提升丁內(nèi)酯系列產(chǎn)品裝置產(chǎn)能利用率研究

張儀

（四川天華股份有限公司，四川 合江 646207）

1 裝置簡介

四川天華股份有限公司丁內(nèi)酯系列產(chǎn)品生產(chǎn)工藝系引進美國FRONTECH公司技術(shù)，項目于2009年12月建成并打通裝置全流程，產(chǎn)出一流品質(zhì)產(chǎn)品[1-2]該項目產(chǎn)品主要由γ-丁內(nèi)酯(GBL)、2-吡咯烷酮（2-PY）、N-甲基-吡咯烷酮（NMP）、乙烯基吡咯烷酮（NVP）、聚乙烯基吡咯烷酮(PVPK-15/30/90、PVPP、PVP-I)等組成，各產(chǎn)品間及生產(chǎn)裝置主要關(guān)系如下：γ-丁內(nèi)酯(GBL)產(chǎn)品由901裝置生產(chǎn)，以公司上游車間生產(chǎn)的1，4—丁二醇（BDO）為原料，催化脫氫生產(chǎn)GBL，年設(shè)計產(chǎn)能 10 000 t；902裝置以GBL為原料，既可生產(chǎn)2-吡咯烷酮（2-PY）作為下游裝置的原料，也可生產(chǎn)N-甲基-吡咯烷酮（NMP）直接向市場售賣，年設(shè)計產(chǎn)能6 000 t；903裝置以2-PY為原料生產(chǎn)乙烯基吡咯烷酮（NVP），年設(shè)計產(chǎn)能6 000 t，NVP產(chǎn)品既可作為下游裝置的原料，也可直接向市場售賣；904裝置以NVP為原料，通過聚合反應(yīng)分別生產(chǎn)PVPK-15/30/90、PVPP等聚合產(chǎn)品，年設(shè)計產(chǎn)能各1 500 t；905裝置以PVP K-30為原料，和碘（I2）絡(luò)合生產(chǎn)PVP-I，年設(shè)計產(chǎn)能750 t（聚合產(chǎn)品因工廠布置等原因未取得醫(yī)藥級產(chǎn)品認證，近年來未組織生產(chǎn)，本文不作深入探討）。丁內(nèi)酯系列產(chǎn)品及各裝置簡圖如圖1所示。

圖1 丁內(nèi)酯系列產(chǎn)品及各裝置簡圖

2 存在的問題

丁內(nèi)酯系列產(chǎn)品項目建成投產(chǎn)以來，通過不斷的技術(shù)改進和優(yōu)化，實現(xiàn)了各裝置的安全穩(wěn)定運行，保證了各產(chǎn)品的一流品質(zhì)，但仍然存在產(chǎn)能利用率低、單位產(chǎn)品成本高、環(huán)保排放壓力大等問題。

2.1 各裝置特別是901、903裝置產(chǎn)能利用率低，產(chǎn)能得不到充分釋放

901裝置的設(shè)計產(chǎn)能為10 000 t/aGBL，其負荷高低取決于902裝置原料消耗量；902裝置的設(shè)計產(chǎn)能為6 000 t/a，切換生產(chǎn)2-PY或NMP其中的一種產(chǎn)品[1]，由于設(shè)計原因，902裝置即使全年滿負荷單獨生產(chǎn)2-PY或NMP中之一，也僅能消耗901裝置60%左右的產(chǎn)能，經(jīng)統(tǒng)計計算，2018、2019、2020年901裝置的產(chǎn)能利用率分別為51.7%、72.6%、60.6%，三年年平均產(chǎn)能利用率61.6%； 903裝置的原料2-PY由902裝置生產(chǎn)并提供，當902裝置轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)NMP期間，903裝置僅能由庫存2-PY維持生產(chǎn)或停產(chǎn)，經(jīng)統(tǒng)計計算，2018、2019、2020年903裝置的產(chǎn)能利用率分別為16.1%、27.2%、29.5%，三年年平均產(chǎn)能利用率僅24.3%；904裝置以903裝置生產(chǎn)的NVP為原料通過聚合反應(yīng)分別生產(chǎn)PVPK-15/30/90、PVPP等聚合產(chǎn)品，當NVP產(chǎn)品產(chǎn)量不足或直接向市場售賣時，904裝置無原料可用。

2.2 902裝置轉(zhuǎn)產(chǎn)頻繁，清洗排放量大，導(dǎo)致各產(chǎn)品單位物耗、能耗高，環(huán)保壓力大

902裝置不但是整個項目的產(chǎn)能瓶頸，而且經(jīng)常根據(jù)市場需求，切換轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)2-PY或NMP二者中的一種產(chǎn)品（經(jīng)統(tǒng)計2017～2020年期間該裝置共停車轉(zhuǎn)產(chǎn)17次），每次轉(zhuǎn)產(chǎn)均會影響902裝置停產(chǎn)3～5天，導(dǎo)致上下游裝置產(chǎn)能利用率更低，且每次轉(zhuǎn)產(chǎn)均需要對該裝置工藝系統(tǒng)進行清洗置換，產(chǎn)生的洗滌廢水量在200 噸/次以上，廢水處置和環(huán)保排放壓力極大。同時，在902裝置停車轉(zhuǎn)產(chǎn)期間，上游的901裝置和下游903裝置被迫安排停產(chǎn)或減負荷配合，加之每次轉(zhuǎn)產(chǎn)開停車過程中產(chǎn)生物料損失、能源消耗，進一步拉高各產(chǎn)品單位物耗、能耗，進而造成產(chǎn)品生產(chǎn)成本上升，市場競爭力下降。

