電導率儀在粗苯胺產品精制過程中的應用

姜新亮

（中國石化南京化學工業有限公司，江蘇南京 210048）

電導率儀被廣泛用于科研、教學、工業、農業、環保等各個領域[1]。電導率是物體傳導電流的能力。電導率測量儀的測量原理是將兩塊平行的極板，放到被測溶液中，在極板的兩端加上一定的電勢（通常為正弦波電壓），然后測量極板間流過的電流。根據歐姆定律，電導率（G）——電阻（R）的倒數，由導體本身決定的。其測量原理是由振蕩器產生交流電壓加載到電導池上，產生電流，電導池閃電流經放大器適當放大后轉換為電壓信號，再經過相敏檢波就得到了與被測電導率成正比的電壓信號。單片機對溫度信號和電導率信號輪流采樣進行A/D轉換，然后通過微處理器計算得到被測溶液在基準溫度時的電導率。正是利用水的電導率值比苯胺大的因素，故可將其用于苯胺與水分離操作中。

1 氣相催化加氫制苯胺工藝簡介

硝基苯經預熱、汽化后與過量氫氣經換熱后從底部進入裝有流態化Cu/SiO2催化劑的流化床反應器，在一定的溫度和壓力下發生化學反應，放出熱量由鍋爐水帶走。反應后的混合氣體從床頂逸出，經捕集逸出的催化劑后，再經換熱實現部分熱量的回收和氣液分離，從而得到粗苯胺和水。主要反應式為：

苯胺為無色至淺黃色透明液體，有強烈氣味。暴露在空氣中或在日光下變成棕色。熔點-6.2℃，密度1.02g/cm3，沸點184.4℃，電導率2.4×10-8S/m（25℃）。稍溶于水，能與乙醇、乙醚、苯等任意比互溶；有堿性，能與鹽酸（或硫酸）合成生產鹽酸鹽（或硫酸鹽）。能起鹵化、乙酰化、重氮化反應[2]。廣泛應用于染料、醫藥、炸藥、香料、橡膠硫化促進劑等行業，尤其是MDI（4，4-二苯基甲烷二異氰酸酯）的重要原料。

此外，反應還會生成少量的氨、苯、甲苯、環己胺、環己醇、苯酚、甲基苯胺等[2]。

粗苯胺精制采用負壓蒸餾的方式進行，具體操作方式是：粗苯胺由泵輸送至初餾塔脫去水、輕組分（即沸點比苯胺低的組分：苯、甲苯、環己胺、環己醇、苯酚、環己酮等），塔頂蒸汽經塔頂換熱器、冷凝器冷卻后進入廢水罐，水和苯胺在該罐中分離，罐下部苯胺定期回收到初餾塔。

初餾塔釜物料由精餾塔進料泵輸送至精餾塔釜，塔頂出料經冷凝后進入回流罐，經塔內回流合格后，部分苯胺向苯胺成品中間罐采出。精餾塔釜高沸物（即沸點比苯胺重的組分：甲基苯胺、硝基苯等，與帶出的催化劑粉末一并俗稱焦油）定期采出灌桶作為危廢處置。

廢水汽提操作則通過共沸原理將廢水中的有機物回收處理合格后送往生化處理。

粗苯胺進入脫水塔脫去輕組分（水和低沸物）后進入精餾塔，在精餾塔中除去重組分和微量催化劑后得到成品苯胺。其間產生的廢水則進入汽提塔，回收其中的所含的有機物后，余下的廢水被送往生化崗位做進一步處理后達標排放。

2 原有裝置工藝流程概況

從Marian Góral等發表的文獻[3]中，可知苯胺與水存在互溶性，其部分實驗值如表1、表2所示。

表1 苯胺與水的溶解度

在實際生產中，由于生產負荷、換熱情況以及季節變遷的原因，苯胺和廢水的溫度在25～45℃變化。

正是由于苯胺及副產物環己胺、環己醇、苯酚等與水有一定的互溶性和操作上的不確定性，很大程度上造成苯胺與水不可能實現徹底分離，以及設計上將苯胺初餾塔頂下料、苯胺汽提塔頂下料、氫氣貯罐放料等均將含有苯胺的物料排入廢水貯罐，都導致了苯胺廢水罐內會有一定量的苯胺沉積于罐底，必須進行回收，否則將帶入廢水汽提塔，造成環保事故和物料損失。

