促进剂CBS装置工艺设计

陈珩炅

（中石化南京工程有限公司，江苏 南京 211100）

0 引言

硫化促进剂CBS的化学名为N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺，分子式C13H16N2S2，是一种应用广泛的橡胶硫化促进剂,主要用于制造轮胎、胶鞋、胶管、胶带、电缆等工业制品。

生产CBS通常采用促进剂M(2-硫醇基苯骈噻唑)与环己胺反应，氧化剂用次氯酸钠、双氧水或氧气。生产方法有四种：次氯酸钠氧化法、双氧水氧化法、无氧化剂合成法和氧气氧化法。双氧水法生产成本高，氧气法的安全性无法保证，无氧化剂合成法辅料消耗多，工艺过程复杂，废气废液难处理。而次氯酸钠氧化法有工艺简单、成熟，操作稳定、对设备要求低、转化率高等优点。目前国内一般采用次氯酸钠氧化工艺。综合考虑，在南化公司－南京化工厂资源优化重组项目中，以粗M为原料，采用次氯酸钠法工艺，异地新建一套CBS生产装置，设计能力由2.5 kt/a提高到5.0 kt/a，其中粉状干燥一条线，设计能力2.0 kt/a，粒状干燥两条线，设计能力各2.0 kt/a。

1 反应原理及原生产工艺

1.1 反应合成原理

30℃条件下，粗M与过量环已胺成盐形成环己胺络合盐MBT，在搅拌下均匀滴加次氯酸钠得到CBS。化学反应式：

1.2 原促进剂CBS生产工艺

原CBS生产装置采用间歇法生产，由氧化、打浆吸滤、潮品吸滤、蒸馏回收、粉状干燥、粒状干燥等步骤组成。其生产工艺见图1。

粗M和环己胺反应生成环己胺络合盐MBT，在氧化釜中与NaClO30℃反应，生成粗品CBS。CBS经打浆吸滤器固液分离，经10%环己胺打浆洗涤，除有机杂质，经工艺水三次洗涤，除无机盐。滤液进入母液罐。CBS送至潮品吸滤器,进行真空吸滤分离。潮品CBS去干燥。母液经蒸馏釜分馏、冷凝、冷却回收环己胺，送罐贮存。蒸馏废液做废水排放。

潮品CBS，人工挖出，小车运至粉状干燥系统。干燥系统有两段空气预热器，热空气由干燥管底部进入，形成向上的干燥气流。在高速热气流的冲击和带动下，干燥物料。干燥尾气经布袋除尘器去烟囱排空。物料在系统中经一段干燥管、二段干燥器干燥，旋风收尘器收集，卸料阀放料，经旋振筛对CBS进行筛分，人工包装送至成品库。

潮品CBS挖至入捏合机，加水和添加剂捏合，捏合后放料至小车，送至挤压造粒机造粒成型，进入流化干燥床，干燥后的物料经振动筛分离、包装。尾气经布袋除尘器去烟囱排空。

2 新建促进剂CBS生产工艺

异地新建的促进剂CBS生产能力为5.0 kt/a。通过设计改进，将原有2.5 kt/a促进剂CBS扩大为5.0 kt/a,其生产工艺见图2。

2.1 放大氧化釜

原装置有6台氧化釜同时生产，周期为8 h/ (台·批)，生产能力417 t/(a·台)。由于CBS的氧化反应周期在工艺上还难以进一步缩短，若将装置的生产能力扩大到5.0 kt/a，最简单、有效的办法是增加氧化反应器的换热面积和罐容。原氧化釜4 m3，夹套换热面积9 m2；三层桨叶搅拌，搅拌效果不理想，电机功率7.5 kW；仅一个次氯酸钠进口，滴加分布不均匀，导致局部过氧化。

图2 新建CBS生产工艺

经计算，新设计维持6台氧化釜；容积增至18m3；夹套换热面积20 m2；为保证反应温度稳定，增加内管进出水口各4个，可换热面积10 m2；搅拌桨采用两层折叶开启涡轮，一层弯叶开启涡轮形式，搅拌接触面积增大，效果更好，电机功率需18.5 kW；次氯酸钠采用多点滴加，管口对称布置，滴加分布更均匀；同时采用真空抽取上层油相进行油水分离，分开洗涤，减少洗涤强度。核算结果表明，增大氧化釜后，可有效提高产量。

