基于萘系高效减水剂生产线制...羧酸减水剂的改造和生产实践_刘海军.pdf

NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS0前言通化坤茂实业有限公司萘系高效减水剂混凝土外加剂建设项目，使用煤焦油深加工装置生产液体萘，外购硫酸、液体碱、甲醛等为主要生产原料，通过磺化、水解、缩合、中和、复配缓凝剂和引气剂等添加剂，具备年产萘系液体泵送剂 2 万 t的专业化生产规模。相比于萘系高效减水剂，聚羧酸减水剂由于合成简便、生产条件温和、性能优异等特点，得到了迅速兴起和应用，我公司 2017 年基于现有的厂房及萘系高效减水剂生产线主体设备，对其进行了改造，以较小的建设投资，实现了生产聚羧酸减水剂的工业化达产、稳产。1萘系高效减水剂生产线现状1.1生产工艺步骤萘系高效减水剂是经化工合成的非引气型高效减水剂。化学名称萘磺酸盐甲醛缩合物，它对于水泥粒子有很强的分散作用。萘系高效减水剂生产操作步骤如下：（1）熔萘：将液体萘使用液体萘原料泵泵入磺化反应釜，使用 0.6 MPa 蒸汽加热至 140。（2）磺化反应：磺化的目的是取代芳香核上的氢而形成磺酸基（SO3H），引入强极性的磺酸基后能够有效提高其水溶性，并具备一定的表面活性。磺化后，在萘核上原来直接与碳原子相连的一个氢原子被磺酸基所取代而形成萘磺酸。采用98%浓硫酸作为磺化剂。当温度升至 140 时，手动控制硫酸高位计量槽阀门开度，均匀滴加硫酸 2.5 h，将温度缓慢上升至 160 以上。加完酸后温度在 160165保持 1 h，磺化物的总酸度一般为 31%32%。（3）水解反应：在磺化过程中，生成少量-萘磺酸副产物，-萘磺酸不利于缩合反应，因此，利用可逆反应除去-萘磺酸，即在 120125 向反应釜内加少量水，可使不稳定的-萘磺酸生成为萘及硫酸，水解反应脱去-磺酸基。（4）缩合反应：-萘磺酸在硫酸催化作用下，与甲醛缩合成基于萘系高效减水剂生产线制备聚羧酸减水剂的改造和生产实践刘海军（通化坤茂实业有限公司，吉林 通化134003）摘要：通过改造现有的萘系高效减水剂生产线，利用其原有的搪玻璃反应釜、厂房和公辅设施，以丙烯酸为主链，接枝不同侧链长度的聚醚，通过采取有效的安全环保对策措施、增加釜内物料搅拌的湍流程度、增加搪玻璃搅拌釜下部热电阻测温点、合理使用搅拌釜的公称容积等手段，成功实现了聚羧酸减水剂工业化生产的安全环保、长周期和稳定化的运行。关键词：萘系高效减水剂；聚羧酸减水剂；生产线；改造；生产实践中图分类号：TU528.042+.2文献标识码：A文章编号：1001-702X（2023）02-0069-05Modification and production practice for the preparation of polycarboxylate superplasticizerbased on naphthalene-based superplasticizer production lineLIU Haijun（Tonghua Kunmao Industry Co.Ltd.，Tonghua 134003，China）Abstract：By reforming the existing production line of naphthalene-based superplasticizer，using its existing glasslining reactor，plant and public and auxiliary facilities，taking acrylic acid as main chain，grafting polyether with different side chain lengths，longperiod safe and stable industrial production of polycarboxylate superplasticizer has been