吳紅忠
(焦作煤業(yè)(集團(tuán))開元化工有限責(zé)任公司,河南 焦作 454191)
焦作煤業(yè)(集團(tuán))開元化工有限責(zé)任公司(以下簡稱“開元化工”)現(xiàn)20萬t/a離子膜法燒堿系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定,形成了產(chǎn)、供、銷一體的運(yùn)營模式。為延伸氯堿產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈,增強(qiáng)企業(yè)市場競爭力,增加了1套3萬t/a環(huán)氧氯丙烷、4萬t/a環(huán)氧樹脂配套生產(chǎn)裝置。該裝置采用的是目前最先進(jìn)的甘油法生產(chǎn)工藝,該工藝具有生產(chǎn)成本低、污水處理量少、反應(yīng)條件溫和、易于控制、國家產(chǎn)業(yè)政策支持等優(yōu)點(diǎn)。項(xiàng)目實(shí)施后,1 t環(huán)氧氯丙烷可消耗氯氣0.93 t、氫氧化鈉0.55 t;可有效緩解燒堿裝置氯氣平衡的壓力,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)內(nèi)部循環(huán)利用,并為公司增加了經(jīng)濟(jì)效益。
生產(chǎn)甘油法環(huán)氧氯丙烷主要分4步進(jìn)行。①甘油氯化反應(yīng)。在一定溫度、壓力、催化劑條件下,甘油與氯化氫氣體在氯化反應(yīng)釜中反應(yīng)生產(chǎn)二氯丙醇。②皂化反應(yīng)。氯化反應(yīng)生成的二氯丙醇經(jīng)提純后在皂化反應(yīng)器中與燒堿反應(yīng)生成粗環(huán)氧氯丙烷。③粗環(huán)氧氯丙烷提純工藝。通過精餾提純得到合格的環(huán)氧氯丙烷產(chǎn)品。④廢水處理。含鹽廢水先通過生物降解除去其中的有機(jī)雜質(zhì),再通過多效蒸發(fā)結(jié)晶提鹽、焙燒等工藝處理后,所得NaCl用于電解制堿裝置,實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)工藝如圖1所示,皂化工序生產(chǎn)工藝如圖2所示。
甘油法環(huán)氧氯丙烷主要生產(chǎn)設(shè)備包括:甘油精餾裝置、鹽酸解吸裝置、氯化反應(yīng)釜、二氯丙醇精餾塔、皂化反應(yīng)器、粗環(huán)氧氯丙烷脫水塔、精餾塔、汽提塔、除焦塔、真空設(shè)備、冷凍機(jī)組、蒸發(fā)裝置等。
(1)32%濃堿和二氯丙醇按照嚴(yán)格的堿醇比,通過流量計(jì)精確計(jì)量輸送至堿性的皂化反應(yīng)器進(jìn)行皂化。堿醇比控制不好,會直接造成皂化反應(yīng)不完全,環(huán)氧氯丙烷水解和設(shè)備損壞。因此,在投料過程中,堿醇比控制是重中之重。
(2)在皂化反應(yīng)器內(nèi),二氯丙醇和堿瞬間生成環(huán)氧氯丙烷,在熱水和真空的作用下,環(huán)氧氯丙烷與水共沸(共沸點(diǎn)為88 ℃),并迅速離開堿性的反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)入油水分離器。油水分離器的液封使下層的油層(環(huán)氧氯丙烷粗品)進(jìn)入油層儲存器,上層的水層(含有微量環(huán)氧氯丙烷的廢水)進(jìn)入水層儲存器。油水分離不好會直接造成收率下降、廢水回收處理量增加,導(dǎo)致生產(chǎn)成本偏高。因此,皂化反應(yīng)的溫度控制和油水分離控制非常關(guān)鍵。
圖1 環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)工藝流程示意圖
圖2 皂化工序生產(chǎn)工藝流程示意圖
