酯储罐，作为溶剂配料循环使用。
1.2.2 作为真空泵密封液
丁二酸酐装置精馏系统负压操作有利于节能降耗，鉴于丁二酸酐和γ-丁内酯的物化特性，随着压力的降低，物料沸点呈明显下降趋势，故精馏系统采用减压精馏。减压精馏配套的抽真空设备为液环真空泵，液环真空泵的密封液采用γ-丁内酯，其主要原因为：① γ-丁内酯熔点低（-75 ℃），特别是我国北方地区冬季室外温度常在-10 ℃以下，使用γ-丁内酯作为密封液不会出现因密封液温度低结晶而影响真空泵做功，即液环真空泵的运行不受冬季严寒天气的影响，同时γ-丁内酯沸点高（204 ℃），在压力5～10 kPa、温度20～30 ℃条件下仍呈液态（如表1），因为若经换热器冷却后密封液不完全冷却，气相密封液的存在会降低真空泵的工作效率，且易产生汽蚀现象，造成泵体振动大，进而损伤设备；② 丁二酸酐易与水及其他物质发生反应（比如，丁二酸酐遇水会生成丁二酸，反应过程中放热量大，极易发生危险），而以γ-丁内酯作为真空泵密封液，可防止其他介质混入系统内而发生化学反应。
鉴于γ-丁内酯特殊的物化特性，同时γ-丁内酯又是丁二酸酐生产中的副产品，因此，即使下一步技改也不考虑以其他介质作为液环真空泵的密封液，只考虑对密封液——γ-丁内酯进行回收利用。
2 废γ-丁内酯的来源
丁二酸酐液环真空泵（VP01302A/B、VP01303A/B）密封液使用的是γ-丁内酯，原始设计γ-丁内酯主要作为冷却液，定期更换γ-丁内酯以保证设备的正常运转，废γ-丁内酯直接排放至地下废水槽，排放量极小。但随着系统逐渐实现满负荷、长周期运行，减压精馏抽真空夹带的γ-丁内酯经冷却全部进入真空泵气液分离罐，经常造成气液分离罐液位高（气液分离罐液位维持在75%～85%之间真空泵运行效率最佳），影响真空泵排气，造成真空泵做功效率低，为保证系统正常生产，稳定精馏塔塔压，此部分γ-丁内酯需外排。前期系统负荷低，运转周期短，精馏塔产生的气量少，此问题不明显；随着系统长周期、高负荷运行，精馏塔产生的气量大，抽真空过程中气相夹带的γ-丁内酯多，这部分γ-丁内酯经冷却后进入真空泵气液分离罐，γ-丁内酯排放量逐步增大，由之前的两天排放1次到当前的每班（8 h）排放3次。
为保持液环真空泵长周期运转，气液分离罐内的液体需定期进行更换，防止其底部残余杂质进入泵体机械部位而损伤真空泵，气液分离罐内的液体需用新鲜γ-丁内酯进行置换，将旧的γ-丁内酯排出，排出的γ-丁内酯直接通过管线进入废水槽（未进行回收），排出的物料主要成分约为79%的γ-丁内酯、19%的水（顺酐加氢过程产生）、1%的丁二酸酐及剩余不明物（低沸物）。排量为每班3次，每次排量约0.1 t，气液分离罐每月置换1次，罐体容量约0.8 m3。可以看出，排放的γ-丁内酯量大，回收价值极高。
3 γ-丁内酯回收利用方案
3.1 方案一——送入γ-丁内酯原料储罐回用
将γ-丁内酯气液分离罐内的废γ-丁内酯收集至桶内，定期运输至原料罐区，通过γ-丁内酯卸车泵抽入γ-丁内酯储罐内，用作配比原料回收至系统内脱除杂质。此过程需要控制每次抽入量，使γ-丁内酯储罐内物料的水含量低于0.01%。本方案实施后，虽然控制了γ-丁内酯储罐内物料的水含量，但由于其他不明物影响溶剂脱除塔的运行，发现抽入系统内的废γ-丁内酯影响加氢反应，最终对丁二酸酐产品质量影响极大，产品质量波动较大，勉强达到工业级水平。本回收利用方案失败。
3.2 方案二——送入脱轻塔塔釜回用
更多内容详见《中氮肥》2020年第4期