successfully realized with environmentalprotection operation by taking effective safety and environmental protection measures，increasing the turbulence degree of materialmixing in the reactor，increasing the temperature measurement point of thermal resistance at the lower part of the glass-linedreactor，and using the nominal volume of the reactor reasonably.Key words：naphthalene-based superplasticizer，polycarboxylate superplasticizer，production line，modification，production practice收稿日期：2022-08-26；修订日期：2022-11-07作者简介：刘海军，男，1976 年生，高级工程师，主要从事煤焦油深加工及高效减水剂的生产和应用工作，E-mail：。中国科技核心期刊69新型建筑材料202302亚甲基多萘磺酸，同时产生小分子水。继续降温至105108，滴加甲醛 2.5h，加完甲醛后升温至 105110，保持 3.5h。（5）中和反应：在磺化和缩聚反应过程中均有过量硫酸，这些残余硫酸以及反应生成的缩合产物亚甲基多萘磺酸用30%液碱将其中和成盐。缩合釜内物料自流排空至中和罐，滴加 30%液碱，反应放热过于激烈时，使用工业水降温和压制泡沫，中和至母液 pH 值为 9。（6）复配：使用母液中间泵将中和后的母液物料泵入复配罐，加水，葡萄糖酸钠，引气剂十二烷基硫酸钠，搅拌 0.5 h，使用输送泵泵入贮存罐，得到基本型萘系高效泵送剂。以每釜单次投原料液体萘 2.5 t，生产浓度为 28%基本型萘系泵送剂 19.3 t 为例，工艺参数见表 1。表 1生产基本型萘系高效泵送剂的工艺参数1.2主体生产设备的配备缩合反应从滴加到保温结束耗时 6 h，是反应时间最长、反应速率最慢的工艺步骤，是整个生产线的速率控制步骤，决定整个生产线生产速度。本公司采用“一拖二”的方式布置反应釜，利用 1 个磺化反应釜供给 2 个相同规格的缩合反应釜。缩合反应釜和中和搅拌罐的台阶式布置，设置有竖向高差，可以实现物料的自流，自流结束后使用蒸汽简单吹扫即可。1.2.1原料工序生产设备容积 60 m3硫酸贮罐、50FSB-40 型硫酸卸车泵、GBW40-160 硫酸加料泵、容积 60 m3液碱（浓度 30%）贮罐、50FSB-40型液碱卸车泵、IH50-32-160A 型液碱加料泵、容积 60 m3甲醛（浓度 37%）贮罐、50FSB-40 型甲醛卸车泵、IH50-32-160A型甲醛加料泵、容积 60 m3液体工业萘贮罐各 1 台。1.2.2磺化缩合中和工序生产设备BF8000 搪玻璃搅拌釜、容积 2.5 m3硫酸计量罐、容积2.5 m3液碱计量罐、FS65-55-20 型母液输送中间泵各 1 台；容积 2.5 m3甲醛计量罐、容积 2.5 m3水计量罐、BF12500 搪玻璃搅拌釜、容积 15 m3钢衬塑中和搅拌罐各 2 台。1.2.3复配工序生产设备容积 30 m3复配搅拌罐、IH65-50-160 型泵送剂输送泵各 1 台。1.2.4产品储存工序生产设备容积 200 m3母液贮罐、容积 700 m3母液贮罐、容积 60 m3泵送剂暂存罐、IH65-50-160 型泵送剂装车泵各 1 台。1.2.5公辅设施DZW2-A蒸汽锅炉 1 台、容积 180 m3生产（消防）水池1 座、XBD6.9/10-75W 型潜水式消防水泵 2 台、QY40-21-4L3型冷却水泵 3 台、深水井 1 口、仪表控制盘 1 面。