影響丙烯酸丁酯收率因素的分析研究

邢艷梅，馮 亮，李 寧

（中國(guó)化工·正和集團(tuán)股份有限公司，山東 東營(yíng) 257342）

影響丙烯酸丁酯收率因素的分析研究

邢艷梅，馮 亮，李 寧

（中國(guó)化工·正和集團(tuán)股份有限公司，山東 東營(yíng) 257342）

在丙烯酸丁酯生產(chǎn)的過(guò)程中，精制過(guò)程是影響丙烯酸丁酯（AEB）收率的最主要的部分。影響精制系統(tǒng)的因素包括系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)溫度、回流/進(jìn)料、冷卻水、蒸汽等。通過(guò)分析得到，系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)溫度是影響丙烯酸丁酯裝置精制系統(tǒng)收率的最主要因素，而其他因素又分別對(duì)精制系統(tǒng)有著不同程度的影響。若要提高 AEB收率，可以通過(guò)對(duì)這些影響因素進(jìn)行調(diào)整；給出了精餾系統(tǒng)的最佳操作條件，達(dá)到提高丙烯酸丁酯收率的效果。

系統(tǒng)壓力； 丙烯酸丁酯（AEB）； 回流/進(jìn)料

丙烯酸丁酯是通用型的丙烯酸酯中應(yīng)用最廣泛和消耗量最大的品種，其共聚物廣泛用于涂料、紡織、化纖、皮革、塑料助劑、粘合劑和造紙等行業(yè)［1］。至2010年12月底，全球丙烯酸丁酯（AEB）的裝置產(chǎn)能為447.6萬(wàn)t/a，較上年下降了3.7%。通用丙烯酸酯的產(chǎn)能顯著下降，是因?yàn)樵絹?lái)越多的酯化級(jí)丙烯酸用于生產(chǎn)高純丙烯酸，同時(shí)由于國(guó)外包括阿科瑪公司在內(nèi)的多套丙烯酸及酯裝置發(fā)生一系列故障，產(chǎn)量下降，缺口增加，導(dǎo)致中國(guó)出口數(shù)量急劇上升，全球丙烯酸及酯產(chǎn)品價(jià)格隨之上漲，同時(shí)響應(yīng)國(guó)際節(jié)能減排的號(hào)召，使行業(yè)對(duì)其重視程度不斷提高，故對(duì)其生產(chǎn)工藝的應(yīng)用亦倍加關(guān)注[2]。

影響丙烯酸丁酯收率的因素主要集中在其精餾系統(tǒng)，本文以給定的精制系統(tǒng)設(shè)備和機(jī)泵等進(jìn)行研究，并分析與總結(jié)。

1 工藝流程介紹

其工藝流程[3]如圖1所示，脫醇塔底液從塔中進(jìn)入精制塔后，經(jīng)減壓蒸餾，AEB從塔頂蒸出進(jìn)入第一冷凝器，用循環(huán)水冷凝，冷凝液進(jìn)入塔頂受槽，未凝氣體進(jìn)入尾氣放空冷凝器，用低溫水（5 ℃）進(jìn)一步冷凝，冷凝液進(jìn)入塔頂受槽，未凝氣體經(jīng)真空泵抽送至蒸汽噴射泵JE-451，用循環(huán)水冷凝，冷凝液進(jìn)廢水回收系統(tǒng)，不凝氣體進(jìn)入廢氣焚燒系統(tǒng)。

圖1 丙烯酸丁酯裝置精餾系統(tǒng)工藝流程圖Fig.1 process flow sheet of the distillation system in the butyl acrylate unit

塔頂受液槽的冷凝液由塔頂回流泵分為兩路送出：一路與阻聚劑泵送來(lái)的阻聚劑一起進(jìn)入塔頂作為回流液控制塔頂溫度；另一路直接送至丙烯酸丁酯日儲(chǔ)罐。精制塔底液從塔底排出，一部分由塔底循環(huán)泵打入塔底再沸器，用 LLP加熱后返回塔底，控制塔底溫度；另一部分塔底液由塔底泵送至重組份罐。

根據(jù)工藝流程的情況可知，在給定的精制裝置的情況下，影響丙烯酸丁酯收率的因素有系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)溫度、回流/進(jìn)料、冷卻水、蒸汽，下面分別對(duì)這些因素進(jìn)行分析研究，而這些因素又以系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)溫度為最直接最重要因素。

