苯甲磺酰胺生產(chǎn)工藝改造與污染物減排研究

沈德富

（南通市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 南通 226006）

苯甲磺酰胺生產(chǎn)工藝改造與污染物減排研究

沈德富

（南通市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 南通 226006）

以某公司苯甲磺酰胺生產(chǎn)工藝中能耗、物耗高、產(chǎn)品收得率低、污染物排放量大的狀況為例，闡述實施苯甲磺酰胺生產(chǎn)工藝改造，合理地利用能源、資源、降低原輔材料消耗和污染物的產(chǎn)排量，提高產(chǎn)品市場競爭率，實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的途徑和方法。

苯甲磺酰胺;工藝改造;原輔材料;污染物

苯甲磺酰胺（化學(xué)分子式C7H9NO2S）為精細(xì)化工產(chǎn)品，是“稻無草”的主要中間體，國內(nèi)外市場上價格昂貴，南通某農(nóng)化公司生產(chǎn)的“稻無草”為江蘇省名牌產(chǎn)品，為滿足“稻無草”的生產(chǎn)需求，公司配套生產(chǎn)了“苯甲磺酰胺”，隨著國際原油和原料價格在產(chǎn)品成本比例中上升和同類產(chǎn)品市場競爭，生產(chǎn)中能源、原輔材料的利用率低和物質(zhì)流失多帶來的環(huán)境問題困擾著公司的發(fā)展。本研究針對生產(chǎn)工藝中物耗、能耗高，污染物產(chǎn)生量大的情況，實施生產(chǎn)工藝改造，合理地利用能源、資源，降低消耗，消除內(nèi)在不經(jīng)濟(jì)因素，實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。

1 研究方法

1．1 工程分析

苯甲磺酰胺生產(chǎn)工藝流程（圖1）:①酯化反應(yīng)中加入鄰甲基苯甲酸、濃硫酸和甲醇，鄰甲基苯甲酸與甲醇在濃硫酸催化下進(jìn)行酯化反應(yīng)，生成鄰甲基苯甲酸甲酯;②在氯化反應(yīng)時加入氯氣，鄰甲基苯甲酸甲酯與氯氣反應(yīng)得鄰氯亞甲基苯甲酸甲酯;③磺化反應(yīng)加入碳酸鈉和鄰二甲苯，④二次氯化反應(yīng)加入氯氣、鄰二氯苯和乙腈，鄰氯亞甲基苯甲酸甲酯在溶劑中與碳酸鈉發(fā)生磺化反應(yīng)得鄰甲氧基甲酰基芐基磺酸鈉;⑤氮化反應(yīng)中加入氨氣、鄰二甲苯和乙腈，鄰甲氧基甲?；S基磺酸鈉與氯氣反應(yīng)后再與氨氣氨化，原輔材料反應(yīng)量（表2）;⑥經(jīng)過離心干燥得成品。生產(chǎn)過程中產(chǎn)污環(huán)節(jié):產(chǎn)生污水的環(huán)節(jié)是酯化、磺化、二次氯化、氨化和離心工段;產(chǎn)生廢氣的環(huán)節(jié)是一次氯化和二次氯化工段;廢溶劑的排放點主要是磺化、二次氯化和氨化工段。

