間歇法氯乙酸生產(chǎn)工藝優(yōu)化研究

陳煒艷 河南省開(kāi)封市中國(guó)平煤神馬集團(tuán)開(kāi)封東大化工有限公司

一、我國(guó)氯乙酸的生產(chǎn)現(xiàn)狀

隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)氯乙酸的需求量越來(lái)越大。20 世紀(jì)90 年代農(nóng)藥除草劑的迅猛發(fā)展，更激發(fā)了氯乙酸行業(yè)的崛起，期間我國(guó)相繼建成了多套氯乙酸生產(chǎn)裝置。很多氯乙酸生產(chǎn)企業(yè)采用冰醋酸催化氯化法進(jìn)行間歇式生產(chǎn)，即用冰醋酸、氯氣作為原料，硫磺為催化劑，采用二級(jí)或三級(jí)串聯(lián)氯化。這種方法操作簡(jiǎn)單，投資設(shè)備少，安全性高，可操控性強(qiáng)；較為突出的不足如生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，污染嚴(yán)重，產(chǎn)品純度不夠高等。當(dāng)今，我國(guó)氯乙酸的生產(chǎn)還存在一些問(wèn)題：

（一）生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較小

我國(guó)生產(chǎn)氯乙酸的企業(yè)很多，合計(jì)超過(guò)100 多家，但生產(chǎn)裝置的規(guī)模不大，生產(chǎn)能力在每年3000t 以上的企業(yè)20 家左右。絕大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)都是小作坊式的生產(chǎn)模式。而國(guó)外生產(chǎn)氯乙酸都是大規(guī)模、萬(wàn)噸級(jí)以上的生產(chǎn)裝置。研究表明：規(guī)模越小，耗能越高，生產(chǎn)成本消費(fèi)越高，企業(yè)投資治理三廢的能力也有限，會(huì)造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。而且，由于規(guī)模小，生產(chǎn)氯乙酸的企業(yè)不能很好地做到系統(tǒng)化，加上對(duì)下游產(chǎn)品不夠重視，所以不具備較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。因此，小企業(yè)合并轉(zhuǎn)型，注重研發(fā)，才能共贏，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（二）生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量不高

我國(guó)絕大多數(shù)生產(chǎn)氯乙酸的方式是以硫磺為催化劑，采用冰醋酸氯化法進(jìn)行生產(chǎn)。這種方法工藝落后，產(chǎn)品質(zhì)量欠佳且不穩(wěn)定，產(chǎn)品純度不高（94%～96%），達(dá)不到更高的水平。而國(guó)外采用連續(xù)法，既能得到純度比較高的產(chǎn)品，又節(jié)省能源，對(duì)環(huán)境污染甚微，這主要源于國(guó)外生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模大，生產(chǎn)工藝系統(tǒng)化、專業(yè)化。

（三）污染嚴(yán)重

由于我國(guó)氯乙酸生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模和技術(shù)的限制，廢物的處理和再利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)企業(yè)，所以產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境污染。氯乙酸的生產(chǎn)應(yīng)該貫穿綠色化學(xué)的理念，一方面有助于提高企業(yè)形象，另一方面科在很大程度上降低環(huán)境污染。目前，我國(guó)氯乙酸行業(yè)在綠色化學(xué)方面已經(jīng)有了一些成功的經(jīng)驗(yàn)，但還需要加強(qiáng)推廣。

二、間歇法氯乙酸生產(chǎn)工藝優(yōu)化策略

（一）自動(dòng)化改造

原工藝較為落后，自動(dòng)化程度低，操作環(huán)境惡劣，職工操作安全得不到保障，通過(guò)對(duì)多個(gè)廠家的DCS 自動(dòng)控制設(shè)備考察，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)工藝進(jìn)行了自動(dòng)化升級(jí)改造。

據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，改造前每臺(tái)氯化釜月平均放料10～12 次。由于結(jié)晶釜老化，出現(xiàn)釜口脫瓷，大墊泄漏，攪拌器機(jī)械密封不嚴(yán)，結(jié)晶釜內(nèi)壓力高，氯化釜放料時(shí)通過(guò)空壓加壓方式將氯化液壓到結(jié)晶釜。但正壓放料易出現(xiàn)與氯化釜相連的管道、閥門墊及玻璃、PP冷凝器大墊泄漏，造成員工操作不安全、維修工作量增大、酸性氣體泄漏污染環(huán)境。改造如下：將氯化釜放料方式由正壓從釜口放料改為在氯化釜底安裝鋼襯聚四氟乙烯氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，遠(yuǎn)程控制放料閥開(kāi)關(guān)，在放料管道上安裝電伴熱帶保溫，防止氣溫低時(shí)物料結(jié)晶，堵塞管道；在氯氣主管道上安裝自動(dòng)切斷閥，在氯化釜等設(shè)備上安裝溫度傳感器、壓力變送器等裝置。改造后，解決了酸性氣體的泄漏問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了釜壓和釜溫的實(shí)時(shí)監(jiān)控，緊急狀況下氯氣自動(dòng)切斷；能精準(zhǔn)控制氯化反應(yīng)過(guò)程，減少人力成本。

（二）醋酐加入方式改造

原醋酐加入工藝是從儲(chǔ)罐泵入計(jì)量罐，靠自流分兩次加入氯化釜內(nèi)。醋酐計(jì)量罐和管道均為PP 材質(zhì)，設(shè)備管道老化快、維修工作量大，且維修費(fèi)用高。

