劉杰，劉雨辰

(1.徐州吉興新材料有限公司，江蘇 徐州 221400；2.遼寧大連科技學(xué)院外語系，遼寧 大連 116000)

0 引言

近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源緊張的局面使可再生能源受到關(guān)注，碳中和減少二氧化碳排放量，將是實(shí)現(xiàn)替代新能源動(dòng)力發(fā)展趨勢(shì)；新能源汽車行業(yè)發(fā)展，新能源是當(dāng)今發(fā)展趨勢(shì)；同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了有機(jī)化工產(chǎn)品的綠色新途徑。在合成過程中會(huì)產(chǎn)生，按產(chǎn)能約有6‰量廢料。隨著國(guó)家大力全面推進(jìn)可再生能源、新能源產(chǎn)業(yè)和低碳政策的影響，國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個(gè)前所未有的跳躍發(fā)展期；太陽(yáng)能光伏發(fā)電的核心部件是光伏電池，光伏電池的主要元件是硅片；切割液的生產(chǎn)原料是環(huán)氧乙烷的衍生物聚乙二醇，混醇就是生產(chǎn)環(huán)氧乙烷過程中的廢物再生利用，原始工藝處理方法是作為危險(xiǎn)廢物處理將廢料委托有資質(zhì)處置單位進(jìn)入焚燒爐燃燒，灰渣去填埋處理；因此物料中含有乙二醇、二乙二醇 、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇有效成份。乙二醇可用于防凍液、二乙二醇可用水泥助磨劑、三乙二醇可用于樹脂及助磨劑母液；本裝置利用各成份沸點(diǎn)在常壓下相差30 ℃以上的原理，在真空負(fù)壓下完成分離，剩余尾料用于助磨劑，形成封閉鏈，綠色工藝，無廢外排；提高環(huán)境治理，資源再生利用。作為光伏產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)，會(huì)在過程產(chǎn)生少量混醇，隨著環(huán)氧乙烷產(chǎn)量增加，產(chǎn)生混醇數(shù)量也越來越多，如不加以回收加工利用會(huì)形成較大的資源浪費(fèi)。

本裝置采用間歇式生產(chǎn)二塔分子蒸餾形式(如圖1所示)，為降低投資成本，采用導(dǎo)熱油加熱，可快速提升物料溫度，溫度易控制；采用負(fù)壓條件降低物料沸點(diǎn)，加熱時(shí)間縮短，運(yùn)行周期從進(jìn)料到出料時(shí)間10 h即可完成一批料生產(chǎn)，產(chǎn)品色相30號(hào)?；齑加帽脧脑腺A罐常溫下經(jīng)計(jì)量器輸送進(jìn)入反應(yīng)釜，導(dǎo)油爐加熱，使各組份氣化后經(jīng)兩級(jí)冷凝再經(jīng)板冷使液溫度降至25 ℃后回收成品液用泵輸送到罐區(qū)產(chǎn)品罐中。

1 生產(chǎn)設(shè)備工藝流程圖

混醇分子蒸餾工藝流程如圖1所示。

圖1 混醇分子蒸餾工藝流程

1.1 生產(chǎn)工藝參數(shù)及分離過程

(1)預(yù)熱、脫水和乙二醇精餾物理分離過程

物料由進(jìn)料泵輸送經(jīng)電子流量計(jì)后進(jìn)入預(yù)熱器預(yù)熱，然后進(jìn)入塔T1蒸餾釜中，通過底部再沸器的導(dǎo)熱油加熱提供物料溫度使物料溫度上升氣化，確保蒸餾所需的熱量，在塔板的作用下進(jìn)行傳質(zhì)傳熱和汽液交換將水、乙二醇和二乙二醇、三乙二醇通過各組份沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離，水、乙二醇由于沸點(diǎn)較低將由下向上聚集在塔頂及塔中部，在頂部形成一個(gè)不含二乙二醇、三乙二醇的組份，通過塔頂冷凝器的冷凝后，分別切換得到水和乙二醇，此工序脫水溫度為：70～75 ℃，壓力-0.09 MPa，精餾乙二醇溫度為：100～105 ℃，壓力-0.09 MPa；二乙二醇和三乙二醇等由于沸點(diǎn)較高將由上向下運(yùn)動(dòng)，在塔底部聚集，控制塔底的溫度，在塔底部得到不含水、乙二醇的二元醇組成[1]。

(2)二乙二醇精餾物理分離過程

提高導(dǎo)熱油爐溫度繼續(xù)升高溫度釜中物料達(dá)到氣化溫度(136～140 ℃)使二乙二醇在負(fù)壓(壓力-0.09 MPa)條件下，氣化物料從塔底部上升氣化，經(jīng)兩級(jí)冷凝后再經(jīng)板冷再次降溫到常溫25 ℃得到二乙二醇用泵輸送到罐區(qū)產(chǎn)品儲(chǔ)貯；

(3)經(jīng)過脫水分離乙二醇、二乙二醇后塔底部物料含量約為20%混合物，停止加熱用泵經(jīng)輸送泵的輸送進(jìn)入T2塔的底部蒸發(fā)釜中繼續(xù)給物料加熱，使通過塔板的分離將三乙二醇與高沸物料分離(158～162 ℃，壓力-0.098 MPa)，在塔頂部經(jīng)過兩級(jí)冷凝器和一級(jí)板冷使產(chǎn)品液溫度降至常溫25 ℃提取三乙二醇產(chǎn)品用泵輸送到罐區(qū)產(chǎn)品罐儲(chǔ)貯備用，一個(gè)周期生產(chǎn)完成后停止導(dǎo)熱油爐加熱，剩余部分三乙二醇及其他高沸物料由于沸點(diǎn)較高在塔底部聚集，由泵的輸送進(jìn)入下道工序使用。

