食品添加劑石蠟生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)及工業(yè)化生產(chǎn)

王廣飛

(中國(guó)石油大慶煉化公司 煉油生產(chǎn)三部,黑龍江 大慶 163411)

近10年來中國(guó)石蠟產(chǎn)量呈持續(xù)上漲態(tài)勢(shì),截至2019年底,國(guó)內(nèi)產(chǎn)量達(dá)到152萬(wàn)t左右。國(guó)內(nèi)石蠟市場(chǎng)需求量在80萬(wàn)t左右,石蠟資源供大于求凸顯,需要國(guó)際市場(chǎng)來平衡。近10年內(nèi)中國(guó)石蠟出口量在45萬(wàn)～65萬(wàn)t,占國(guó)內(nèi)產(chǎn)量的30%～40%。隨著國(guó)內(nèi)各家企業(yè)石蠟擴(kuò)能計(jì)劃實(shí)施完成,石蠟銷售市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將不斷加劇。某煉油生產(chǎn)企業(yè)與其他幾家大型煉化企業(yè)在石蠟生產(chǎn)方面還存在較大的差距。石蠟品種單一,沒有食品添加劑石蠟等高附加值的產(chǎn)品,不具備出口國(guó)外的競(jìng)爭(zhēng)力。根據(jù)市場(chǎng)需求生產(chǎn)食品添加劑石蠟,利用大慶原油是世界最高含蠟原油的優(yōu)勢(shì)[1],有助于該企業(yè)增強(qiáng)特色資源的有效開發(fā)和利用,提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1 國(guó)內(nèi)外食品添加劑石蠟技術(shù)現(xiàn)狀分析

中國(guó)石蠟的表觀消費(fèi)量在85萬(wàn)t左右,其中食品添加劑石蠟大約占1%～1.5%,約為1萬(wàn)t/a左右,目前食品添加劑石蠟市場(chǎng)還在初級(jí)階段,后續(xù)需求量持續(xù)增長(zhǎng)。食品添加劑石蠟以含油蠟為原料,經(jīng)溶劑脫蠟,再經(jīng)加氫精制或白土精制所得。食品添加劑石蠟適用于食品口香糖膠基和泡泡糖膠基的生產(chǎn)[2],作用是調(diào)節(jié)口香糖和泡泡糖的硬度和分散度,使其更有咀嚼性,還可以作為藥物組分、脫模等直接接觸食品和藥物的用蠟。

食品添加劑石蠟適用于食品加工、包裝行業(yè),廣泛用于食品包裝材料的防潮、防黏合防油,比如國(guó)外早期就有用于糯米紙生產(chǎn)的防粘,用量6 g/kg。近五年我國(guó)食品加工生產(chǎn)線對(duì)食品添加劑石蠟的需求有所提升,食品添加劑石蠟等特種蠟、專用蠟的出口競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)日益激烈。目前國(guó)內(nèi)食品添加劑石蠟需求總量約在1萬(wàn)t/a左右,國(guó)內(nèi)價(jià)格從7 500～10 000元/t不等,普通全精煉石蠟價(jià)格在6 200元/t左右,加工的利潤(rùn)空間較大。

國(guó)外著名的特種蠟生產(chǎn)公司有加拿大IGI公司、荷蘭百瑞美特殊化學(xué)品公司、德國(guó)Shumann公司、美國(guó)霍尼韋爾公司、日本精蠟株式會(huì)社、英國(guó)Astor STAG公司等等。目前已知,國(guó)內(nèi)主要在湖北荊門(最有代表性的是荊門市維佳化工)和河北滄州區(qū)域的調(diào)蠟廠生產(chǎn)銷售食品添加劑石蠟,這個(gè)區(qū)域大大小小的廠子都有生產(chǎn)所謂的食品添加劑石蠟,過程中采取分罐鑒定的措施。食品添加劑石蠟需要進(jìn)行食品衛(wèi)生登記備案,撫順石化2017年進(jìn)行過食品添加劑石蠟生產(chǎn)可行性研究,但因加工成本高、登記備案困難等原因最終放棄。

2 食品添加劑石蠟生產(chǎn)技術(shù)研究

某煉油企業(yè)生產(chǎn)的各類牌號(hào)的生產(chǎn)指標(biāo)如表1所示,具備食品添加劑石蠟的生產(chǎn)條件。

表1 產(chǎn)品生產(chǎn)指標(biāo)