1.2.6安全环保设施工业萘尾气沉降间 3 间、20 m 高尾气吸收净化塔 1 座、NGP5-EX-A 型可燃气体报警器系统 1 套、通风换气系统 1 套。1.3生产班制和定员萘系高效减水剂生产线采用三班两运制，总定员 21 人，生产线每个班制为 7 人。工作时间：白班 08：0018：00，夜班18：00次日 08：00，见表 2。表 2生产线班制人员表原料的运入、产品母液和泵送剂的运出人员为常白班班制。1.4生产能力每天可生产 7 釜萘系高效减水剂母液共 85 t，复配成泵送剂（基本型）135 t。2聚羧酸生产线的改造要求2.1生产规模参考现有萘系高效减水剂的市场容量和我公司的市场份额，根据市场调查和需求预测，经过对市场容量、生产线的稳定性和企业可利用条件以及企业合理的经济规模，确定本项目年产聚羧酸 40%母液 3500 t。母液 500 t 直接作为商品外售至其他混凝土外加剂小企业，用于复配泵送剂使用。母液 3000 t 由本公司配制生产聚羧酸泵送剂直接销售至商混站。泵送剂按年产 1.5 万 t 进行设计改造。2.2改造内容原有萘系高效减水剂原料工序，保留 50FSB-40 型硫酸卸车泵，变更用途，作为产品区母液装车泵；保留使用容积60 m3液碱槽及 50FSB-40 型液碱卸车泵、IH50-32-160A 型液碱加料泵；其余设备拆除作废。原有萘系高效减水剂磺化缩合中和工序，改造 BF12500搪玻璃搅拌釜 2 台，搅拌方式为叶轮式+浆式组合，保留使用序号工艺步骤投料量/t滴加时间/h反应温度/保温时间/h备注1#熔萘2.5液体萘 2.5 t2#磺化3.52.51601651.0滴加 98%浓硫酸 3.5 t3#水解0.70.21201250.5加水 0.7 t4#缩合2.02.51051103.5滴加 37%甲醛 2.0 t5#中和3.5加 30%液碱 3.5 t6#复配6.7加水 6.7 t，葡萄糖酸钠0.4 t，引气剂十二烷基硫酸钠 40 kg项目磺化、缩合工中和、复配工化验工 锅炉工维修保全工装卸工每班定员数/人111112刘海军：基于萘系高效减水剂生产线制备聚羧酸减水剂的改造和生产实践70NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS容积 2.5 m3水计量罐、容积 2.5 m3液碱计量罐、容积 15 m3钢衬塑中和搅拌罐和 FS65-55-20 型母液输送中间泵。BF8000搪玻璃搅拌釜停用，不予改造。其余设备作废。原有萘系高效减水剂复配工序，容积 30 m3复配搅拌罐、IH65-50-160 型泵送剂输送泵均保留使用。原有萘系高效减水剂产品储存工序，保留使用容积 60 m3泵送剂暂存罐、IH65-50-160 型泵送剂装车泵。容积 200m3萘系高效减水剂贮罐作为聚羧酸减水剂母液罐使用，容积 700 m3萘系高效减水剂贮罐作为聚羧酸减水剂泵送剂贮罐使用。原有公辅设施，燃煤蒸汽锅炉不符合环保要求，拆除除渣机，上煤机、水膜除尘器，安装轻油燃烧器，使用轻质燃料油燃料（使用低温合成工艺时，锅炉停用）；生产（消防）水池、消防水泵、冷却水泵、深水井均保留使用。原有安全环保设施，改造使用尾气吸收净化塔；工业萘尾气沉降间废弃停用；保留使用可燃气体报警器系统；对旧有安全连锁系统进行改造。新增加 A 料、B 料 HDPE 材质、容积 2.5 m3计量罐；1200L 配料槽；BT10+YZ45 型蠕动泵；尺寸为 1.2 m1.2 m，量程为2 t 的电子地磅；1 t/h 双极反渗透纯水机；容积 25 m3钢衬塑母液中间罐等设备。2.3生产班制组织原倒班制工作时间过长，员工容易疲劳且对工作有抵触厌倦心理。经生产线改造后全部采取白班一班制，每月工作22 d，工作时间 07：3017：00。聚羧酸减水剂产品送货人员白班送货，或根据混凝土搅拌站等用户需要确定送货时间。改造后的聚羧酸生产线产量生产组织计划见表 3。表 3改造后的聚羧酸生