ABS装置凝聚剂硫酸替代磷酸的技术改造

高级技师专业论文化工操作工ABS装置凝聚剂硫酸替代磷酸的技术改造姓名：张延涛申报等级：高级技师单位：华锦集团日期：2010年10月20日ABS装置凝聚剂硫酸替代磷酸的技术改造华锦集团双兴公司摘要：ABS装置IM-ABS单元絮凝系统使用磷酸和硫酸镁作凝聚剂，磷酸根将在工艺废水中残留。虽然工艺废水经均化沉降和生化处理，但是磷酸根仍然在排放废水中存在，影响环境。本文对絮凝系统使用硫酸代替磷酸作凝聚剂的改造作了详细阐述，此改造既优化了物料的物性并未对工艺流程做大的改动，又充分利用了装置的空间位置，既起到环保作用，又降低了ABS成本。关键词：凝聚剂、磷酸、硫酸、改造、流程2双兴公司5万吨/年ABS装置采用韩国新湖专利技术，包括IM-ABS单元和SAN单元，IM-ABS粉料生产能力为1.5万吨/年，SAN粉料的生产能力为3.65吨/年。ABS树脂采用IM-ABS乳液聚合和SAN悬浮聚合方法生产，工艺过程由原料配制、聚合、絮凝（SAN单元除外）、脱水、干燥、风送、掺混造粒及包装组成。絮凝是设法破坏乳液粒子在体系中的稳定性，促使其相互碰撞、聚集，增大粒子的体积，使其达到快速沉降。絮凝效果即絮凝颗粒的大小及其分布对脱水、干燥、输送、造粒等后处理过程的难易，以及最终产品ABS的机械性能都有影响。目前ABS装置絮凝工艺使用磷酸和硫酸镁作凝聚剂，使IM-ABS乳液在一定温度下破乳、凝聚，凝聚后的浆液进入脱水系统，脱水后产生的废水含有磷酸根，对环境造成很大的影响。因此需要寻找可以替代磷酸的物质做凝聚剂。大庆ABS装置絮凝工艺使用醋酸和硫酸镁作凝聚剂，絮凝后的IM-ABS粉料抗氧化性能低，粒径大且不均匀，并且醋酸消耗量大。吉化ABS装置絮凝工艺使用硫酸和硫酸镁作凝聚剂，絮凝后的IM-ABS粉料抗氧化性能好（与双兴公司磷酸法相近），粒径分布较窄，筛分指标较好，便于干燥，但是对离心式脱水机负荷有影响和对设备材质要求苛刻。综合分析，ABS装置絮凝工艺应选用硫酸和硫酸镁作凝聚剂。一、改造对装置的主要影响因素1、对工艺流程的影响使用硫酸替代磷酸做凝聚剂，是否需要对ABS装置原工艺流程做大的改动，有多大的影响，是改造主要考虑的。双兴公司ABS装置絮凝工艺流程：(1)脱盐水送到第一在线混合器与滤液循环水混合。(2)混合后的浆液在第二在线混合器中，与蒸汽、硫酸镁、磷酸混合，然后送到第一絮凝罐。(3)IM-ABS浆液由进料泵经流量控制送入第一絮凝罐。(4)在一定温度、液位控制下的第一絮凝罐的浆液溢流到第二絮凝罐。3（5）絮凝后的浆液经振动筛，剔除絮凝块状物后送到浆液储罐。（6）储罐浆液由脱水进料泵送到脱水单元。2、对工艺设备的影响原工艺设备是否符合改造要求，新增设备的安装位置能否适合场地要求。硫酸作为絮凝剂，对设备及管线材质是否有要求。3、对自动控制系统（DCS）的影响原有的自动控制系统是否做大的改动，能否利用原有的控制系统完成操作。4、对产品性能的影响不同凝聚剂的选用影响产品的热稳定性、物理机械性能等，对于后系统的脱水干燥等处理过程有一定影响。5、对生产的影响该改造的施工方案，施工期，是否影响正常生产，也将做为主要考虑因素之一。二、改造方案1、技术方案使用硫酸作凝聚剂，双兴公司ABS装置絮凝工艺流程不需大的改变，只需增加一套硫酸加料系统（包括一台硫酸储罐、两台加料泵）、一套氢氧化钾溶液加料系统（包括一台氢氧化钾溶液储罐、两台加料泵）。但是考虑硫酸对设备的腐蚀性，原工艺设备、管线、仪表等改造使用316LSS材质（借鉴吉化ABS装置）。2、改造的工艺流程说明改造后的絮凝单元工艺流程与原流程基本相同，流程说明如下：（1）脱盐水送到MX-301B（在线混合器）中并与滤液循环水相混合。（2）混合后的浆液送到MX-302B（在线混合器）中，并与蒸汽、硫酸镁、硫酸混合，然后送到V-312B（第一絮凝罐）中。同时，IM-ABS浆液由P-325A/B泵经流量控制送入V-312B。（3）V-312B中的浆液被送到V-313B（第二絮凝罐）。（4）絮凝后的浆液经S-302B（振动筛），剔除絮凝块状物后送到V-314D4（浆液临时储罐）中；从S-302B分离出的块状物由S-303B（粉料破碎机）粉碎处理后也送到V-314D中。同时，在V-314D中与来自P-338A/B的氢氧化钾进行酸碱中和。（5）V-314D中的絮凝浆液由P-326C/D泵送到V-314E（凝聚物料储罐）中，然后送到脱水单元。3、工艺设备(1)设备主要特点本装置工艺介质具有高度危害腐蚀性，如浓硫酸、氢氧化钾溶液，设备材质选择要有针对性。稀硫酸介质系统采用316LSS材质，本装置设备均为低压设备。