(3)皂化工段皂化反應(yīng)崗位設(shè)備均為不銹鋼材質(zhì),要求物料偏堿性(pH值控制在10~13),以保證設(shè)備安全運(yùn)行而不被腐蝕損壞。同時(shí)工藝上更嚴(yán)格要求皂化反應(yīng)器Ⅰ、Ⅳ(共4個(gè)反應(yīng)器,Ⅰ物料進(jìn)Ⅱ,Ⅱ物料進(jìn)Ⅲ,反應(yīng)主要在Ⅰ完成,Ⅱ、Ⅲ主要是將環(huán)氧氯丙烷分離到鹽泥處理和廢水處理工序,Ⅳ主要處理氯化生產(chǎn)中二氯丙醇含量比較低的物料)進(jìn)料時(shí)在偏堿的情況下運(yùn)行,二氯丙醇才能完全和32%燒堿反應(yīng)生成環(huán)氧氯丙烷,但堿性過大時(shí)環(huán)氧氯丙烷易水解生成二氯丙醇和水。因此皂化反應(yīng)中pH值控制尤為重要。
(4)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
表1 環(huán)氧氯丙烷產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)表
由于該生產(chǎn)裝置在開元化工屬于新設(shè)備、新技術(shù),技術(shù)員和操作人員均沒有操作經(jīng)驗(yàn),因此,指標(biāo)控制能力和操作水平偏低,給試車工作增加了難度。
措施如下:①首先加強(qiáng)技術(shù)人員理論學(xué)習(xí)力度,定期安排技術(shù)人員專業(yè)講課,并將講課效果進(jìn)行評比打分,借此提高技術(shù)人員的專業(yè)水平。②加強(qiáng)崗位操作人員安全、操作技能的專業(yè)培訓(xùn),按照《開元化工安全生產(chǎn)培訓(xùn)管理辦法》的要求,建立健全分廠、工段級安全教育培訓(xùn)制度,建立員工安全培訓(xùn)教育檔案,做到一人一檔,實(shí)行全員培訓(xùn),制定出切實(shí)可行的培訓(xùn)計(jì)劃;采取多種方式及有效措施,分類別、分層次開展安全意識、安全管理規(guī)章制度、生產(chǎn)原理、操作規(guī)程、安全技能、事故案例、應(yīng)急處理、職業(yè)危害與防護(hù)、遵章守紀(jì)、杜絕“三違”(違章指揮、違章操作、違反勞動紀(jì)律)等教育培訓(xùn)活動,最終達(dá)到操作人員合格上崗。③定時(shí)、定期、定人、定目標(biāo)、定方案,系統(tǒng)地對員工進(jìn)行技能培訓(xùn)。理論聯(lián)系實(shí)際,要求人員持證上崗,確保操作人員操作正確化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化,避免在操作中出現(xiàn)的各類工藝事故而影響產(chǎn)品控制過程的穩(wěn)定及產(chǎn)品質(zhì)量。
在生產(chǎn)過程中,投料全靠人力控制。為防止酸性物料對不銹鋼設(shè)備的腐蝕,并保證皂化反應(yīng)完全,要求皂化反應(yīng)系統(tǒng)物料pH值保持在10~13。目前生產(chǎn)現(xiàn)場多采用pH試紙每20 min監(jiān)測1次,要求pH值控制≥10。4點(diǎn)班后半班及0點(diǎn)班監(jiān)測時(shí),由于光線不好,影響監(jiān)測結(jié)果,堿度忽高忽低。當(dāng)堿度偏低時(shí),皂化反應(yīng)不完全,嚴(yán)重影響脫水、精餾工序的正常運(yùn)行;當(dāng)堿度偏高時(shí),造成物料浪費(fèi),降低成品收率,增加高鹽廢水處理負(fù)荷。
優(yōu)化措施:為節(jié)約32%氫氧化鈉原料和蒸汽使用量,降低生產(chǎn)成本,減少高鹽廢水,開元化工積極組織專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行分析,經(jīng)過多次討論、總結(jié),決定在皂化反應(yīng)器Ⅰ、Ⅳ進(jìn)料部位安裝pH在線監(jiān)測裝置,直接連接到中控DCS,及時(shí)監(jiān)控。經(jīng)過精密地在線pH控制,精確控制原料投放,確保皂化反應(yīng)完全,保障脫水、精餾工序的正常運(yùn)行,達(dá)到提高產(chǎn)品收率、節(jié)能減排,降低生產(chǎn)成本的目的。