2.1 工藝路線研究方向

經(jīng)過研究該公司制定出以下的研究方向:

1)對(duì)食品添加劑石蠟的指標(biāo)要求及產(chǎn)品應(yīng)用關(guān)系進(jìn)行剖析,找出影響食品添加劑石蠟組成和性質(zhì)的因素,針對(duì)客戶所需的蠟料調(diào)整公司蠟產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組成和分布指標(biāo);

2)保證原料性質(zhì)穩(wěn)定的條件下,通過對(duì)加工過程進(jìn)行詳細(xì)的考察對(duì)比,如酮苯脫蠟后含油控制,石蠟加氫反應(yīng)溫度、壓力、抽真空效果,白油加氫反應(yīng)溫度、壓力、汽提及抽真空效果等進(jìn)行優(yōu)化,考慮反應(yīng)溫度升高帶來裂解反應(yīng)增加的因素[3],確定出最優(yōu)條件,為后續(xù)生產(chǎn)食品添加劑石蠟關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)標(biāo)創(chuàng)造條件;

3)優(yōu)化石蠟加工流程,通過在白油加氫裝置試驗(yàn),摸索合適的操作條件,進(jìn)一步除去石蠟中硫、氮和芳烴等影響嗅味的因素,從而使石蠟產(chǎn)品在食品添加劑石蠟嗅味指標(biāo)達(dá)標(biāo);

4)結(jié)合原料變化和影響蠟結(jié)構(gòu)組成和性質(zhì)的影響因素調(diào)整工藝控制指標(biāo),對(duì)酮苯脫蠟、石蠟加氫、白油加氫精制進(jìn)行針對(duì)的調(diào)整,制定出完善優(yōu)化的食品添加劑加工生產(chǎn)流程和生產(chǎn)方案。

2.2 工藝路線確定

根據(jù)GB 1886.26—2016《食品添加劑石蠟》標(biāo)準(zhǔn)的要求,在保證原料性質(zhì)穩(wěn)定的前提下,通過“糠醛精制→酮苯脫蠟→石蠟加氫→白油加氫精制→液體石蠟罐區(qū)”流程,除去甲苯、丁酮、甲基環(huán)己烷、二甲苯、三甲苯、硫、氮和芳烴等影響嗅味的因素,解決嗅味指標(biāo)不大于0號(hào)的技術(shù)難題;結(jié)合原料變化和影響食品添加劑石蠟嗅味指標(biāo)的因素調(diào)整工藝控制指標(biāo),對(duì)酮苯裝置、石蠟加氫裝置、白油加氫裝置進(jìn)行針對(duì)調(diào)整,制定食品添加劑石蠟專用生產(chǎn)工藝流程及生產(chǎn)方案,可以直接生產(chǎn)合格高質(zhì)量的食品添加劑石蠟。

3 工業(yè)化生產(chǎn)情況

3.1 生產(chǎn)準(zhǔn)備

1)2021年7月項(xiàng)目立項(xiàng)。2021年7月～9月,與設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)對(duì)接、技術(shù)協(xié)議簽訂、材料申報(bào)等工作。2021年10月～12月,現(xiàn)場(chǎng)工藝管線、電伴熱、保溫施工改造工作。

2)2022年2月17日至2月20日,加工HVIP6原料,生產(chǎn)2#食品添加劑白油,原料溫度提高至80 ℃,考察高速泵運(yùn)行情況;高壓系統(tǒng)壓力降至14 MPa,氫氣系統(tǒng)改為閉路循環(huán),壓縮機(jī)入口溫度提高至70 ℃,考察壓縮機(jī)運(yùn)行情況。

3)2022年2月21日至2月24日,加工56#半精煉石蠟原料,2月24日至2月25日加工58#半精煉石蠟原料。

3.2 原料情況

生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)籌安排后,加工56#、58#半精煉石蠟原料進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證,指標(biāo)見表2。

表2 56#、58#半精煉石蠟原料分析

3.3 工業(yè)化生產(chǎn)產(chǎn)品情況

該企業(yè)使用高壓加氫工藝成功工業(yè)化生產(chǎn)出了食品添加劑石蠟,產(chǎn)品指標(biāo)見表3,石蠟原料與食品添加劑石蠟易碳化物試驗(yàn)易碳化物指標(biāo)有明顯改善結(jié)果見圖1,主要生產(chǎn)操作過程如下:

