提升丁内酯系列产品装置产能利用率研究

张仪

（四川天华股份有限公司，四川 合江 646207）

1 装置简介

四川天华股份有限公司丁内酯系列产品生产工艺系引进美国FRONTECH公司技术，项目于2009年12月建成并打通装置全流程，产出一流品质产品[1-2]该项目产品主要由γ-丁内酯(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)等组成，各产品间及生产装置主要关系如下：γ-丁内酯(GBL)产品由901装置生产，以公司上游车间生产的1，4—丁二醇（BDO）为原料，催化脱氢生产GBL，年设计产能 10 000 t；902装置以GBL为原料，既可生产2-吡咯烷酮（2-PY）作为下游装置的原料，也可生产N-甲基-吡咯烷酮（NMP）直接向市场售卖，年设计产能6 000 t；903装置以2-PY为原料生产乙烯基吡咯烷酮（NVP），年设计产能6 000 t，NVP产品既可作为下游装置的原料，也可直接向市场售卖；904装置以NVP为原料，通过聚合反应分别生产PVPK-15/30/90、PVPP等聚合产品，年设计产能各1 500 t；905装置以PVP K-30为原料，和碘（I2）络合生产PVP-I，年设计产能750 t（聚合产品因工厂布置等原因未取得医药级产品认证，近年来未组织生产，本文不作深入探讨）。丁内酯系列产品及各装置简图如图1所示。

图1 丁内酯系列产品及各装置简图

2 存在的问题

丁内酯系列产品项目建成投产以来，通过不断的技术改进和优化，实现了各装置的安全稳定运行，保证了各产品的一流品质，但仍然存在产能利用率低、单位产品成本高、环保排放压力大等问题。

2.1 各装置特别是901、903装置产能利用率低，产能得不到充分释放

901装置的设计产能为10 000 t/aGBL，其负荷高低取决于902装置原料消耗量；902装置的设计产能为6 000 t/a，切换生产2-PY或NMP其中的一种产品[1]，由于设计原因，902装置即使全年满负荷单独生产2-PY或NMP中之一，也仅能消耗901装置60%左右的产能，经统计计算，2018、2019、2020年901装置的产能利用率分别为51.7%、72.6%、60.6%，三年年平均产能利用率61.6%； 903装置的原料2-PY由902装置生产并提供，当902装置转产生产NMP期间，903装置仅能由库存2-PY维持生产或停产，经统计计算，2018、2019、2020年903装置的产能利用率分别为16.1%、27.2%、29.5%，三年年平均产能利用率仅24.3%；904装置以903装置生产的NVP为原料通过聚合反应分别生产PVPK-15/30/90、PVPP等聚合产品，当NVP产品产量不足或直接向市场售卖时，904装置无原料可用。

2.2 902装置转产频繁，清洗排放量大，导致各产品单位物耗、能耗高，环保压力大

902装置不但是整个项目的产能瓶颈，而且经常根据市场需求，切换转产生产2-PY或NMP二者中的一种产品（经统计2017～2020年期间该装置共停车转产17次），每次转产均会影响902装置停产3～5天，导致上下游装置产能利用率更低，且每次转产均需要对该装置工艺系统进行清洗置换，产生的洗涤废水量在200 吨/次以上，废水处置和环保排放压力极大。同时，在902装置停车转产期间，上游的901装置和下游903装置被迫安排停产或减负荷配合，加之每次转产开停车过程中产生物料损失、能源消耗，进一步拉高各产品单位物耗、能耗，进而造成产品生产成本上升，市场竞争力下降。

3 解决方案

3.1 对902装置进行扩能升级改造

为了解决丁内酯系列产品各装置产能利用率低、单位产品成本高、环保排放压力大等诸多问题，除了通过不断优化工艺过程、根据市场需求合理调整运行方式、及时发现并消除各种干扰因素等基础管理手段确保装置稳定优质运行外，关键是要对902装置进行扩能升级改造，消除各装置产能释放的瓶颈，改变现有902一套装置频繁转产交替生产2-PY或NMP二者中一种产品的状况，通过改造实现二个产品独立生产的功能，解决902装置因转产频繁而带来的系列问题。

3.2 具体思路

在现有902装置基础上通过技术改造，新购置关健设备如反应器、精馏塔等，共用原料供给、产品储存、公用工程、安全环保、DCS控制系统等辅助设备、设施，通过较少的投入实现902一套装置独立生产2-PY和NMP的功能。按此思路升级改造后，902装置可同时生产2-PY和NMP各6 000 t/a。

3.3 同步解决901装置现有瓶颈，实现和下游装置物料平衡

按902装置以后同时生产2-PY和NMP各6 000 t/a升级改造后，GBL总需求量为12 000 t/a，现901装置设计产能为10 000 t/a，缺口2 000 t/a，可采取以下措施补齐缺口：（1） 解决901装置产品精馏塔侧采泵、塔釜循环泵现有能力不足等问题，维持901装置长周期高负荷稳定运行（根据原始设计901装置操作弹性较大，可在30%～120%负荷下运行）；（2）扩大901装置GBL产品储存空间，可增加一个产品储槽，缓冲下游装置在停车或减负荷时因产品储存问题对901装置长周期高负荷运行造成的影响；（3）非常特殊的情况下可外购GBL产品补充。

4 902装置升级改造的可行性分析

4.1 技术可行性分析

在现有基础上对902装置进行升级改造，技术上可行：（1）采用的工艺技术成熟，公司对丁内酯系列产品各装置拥有丰富的运行管理经验和技术人才队伍；（2）升级改造所需新增设备利用现有装置空地，总图位置可取，满足与周边装置的安全距离要求；（3）升级改造后902装置产能扩大，可能带来三废排放量的新增，但因为有效避免了902装置频繁转产所产生的清洗置换废水，同时随着系列产品各装置运行效率的提升，经初步测算，整个项目总的三废排放量较设计值没有太大变化甚至有所减少。

4.2 经济性评价

在现有基础上对902装置进行升级改造，投资省、经济效益好：（1）共用902装置现有原料供给、产品储存等辅助设备、设施，依托已建成的供水、供电、水蒸汽、循环冷却水、消防水、事故水、雨水、火炬等公用工程和安全环保系统，仅需对DCS控制接点简单扩容即可满足902装置升级改造所需，投资省，建设进度快；（2）NMP作为优良的溶剂，广泛用于精密电子、锂电池等行业，NVP及其下游产品是重要的医药化工原料，产品符合国家产业政策，随着新能源产业和医药化工产业的发展，市场行情持续向好。按902装置以后同时生产2-PY和NMP各6 000 t/a进行升级改造后，随着丁内酯系列产品各装置产能利用率的提升，能进一步降低各产品单位成本，提升产品市场竞争力，同时，NMP、NVP及其下游产品市场供应量相应增加，可以更好的满足市场需求，经济上可行。

5 结语

通过以上分析研究可知，提升天华公司丁内酯系列产品各装置产能利用率的关键在于对902装置进行扩能升级改造，彻底解决上下游各装置间因产能不匹配、转产频繁而带来的产能利用率低、单位产品成本高、环保排放压力大等一系列问题。经初步调研，依托天华公司已有公共资源，在现有基础上对902装置进行扩能升级改造，技术经济上可行、投资省、经济效益好，应尽快推进该技改的详细设计并组织实施。