邻苯二甲酸二辛酯增塑剂装置酯化工序扩容改造经验谈 王本武 (山东齐鲁增塑剂股份有限公司,山东淄博　255400) 摘要:论述了增塑剂酯化工序扩容改造的一系列问题及其解决方案,对于指导生产具有一定现实意义。 关键词:邻苯二甲酸二辛酯;增塑剂;酯化 中图分类号:TQ414.1　文献标识码:B　文章编号:1008-021X(2008)01-0037-03 我公司自1989年开车的原5万t/a邻苯二甲 酸二辛酯(DOP)增塑剂的装置(从德国BASF公司引进),从1994年起开始扩容改造,十多年来历经4 次大规模扩容改造,其间小规模和日常技术改造无 数次,使装置生产能力由最初的5万t/a扩容至当前的18万t/a,装置产能大幅度增加(提高到原生产 能力的3.6倍),装置运行更加稳定,产品质量有所 提高,成为国内少数单月产量超万吨的大型增塑剂装置之一。该装置扩容改造所经历的反复和曲折不一而足,特别是装置"龙头工序"酯化工序的改造更是克服了多方面的技术和难关等才得以完成,本文 讨论的便是酯化工序扩容改造方面的一些基本经验。 1　酯化工序扩容改造的阶段性目标确定 根据多年来不断增长的增塑剂市场需求和该装置原有生产能力和运行状况,我们制订了合理的阶 段性改造目标。该装置原生产能力5万t/a,我们第 一次扩容时把目标定在7万t/a,实施后实际达7.5 万t/a;第二次从7.5万t/a到10万t/a,第三次从10 万t/a到12万t/a,第四次从12万t/a到18万t/a。四次大规模改造实施后现在看来这些阶段性目标都是合理的,因改造后装置酯化工序和配套的脱醇、中和水洗、汽提和过滤等后处理工序均作了相应扩容改造,使每次改造装置整体产能都基本达到了预定的改造计划目标。酯化工序的阶段性目标是与全装置的目标相一致的,即最后达到18万t/a的工序生产能力。 2　技术控制指标的界定 酯化工序是邻苯二甲酸二辛酯增塑剂生成反应 的基本工序,扩容首要问题是增加产量且又保持稳定反应的各项指标。酯化系统扩容要解决的实际问题确实很多,技术控制目标的一个重要控制点是保持和提高原料的转化率。该装置工艺原设计运行中存在酯化釜转化率指标为99.5%(工序溢流物酸值 控制指标为0.5mgKOH/g),产品原材料单耗指标为邻苯二甲酸酐:0.384t/tDop,辛醇:0.677t/tDop,基于此指标设计扩容方案时就考虑改造后起码要保持这些指标,我们保持上述指标作为了酯化工序改造的基本技术控制指标。 3　工序存在问题界定与阶段性技术准备步骤 针对我们进行的综合分析和探索确定的装置扩 容"瓶颈"等问题,确定了扩容的各阶段目标。该装置原设计量5万t/a,装置的扩容改造虽然是逐步提高装置生产能力,但工艺技术方面存在的不稳定因素有待于完善和改进。特别是将生产能力由5万t/ 提高到10万t/a的两次改造期间,增加了较多的新设备,原有设备和流程也进行了较大程度的改造,工艺生产方案和指标变化也特别多(最后一次增加产能6万t的改造过程中新增加设备相对而言并不多)。此种情况下为实现装置的平稳运行,我们一边组织严格按预定的方案生产,一边在生产中进一步摸索更合理的技术参数,不断完善新的生产技术方案,使生产趋于稳定,同时为下一次扩容奠定基础。当时的基本工作步骤是: 1)确定扩容目标后,查找扩容瓶颈,界定问题。主要采用运用工序指标最大能力检查法进行高负荷运行试验,优化工艺参数。 2)第一阶段:调整工艺参数运行,查找扩容"瓶 颈",界定扩容项目,制订合理的扩容技术方案和施 工方案。 3)第二阶段:对预定的扩容计划组织实施。 4)第三阶段:扩容后的运行阶段对运行状况进行调整,找到扩容后的不足和问题设法克服,探讨装置最合理运行条件,这是扩容后的运行调整阶段。 5)第四阶段:进行系统总结,通过管理体系稳定扩容,实现高产稳产,同时从技术方面总结扩容成果。 4　扩容改造工程实际实施(物理硬件扩容) 反应系统硬件的物理性扩容主要是设备方面的 增加(数量增加)和改造(容量扩大)。我们增加了 反应釜数量,反应系统由最初的4个反应釜增加到6个反应釜(跨年度完成),后来又增加到7个反应釜。增加反应釜使酯化反应过程中,物料在该工序的停留反应时间仍保持每釜停留5.5h,原来4个反应釜酯化总容积112m3,后来6个釜酯化系统总容 积达到168m3,最后7釜酯化系统总容积196m3,日常工序溢流酯醇反应混合物流量达25~28m3/h。另外相应流程管道的改造(换热器增加、机泵更换 和管道蒸发管口径增大等)也是扩容改造中极其重要的内容。在酯化工序物理硬件的扩容改造中,我们还特别注重了原进口设备(反应釜和减速机等) 和配件的国产化问题,此方面也为长期的稳定运行奠定了基础。 5　酯化工序生产方案的改进和优化 硬件改造实施后,便是扩容后技术问题的克服 和技术方案的改进,相关的一些要点如下: 1)酯化反应转化率问题。