此前操作采用的用對各廢水罐內底部積聚的苯胺采用的是切換直接輸送至苯胺初餾塔或者通過噴淋回收等方式進行。

南化公司4套苯胺裝置均采用硝基苯氣相加氫工藝技術，反應物氣相經冷凝通過苯胺水分離器常壓分離反應生成的苯胺廢水和苯胺粗品，因苯胺廢水與苯胺粗品比重相差較小，分離后苯胺廢水中夾帶少量苯胺粗品進入苯胺廢水儲罐積累于罐底，為將苯胺廢水罐內苯胺粗品回收利用同時避免苯胺粗品自苯胺廢水儲罐帶入苯胺汽提塔，原來采用接班后需切換苯胺初餾塔進料，回收盡苯胺廢水儲罐內粗苯胺，而部分苯胺廢水在苯胺粗品回收完畢后被輸送至苯胺初餾塔內，造成苯胺精制工序操作參數波動，DCS系統指標脫標報警，同時苯胺成品質量也會在此過程受到 影響。

3 改造實施方案及實施情況

針對以上問題現對產能均為100kt/a苯胺的1#、4#系統苯胺廢水儲罐回收粗苯胺技術進行改造，達到正常回收盡苯胺廢水罐內苯胺粗品同時苯胺初餾塔持續由苯胺粗品罐進料苯胺精制系統穩定運行效果。現以1#苯胺為例，改造后工藝流程，如圖1所示。

圖1 回收苯胺廢水罐內苯胺粗品改造后流程

連續回收廢水罐操作流程為，打開廢水罐V2209a底部物料回收閥門；開啟新增連續回收泵P2308出口至粗苯胺罐V2206的截止閥和自調閥，將廢水罐內苯胺輸送至粗苯胺罐。回收廢水罐底部物料過程中嚴密監控電導率儀AT_2308的變化情況，當出現電導率數據上升，同時P2308運行電流下降時，說明廢水罐中物料已回收完，此時需切換至廢水罐V2209b進行回收。回收完畢后再次進行切換操作。

3.1 連續回收操作方式及注意事項

投用運行時，要分別回收苯胺廢水罐V2209a、b底部物料；回收操作時依次打開對應苯胺廢水罐底部物料回收閥門；回收苯胺廢水罐底部物料過程中嚴密監控電導率儀顯示值的變化情況，當出現電導率數據由0mS/cm上升同時回收泵運行電流（苯胺粗品流量在2.5～3.0m3/h時，電流在5～6A左右）下降時，說明該廢水罐中物料已回收完，此時需切換至其他廢水罐進行回收。

一般情況下，第一個廢水罐回收時間較長，可達4h以上。最后一個廢水罐回收時間一般在10min左右。如果還原工序負荷調整幅度較大或苯胺水分離器分離不正常，連續回收的量和時間會出現不同。

當電導率值有微弱波動時，可通過關小回收苯胺自調閥進行控制，即減少回收量，若關小后電導率值連續5s超過0.15mS/cm（避免物料夾帶水滴造成誤判）以上，則需停車回收或者切換貯罐操作。

需要注意的是，外操人員切換廢水罐操作時需先與內操聯系，關閉回收泵出口自調閥；外操人員切換廢水罐底部閥門時需先關后開操作，防止廢水罐底部連通，造成物料或水互串；內操人員在回收過程中需加強對回收泵運行電流及電導率儀的監控，出現數據變化大（尤其上升）時及時通知外操進行切換操作。對于苯胺量的回收及貯罐切換操作時間，也可以觀察室外視鏡結合進行，因為苯胺中含水滴、水中含油花都比較容易發現。

3.2 改造使用前后效果對比

通過查看改造前后1#苯胺精制頂溫（TE-2303）變化的3天趨勢，如圖2，圖3所示。

圖3 改造前1#苯胺精制頂穩24×3h變化趨勢

圖4 改造后1#苯胺精制頂穩24×3h變化趨勢

從圖3、4趨勢可以得出表2。

從表2進一步得出，盡管平均值幾乎相同，但是指標范圍明顯收窄，這也使偏差降低了2倍多，平穩率明顯提升。

通過調閱塔頂真空度也可得出類似規律。

4 結束語

苯胺粗品罐與苯胺廢水罐頻繁切換回收操作改為通過控制回收自調閥持續回收苯胺廢水罐內苯胺粗品，形成回收動態平衡，避免了為徹底回收造成苯胺廢水被迫進入初餾塔帶來塔內溫度、真空度等參數大幅下降作為判斷的滯后依據。通過使用電導率儀實現的連續回收，不僅消除了因塔內進水導致的指標脫標、操作波動，也顯著減少了職工勞動強度，提高了操作自動化操作水平，也間接避免了物料進入汽提塔的可能性。

兩年多來的實踐證明，電導率儀的使用是成功的，提高了苯胺精制系統操作平穩率、降低了物耗能耗，穩定了苯胺產品質量，提高了連續性生產的能力和產量，也穩定了苯胺廢水汽提操作，讓出水COD值由300mg/L降至并穩定在200mg/L左右，實現經濟效益和環保效益雙豐收。