圖1 改善效果圖

表3 每批次生產(chǎn)產(chǎn)品指標(biāo)

1)02月22日12:00,56#食品添加劑石蠟含油降低至0.62%,與原料基本持平,系統(tǒng)內(nèi)油品已完成置換,68 t石蠟原料即可完成白油加氫裝置內(nèi)油品置換。

2)02月22日12:00-02月24日12:00,56#食品添加劑石蠟含油在0.62%～0.84%、25 ℃針入度在20(1/10 mm)(以上兩項(xiàng)指標(biāo)受原料性質(zhì)影響),嗅味0號(hào),稠環(huán)芳烴合格,易炭化物通過,光安定性穩(wěn)定在4.0,無(wú)水溶性酸或堿,賽波特比色+28,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

3)02月24日20:00,食品添加劑石蠟熔點(diǎn)升高至58 ℃,系統(tǒng)內(nèi)原料已全部變?yōu)?8#半精煉石蠟原料。

4)02月24日20:00-02月25日12:00,58#食品添加劑石蠟含油在0.73%～0.95%、25 ℃針入度在20(1/10 mm)(以上兩項(xiàng)指標(biāo)受原料性質(zhì)影響),嗅味0號(hào),稠環(huán)芳烴合格,易炭化物通過,光安定性穩(wěn)定在4.0,無(wú)水溶性酸或堿,賽波特比色+28,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

5)2022年02月21日09:06,白油加氫裝置原料由HVIP6基礎(chǔ)油原料切換至56#半精煉石蠟原料,09:33白油加氫裝置產(chǎn)品改至原料罐區(qū)215#罐,08:00至12:30白油加氫裝置汽提塔汽提蒸汽閥門開度由14%逐漸開至23%;02月22日06:30至09:50,白油加氫裝置汽提塔汽提蒸汽閥門開度由23%逐漸開至68%,10:20白油加氫裝置高分壓力由14.0 MPa提高至16.5 MPa;02月24日14:00,白油加氫裝置原料由56#半精煉石蠟原料切換至58#半精煉石蠟原料;02月25日11:58,白油加氫裝置原料由58#半精煉石蠟原料切換至HVIP3基礎(chǔ)油原料,15:00白油加氫裝置產(chǎn)品改至儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū),15:35白油加氫裝置處理量由2.5 Nm3/h提高至3.5 Nm3/h,22:08白油加氫裝置汽提塔汽提蒸汽閥門開度由68%逐漸關(guān)至46%;02月26日10:06,白油加氫裝置氫氣系統(tǒng)由閉路循環(huán)改至開路,高分氣返回至異構(gòu)脫蠟裝置;02月27日08:05,白油加氫裝置處理量由3.5 Nm3/h降低至3.0 Nm3/h;02月28日18:35,白油加氫裝置處理量由3.0 Nm3/h降低至2.75 Nm3/h;03月01日15:07,白油加氫裝置產(chǎn)品改至白油罐區(qū)。

3.4 物料平衡及能源消耗

物料平衡:工業(yè)化試驗(yàn)期間加工56#石蠟原料185.93 t,加工58#石蠟原料52.34 t,合計(jì)238.27 t,異構(gòu)輕質(zhì)基礎(chǔ)油置換白油加氫裝置石蠟原料333.89 t。其中產(chǎn)品送至215儲(chǔ)罐253.04 t,送至儲(chǔ)運(yùn)部319.12 t。

能源消耗:循環(huán)水消耗4 212 t,工業(yè)用電4 950 kW·h,1.0 MPa 蒸汽37.8 t,燃料氣8.1 t,凈化風(fēng)7 674 Nm3。工業(yè)化試驗(yàn)期間白油加氫裝置綜合能耗由19.05 kgoe/t提升至35.67 kgoe/t。

3.5 主要工藝參數(shù)情況

主要工藝參數(shù)見表4。

表4 工藝參數(shù)

4 結(jié)論

1)高壓加氫工藝技術(shù)路線可以解決石蠟產(chǎn)品嗅味問題,同時(shí)提高石蠟產(chǎn)品賽波特顏色號(hào),降低了稠環(huán)芳烴、硫氮、含量提升產(chǎn)品質(zhì)量。

2)該公司的56#、58#精煉石蠟可以作為原料,配合高壓加氫技術(shù)生產(chǎn)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的食品添加劑石蠟產(chǎn)品。