3 解決方案

3.1 對902裝置進行擴能升級改造

為了解決丁內(nèi)酯系列產(chǎn)品各裝置產(chǎn)能利用率低、單位產(chǎn)品成本高、環(huán)保排放壓力大等諸多問題，除了通過不斷優(yōu)化工藝過程、根據(jù)市場需求合理調(diào)整運行方式、及時發(fā)現(xiàn)并消除各種干擾因素等基礎(chǔ)管理手段確保裝置穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)運行外，關(guān)鍵是要對902裝置進行擴能升級改造，消除各裝置產(chǎn)能釋放的瓶頸，改變現(xiàn)有902一套裝置頻繁轉(zhuǎn)產(chǎn)交替生產(chǎn)2-PY或NMP二者中一種產(chǎn)品的狀況，通過改造實現(xiàn)二個產(chǎn)品獨立生產(chǎn)的功能，解決902裝置因轉(zhuǎn)產(chǎn)頻繁而帶來的系列問題。

3.2 具體思路

在現(xiàn)有902裝置基礎(chǔ)上通過技術(shù)改造，新購置關(guān)健設(shè)備如反應(yīng)器、精餾塔等，共用原料供給、產(chǎn)品儲存、公用工程、安全環(huán)保、DCS控制系統(tǒng)等輔助設(shè)備、設(shè)施，通過較少的投入實現(xiàn)902一套裝置獨立生產(chǎn)2-PY和NMP的功能。按此思路升級改造后，902裝置可同時生產(chǎn)2-PY和NMP各6 000 t/a。

3.3 同步解決901裝置現(xiàn)有瓶頸，實現(xiàn)和下游裝置物料平衡

按902裝置以后同時生產(chǎn)2-PY和NMP各6 000 t/a升級改造后，GBL總需求量為12 000 t/a，現(xiàn)901裝置設(shè)計產(chǎn)能為10 000 t/a，缺口2 000 t/a，可采取以下措施補齊缺口：（1） 解決901裝置產(chǎn)品精餾塔側(cè)采泵、塔釜循環(huán)泵現(xiàn)有能力不足等問題，維持901裝置長周期高負荷穩(wěn)定運行（根據(jù)原始設(shè)計901裝置操作彈性較大，可在30%～120%負荷下運行）；（2）擴大901裝置GBL產(chǎn)品儲存空間，可增加一個產(chǎn)品儲槽，緩沖下游裝置在停車或減負荷時因產(chǎn)品儲存問題對901裝置長周期高負荷運行造成的影響；（3）非常特殊的情況下可外購GBL產(chǎn)品補充。

4 902裝置升級改造的可行性分析

4.1 技術(shù)可行性分析

在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對902裝置進行升級改造，技術(shù)上可行：（1）采用的工藝技術(shù)成熟，公司對丁內(nèi)酯系列產(chǎn)品各裝置擁有豐富的運行管理經(jīng)驗和技術(shù)人才隊伍；（2）升級改造所需新增設(shè)備利用現(xiàn)有裝置空地，總圖位置可取，滿足與周邊裝置的安全距離要求；（3）升級改造后902裝置產(chǎn)能擴大，可能帶來三廢排放量的新增，但因為有效避免了902裝置頻繁轉(zhuǎn)產(chǎn)所產(chǎn)生的清洗置換廢水，同時隨著系列產(chǎn)品各裝置運行效率的提升，經(jīng)初步測算，整個項目總的三廢排放量較設(shè)計值沒有太大變化甚至有所減少。

4.2 經(jīng)濟性評價

在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對902裝置進行升級改造，投資省、經(jīng)濟效益好：（1）共用902裝置現(xiàn)有原料供給、產(chǎn)品儲存等輔助設(shè)備、設(shè)施，依托已建成的供水、供電、水蒸汽、循環(huán)冷卻水、消防水、事故水、雨水、火炬等公用工程和安全環(huán)保系統(tǒng)，僅需對DCS控制接點簡單擴容即可滿足902裝置升級改造所需，投資省，建設(shè)進度快；（2）NMP作為優(yōu)良的溶劑，廣泛用于精密電子、鋰電池等行業(yè)，NVP及其下游產(chǎn)品是重要的醫(yī)藥化工原料，產(chǎn)品符合國家產(chǎn)業(yè)政策，隨著新能源產(chǎn)業(yè)和醫(yī)藥化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，市場行情持續(xù)向好。按902裝置以后同時生產(chǎn)2-PY和NMP各6 000 t/a進行升級改造后，隨著丁內(nèi)酯系列產(chǎn)品各裝置產(chǎn)能利用率的提升，能進一步降低各產(chǎn)品單位成本，提升產(chǎn)品市場競爭力，同時，NMP、NVP及其下游產(chǎn)品市場供應(yīng)量相應(yīng)增加，可以更好的滿足市場需求，經(jīng)濟上可行。

5 結(jié)語

通過以上分析研究可知，提升天華公司丁內(nèi)酯系列產(chǎn)品各裝置產(chǎn)能利用率的關(guān)鍵在于對902裝置進行擴能升級改造，徹底解決上下游各裝置間因產(chǎn)能不匹配、轉(zhuǎn)產(chǎn)頻繁而帶來的產(chǎn)能利用率低、單位產(chǎn)品成本高、環(huán)保排放壓力大等一系列問題。經(jīng)初步調(diào)研，依托天華公司已有公共資源，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對902裝置進行擴能升級改造，技術(shù)經(jīng)濟上可行、投資省、經(jīng)濟效益好，應(yīng)盡快推進該技改的詳細設(shè)計并組織實施。