双氧水装置敏感的萃取塔

            双氧水装置敏感的萃取塔

赵正

安徽晋煤中能化工股份有限公司   安徽 临泉  236400

摘要：蒽醌法生产过氧化氢的工艺中,氧化塔是整个生产工艺中的重要设备，蒽醌法生产双氧水工艺是以2-乙基蒽醌(eaq)为工作载体，以重芳烃(ar)和磷酸三辛酯(top)为溶剂配成工作液，经过氢化、氧化、萃取和工作液后处理几个工序，萃取过程采用的萃取塔结构设计及性能直接影响整套装置长周期稳定运行情况，因此对于萃取塔的结构优化十分重要。关键词: 萃取塔；过氧化氢；工作液；筛板

一、工作原理

双氧水萃取原理是利用工作液与水的密度差以及过氧化氢在水中和工作液中溶解度的差异而进行分离的，水从萃取塔上部加入，作为连续相自降液管向下流动，工作液自塔下部进入萃取塔，作为分散相经塔板分散成小液滴向塔顶漂浮，最后萃取塔底得到的萃取液为双氧水产品，塔顶为经过萃取后的工作液成为萃余液。

鉴于现有双氧水萃取塔存在萃取效率低、产品浓度低、萃余高等问题，且主要是与萃取塔结构有着密切的关系。因此对萃取塔结构进行优化改进，对于提高萃取效果、提高产品浓度、降低萃余以及双氧水装置的安全稳定运行具有重要意义。

    二、为什么说萃取塔敏感

在生产一线的老师傅都明白，刚加一釜新配的工作液或回收的工作液、切换氢化过滤器、投一台新白土床、氢化塔再生催化剂后重新投用、甚至工艺啥也没动都可能造成萃取塔的波动，有时候是萃取塔界面突然升高，有时候是突然带水，有时候会造成萃取塔积料。老段长、干的久的技术员、车间主任每天都会去看一下萃取塔的视镜。有的都神经质了，一看到“泡泡、鱼眼、葡萄、絮状物或者是工作液油珠变小了、变碎了”，就在生产协调会上大喊“降氢效，快换氧铝，赶紧补蒽醌”。总感觉他们就像是一群大厨，在熬煮一锅珍贵的“百年老汤”，生怕老汤变味了。而许多没有吃过苦头的新工艺厂家，看的都习惯了，根本无动于衷。不过随着全酸性改造的进行，很快大家都会逐渐对“鱼眼、泡泡、油珠碎小”习惯的，设计通过性好、更皮实的萃取塔将成为行业共识。其实萃取塔的波动都是在向你发出的警报：“...工作液物性变了...变了...又变了”。

三、工作液的哪些变化会引起萃取塔波动呢

工作液物性的变化有哪些是会引起萃取塔波动？已知的有油水两相的密度、粘度、界面张力等，因这几个参数和筛板下液层厚度有关，是计算萃取塔筛板间距、降液管高度的依据。工作液的这几项物性变化就会引起筛板下液层厚度的变化，因此会造成界面的波动、引起带水、积液（筛板下液层过厚）等问题。可以这样理解：液体不可被压缩，筛板下油相变厚了，就会挤压筛板下水相的空间，塔底部出水流量是受控的，所以被挤压的水相只能往塔头跑，塔头界面就上涨。塔头分离空间就减少了，油水来不及分离，油就会带水出来。

    四、技术改进

随着近些年工作液溶剂和载体的改进，更复杂的工作液组成带来了新的变化，萃取塔筛板设计不能够适应新的变化是很正常的，不能够寄希望于一套筛板设计数据适应不同的工作液体系。

    目前国内常见的工作液体系：

AR(C9)/TOP/EAQ

AR(C9)/TOP/TBU/EAQ

AR(C10)/TOP/TBU/EAQ

AR(C9)/TOP/MCA/EAQ

AR(C10)/TOP/MCA/EAQ

AR(C9)/TOP/TBU/MCA/EAQ

除了以上配方，还有用C9和C10混合芳烃的，为获得更高的氢效，也有厂家已经开始使用2-戊基蒽醌（AAQ）、二异丁基甲醇（DIBC）等。还有一些专利公开了，但还未使用的古古怪怪的溶剂和蒽醌等。