該項(xiàng)目實(shí)施后,1 t環(huán)氧氯丙烷可節(jié)約氫氧化鈉0.44 t(實(shí)施前消耗2.14 t/t,實(shí)施后消耗1.7 t/t);可有效降低生產(chǎn)成本,節(jié)約生產(chǎn)原料,減少高鹽廢水的產(chǎn)生及廢水處理量,實(shí)現(xiàn)節(jié)能創(chuàng)收的目的。
生產(chǎn)介質(zhì)環(huán)氧氯丙烷是有機(jī)化工產(chǎn)品,可燃、有毒,具有強(qiáng)刺激性氣味,因此在設(shè)計(jì)泵設(shè)備機(jī)械密封時(shí),靜密封端面材質(zhì)采用碳化硅,動密封端面材質(zhì)采用石墨,O形圈材質(zhì)采用橡膠。在試車期間,發(fā)現(xiàn)O形圈變形,動靜密封面損壞嚴(yán)重。原設(shè)計(jì)O形圈材質(zhì)橡膠耐酸堿,適用于無機(jī)介質(zhì)而不適用于有機(jī)介質(zhì),易變形,造成動環(huán)間隙過大,磨損嚴(yán)重。
優(yōu)化措施:經(jīng)與機(jī)械密封生產(chǎn)廠家多次溝通試驗(yàn),材質(zhì)由橡膠改為氟橡膠,最后確定為由氟橡膠外包聚四氟乙烯材質(zhì)。
O形圈材質(zhì)優(yōu)化改良后,徹底消除了O形圈變形情況,解決了機(jī)械密封頻繁損壞的問題。
生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量高鹽廢水,首先進(jìn)入鹽泥儲存器,該儲存器為不銹鋼錐底儲槽,由于廢水含鹽濃度高,受溫度變化析出細(xì)小結(jié)晶顆粒沉于槽底形成鹽泥。當(dāng)打開出料閥時(shí),細(xì)小結(jié)晶鹽顆粒堵塞鹽泥輸送泵的葉輪空間,導(dǎo)致該泵頻繁跳停,無法正常運(yùn)行。處理過程中必須打開該泵的排污閥,導(dǎo)致結(jié)晶鹽溢流至地面,造成環(huán)境污染;同時(shí),須加入大量沖洗熱水才能將鹽泥儲存器的鹽泥送出,導(dǎo)致鹽泥鹽含量過低,粗鹽離心機(jī)分離出的固體鹽較少,產(chǎn)生大量生產(chǎn)廢水,增加濃縮工序的工作量,且浪費(fèi)大量蒸汽。
優(yōu)化措施:經(jīng)與生產(chǎn)廠家溝通,將鹽泥輸送泵葉輪外徑縮小2 mm。雖有改善,但仍存在頻頻跳停問題。后在鹽泥儲存器錐底上部1.5 m處增加出水閥門、管道及視鏡,將該儲存器內(nèi)的不含結(jié)晶鹽的廢水引入鹽泥輸送泵前管道內(nèi),通過視鏡觀察廢水中含結(jié)晶鹽情況調(diào)節(jié)閥門,開泵時(shí)先開上部控制閥門,待泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后,逐步開大下部出料閥、關(guān)閉上部出水閥。同時(shí)在粗鹽高位儲存器上部增加溢流管路,將該儲存器內(nèi)的低濃度廢水回流到鹽泥儲存器,補(bǔ)充到皂化反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi),形成封閉循環(huán)。
處理效果:徹底解決鹽泥輸送泵頻繁跳停問題,避免大量沖洗熱水進(jìn)入廢水處理系統(tǒng),提高離心機(jī)分離效率,縮短離心機(jī)開機(jī)時(shí)間,節(jié)約沖洗熱水、電耗及人工;同時(shí)大量減少高鹽廢水的產(chǎn)生,降低濃縮回收工段的蒸汽消耗及人工處理量。
