呂自豪

(河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司,河南 平頂山 467013)

我公司采用硝酸環(huán)己醇氧化法工藝制備己二酸,己二酸生產(chǎn)過(guò)程包括氧化反應(yīng)、精制提純、干燥包裝、母液酸濃縮回收、硝酸回收、催化劑回收、二元酸去除等主要工序。其中氧化反應(yīng)工序是己二酸生產(chǎn)工藝中的核心工序,粗己二酸在本工序生成后,經(jīng)過(guò)提純、干燥得到合格的外售產(chǎn)品。結(jié)晶點(diǎn)是氧化工序的重要控制參數(shù),因此結(jié)晶點(diǎn)的檢測(cè)工作必須做到準(zhǔn)確、及時(shí)。本裝置采用自動(dòng)進(jìn)料檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)定粗己二酸結(jié)晶點(diǎn),從而確定粗己二酸溶液的濃度。

1 己二酸裝置結(jié)晶點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 結(jié)晶點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)主要設(shè)備

檢測(cè)系統(tǒng)的主要設(shè)備為檢測(cè)罐,設(shè)計(jì)容積為3.32 m3,罐體直徑1.52 m,高度1.95 m。在罐體側(cè)面偏上位置設(shè)計(jì)有觀測(cè)視鏡、進(jìn)料線及進(jìn)料控制閥,頂部配置放空線及手閥,與大氣相通。內(nèi)部沿罐體內(nèi)壁四周布設(shè)換熱盤管一套,管件固連。盤管進(jìn)水設(shè)置兩個(gè)進(jìn)水通道,第一進(jìn)水通道為加熱線及其控制閥;第二進(jìn)水通道為冷卻線及其控制閥,盤管回水線布置于罐體上方,由手閥控制將換熱后介質(zhì)排入地溝。攪拌器安裝于罐體中部位置,攪拌葉輪距離罐體底部約0.2 m位置,目的是為了將物料攪拌均勻,防止攪拌觸碰盤管。溫度計(jì)設(shè)計(jì)于罐體側(cè)面,探頭安裝位置在攪拌葉輪偏上中部區(qū)域。

1.2 結(jié)晶點(diǎn)檢測(cè)過(guò)程及測(cè)量理論

粗己二酸生成后,以液體狀態(tài)儲(chǔ)存于罐內(nèi),儲(chǔ)存罐輸送泵在第一控制閥的控制下,經(jīng)過(guò)檢測(cè)罐進(jìn)料線將己二酸溶液送入檢測(cè)罐內(nèi);啟動(dòng)攪拌,結(jié)晶點(diǎn)檢測(cè)時(shí)序控制進(jìn)料時(shí)間,進(jìn)料完畢后,第一控制閥關(guān)閉,第二控制閥打開(kāi),輸送泵走自身循環(huán)路線,目的是防止輸送泵憋壓及進(jìn)料管線堵塞。檢測(cè)罐進(jìn)料完畢后,檢測(cè)時(shí)序根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯控制打開(kāi)第三控制閥,向盤管通入95 ℃熱水,溶解罐內(nèi)結(jié)晶,確保己二酸全部變?yōu)橐合?。達(dá)到設(shè)定時(shí)間后,第三控制閥關(guān)閉,第四控制閥打開(kāi),盤管通入工業(yè)水進(jìn)行換熱。為確保溫度下降速率平穩(wěn)需手動(dòng)調(diào)節(jié)盤管回水手閥,使溫度下降趨勢(shì)控制在一定的范圍內(nèi)。當(dāng)檢測(cè)罐內(nèi)出現(xiàn)結(jié)晶時(shí),控制器根據(jù)溫度數(shù)據(jù)變化自動(dòng)識(shí)別與記錄,工藝人員根據(jù)結(jié)晶點(diǎn)記錄數(shù)值及變化,對(duì)生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行調(diào)整,確保整個(gè)生產(chǎn)裝置平穩(wěn)運(yùn)行。結(jié)晶點(diǎn)檢測(cè)完畢后,第四控制閥關(guān)閉,第三控制閥打開(kāi),盤管通入熱水溶解內(nèi)部結(jié)晶。達(dá)到設(shè)定溫度后,控制室操作人員將檢測(cè)時(shí)序置于停止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)場(chǎng)工藝操作人員停止攪拌運(yùn)轉(zhuǎn),打開(kāi)檢測(cè)罐底部排凈手閥將檢測(cè)罐內(nèi)物料排入粗己二酸溶液儲(chǔ)罐內(nèi),完成后關(guān)閉排凈手閥。本次檢測(cè)過(guò)程結(jié)束,控制室操作人員再次將檢測(cè)時(shí)序置于運(yùn)轉(zhuǎn),進(jìn)行下一輪檢測(cè)作業(yè),單次作業(yè)時(shí)間在50～65 min。

