高純保險粉生產(chǎn)工藝改進(jìn)及應(yīng)用分析

郭 銳,劉承海,朱 月,李曉奎 ,張美麗,朱顯軍,尹學(xué)文,陳臘梅

(1.湖北宜化化工股份有限公司,湖北 宜昌 443007;2.湖北宜化集團(tuán)有限責(zé)任公司,湖北 宜昌 443000)

保險粉(連二亞硫酸鈉)作為漂白劑、脫氧劑等,廣泛應(yīng)用于紡織、印染、造紙、生物、醫(yī)藥、食品、試劑合成等領(lǐng)域?，F(xiàn)階段保險粉生產(chǎn)工藝主要包括以下3種方式:①鋅粉法。鋅粉法是老工藝,上世紀(jì)七八十年代國內(nèi)應(yīng)用該工藝有十余家,目前只有“臺灣國泰”(2萬t/a)一家,該工藝成熟可靠,產(chǎn)品質(zhì)量高,收率為75%,但成本高,污染重。國際上生產(chǎn)廠家有德國巴斯夫等,收率可達(dá)84%[2];②鈉汞齊法。由于生產(chǎn)工藝的“三廢”處理和勞動保護(hù)要求較為嚴(yán)格,且耗電較高,因此工業(yè)上很少采用;③甲酸鈉法。甲酸鈉法是新工藝,由日本三菱瓦斯公司1969年開發(fā)成功,其資源利用合理,成本低,大大減少了環(huán)境污染[3]。因此,甲酸鈉法成為保險粉生產(chǎn)工藝的主流。

季戊四醇副產(chǎn)甲酸鈉中含有季戊四醇、雙季戊四醇、三季戊四醇等多元醇類有機物,其中甲酸鈉含量在90%～94%,有機雜質(zhì)3%～5%。季戊四醇副產(chǎn)甲酸鈉對比合成法甲酸鈉(CO與燒堿反應(yīng)生產(chǎn)),其含量低(5%～8%),價格低(1 000～1 500元/t),不能直接用于生產(chǎn)保險粉,需要提純到99%以上,除去有機雜質(zhì)。除雜提純的成本約500元/t,對比仍然有500～1 000元/t的價格差,效益十分明顯。

自上世紀(jì)八十年代以來,我國積極探索甲酸鈉法新工藝,1980年在四川染料廠成功進(jìn)行了我國第一套甲酸鈉法生產(chǎn)裝置的建設(shè)和試生產(chǎn),生產(chǎn)能力達(dá)到0.5萬t/a,收率僅為40%,屬第一代技術(shù)。1988年,在湖南株洲建成了1.5萬t/a的我國第二套大型甲酸鈉法保險粉生產(chǎn)線,收率為60%,屬第二代技術(shù)。1993年中成化工有限公司建成了生產(chǎn)能力達(dá)到7.5萬t/a的甲酸鈉法保險粉生產(chǎn)裝置,成為世界第一大保險粉生產(chǎn)企業(yè),收率可達(dá)到80%,屬第三代技術(shù)。該裝置技術(shù)水平已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過日本三菱瓦斯公司。然而,目前第三代生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)品存在著品位低(純度≤90%)、生產(chǎn)效率低、三廢處理難度大等關(guān)鍵問題[3]。因此,開發(fā)高純保險粉連續(xù)化綠色生產(chǎn)工藝成為迫切需求。

1 高純保險粉生產(chǎn)工藝改進(jìn)及工業(yè)應(yīng)用

針對第三代間歇法保險粉產(chǎn)品品位低、生產(chǎn)效率低等技術(shù)難題,湖北宜化化工股份有限公司通過技術(shù)創(chuàng)新,研發(fā)出連續(xù)法高純保險粉生產(chǎn)技術(shù)及高純保險粉綠色生產(chǎn)技術(shù),在產(chǎn)品純度、節(jié)能減排等方面均在行業(yè)前列。

1.1 連續(xù)法高純保險粉生產(chǎn)技術(shù)

連續(xù)法高純保險粉生產(chǎn)技術(shù)提出“一拖五”連續(xù)化生產(chǎn),應(yīng)用連續(xù)流反應(yīng)強化手段,1個連續(xù)流反應(yīng)器作為主反應(yīng)釜,聯(lián)鎖串聯(lián)5個小滴加反應(yīng)釜,精準(zhǔn)控制主副反應(yīng)釜相對液位、動力學(xué)與熱力學(xué)等特性參數(shù),強化合成反應(yīng)條件,縮短反應(yīng)時間,實現(xiàn)多相高效混合傳質(zhì)與傳熱[5]。該技術(shù)實現(xiàn)保險粉連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn),合成總時長減少0.5h以上,規(guī)模裝置效率提高不低于20%,原料單耗同比下降超過8%。針對現(xiàn)階段保險粉產(chǎn)品品位低(純度≤90%)的技術(shù)問題,通過優(yōu)化保險粉生產(chǎn)裝置,在SO2/CH3OH 配制槽中并聯(lián)2個屏蔽系統(tǒng),反應(yīng)后期再加入 SO2/CH3OH 混合液,維持反應(yīng)體系的最佳醇水比,抑制副反應(yīng)對裝置內(nèi)保險粉的消耗,生產(chǎn)出純度超過90%的保險粉。

1.2 高純保險粉綠色生產(chǎn)技術(shù)

