張儀
(四川天華股份有限公司,四川 合江 646207)
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(jìn)美國(guó)FRONTECH公司技術(shù),項(xiàng)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(xiàng)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(jì)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(chǎng)售賣,年設(shè)計(jì)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(jì)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(chǎng)售賣;904裝置以NVP為原料,通過(guò)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(jì)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(jì)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(jí)產(chǎn)品認(rèn)證,近年來(lái)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(jiǎn)圖如圖1所示。
圖1 丁內(nèi)酯系列產(chǎn)品及各裝置簡(jiǎn)圖
丁內(nèi)酯系列產(chǎn)品項(xiàng)目建成投產(chǎn)以來(lái),通過(guò)不斷的技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了各裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)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(wèn)題。
901裝置的設(shè)計(jì)產(chǎn)能為10 000 t/aGBL,其負(fù)荷高低取決于902裝置原料消耗量;902裝置的設(shè)計(jì)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(jì)原因,902裝置即使全年滿負(fù)荷單獨(dú)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(jì)計(jì)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(dāng)902裝置轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)NMP期間,903裝置僅能由庫(kù)存2-PY維持生產(chǎn)或停產(chǎn),經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)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(guò)聚合反應(yīng)分別生產(chǎn)PVPK-15/30/90、PVPP等聚合產(chǎn)品,當(dāng)NVP產(chǎn)品產(chǎn)量不足或直接向市場(chǎng)售賣時(shí),904裝置無(wú)原料可用。
902裝置不但是整個(gè)項(xiàng)目的產(chǎn)能瓶頸,而且經(jīng)常根據(jù)市場(chǎng)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(jì)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(huì)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(duì)該裝置工藝系統(tǒng)進(jìn)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(shí),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(fù)荷配合,加之每次轉(zhuǎn)產(chǎn)開(kāi)停車過(guò)程中產(chǎn)生物料損失、能源消耗,進(jìn)一步拉高各產(chǎn)品單位物耗、能耗,進(jìn)而造成產(chǎn)品生產(chǎn)成本上升,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力下降。
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(wèn)題,除了通過(guò)不斷優(yōu)化工藝過(guò)程、根據(jù)市場(chǎng)需求合理調(diào)整運(yùn)行方式、及時(shí)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(yùn)行外,關(guān)鍵是要對(duì)902裝置進(jìn)行擴(kuò)能升級(jí)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(guò)改造實(shí)現(xiàn)二個(gè)產(chǎn)品獨(dú)立生產(chǎn)的功能,解決902裝置因轉(zhuǎn)產(chǎn)頻繁而帶來(lái)的系列問(wèn)題。
在現(xiàn)有902裝置基礎(chǔ)上通過(guò)技術(shù)改造,新購(gòu)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(chǔ)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(guò)較少的投入實(shí)現(xiàn)902一套裝置獨(dú)立生產(chǎn)2-PY和NMP的功能。按此思路升級(jí)改造后,902裝置可同時(shí)生產(chǎn)2-PY和NMP各6 000 t/a。
按902裝置以后同時(shí)生產(chǎn)2-PY和NMP各6 000 t/a升級(jí)改造后,GBL總需求量為12 000 t/a,現(xiàn)901裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能為10 000 t/a,缺口2 000 t/a,可采取以下措施補(bǔ)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(wèn)題,維持901裝置長(zhǎng)周期高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行(根據(jù)原始設(shè)計(jì)901裝置操作彈性較大,可在30%~120%負(fù)荷下運(yùn)行);(2)擴(kuò)大901裝置GBL產(chǎn)品儲(chǔ)存空間,可增加一個(gè)產(chǎn)品儲(chǔ)槽,緩沖下游裝置在停車或減負(fù)荷時(shí)因產(chǎn)品儲(chǔ)存問(wèn)題對(duì)901裝置長(zhǎng)周期高負(fù)荷運(yùn)行造成的影響;(3)非常特殊的情況下可外購(gòu)GBL產(chǎn)品補(bǔ)充。
在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)902裝置進(jìn)行升級(jí)改造,技術(shù)上可行:(1)采用的工藝技術(shù)成熟,公司對(duì)丁內(nèi)酯系列產(chǎn)品各裝置擁有豐富的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)人才隊(duì)伍;(2)升級(jí)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(jí)改造后902裝置產(chǎn)能擴(kuò)大,可能帶來(lái)三廢排放量的新增,但因?yàn)橛行П苊饬?02裝置頻繁轉(zhuǎn)產(chǎn)所產(chǎn)生的清洗置換廢水,同時(shí)隨著系列產(chǎn)品各裝置運(yùn)行效率的提升,經(jīng)初步測(cè)算,整個(gè)項(xiàng)目總的三廢排放量較設(shè)計(jì)值沒(méi)有太大變化甚至有所減少。
在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)902裝置進(jìn)行升級(jí)改造,投資省、經(jīng)濟(jì)效益好:(1)共用902裝置現(xiàn)有原料供給、產(chǎn)品儲(chǔ)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(duì)DCS控制接點(diǎn)簡(jiǎn)單擴(kuò)容即可滿足902裝置升級(jí)改造所需,投資省,建設(shè)進(jìn)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(guó)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(chǎng)行情持續(xù)向好。按902裝置以后同時(shí)生產(chǎn)2-PY和NMP各6 000 t/a進(jìn)行升級(jí)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(jìn)一步降低各產(chǎn)品單位成本,提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,同時(shí),NMP、NVP及其下游產(chǎn)品市場(chǎng)供應(yīng)量相應(yīng)增加,可以更好的滿足市場(chǎng)需求,經(jīng)濟(jì)上可行。
通過(guò)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(duì)902裝置進(jìn)行擴(kuò)能升級(jí)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(lái)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(wèn)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(duì)902裝置進(jìn)行擴(kuò)能升級(jí)改造,技術(shù)經(jīng)濟(jì)上可行、投資省、經(jīng)濟(jì)效益好,應(yīng)盡快推進(jìn)該技改的詳細(xì)設(shè)計(jì)并組織實(shí)施。