圖1 苯甲磺酰胺工藝改造前生產(chǎn)工藝流程圖

1．2 原因分析與物料衡算

苯甲磺酰胺生產(chǎn)線物耗高與污染產(chǎn)生量大的主要原因:（1）苯甲磺酰胺生產(chǎn)工藝中硫酸催化反應(yīng)不完全，酸醇酯化反應(yīng)為可逆反應(yīng)，必然收率低;反應(yīng)中用濃硫酸作催化劑，腐蝕設(shè)備影響運行效率。（2）所排污水中pH值1～2、COD高達(dá)12500mg·L－1，表明有酸和未反應(yīng)的有機(jī)物進(jìn)入了污水系統(tǒng)。（3）甲基苯甲酸甲酯氯化反應(yīng)時，因工藝要求不能生成二氯，導(dǎo)致氯化程度不完全，37．04%的原輔材料流失，增加了污水處理的沖擊負(fù)荷，提高了生產(chǎn)成本，削弱了產(chǎn)品的市場競爭力。（4）工藝過程中氯尾氣與光尾氣系統(tǒng)共用，游離氯氣削弱了光氣的水解能力，影響了光尾氣系統(tǒng)對光氣的處理效果。（5）工藝操作過程中時常有廢溶劑排入污水系統(tǒng)，增加了耗氧系數(shù)。（6）苯甲磺酰胺采用熱水循環(huán)烘箱干燥，熱效率低，能耗高，浪費熱能。（7）生產(chǎn)過程中氯化不完全，需用鄰二氯苯及乙腈洗滌，因無回收利用工藝和車間消耗定額指標(biāo)考核不嚴(yán)，溶劑排入污水中，增加了污水處理費用。（8）產(chǎn)品采用熱水循環(huán)烘箱干燥，效率低、能耗高且操作麻煩。其物料衡算見表 1、表 2。

表1 苯甲磺酰胺能源消耗表

表2 苯甲磺酰胺物料衡算表

表2提示，苯甲磺酰胺生產(chǎn)線單位產(chǎn)品原輔材料利用率為18．25%;單位產(chǎn)品污染物排放系數(shù)（T ／T）: 污水 30t、 廢氣 0．2t， 原輔材料流失率為81．75%。

1．3 污染預(yù)防目標(biāo)

經(jīng)過工藝分析與物料衡算，公司與科研院所進(jìn)行合作開發(fā)，從技術(shù)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可行出發(fā)，確定了污染預(yù)防目標(biāo):一是提高原輔材料利用率，鄰甲基苯甲酸、甲醇、硫酸、偶氮二異丁腈、氯氣、碳酸鈉、鄰二氯苯、乙腈、氨氣、醋酸10種原輔材料利用率提高54%;二是年污水排放量削減40%，其中COD排放量削減61%;三是年廢氣排放量削減25%。

2 方案產(chǎn)生與分類

2．1 方案產(chǎn)生

為了解決以上難題，技術(shù)組以年生產(chǎn)能力200t計，征求苯甲磺酰胺產(chǎn)品改進(jìn)工藝、降低消耗、節(jié)約能源、加強(qiáng)管理等合理化建議和措施，征集合理化建議8條，其中生產(chǎn)工藝改造效果明顯、減污增效突出的5條建議匯于表3。

表3 備選方案匯總

2．2 方案分類

技術(shù)組對各項建議分別進(jìn)行了研究，經(jīng)過備選方案的產(chǎn)生與篩選，考慮減小環(huán)境危害、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行和易實施為前提，采用權(quán)重總和計分排序法確定可行性，研定方案4、5屬高費方案，將氯化尾氣與光尾氣分開，增加降膜吸收裝置回收鹽酸，以削減廢氣的排放;選用新型干燥設(shè)備，使干燥過程更加節(jié)能;方案2屬中費方案，對氯化不完全的原料和廢溶劑進(jìn)行蒸餾回收利用，提高原料的利用率，削減廢棄物的排放;方案1和方案3為低費方案，采用更加清潔的生產(chǎn)工藝使生產(chǎn)過程排放的廢棄物減少。

3 可行性分析

苯甲磺酰胺生產(chǎn)工藝反應(yīng)周期較長，生產(chǎn)工藝反應(yīng)特性導(dǎo)致了原料的利用率低，未經(jīng)利用的原輔材料直接進(jìn)入污水系統(tǒng)，一是污水中pH值、COD高增加了污水處理的沖擊負(fù)荷;二是因“稻無草”的質(zhì)量、成本和產(chǎn)量等內(nèi)在因素的影響，帶來了外在的不經(jīng)濟(jì)性。