(2)絮凝系统改造共增设备21台（套），设备汇总表为下：设备汇总表设备类型国内订货设备（台/套）国外订货设备（台/套）合计（台/套）备注容器在线混合器202絮凝罐202带2台搅拌储罐404带2台搅拌机泵离心泵505计量泵202其它振动筛101破碎机101搅拌器404总计21021（3）设备布置：新增设备布置在ABS工艺楼东侧彩板房内，占地约150m2;更换材质的设备安装位置不变（设备规格没有改变）。4、自动控制改造部分依托原有ABS装置的DCS控制系统，对原有DCS控制系统进行扩容改造，所有重要工艺参数的监视、控制、操作、报警,均通过扩容改造后的DCS5系统来实现。改造部分新增主要控制回路2个，检测点约10个。并对重要操作参数进行越限报警或联锁。仪表的材质要依据接触的介质选定，与稀硫酸接触的仪表材质要选择316LSS。5、凝聚实验凝聚剂对ABS性能的影响凝聚剂种类冲击强度/（J.m）屈伸强度Map断裂强度Map相对伸长率%熔融粘度Pa.S20℃-20℃硫酸镁36022047.139.922500氯化镁35021050.140.918480氯化钙27015050.043.016640硫酸铝42020046.539.815540硫酸48025046.238.615450实验方案：（一）、用磷酸和硫酸镁作凝聚剂（装置现使用的凝聚剂、凝聚釜中胶乳浓度约15%）实验方法：1.称取磷酸（85%）17.176克。2.称取硫酸镁溶液（16%）138.40克。3.称取IM-ABS胶乳（39%）1516克。4.向洁净的烧杯中加入规定量的2915.65克精制水，然后搅拌并加热到90—95℃。5.将称取好的磷酸和硫酸镁慢慢加入。6.同时将称取好的胶乳慢慢加入。7.然后继续加热到90—95℃，凝聚胶块的尺寸逐渐变大。在93±2℃、200rpm下熟化10分钟，在大胶块形成前停止加热。68.对IM-ABS凝聚后的浆液进行冷却，停止搅拌，然后脱水。9.分析水份和筛分。（二）、用浓硫酸作凝聚剂（凝聚釜中胶乳浓度约15%）实验方法：1.称取浓硫酸12.755克。2.向洁净的大烧杯内加入规定量的精制水2359克。3.开始搅拌。4.将称取好的浓硫酸慢慢加入水中。5.在常温下慢慢加入定量的ABS胶乳1516克。6.将烧杯加热，（当达到65℃时，保持15分钟。）7.然后继续加热到90—95℃，凝聚胶块的尺寸逐渐变大。在93±2℃、200rpm下熟化10分钟，在大胶块形成前停止加热。8.对IM-ABS凝聚后的浆液进行冷却，停止搅拌，然后脱水。9.分析水份和筛分。实验结果：6、运行成本每吨IM-ABS浆料（39%）消耗不同凝聚剂成本对照表项目磷酸硫酸消耗量（吨）0.0110.008单价（元）4000500消耗成本（元）44.04.07胶粒硬度胶粒颜色粒径分布情况水份%筛分（目）20/40/60/100/200/筛底备注方案一正常正常大、不均26.160/37/2.1/0.28/0.13/0方案二正常正常小、均匀23.437/39/5.9/13/3.1/0.081次正常正常小、均匀20.029/32/14.7/17.5/7/0.332次项目方案从上表中可以看出用硫酸替代磷酸，去除中和用的氢氧化钾成本，每年将节约成本160万元左右，大大降低了产品成本。7、投资估算工艺设备需120万元、自控仪表和电气需30万元，合计约150万元。8、项目实施计划机械施工需30天，建议大修期间实施改造。三、效果分析ABS装置絮凝系统由硫酸替代磷酸，通过实验室小试，凝聚末期凝聚釜中浆液物性粘度大，胶粒粒径小，而且较均匀，没有可剔除的特大粒子，粒径分布较窄，筛分指标较好，便于干燥，物性效果较好。设备改造依据装置现有场地，在ABS工艺楼东侧来完成，未另外占地；更换材质的设备安装位置不变,因此节约了建设成本。项目施工需要30天，选在装置大检修期间进行，未对生产造成影响，节约了生产成本。自动控制系统在原有DCS系统扩容改造后来实现操作，投资只需要30万元，大大节约了控制系统成本。投入生产后，每年将节省产品成本160万元，为装置的节本降耗提供了保障，为企业带来了良好的经济效益。四、结束语综上所述，该改造方案投资成本少，未对生产造成影响，未破坏原有工艺流程，保证了物料物性更加优化。彻底解决了困扰ABS装置多年废水排放中含有磷酸根，达不到环保要求的难题。由于ABS装置废水最终排放到辽通污水处理厂进行废水处理。污水处理厂生产的中水是通过废水回收再利用，废水回收反渗透装置对于磷酸根的处理非常困难，该改造方案如果实施将彻底解决这个难题，为集团节能减排提供了一项有力的措施，希望该改造得到落实。8致谢：培训中心各位老师双兴公司生产处张忠厚同志等各位同仁技术中心各位老师参考文献：1.盘锦乙烯5万吨ABS装置手册，新湖油化株式会社。2.黄立本等著《ABS树脂及其应用》，化学工业出版社9