間歇法氯乙酸生產工藝優化研究

陳煒艷 河南省開封市中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司

一、我國氯乙酸的生產現狀

隨著我國工業的發展，國內氯乙酸的需求量越來越大。20 世紀90 年代農藥除草劑的迅猛發展，更激發了氯乙酸行業的崛起，期間我國相繼建成了多套氯乙酸生產裝置。很多氯乙酸生產企業采用冰醋酸催化氯化法進行間歇式生產，即用冰醋酸、氯氣作為原料，硫磺為催化劑，采用二級或三級串聯氯化。這種方法操作簡單，投資設備少，安全性高，可操控性強；較為突出的不足如生產周期長，成本高，污染嚴重，產品純度不夠高等。當今，我國氯乙酸的生產還存在一些問題：

（一）生產規模相對較小

我國生產氯乙酸的企業很多，合計超過100 多家，但生產裝置的規模不大，生產能力在每年3000t 以上的企業20 家左右。絕大多數生產企業都是小作坊式的生產模式。而國外生產氯乙酸都是大規模、萬噸級以上的生產裝置。研究表明：規模越小，耗能越高，生產成本消費越高，企業投資治理三廢的能力也有限，會造成環境污染和資源浪費。而且，由于規模小，生產氯乙酸的企業不能很好地做到系統化，加上對下游產品不夠重視，所以不具備較強的國際競爭力。因此，小企業合并轉型，注重研發，才能共贏，以實現可持續發展。

（二）生產技術和產品質量不高

我國絕大多數生產氯乙酸的方式是以硫磺為催化劑，采用冰醋酸氯化法進行生產。這種方法工藝落后，產品質量欠佳且不穩定，產品純度不高（94%～96%），達不到更高的水平。而國外采用連續法，既能得到純度比較高的產品，又節省能源，對環境污染甚微，這主要源于國外生產企業規模大，生產工藝系統化、專業化。

（三）污染嚴重

由于我國氯乙酸生產企業規模和技術的限制，廢物的處理和再利用遠遠落后于發達企業，所以產生了嚴重的環境污染。氯乙酸的生產應該貫穿綠色化學的理念，一方面有助于提高企業形象，另一方面科在很大程度上降低環境污染。目前，我國氯乙酸行業在綠色化學方面已經有了一些成功的經驗，但還需要加強推廣。

二、間歇法氯乙酸生產工藝優化策略

（一）自動化改造

原工藝較為落后，自動化程度低，操作環境惡劣，職工操作安全得不到保障，通過對多個廠家的DCS 自動控制設備考察，結合實際情況對工藝進行了自動化升級改造。

據調查發現，改造前每臺氯化釜月平均放料10～12 次。由于結晶釜老化，出現釜口脫瓷，大墊泄漏，攪拌器機械密封不嚴，結晶釜內壓力高，氯化釜放料時通過空壓加壓方式將氯化液壓到結晶釜。但正壓放料易出現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調節閥，遠程控制放料閥開關，在放料管道上安裝電伴熱帶保溫，防止氣溫低時物料結晶，堵塞管道；在氯氣主管道上安裝自動切斷閥，在氯化釜等設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題，實現了釜壓和釜溫的實時監控，緊急狀況下氯氣自動切斷；能精準控制氯化反應過程，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罐泵入計量罐，靠自流分兩次加入氯化釜內。醋酐計量罐和管道均為PP 材質，設備管道老化快、維修工作量大，且維修費用高。

采用質量流量計精準控制醋酐輸出量，并對比氯化不同時段加入醋酐的效果，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，通過在泵出口管道上加裝質量流量計，準確控制每次加入醋酐的量。改造后，提高了產品質量，每年節省維護費10 萬元以上，并降低了職工的勞動強度。

（三）尾氣脫除游離氯改造

氯化工段經過初期工藝改造，3 臺氯化釜組成一套，采用主釜—副釜—尾釜串聯的生產工藝。近年來，隨著氯乙酸產能的不斷提升，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，鹽酸吸收系統壓力提高，生產成本升高。為了提高對氯化尾氣的攔截效率、降低游離氯含量，在保證尾氣系統暢通、不影響產能的前提下，增加尾氣攔截釜。

原工藝（共6 臺）兩套釜為一組，將其中1 臺釜改造成尾氣攔截釜，加大尾氣進出口管徑，改造通氯分布器和尾氣進入冷凝器及分配臺的工藝管線，使其他5 個釜產生的尾氣冷凝后導入該攔截釜；通過調節加入釜內的醋酸和醋酐量，讓尾氣中夾帶的游離氯和乙酸再次反應，有效降低尾氣中游離氯含量。攔截釜投入使用后，經數月摸索，總結出攔截釜有效反應時間為48h，之后把物料導入其他主釜中繼續反應，攔截釜重新投料運行。

（四）氯化釜管道改造

提產之后，尤其是在氯化反應后期，尾氣夾帶氯乙酸量升高，在石墨冷凝器氣相管路中的結晶量也相應增大，實際通道變窄、氣流阻塞，致使氯化釜內壓力升高，釜內物料時常被壓出進入尾氣管道。為此，在氯化釜尾氣管和導料管之間加裝1 臺控制閥，在氯化后期，打開此閥門，讓主釜尾氣直接進入副釜，避免了憋壓跑料問題。再在每臺釜的尾氣出口和回流口安裝鋼襯聚四氟乙烯蝶閥，同時在尾氣出口安裝壓力表。放料時關閉蝶閥，使釜內與冷凝器系統隔開，通過釜上壓力表控制放料壓力，放料完畢后再打開蝶閥，從而避免因放料加壓造成冷凝器泄漏。

（五）結晶工藝改造

結晶工段由最原始的人工操作改為全自動智能結晶控制儀后，為進一步提高產能、減少結晶時間，繼續優化降溫時段。原結晶降溫程序共11 個階段，從零段開始將氯化液輸入結晶釜，再分批次加入一定量母液，經降溫段、結晶點段等，直到第10 段結晶降溫結束，整個過程歷時約40h。經過反復試驗，總結出僅用4 個階段的最優結晶降溫過程，新過程用時縮短5h，且能耗降低。

通過間歇法實現了氯乙酸清潔生產，無任何環境污染。生產廢氣經空氣凈化塔處理后達標排放；工藝用水及物料實現循環利用，無任何排放。本次改造從根本上改變了間歇法氯乙酸生產區“臟、亂、差”的現狀，為間歇法氯乙酸行業的可持續發展開拓了一條新的途徑。

三、結語

綜上所述，我國的氯乙酸行業存在著生產規模和技術的落后，產品質量不高，產業不夠系統化等情況。作為人口大國來講，面對豐富的資源和巨大的市場，我們應該創新技術、優化工藝、擴大規模、提高質量并注重環保，力求生產優質的氯乙酸產品，服務國民，服務全球。