3．1 技術(shù)可行性

（1）改造工藝結(jié)構(gòu)，優(yōu)化工藝過程組合。經(jīng)科研人員試驗，由原來的鄰甲苯甲酸在硫酸作用下與甲醇直接酯化改為鄰甲基苯甲酸先與光氣（充分利用本公司光氣資源）反應(yīng)生成鄰甲基苯甲酰氯，由鄰甲基苯甲酰氯與氯氣進(jìn)行氯化反應(yīng)，由氯甲酰基的鄰位效應(yīng)提高鄰位甲基上氯的收率;而工藝要求反應(yīng)過程中不能有二氯生成，因此，氯化反應(yīng)結(jié)束后仍有一部分鄰氯苯甲酰氯未被氯化，試驗中將氯化好的料液進(jìn)行真空蒸餾，將未氯化的鄰甲基苯甲酰氯從系統(tǒng)中分離出來，作為下一批次的氯化原料使用，而后將未蒸出的鄰氯亞甲基苯甲酰氯與甲醇直接酯化。采用此工藝后，由于蒸餾提高了鄰氯亞甲基苯甲酰氯的含量，加上酰氯與醇發(fā)生酯化反應(yīng)比較完全，降低了主要原料的消耗，提高了產(chǎn)品的收率。苯甲磺酰胺含量由原來的95%提高到96．5%;工藝中不再使用濃硫酸作為酯化催化劑，經(jīng)真空蒸餾回收未氯化的原料進(jìn)行循環(huán)套用，一方面可防止設(shè)備的腐蝕，另一方面降低了COD的產(chǎn)排量。

（2）回收溶劑。真空蒸餾提高了鄰氯亞甲基苯甲酸甲酯的含量，可降低洗滌的鄰二氯苯的用量，將廢溶劑通過堿洗→水洗→蒸餾→回收套用。試驗中發(fā)現(xiàn)回收的溶劑在控制套用次數(shù)的基礎(chǔ)上不影響產(chǎn)品的質(zhì)量與得率，循環(huán)利用溶劑1．5t，可削減廢棄物的產(chǎn)生量。

（3）氯化尾氣系統(tǒng)獨立。將原來的氯化尾氣系統(tǒng)從光尾氣系統(tǒng)中分離出來，有利于光尾氣在系統(tǒng)中的水解，提高了周邊地區(qū)大氣環(huán)境的安全性。

（4）采用真空轉(zhuǎn)鼓干燥，可使單位產(chǎn)品蒸汽消耗降低2t，并且降低了勞動強(qiáng)度，縮短了干燥時間，提高了設(shè)備的生產(chǎn)能力。

通過以上分析，采用方案1至方案5技術(shù)可行。

3．2 環(huán)境可行性

實施生產(chǎn)工藝改造，年生產(chǎn)能力由原來的150t提高到200t，可削減污水排放量2400t，年減少COD排放量46．02t;全年可削減廢氣排放量10t;結(jié)果表明，廢棄物排放量比照生產(chǎn)工藝改造要求可行。

3．3 經(jīng)濟(jì)可行性

實施生產(chǎn)工藝改造，苯甲磺酰胺等原輔材料消耗可下降，鄰甲基苯甲酸可降 180kg·t－1，甲醇可降 620kg·t－1， 硫 酸 可 降 800kg·t－1， 氯 氣 可 降200kg·t－1， 碳酸鈉可降 300kg·t－1， 鄰二氯苯可降1300kg·t－1，乙腈可降 200kg·t－1，氨氣可降 170kg·t－1，醋酸可降 95kg·t－1，偶氮二異丁腈可降 5kg·t－1;同時增加了光氣 1300kg·t－1，氫氧化鈉 1100kg·t－1，每噸可節(jié)約蒸汽3t。預(yù)計成本可下降1．69913萬元·t－1，年可獲經(jīng)濟(jì)效益 354．6 萬元（按年產(chǎn) 200t計），且產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá) 96．5%，為“稻無草”生產(chǎn)提供了保障。