采用質(zhì)量流量計(jì)精準(zhǔn)控制醋酐輸出量，并對(duì)比氯化不同時(shí)段加入醋酐的效果，選出醋酐加入量最少、催化效果最好的方案。淘汰醋酐計(jì)量罐，安裝不銹鋼管道作為醋酐輸送工藝管線，用原醋酐泵直接將醋酐泵入氯化釜，通過(guò)在泵出口管道上加裝質(zhì)量流量計(jì)，準(zhǔn)確控制每次加入醋酐的量。改造后，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，每年節(jié)省維護(hù)費(fèi)10 萬(wàn)元以上，并降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（三）尾氣脫除游離氯改造

氯化工段經(jīng)過(guò)初期工藝改造，3 臺(tái)氯化釜組成一套，采用主釜—副釜—尾釜串聯(lián)的生產(chǎn)工藝。近年來(lái)，隨著氯乙酸產(chǎn)能的不斷提升，氯化通氯量逐漸加大，尾氣中夾帶的游離氯含量也隨之升高，處理所需燒堿量增大，鹽酸吸收系統(tǒng)壓力提高，生產(chǎn)成本升高。為了提高對(duì)氯化尾氣的攔截效率、降低游離氯含量，在保證尾氣系統(tǒng)暢通、不影響產(chǎn)能的前提下，增加尾氣攔截釜。

原工藝（共6 臺(tái)）兩套釜為一組，將其中1 臺(tái)釜改造成尾氣攔截釜，加大尾氣進(jìn)出口管徑，改造通氯分布器和尾氣進(jìn)入冷凝器及分配臺(tái)的工藝管線，使其他5 個(gè)釜產(chǎn)生的尾氣冷凝后導(dǎo)入該攔截釜；通過(guò)調(diào)節(jié)加入釜內(nèi)的醋酸和醋酐量，讓尾氣中夾帶的游離氯和乙酸再次反應(yīng)，有效降低尾氣中游離氯含量。攔截釜投入使用后，經(jīng)數(shù)月摸索，總結(jié)出攔截釜有效反應(yīng)時(shí)間為48h，之后把物料導(dǎo)入其他主釜中繼續(xù)反應(yīng)，攔截釜重新投料運(yùn)行。

（四）氯化釜管道改造

提產(chǎn)之后，尤其是在氯化反應(yīng)后期，尾氣夾帶氯乙酸量升高，在石墨冷凝器氣相管路中的結(jié)晶量也相應(yīng)增大，實(shí)際通道變窄、氣流阻塞，致使氯化釜內(nèi)壓力升高，釜內(nèi)物料時(shí)常被壓出進(jìn)入尾氣管道。為此，在氯化釜尾氣管和導(dǎo)料管之間加裝1 臺(tái)控制閥，在氯化后期，打開(kāi)此閥門，讓主釜尾氣直接進(jìn)入副釜，避免了憋壓跑料問(wèn)題。再在每臺(tái)釜的尾氣出口和回流口安裝鋼襯聚四氟乙烯蝶閥，同時(shí)在尾氣出口安裝壓力表。放料時(shí)關(guān)閉蝶閥，使釜內(nèi)與冷凝器系統(tǒng)隔開(kāi)，通過(guò)釜上壓力表控制放料壓力，放料完畢后再打開(kāi)蝶閥，從而避免因放料加壓造成冷凝器泄漏。

（五）結(jié)晶工藝改造

結(jié)晶工段由最原始的人工操作改為全自動(dòng)智能結(jié)晶控制儀后，為進(jìn)一步提高產(chǎn)能、減少結(jié)晶時(shí)間，繼續(xù)優(yōu)化降溫時(shí)段。原結(jié)晶降溫程序共11 個(gè)階段，從零段開(kāi)始將氯化液輸入結(jié)晶釜，再分批次加入一定量母液，經(jīng)降溫段、結(jié)晶點(diǎn)段等，直到第10 段結(jié)晶降溫結(jié)束，整個(gè)過(guò)程歷時(shí)約40h。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，總結(jié)出僅用4 個(gè)階段的最優(yōu)結(jié)晶降溫過(guò)程，新過(guò)程用時(shí)縮短5h，且能耗降低。

通過(guò)間歇法實(shí)現(xiàn)了氯乙酸清潔生產(chǎn)，無(wú)任何環(huán)境污染。生產(chǎn)廢氣經(jīng)空氣凈化塔處理后達(dá)標(biāo)排放；工藝用水及物料實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，無(wú)任何排放。本次改造從根本上改變了間歇法氯乙酸生產(chǎn)區(qū)“臟、亂、差”的現(xiàn)狀，為間歇法氯乙酸行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展開(kāi)拓了一條新的途徑。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)的氯乙酸行業(yè)存在著生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)的落后，產(chǎn)品質(zhì)量不高，產(chǎn)業(yè)不夠系統(tǒng)化等情況。作為人口大國(guó)來(lái)講，面對(duì)豐富的資源和巨大的市場(chǎng)，我們應(yīng)該創(chuàng)新技術(shù)、優(yōu)化工藝、擴(kuò)大規(guī)模、提高質(zhì)量并注重環(huán)保，力求生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的氯乙酸產(chǎn)品，服務(wù)國(guó)民，服務(wù)全球。