    每种工作液体系的物性不同，筛板设计数据也应有所不同。有些厂家和设计方只改工作液配方，不改萃取塔筛板设计，敏感的萃取塔闹脾气就很正常了。是的，可能有些朋友已经想到了，随着四氢蒽醌（H4EAQ、H4AAQ）的生成和占比逐步增高，工作液物性还会不断改变，萃取塔的设计者必须考虑留有“富余量”。 通过测量工作液与纯水的分层速度可以简单判断工作液的变化（正常的分层时间为40-60秒），分层时间延长了就说明萃取塔头需要更大的分离空间，不然来不及分离就会带水，而塔头安装的填料就是为了促进工作液和水的分离。

    除了以上提到的工作液组成改变，还有哪些变化会改变工作液物性呢？能够改变工作液物性的因素又可以分为①短时间的突然地变化，②长期的缓慢地劣化。

1）短期的突然地变化：

    更换新氧化铝床、投切氢化液过滤器、再生后新投用的氢化塔节、向系统补加工作液等是造成工作液物性短期发生变化的主要原因。我在《过氧化氢生产企业，别在过滤上省钱》中已经介绍过氧化铝粉能够造成工作液界面张力下降的机理，那么投用新氧化铝床、切换氢化液过滤器都有可能会引起工作液氧化铝细粉含量突然增加，从而造成工作液界面张力突然降低，引起萃取塔界面波动、带水或者油珠变小。

氧化铝在工作液中会不会产生胶状物？几年前我也曾怀疑是不是氧化铝制作过程加了什么粘结剂，而且用工作液浸泡氧化铝、水煮氧化铝，有时候能看到液相会飘出来白色像云雾一样的东西。但是参观了活性氧化铝厂之后，感觉可以排除，活性氧化铝是细粉滚球成型，成型后经热养生，然后在600℃下焙烧获得γ晶型，出厂前过筛包装。即使添加了粘结剂，也应该被烧成无机物了，那些你看到的像云雾一样的东西应该是比较细的氧化铝粉。滚球成型的活性氧化铝掉粉是很难避免的，我们也试着做了一些研究，制作不掉粉的高活性氧化铝，再生活性不错，但是掉粉依旧。投用再生后的氢化塔节会造成工作液夹带较多的降解物和氧化铝粉（是因为蒸汽再生时可能把催化剂吸附的降解物和氧化铝粉给吹“疏松”了，并没有完全给吹洗干净），从而造成工作液短时间的较大变化，萃取塔难以适应，因此出现大幅波动。

向系统补加工作液就更好解释了，无论你补加再“好”的工作液，只要和系统内的工作液物性不同就会造成萃取塔的波动，因为打破了萃取塔的动态平衡嘛。

2）长期的缓慢地劣化：

四氢蒽醌占比、降解物、工作液水分、工作液溶剂比、有效蒽醌含量的变化都会影响和改变工作液物性是造成工作液物性逐渐发生变化的主要原因。只要你的装置在连续生产，工作液无时无刻不在发生变化，“一锅老汤”是越熬越好还是熬成了一锅“糊涂”全看厨师水平，每家企业的工作液都是独一无二的。这也正是文章前面提到的老段长、老主任看到‘泡泡、葡萄’会神经质的原因，尤其是工作液“这锅老汤”已经处于某种边缘时，也许投用新过滤器、投个白土床、投用氢化塔节、补加工作液就是“最后一根稻草”，所以常常是原材料厂家莫名背锅，当然也有确实是原材料有问题的。

结束语

既然全酸性运行不可抗拒，无论固定床还是流化床装置，采用活性高、选择性好的催化剂，控制四氢蒽醌的增长速度，降低降解物生成速率，保持系统再生能力，及时补加溶剂和蒽醌，稳定工作液组成是成为一名优秀“大厨”的基本功。为了不断提升氢化效率，未来会出现更多的工作液配方，设计不同的萃取塔筛板以适应不同的工作液体系将成为考验设计院水平的标尺之一。鉴于现有双氧水萃取塔存在萃取效率低、产品浓度低、萃余高等问题，且主要是与萃取塔结构有着密切的关系。因此对萃取塔结构进行优化改进，对于提高萃取效果、提高产品浓度、降低萃余以及双氧水装置的安全稳定运行具有重要意义。