3．4 可行性分析結(jié)論

實驗與可行性分析提示，實施生產(chǎn)工藝改造，既可提高苯甲磺酰胺的質(zhì)量，也可降低主要原料的消耗，且可節(jié)約能源、削減污染物的排放量。預(yù)計投入資金450萬元，達(dá)產(chǎn)預(yù)計年可新增效益354．6萬元，約2年收回成本。

4 方案實施與效益評價

投入450萬元資金對其進(jìn)行工藝改造，其中:233．19萬元購置工藝設(shè)備，對生產(chǎn)裝置進(jìn)行重新布置和安裝;216．81萬元用于基建，經(jīng)設(shè)備安裝和試運行，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。

4．1 生產(chǎn)工藝改造

工藝改造后生產(chǎn)流程見圖2。

圖2 苯甲磺酰胺工藝改造后生產(chǎn)工藝流程圖

根據(jù)圖2工藝流程，投入鄰甲基苯甲酸0．72t、光氣 1．3t、偶氮二異丁腈 10kg、氯氣 2．8t、甲醇 0．38t、碳酸鈉 2．2t、鄰二氯苯 0．12t、乙腈 1．4t、氨氣 0．63t、醋酸 0．49t、氫氧化鈉 1．1t、自來水 12t;循環(huán)利用容積1．5t;產(chǎn)出苯甲磺酰胺1t、排放污水18t、廢氣 0．15t、廢渣 0．08t、副產(chǎn)品鹽酸 5t;原輔材料利用率為 72．95%，物質(zhì)流失率為 27．05%。

4．2 經(jīng)濟(jì)效益

苯甲磺酰胺實施生產(chǎn)工藝改造前、后的生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)匯于表4、表5。

表4 苯甲磺酰胺生產(chǎn)工藝改造方案實施前后成本比照表

表5 苯甲磺酰胺生產(chǎn)工藝改造前后電耗比照表

表4、表5顯示，原輔材料利用率提高了54．7%，單位產(chǎn)品節(jié)約成本 1．69913 萬元，按年產(chǎn)200t計，增加經(jīng)濟(jì)效益339．826萬元;削減污水處理費用7．36萬元，增加廢渣處理費用1．28萬元;單位產(chǎn)品電耗下降了20%，計27．14萬元，綜合經(jīng)濟(jì)效益373．046萬元，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

4．3 環(huán)境效益

年削減污水排放量2400t，循環(huán)利用溶劑1．5t，年減少 COD 排放量 46．02t;單位產(chǎn)品廢氣排放量削減了10t，改善了周邊的大氣環(huán)境質(zhì)量，單位產(chǎn)品增加了廢渣排放量80kg（表6）。

表6 生產(chǎn)工藝改造前后單位產(chǎn)品廢棄物比照表

5 結(jié)語

經(jīng)生產(chǎn)工藝改造研究，不僅減少了污染物的排放量，節(jié)約了能源和原輔材料，降低了廢物處理和處置費用，降低了生產(chǎn)成本，增加了產(chǎn)品在市場上的竟?fàn)幝屎驼加新省?/p>

Production Process Improvement of Benzyl Sulfonamideand Reduction Research of Pollutants Emission

SHENDe-fu
（Nantong Municipal Environmental Monitoring Center Station，Nantong226006，China）

X 783

B

1671-9905（2012）03-0040-04

沈德富（1955-），男，本科，環(huán)境工程專業(yè)，教授級高工，從事環(huán)境監(jiān)測與清潔生產(chǎn)審核研究，發(fā)表論文36篇，通訊地址:江蘇省 南通市崇川區(qū)青年中路263號，郵編:226006電話:13962973200

2011-12-16