在第三代間歇法保險粉生產(chǎn)過程中,1t保險粉產(chǎn)品產(chǎn)生0.05～0.1 t廢液,排放鹽析廢水0.8 t,廢水中鹽分和化學(xué)需氧量(COD)很高,是典型的高鹽、高有機物、難治理工業(yè)廢水,也是束縛該行業(yè)可持續(xù)綠色發(fā)展的最大環(huán)境障礙。保險粉生產(chǎn)關(guān)鍵原材料SO2在制備過程中,高溫狀態(tài)下硫磺極易與鐵或不銹鋼發(fā)生反應(yīng),造成氧槍本體燒毀損壞,導(dǎo)致SO2泄漏,引發(fā)環(huán)境污染,存在安全隱患,同時導(dǎo)致原料氣純度不高,影響后續(xù)保險粉的產(chǎn)品品質(zhì)。

本研究設(shè)計制造了一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的集成轉(zhuǎn)化余熱再利用、SO2焚硫爐、廢水再生回收系統(tǒng)的綠色生產(chǎn)系統(tǒng)。首先設(shè)計了SO2焚硫爐氧槍新型裝置(見圖1),將傳統(tǒng)氧槍端口封閉,在管壁上預(yù)開均勻孔道,初次焚硫過程在裝置表面形成保護(hù)氧化鍍膜,有效隔離液體硫磺與氧槍,實現(xiàn)SO2高效率安全生產(chǎn),噸保險粉耗SO2由0.470 t/t下降到0.465 t/t[7]。

圖1 SO2焚硫爐氧槍裝置注:1—主通氣孔;2—第一法蘭孔;3—第一法蘭盤;4—氧槍主體;5—異徑法蘭孔;6—異徑法蘭盤;7—多孔段;8—密集的通孔;9—底部密封板;10—底部通孔

其次,設(shè)計了鹽析廢水再生回收系統(tǒng)(見圖2),廢水排出管與再生廢水槽相連通,再生廢水槽通過輸送管路與反應(yīng)罐相連,反應(yīng)罐的底部安裝有通氣管,通氣管與鼓風(fēng)機相連,通氣管上設(shè)置有密集的豎直排氣管,反應(yīng)罐的頂部通過堿液輸送管與堿液儲存罐相連通,堿液輸送管位于反應(yīng)罐內(nèi)部的一端為螺旋管,反應(yīng)罐的底部通過循環(huán)管與反應(yīng)罐的頂部相連通,在循環(huán)管上連通有回收管,回收管再次與鹽水精制系統(tǒng)相連[6]。此系統(tǒng)可對鹽析廢水進(jìn)行處理,并將處理之后的水再次回收利用,進(jìn)而避免了環(huán)境污染。

圖2 鹽析廢水再生回收系統(tǒng)注:1—廢水排出管;2—再生廢水槽;3—輸送管路;6—螺旋管;7—通氣管;8—鼓風(fēng)機;9—反應(yīng)罐;10—豎直排氣管;12—循環(huán)管;14—回收管;15—堿液輸送管;16—堿液儲存罐

最后,開發(fā)了一種轉(zhuǎn)化余熱再利用裝置(見圖3),保險粉生產(chǎn)過程屬于放熱反應(yīng),多余熱量通過冷卻液帶走,一般生產(chǎn)工藝中,受熱液體進(jìn)入槽體后直接排空處理。為克服上述缺陷,本生產(chǎn)系統(tǒng)連接轉(zhuǎn)化余熱再利用裝置,引入熱水強制循環(huán),在經(jīng)過鼓風(fēng)機前增加空氣預(yù)熱器,提高進(jìn)入鼓風(fēng)機前的空氣溫度,降低干燥工藝蒸汽消耗,節(jié)約能源[8]。

圖3 轉(zhuǎn)化余熱再利用裝置注:1—預(yù)熱器;2—鼓風(fēng)機;3—空氣加熱器;4—氣流塔;5—熱水槽

2 應(yīng)用分析

2.1 提升產(chǎn)品性能

本研究采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的連續(xù)化生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)過程省略調(diào)值、升溫等重復(fù)工序,通過新增SO2/CH3OH配比調(diào)控裝置,維持反應(yīng)體系醇水比,抑制副反應(yīng),保險粉純度達(dá)到91.5%,極大推動了保險粉行業(yè)的生產(chǎn)水平和技術(shù)進(jìn)步。

2.2 節(jié)能減排、增效創(chuàng)收

與第三代間歇工藝相比,高純保險粉連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)耗電減少了8%,鹽析廢水循環(huán)利用率達(dá)到100%以上,年節(jié)能折合標(biāo)煤92 kg/t。2018年到2021年,保險粉銷售額分別為21 008萬元、17 359萬元、12 983萬元、29 114萬元,產(chǎn)品出口至泰國、印度尼西亞、墨西哥等10余國家,經(jīng)濟(jì)效益大大提升。

3 結(jié)語

連續(xù)法保險粉生產(chǎn)工藝針對保險粉第三代間歇法生產(chǎn)工藝存在的生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品品位低(純度≤90%)、生產(chǎn)效率低、三廢處理難度大等關(guān)鍵難題,開發(fā)了高純保險粉連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)及配套裝置。

(1)連續(xù)法保險粉生產(chǎn)工藝可有效解決第三代間歇工藝的原料單耗高、裝置利用率低等技術(shù)難題,顯著提升保險粉產(chǎn)品質(zhì)量,推動保險粉產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)水平和技術(shù)進(jìn)步。

(2)高純保險粉綠色生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)了鹽析廢水、余熱的高值化利用,解決了保險粉產(chǎn)業(yè)高能耗、高污染、高危險、低效益的“三高一低”問題,推動保險粉產(chǎn)業(yè)綠色、可持續(xù)發(fā)展。