由于油水分離器現(xiàn)場采用磁翻板液位計(jì),不能及時(shí)、有效、準(zhǔn)確地反映油水分層情況,因此不能精確控制油、水層分離,使少量環(huán)氧氯丙烷流到水層儲存器,造成廢水中環(huán)氧氯丙烷含量偏高,增加了汽提系統(tǒng)處理負(fù)荷,導(dǎo)致了蒸汽的浪費(fèi);同時(shí)使水層流到成品系統(tǒng)內(nèi),造成環(huán)氧氯丙烷產(chǎn)品水分含量超標(biāo)。
優(yōu)化措施:將皂化油水分離器、汽提油水分離器、脫水油水分離器、精餾回流儲存器和除焦回流儲存器等7臺設(shè)備上的UHZ-517C10L磁性浮球液位計(jì)更換成可觀察油水界面的HG5型玻璃管液位計(jì),這樣,油水分層情況一目了然。
使用效果:操作人員可根據(jù)玻璃管液位計(jì),真實(shí)、有效、精確地觀察到油水分層情況,及時(shí)控制閥門將水層、油層有效分離,避免了油層進(jìn)入水層、水層進(jìn)入油層,有效降低汽提塔運(yùn)行負(fù)荷35%,提高脫水塔運(yùn)行效率30%,確保環(huán)氧氯丙烷系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。同時(shí)降低廢水中COD含量(由20~90 g/L降低到9 g/L以下),有效降低了污水的處理量及處理費(fèi)用,提高了環(huán)氧氯丙烷產(chǎn)品的收率。
皂化工段干鹽下料槽原設(shè)計(jì)為400×200的長方形不銹鋼下料槽,離心機(jī)產(chǎn)出的干鹽順著下料槽直接堆在地面上,由操作人員定時(shí)用鐵锨人工裝包、訂包及運(yùn)輸,工作量較大,嚴(yán)重影響鹽處理工序的正常生產(chǎn)。
優(yōu)化措施:采用DN300不銹鋼管代替原下料槽,不銹鋼管道下端出料口安裝翻板閥,將噸包裝袋進(jìn)口固定到下料管道上,使離心機(jī)產(chǎn)出的干鹽順著管道自動裝到噸包裝袋內(nèi),裝滿后關(guān)閉翻板閥,解開噸包裝袋進(jìn)口,通過叉車運(yùn)輸?shù)絺}庫,同時(shí)更換新的包裝袋。
皂化工段4臺離心機(jī)沒有設(shè)計(jì)排空管,離心機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的氣體順著下料管排出,嚴(yán)重影響了離心機(jī)的現(xiàn)場環(huán)境。同時(shí)離心機(jī)下料斗、下液管直接連接到離心機(jī)本體上。由于下料管為DN150不銹鋼管,質(zhì)量比較大,離心機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動,帶著下料管,會增加設(shè)備振動幅度,嚴(yán)重影響離心機(jī)的正常運(yùn)行。
實(shí)施方案:增設(shè)碳鋼DN150排空管道,離心機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)出的氣體順著管道排到高空。將下料管與離心機(jī)進(jìn)行軟連接,有效消除離心機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動;增設(shè)下料斗支座,將下料斗與離心機(jī)分離,并留有觀察口,方便操作人員觀察下料情況。
實(shí)施效果:以上措施實(shí)施后,生產(chǎn)環(huán)境得到了改善,有效保證了離心機(jī)的正常運(yùn)行,方便了操作,降低了人工勞動強(qiáng)度。
由于生產(chǎn)裝置取樣點(diǎn)沒有設(shè)計(jì)對應(yīng)的取樣閥,只安裝1臺DN25的不銹鋼球閥,而市場現(xiàn)有取樣閥不能滿足該產(chǎn)品生產(chǎn)條件,出現(xiàn)選型不匹配,取樣難以操作,閥體易損壞,跑冒滴漏等情況。