同多數(shù)易結(jié)晶溶液體系一樣,己二酸溶液在降溫過(guò)程中發(fā)生相變,由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。此過(guò)程為放熱過(guò)程,是由于己二酸在相變過(guò)程中釋放相變潛熱引起的。在實(shí)際觀測(cè)中發(fā)現(xiàn),隨著盤管冷卻介質(zhì)的不斷加入,溫度曲線呈線性下降趨勢(shì)。當(dāng)觀測(cè)視鏡中出現(xiàn)固態(tài)己二酸時(shí),溫度曲線在時(shí)間軸上會(huì)出現(xiàn)水平段,這是由于相變潛熱的釋放抵消了冷卻介質(zhì)的影響造成的,根據(jù)這一溫度變化特點(diǎn),可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)溫度計(jì)數(shù)實(shí)時(shí)記錄分析,通過(guò)監(jiān)測(cè)溫度曲線的斜率變化而準(zhǔn)確得到物料的結(jié)晶點(diǎn)。

2 存在問(wèn)題及解決思路

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),本檢測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)期間存在以下問(wèn)題:①氣相管與大氣相通,在檢測(cè)罐加熱過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的亞硝氣逸散,危害環(huán)境。②由于罐內(nèi)體積偏小,盤管式換熱器對(duì)易結(jié)晶的粗己二酸溶液適用性差;局部結(jié)晶現(xiàn)象在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn),在降溫過(guò)程中,盤管壁面會(huì)率先結(jié)晶而影響整體換熱效果,且對(duì)結(jié)晶點(diǎn)的測(cè)量產(chǎn)生一定的干擾,檢測(cè)誤差率上升。③在檢測(cè)周期結(jié)束后需要人工手動(dòng)停止攪拌,排放檢測(cè)溶液,準(zhǔn)備下一次的檢測(cè)程序,未實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的檢測(cè)控制,增加了現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)量。④換熱后的盤管介質(zhì)排入地溝,未進(jìn)行回收利用,造成了一定的資源浪費(fèi)。⑤當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異?；蜻M(jìn)料量波動(dòng)時(shí),粗己二酸溶液會(huì)上涌,通過(guò)氣相管冒出,存在一定的安全隱患。⑥當(dāng)檢測(cè)時(shí)序處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí),檢測(cè)罐內(nèi)物料會(huì)因處于靜置狀態(tài)而結(jié)晶,而導(dǎo)致再次投用后系統(tǒng)不能運(yùn)轉(zhuǎn)的情況發(fā)生。⑦冷卻介質(zhì)為工業(yè)水,含有一定的雜質(zhì),容易在管線內(nèi)結(jié)垢,且溫度較高,影響換熱時(shí)間和效果。

針對(duì)以上問(wèn)題,提出具體解決方案?？紤]對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)改造,技改部分設(shè)備和管線,修正結(jié)晶點(diǎn)檢測(cè)程序,以保證檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,提高自動(dòng)化運(yùn)行效率,同時(shí)降低檢測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)水資源的消耗,減少和消除異常情況下管道堵塞和物料冒出的風(fēng)險(xiǎn)。

3 實(shí)施技術(shù)改造過(guò)程

3.1 增加氣相回收管線

將原放空管線接入微負(fù)壓的廢氣處理系統(tǒng),保證檢測(cè)過(guò)程中不產(chǎn)生亞硝氣外逸現(xiàn)象;同時(shí)亞硝氣經(jīng)吸收塔冷卻吸收后,反應(yīng)生成的回收硝酸溶液進(jìn)入母液酸系統(tǒng)重復(fù)利用,降低了硝酸單耗。

3.2 將原盤管式檢測(cè)罐更換為夾套式檢測(cè)罐

將盤管式換熱檢測(cè)罐技改為夾套式換熱檢測(cè)罐。優(yōu)點(diǎn)是夾套式檢測(cè)罐可以利用罐體較厚的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)檢測(cè)器物料的均勻換熱,規(guī)避了盤管式換熱器在降溫過(guò)程中,由于管壁溫度與周圍物料溫差較大而頻繁出現(xiàn)局部結(jié)晶的缺點(diǎn);同時(shí)夾套式換熱器相對(duì)于盤管換熱器在反復(fù)升降溫的酸性環(huán)境下的抗腐蝕性能更加優(yōu)越。

3.3 將夾套換熱器冷卻水技改為冷凍水,并進(jìn)行回收利用

原換熱器冷卻水為工業(yè)水,在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中易出現(xiàn)結(jié)垢堵塞。考慮將夾套冷卻水由工業(yè)水技改為10 ℃冷凍水,避免換熱管線結(jié)垢,同時(shí)將換熱后的回水管線技改至水循環(huán)系統(tǒng),對(duì)冷凍水進(jìn)行回收和重復(fù)利用。經(jīng)統(tǒng)計(jì),一次結(jié)晶點(diǎn)檢測(cè)冷卻用高純水平均耗費(fèi)3.72 t,優(yōu)化后高純水平均消耗降至0.05 t/次,冷凍水回收率達(dá)到95.8%。