2.2 采用厢式压滤机

原打浆、潮品吸滤器为半敞开式，母液中未反应的环己胺大量挥发，严重污染生产环境。为确保洗涤效果，洗涤水用量大，致母液产生量过大，加大了蒸馏系统的处理负荷。扩能后原一台蒸馏塔能力远远不够，要增加到4台才能满足生产，且是间歇操作，劳动强度过大，油水混合，清理油渣时费时费力，用水量和废水量也很大。

“大人比小孩有更多本领，如果一个大人要帮忙，一定会找其他大人，而不是小孩。如果你遇到这样的情况，一定要拒绝，并且第一时间告诉妈妈。”

改进后，采用厢式压滤机取代打浆、潮品吸滤器，避免环己胺的挥发损耗，且强制过滤分离效果更好。经计算需3台，每台过滤面积280 m2。选用蒸馏塔2台，分别蒸馏水相母液和油相母液中的环己胺，水相采取连续蒸馏，油相间歇蒸馏，用废罐清理油相釜底废油。改造后显著改善操作环境，油水分开处理，水相蒸馏可提高生产连续性，降低劳动强度，减少用水和废水排放，并提高环己胺的质量。

2.3 改进干燥系统

粒状干燥原流化床尺寸为7.5 m×1.2 m，床体过宽，致激振力分布不均，且易造成热空气短路，热效率低，局部积料，受热不均，局部物料焦化或水分无法移出，达不到流化效果。原尾气收尘系统较简陋，粉尘扩散严重。故改进粒状干燥系统及尾气收尘。

2.3.1 干燥系统组成及流程

粒状干燥工段由挤压造粒机、振动流化床干燥机、给热风机、给冷风机、引风机、预热器、旋风除尘器、造粒布袋除尘器、自动包装机、组式旋风除尘器、系统袋式除尘器和尾气烟囱等组成。粒状干燥流程见图3。

图3 粒状干燥流程

2.3.2 设备选型

（1）流化床选型

尺寸：经计算需6 m2左右的干燥面积，因流化床不宜过宽，选用TGZZ7.5×90L振动流化床干燥机一台，尺寸7.5 m×0.9 m。

筛板：流化床筛板的床面开孔率、孔径、孔形，直接影响干燥效果。结合CBS特性，在干燥段采用4%开孔率开2.5 mm的孔。经改进，在整个干燥过程中达到了最佳沸腾干燥效果。

分室操作：在干燥过程中，物料含水率、粒重、床层厚度沿床面方向逐渐减少，筛板开孔率及所需风量、风压也是相应变化的。采用分室操作可调整各分室的风量、分压。设备分三个腔，前段为干燥室，长7.5 m，为预干燥和干燥段，配1～3#鼓风机；后段为冷却室，长1.5 m，配4#鼓风机。

（2）风机

经计算，干燥段，风量Q风＝10 500 m3/h；冷却段，风量Q风＝2 105 m3/h。

选用风机计算参数见表1。

表1 选用风机计算参数

（3）除尘器

原除尘器效率不高，除尘后废气中含料粉量较大，操作环境差，当废气经过风机时，料粉会沾粘在风机的转子上，造成转子动平衡破坏，产生强烈振动，烧坏电机，地基也受到破坏。改进的干燥系统采用组式旋风除尘器，具有除尘效率高、结构简单、效果好等特点。为提高产品回收率，同时尾气能达标排放，在旋风除尘器后增加一个布袋除尘器。旋风除尘器中不合格粒料收集到破碎机继续破碎，合格料送至成品包装处，除尘尾气与包装附近尾气进袋式除尘器进一步收尘，改善生产环境。

（4）改进后，在干燥工段，大量使用皮带机和螺旋输送机输送CBS物料，大大提高自动化程度，节约劳动力。

3 结论

（1）放大氧化釜，可使装置的生产能力由2.5 kt/a提高到5.0 kt/a，改进氧化釜结构，可使反应更充分，采用真空抽取进行油水分离，减少洗涤强度。

（2）用厢式压滤机取代打浆吸滤器和潮品吸滤器，强制过滤分离效果更好，且避免环己胺的挥发损耗，改善生产环境；一台蒸馏回收塔改为水相和油相分开蒸馏，显著改善操作环境，提高生产的连续性，降低劳动强度，减少用水量和废水排放，并提高环己胺的质量。

（3）改进流化床系统干燥装置，提高流化效果，减少粉尘扩散，提高生产自动化程度。

[1]武振宇,王翠珍,张跃.硫化促进剂CBS合成新工艺[J].河北化工,1997，(4):13-15.

[2]刘秀兰,赖燕平,何春,等.双氧水氧化法合成橡胶硫化促进剂CBS的中试研究 [J].精细化工,2007，(10):24-10.