扩容工程的一个主 要控制目标是稳定转化率,我们根据原始设计转化 率需保持在99.5%,否则原料单耗会明显增高将导 致成本升高。此方面主要是工序最终指标酸值,要 求依然稳定在0.5mgKOH/g以内,转化率需保持在 ≥99.6%。 2)酯化系统中过量醇量的控制。酯化系统的 过量醇量在整个酯化反应系统从前向后的阶梯分布由原来的由大到小改为由小到大(各釜含量35%~ 14%改为12%~35%),此方面主要是针对装置循 环醇的加入方式和加入量的分配作了调整,此措施 在控制产品色号和装置物料消耗是有效的,分布调 整后又保持了对后工序的尽可能小的影响。 3)酯化反应温度的调整。根据原BASF提供的参数结合我们的多年生产经验,我们将酯化系统反应釜温度分别升高了2.5~5℃,此举促使反应转化率有一定程度的提高。第一釜由原来的195℃提高 到了199℃来促使酯化第一步反应深度增加。将后三釜酯化反应温度分别提高了2~3.5℃(范围220 ~233.5℃),后釜小幅度提高酯化温度避免了过量 醇的蒸发量过大问题。此调整过程中我们同时注意 保持了在每釜中的酯化反应停留时间跟扩容前基本一致。 4)循环醇的加入方式。循环醇质量好坏对产 品质量(主要影响产品色值)有重要影响,其原理是 循环醇夹带着反应生成的低沸物(主要是醛类和酮 类),在酯化系统高温状态下在液相中参与了部分 酯生成反应导致产品色值升高。经过较长时间的探 索,后来我们在改造中将脱醇系统脱出的质量较好 的醇打入后面酯化塔(该部分循环醇的纯度一般大 于86%且其杂质大部分为酯类等重组分物质)再进 入酯化系统,并控制酯化塔塔顶温度≥178℃,酯化 系统第一釜蒸出的循环醇(主要是醇,但低沸物含 量明显较多)极易造成产品色值增大,采取控制塔 顶温度≥110℃使低组份物质不容易进入酯化反应 液相并及时进行采出的方案。该方案既解决了循环 醇如何加入的问题同时有效地控制了酯化塔的分离 状态,成为了扩容后稳定酯化工序的重要技术要点。 5)蒸发物夹带单酯酸问题。扩容后酯化塔的 蒸发物量增大出现明显夹带酯化第一步反应产物单酯酸的问题,我们对此问题通过技术攻关后运用了一系列技术措施进行了修正,收到了良好的改进效果。 6)反应生成水脱出的问题。装置经过2002年 的扩容,酯化系统增加第6个反应釜后装置生产能力达到12万t/a,但因改造导致酯化系统汽相流程太长,反应釡顶汽相压力偏高(达到60kPa),反应釜生成水不能及时脱出(特别是后三釜),各釜的转化 率明显偏低且极不均衡,为解决生成水脱出问题,我们加了第4个酯化塔,使汽相压力明显降低(≤ 20kPa),反应生成水脱出不再成为问题。 7)工序产品色值指标。新加第4个酯化塔后汽相压力明显降低了,但发现酯化工序产品色值偏高,经常高达30~40HAZEN,通过调整新鲜醇的加入量和循环醇的分配关系,使工序产品质量得到了明显好转,但同时暴露出新低沸物采出困难的问题, 后来通过一定技术方案有效地控制了系统气相的流速,实现了顺利采出低沸物的目标,克服了诸多问题后整个酯化工序运行状态稳定了,这些措施有效地 保证了酯化工序的长期稳定运行,也对改善工序产品质量起了至关重要的作用。 8)蒸汽等公用工程消耗。我们发现因装置后工序的诸多原因,当生产负荷如果高于14.5万t/a, 酯化工序公用工程高压蒸汽消耗指标出现非线性偏高的问题,后来采用循环加热的方式缓解了问题,同时使高压蒸汽消耗由原来的0.625t/tDOP降至 0.589t/tDOP,吨产品蒸汽消耗明显下降。 9)工序运行方案改进和优化操作条件。主要是改造后对装置运行初始阶段暴露出的问题进行修正处理,使酯化工序能力得到优化和提高,现该装置达到18万t/a邻苯二甲酸二辛酯的生产能力,最终产品质量有新的提高,原材料和公用工程消耗指标 也有了一定的下降。 6　装置扩容改造技术保障体系 在进行了持续10多年的装置扩容改造工作的同时,我们也注重了装置扩容和运行技术文件的修订完善工作,装置改造各阶段工艺流程图和岗位操作法等技术文件及时进行了更新,完善和优化了新的工艺技术方案,为扩容后的装置生产特别是酯化工序的稳定运行提供了良好的技术保障体系。 7　酯化工序扩容改造技术效果评述 通过扩容后摸索的新运行方案运行,应体现在装置能合理稳定长期运行,虽然装置的工艺控制和操作方案等都发生了很大的变化,但是我们通过完 善的技术和质量管理保障体系,使装置整体的工序运行进入良好的稳定状态中,酯化工序也成为该装置高产出、低消耗和技术进步最明显的典型关键工序。 8　装置酯化扩容改造综合效能评价 扩容后酯化工序的产品质量也得到了一定程度的提高,我们注重了扩容后进一步的挖潜增效,通过 技术方案降低生产成本,开发了酯化工序的潜能。 酯化工序扩容的同时,其它工序的相应改造也同期组织了实施,使该装置历经数次大规模扩容改造后达到现在的18万t/a生产能力,而实现了产量、质量和消耗指标的当年达标,成为进行科学合理扩容改造的典范技术成果之一。