優(yōu)化方案:現(xiàn)場將QGY1-160PG1/2不銹鋼氣源球閥通過短接、法蘭、聚四氟乙烯墊、絲扣活接與DN25不銹鋼球閥有機(jī)組合成一種新型的取樣閥組,該閥組出口管道為Φ10×2不銹鋼管,根據(jù)使用需求可將Φ10×2不銹鋼管彎成90°彎頭或直管,具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 取樣閥組結(jié)構(gòu)圖
優(yōu)化效果:設(shè)計(jì)新型取樣閥后,可快速、方便、安全、準(zhǔn)確取樣。由于取樣口出口管徑為6 mm,能夠及時(shí)準(zhǔn)確開關(guān)閥門,減少取樣時(shí)物料流失。取完樣品后,將桶蓋蓋好,防止揮發(fā)的介質(zhì)對人員造成傷害。當(dāng)取樣桶物料積累到一定量時(shí),將物料回收到回收槽內(nèi),重新進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)。由于氣源閥是絲扣連接,可以快速更換閥門,方便維修、維護(hù),提高了生產(chǎn)效率。
環(huán)氧氯丙烷皂化反應(yīng)及提純控制過程中,有26個(gè)取樣點(diǎn)。取樣時(shí)為取樣準(zhǔn)確,必先在介質(zhì)流出部分后再取樣,因此流出的環(huán)氧氯丙烷用塑料桶收集起來,但積累到了一定量時(shí),沒有回收措施,而環(huán)氧氯丙烷是有機(jī)化工產(chǎn)品,該產(chǎn)品可燃、有毒、具有強(qiáng)刺激性氣味,嚴(yán)禁泄漏(防止對環(huán)境造成污染和對操作人員造成傷害)。直接送到焚燒爐處理又浪費(fèi)資源,因此決定將桶內(nèi)環(huán)氧氯丙烷回收到系統(tǒng)內(nèi)。
采取措施:由于該系統(tǒng)為微負(fù)壓運(yùn)行,在油層儲存器上和水層儲存器上增加一路回收管道,每班在交班前將取樣桶內(nèi)物料倒入回收管道內(nèi)進(jìn)行回收,可有效避免環(huán)境污染,并可提高回收率。
2)道路的綠化需要與沿江風(fēng)管帶的景觀相互呼應(yīng),盡量與風(fēng)光帶一起做到常綠和落葉相互搭配,四季有花,層次分明。
原因分析:除焦塔釜操作控制不嚴(yán),處理不徹底。
采取措施:①在殘?jiān)霉苈吩黾右粋€(gè)進(jìn)料口(包含短接、法蘭和閥門),用金屬軟管連接管路;將裝入桶內(nèi)的殘?jiān)ㄟ^殘?jiān)?,送至除焦塔釜?nèi)處理。②加強(qiáng)除焦塔排渣管理,每次排渣前必須化驗(yàn),合格后才能采出,并作好排渣記錄。③增強(qiáng)除焦塔崗位操作人員的責(zé)任心,對排渣桶進(jìn)行編號,直接與操作人員對應(yīng),出現(xiàn)超標(biāo)時(shí)可追溯到責(zé)任人,并將排渣合格率列入班組考核。
處理效果:提高操作人員的責(zé)任心,加強(qiáng)班組考核力度后,有效降低了殘?jiān)协h(huán)氧氯丙烷含量,提高了產(chǎn)品收率,減少了焚燒爐處理量,降低了生產(chǎn)成本。
環(huán)氧氯丙烷重組分在脫水塔再沸器及精餾塔再沸器內(nèi)部結(jié)焦、結(jié)垢,嚴(yán)重影響傳熱效率,導(dǎo)致環(huán)氧氯丙烷在脫水及精餾系統(tǒng)內(nèi)停留時(shí)間過長,造成顏色發(fā)黃。
采取措施:①增設(shè)皂化界區(qū)純水管路,定期通過油層泵P-0307A/B將純水加到脫水塔再沸器和精餾塔再沸器內(nèi),用蒸汽蒸煮清洗結(jié)垢部位,解決設(shè)備內(nèi)換熱表面結(jié)焦、結(jié)垢問題,以提高設(shè)備傳熱效率,改善產(chǎn)品色度。②提高精餾提純控制溫度,加快采出(加大脫水再沸器蒸汽流量,提高脫水回流量);加大精餾塔再沸器蒸汽控制量,加大環(huán)氧氯丙烷進(jìn)料量和采出量,降低回流量,同時(shí)增加采出頻次及數(shù)量(每班至少采出2次,每次液位下降不低于300 mm)。③通過全面加快環(huán)氧氯丙烷在精餾提純過程的循回量,定期清理設(shè)備表面結(jié)焦、結(jié)垢,提高精餾效率,解決產(chǎn)量低、色度高、能耗高及廢水、廢渣量大的問題。