考慮到物料沸點(diǎn)較高、為確保物料的蒸發(fā)，在T2塔底控制二乙二醇和三乙二醇的比例，本精餾工序采用塔底熱虹吸式再沸器加熱，為精餾分離提供熱源。

(4)塔T2剩余混醇經(jīng)冷卻后用泵導(dǎo)入儲(chǔ)存罐用于生產(chǎn)助磨劑備用。

(5)按助磨劑工藝配方配制產(chǎn)品：具體步驟為：首先混醇通過精餾塔物理分離后，多元醇鹽混合物作為助磨劑原料貯存罐用泵注入攪拌罐，然后再將該溶液與三乙醇胺或二乙醇單異丙醇胺均勻攪拌，至pH值為8～11左右，攪拌1 h，即得成品。

本生產(chǎn)裝置(如圖1所示)采用分子蒸餾工藝，決定產(chǎn)品質(zhì)量和提取率條件是填料、真空度、循環(huán)量，在生產(chǎn)時(shí)考慮多種因素條件下優(yōu)化方案，本文對(duì)于生產(chǎn)裝置的每一個(gè)塔均設(shè)計(jì)了控制循環(huán)量設(shè)計(jì)方案，來確定二塔間歇蒸餾每一個(gè)塔的最佳操作工藝參數(shù)；

生產(chǎn)主體設(shè)備(如圖1所示)采316 L不銹鋼制作的精餾塔從塔頂采出，產(chǎn)品組成純度在線檢測(cè)和取樣檢測(cè)相結(jié)合方式由氣相色譜檢測(cè)。

提取率計(jì)算：

提取率%=(成品量kg/混醇中此物料含量kg)×100%

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

(1)分子蒸餾塔T1塔頂經(jīng)冷凝器分別采出水、乙二醇、二乙二醇檢測(cè)情況

在塔頂冷凝器出口取樣測(cè)水中COD含量，每間隔半小時(shí)做一次，同時(shí)打水回系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)水COD值小于800 mg/L切換水進(jìn)儲(chǔ)貯罐；同樣水采完后，升溫采乙二醇在取樣口采樣送化驗(yàn)檢測(cè)，成品乙二醇按照企業(yè)標(biāo)執(zhí)行，水分小于0.1%乙二醇含量大于等于92%開始采出乙二醇進(jìn)儲(chǔ)罐；如不檢測(cè)不合格打回流重蒸。等水分采出接近完成時(shí)，塔中2溫度開始上升。降低采水量(35%采出)，采水完成，此時(shí)調(diào)節(jié)真空度至最大，導(dǎo)熱油溫度參考范圍160～170 ℃。開始采出過渡餾分1。在線取樣，水分＜10%時(shí)，切罐采出乙二醇。

使用DCS遠(yuǎn)程控制器自動(dòng)化操作對(duì)分子蒸餾塔T1運(yùn)行循環(huán)泵、電磁閥停與運(yùn)行，每一產(chǎn)品根據(jù)分量大小采出每個(gè)產(chǎn)品，同時(shí)近程序模塊設(shè)計(jì)聯(lián)鎖鍵控制四個(gè)條件。

使用本裝，置分子蒸餾塔T1提取乙二醇控制溫度50 ℃，回流比控制50%，真空度-0.085 MPa，收率98.5%，色相10號(hào)，純度95%采出乙二醇時(shí)，前期70%～80%采出，需關(guān)注塔中2溫度變化，后期塔中1溫度與塔中2溫度差小于2℃時(shí)，35%～0%采出，根據(jù)溫度變化及時(shí)多次調(diào)整回流比。保證乙二醇盡可能多提出。

(2)分子蒸餾塔T1繼續(xù)升溫提取二乙二醇數(shù)據(jù)同樣繼續(xù)加熱采二乙二醇，成品按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，在塔頂取樣口采樣送化驗(yàn)室使用氣相色譜檢測(cè)，合格后開始采出到儲(chǔ)罐，不合打回流進(jìn)系統(tǒng)重蒸。

同上所述，使用DCS遠(yuǎn)程控制器自動(dòng)化操作對(duì)分子蒸餾塔T1運(yùn)行循環(huán)泵、電磁閥停與運(yùn)行，每一產(chǎn)品根據(jù)分量大小采出每個(gè)產(chǎn)品，同時(shí)將程序模塊設(shè)計(jì)聯(lián)鎖鍵控制四個(gè)條件處相批配，分子蒸餾塔T1采出二乙二醇：控制溫度110 ℃，回流比控制50%，真空度-0.089 MPa，收率98.7%，色相10號(hào)，純度95.2%采出乙二醇與二乙二醇過餾分時(shí)，需關(guān)注蒸發(fā)釜溫度不能下降，蒸發(fā)釜與導(dǎo)熱油最低溫度溫差不小于15 ℃(導(dǎo)熱油設(shè)定溫度不高于200 ℃)。在此過程中，應(yīng)根據(jù)工況及時(shí)調(diào)整回流比。

(3)分子蒸餾塔T2采出三乙二醇控制溫度130 ℃，回流比控制50%，真空度-0.09 MPa，收率95.2%，色相10號(hào)，純度98.7%采三乙二醇同上所述相同檢測(cè)方法。

3 結(jié)語

通過驗(yàn)證本生產(chǎn)裝置采用分子蒸餾原理和物料沸點(diǎn)不同配套間歇二塔提取廢液中有效醇，剩余尾料生產(chǎn)助磨劑的過程，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證項(xiàng)目可行性，經(jīng)濟(jì)可行性，達(dá)到資源循環(huán)再利用。