3.4 設(shè)置控制模塊,將進(jìn)料控制閥與循環(huán)控制閥進(jìn)行串級(jí)控制

原檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)過(guò)程中,當(dāng)檢測(cè)罐進(jìn)料完畢后,第一控制閥(即進(jìn)料閥)關(guān)閉,循環(huán)閥打開(kāi)。當(dāng)一個(gè)檢測(cè)周期完畢后,手動(dòng)打開(kāi)檢測(cè)罐排放手閥,排凈內(nèi)液,再進(jìn)行下一輪檢測(cè),檢測(cè)過(guò)程未實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化和連續(xù)化?？紤]將進(jìn)料控制閥(即第一控制閥)與循環(huán)控制閥(即第二控制閥)進(jìn)行串級(jí)控制,第一控制閥打開(kāi)則第二控制閥關(guān)閉,反之亦然,防止管線堵塞和輸送泵憋壓。在檢測(cè)罐上方配置溢流管線排至粗己二酸溶液儲(chǔ)罐,當(dāng)一輪檢測(cè)程序運(yùn)轉(zhuǎn)完畢后,直接進(jìn)行下一輪進(jìn)料。在進(jìn)料過(guò)程中,溫度較高的新物料將上一次檢測(cè)物料通過(guò)溢流管線完全置換進(jìn)粗己二酸溶液儲(chǔ)罐內(nèi),根據(jù)檢測(cè)罐溫度變化(檢測(cè)罐溫度逐步上升至與粗己二酸溶液儲(chǔ)罐溫度大致相等)表征進(jìn)料置換階段結(jié)束,進(jìn)入冷卻結(jié)晶階段。另外,當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)異常,控制時(shí)序停止時(shí),第一控制閥自動(dòng)打開(kāi),保證物料在檢測(cè)罐和溢流管線內(nèi)處于流動(dòng)狀態(tài),從而避免設(shè)備及管道內(nèi)物料結(jié)晶。改造后一次檢測(cè)時(shí)間在30 min左右,可連續(xù)進(jìn)行。

3.5 增加浮球式液位開(kāi)關(guān)

當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)異?；蛞缌鞴芏氯麜r(shí),物料會(huì)上涌至氣相管線或從封頭密封處冒出而發(fā)生危險(xiǎn)。此時(shí)浮球液位開(kāi)關(guān)使動(dòng)作將邏輯信號(hào)引至檢測(cè)程序控制器,控制器會(huì)報(bào)警并觸發(fā)聯(lián)鎖,強(qiáng)制關(guān)閉第一控制閥,打開(kāi)第二控制閥,從而避免危險(xiǎn)的發(fā)生。

3.6 改造優(yōu)化后設(shè)計(jì)示意圖

改造優(yōu)化后設(shè)計(jì)示意圖見(jiàn)圖1(圖中虛線為儀表控制回路)。

4 效果分析

粗己二酸溶液結(jié)晶點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)技改優(yōu)化后,運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)系統(tǒng)的全自動(dòng)化連續(xù)運(yùn)行,解決了冷卻盤管換熱不均引起的參數(shù)波動(dòng)問(wèn)題,在設(shè)計(jì)上規(guī)避了異常情況下可能出現(xiàn)的危險(xiǎn),降低了現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度。冷卻水來(lái)源及氣相管線的技改與回收,在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí),也創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。以本裝置為例,年設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間8 000 h,冷卻水回收后每小時(shí)可節(jié)約高純水7.44 t,全年減少高純水消耗5.95萬(wàn)t,同時(shí)可減少?gòu)U水排放5.95萬(wàn)t/a。按公司考核單價(jià),高純水單價(jià)7.32元/t,每年可節(jié)約43.57萬(wàn)元;生產(chǎn)廢水處理成本5.8元/t,可減少污水處理費(fèi)34.52萬(wàn)元/a,共計(jì)每年節(jié)約成本78.09萬(wàn)元。氣相系統(tǒng)經(jīng)改造優(yōu)化后,降低了硝酸單耗,現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境也得到了進(jìn)一步改善。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)己二酸裝置粗己二酸結(jié)晶點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行研究與分析,優(yōu)化了結(jié)晶點(diǎn)檢測(cè)控制時(shí)序,預(yù)設(shè)了異常情況控制處理措施,實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)周期、安全穩(wěn)定運(yùn)行。為己二酸生產(chǎn)過(guò)程中原料配比的調(diào)整與控制,精制提純工序參數(shù)的調(diào)整與控制提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。該結(jié)晶點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的成功使用為其他化工行業(yè)類似系統(tǒng)的改造與優(yōu)化提供了成功經(jīng)驗(yàn)。