優(yōu)化措施實(shí)施后效果如下。
(1)產(chǎn)品產(chǎn)量及質(zhì)量統(tǒng)計(jì)對比如表2所示。
表2 產(chǎn)品月產(chǎn)量及質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表
(2)成品色度分析指標(biāo)對比如圖4所示。
圖4 成品環(huán)氧氯丙烷色度分析指標(biāo)對比圖
由圖4可以看出:工藝優(yōu)化前后,成品ECH色度對比效果明顯;優(yōu)化后,色度控制在15以下,且曲線起伏區(qū)間平穩(wěn),產(chǎn)品質(zhì)量控制穩(wěn)定。
(3)成品純度分析指標(biāo)對比如圖5所示。
由圖5可以看出:工藝優(yōu)化后,成品ECH質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制均在99.7%以上,且曲線起伏區(qū)間平穩(wěn),產(chǎn)品質(zhì)量控制穩(wěn)定。
(4)生產(chǎn)廢水中COD含量分析數(shù)據(jù)對比如表3所示。
表3 生產(chǎn)廢水中COD含量分析數(shù)據(jù)對比Table 3 Comparison of analysis data of COD in production waste water mg/L
工藝優(yōu)化后,COD質(zhì)量濃度控制在8 100 mg/L以下(標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定為≤10 000 mg/L),極大地降低了廢水中環(huán)氧氯丙烷的含量,提高了產(chǎn)品收率,降低了后續(xù)處理成本。
圖5 成品環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比
(5)生產(chǎn)成本單耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對比如表4所示。
表4 生產(chǎn)單耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對比表Table 4 Comparison of statistic data of unit consumption in production t
由表4可以看出:工藝優(yōu)化后,蒸汽單耗從5.19 t降低到3.77 t,極大地降低了環(huán)氧氯丙烷的生產(chǎn)成本,提高了產(chǎn)品收率,節(jié)約大量蒸汽及廢水處理費(fèi)用。
開元化工技術(shù)人員根據(jù)試車過程中出現(xiàn)的異常情況,深入現(xiàn)場,從設(shè)備、工藝、控制指標(biāo)及操作方法等多種因素入手,對存在的問題進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的分析。找到了產(chǎn)量低、色度高、含量低、“三廢”高及能耗高的主要原因,根據(jù)分析數(shù)據(jù)確定了環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)工藝的改進(jìn)方案。改造項(xiàng)目實(shí)施后,有效減少了有機(jī)廢水量、高鹽廢水量及殘?jiān)鼜U料量,減少了能源浪費(fèi);有效降低了二氯丙醇、燒堿、蒸汽、循環(huán)水、一次水及電量的單耗,節(jié)約了生產(chǎn)成本;提高了產(chǎn)品產(chǎn)量,降低了成品色度,提高了產(chǎn)品收率。