2 影響因素分析

2.1系統(tǒng)壓力

系統(tǒng)壓力是影響丙烯酸丁酯收率的主要因素，也是最直接的因素。它直接影響到精制塔是否能夠平穩(wěn)運(yùn)行，進(jìn)而影響精制系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。

精制塔為負(fù)壓操作塔，負(fù)壓操作的特點(diǎn)是降低了物料的沸點(diǎn)，減少了因高溫帶來(lái)物料聚合的發(fā)生，從而也使生產(chǎn)更易于進(jìn)行。但系統(tǒng)壓力（真空）的過(guò)度波動(dòng)將會(huì)改變塔中物料的分布，影響正常操作。系統(tǒng)壓力的波動(dòng)又分為系統(tǒng)壓力過(guò)高和系統(tǒng)壓力過(guò)低兩種情況。

表1中的壓力為塔頂受液槽的壓力值。由表可知，壓力過(guò)高（2、3號(hào)）或過(guò)低（4、5號(hào)），都會(huì)分別使產(chǎn)品的色度和雜質(zhì)超標(biāo)，同樣也使塔頂AEB純度相對(duì)下降，餾分中AEB數(shù)量相對(duì)減少，造成產(chǎn)品不合格，收率下降。系統(tǒng)壓力過(guò)高，則氣相中重組份（雜質(zhì)）減少，相應(yīng)地提高了氣相中輕組分（AEB、丁醇、H2O等）的濃度，液相中輕組分含量增加，同時(shí)也改變了氣液相的重量比，使液相量增加，上升的輕組分量減少。壓力過(guò)低，塔頂餾分的數(shù)量增加，輕組分濃度雖然不變化，卻使雜質(zhì)增加，產(chǎn)品質(zhì)量下降，收率降低。

表1 系統(tǒng)壓力對(duì)裝置的影響結(jié)果Table 1 Influence of pressure on the unit

以上各項(xiàng)，設(shè)定蒸汽、回流/進(jìn)料和冷卻水不變，進(jìn)行比較。通過(guò)表1可以看出系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定是精制系統(tǒng)的直接因素，所以控制好壓力，盡量減少壓力波動(dòng)。這樣才能使丙烯酸丁酯的產(chǎn)量、質(zhì)量穩(wěn)定，收率才會(huì)提高。

2.2 系統(tǒng)溫度

塔內(nèi)溫度低于正常值也會(huì)使塔壓降低，造成上升蒸汽量減少，致使塔底液位猛增，塔底含酯過(guò)高，產(chǎn)量下降，收率降低。當(dāng)塔內(nèi)溫度長(zhǎng)時(shí)間偏高或飛溫，使進(jìn)入塔頂?shù)臍怏w增多，壓力升高，造成色度上升，純度下降，產(chǎn)品質(zhì)量不合格。如溫度偏高（2、3號(hào)）或低溫（4、5號(hào)）時(shí)，產(chǎn)品主要組份比較。以上各項(xiàng)，設(shè)定蒸汽、回流/進(jìn)料和冷卻水不變。

通過(guò)表 2，可以看出系統(tǒng)溫度是精制系統(tǒng)的直接因素，所以控制好溫度，盡量減少溫度波動(dòng)。這樣才能使丙烯酸丁酯的產(chǎn)量、質(zhì)量穩(wěn)定，收率才會(huì)提高。

表2 溫度對(duì)裝置的影響Table 2 Influence of temperature on the unit

表1和表2，證明了系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)溫度是影響 AEB精制系統(tǒng)收率的直接因素，同時(shí)又互為影響，互為制約。

2.3 回流/進(jìn)料

2.3.1 回流量

回流和進(jìn)料對(duì)精制系統(tǒng)的影響效果是一樣的，主要是使系統(tǒng)溫度和系統(tǒng)壓力先行波動(dòng)，間接影響產(chǎn)品，進(jìn)而影響AEB的收率，所以本文僅以回流為例(表3)。

當(dāng)回流量大于正常操作值4.5 t/h時(shí)，上升的輕組分減少，造成塔頂壓力降低，塔底液位劇增，塔底含酯過(guò)高，產(chǎn)量下降，收率降低?；亓髁啃』蛩矔r(shí)中斷，容易使大量氣體進(jìn)入塔頂，造成壓力上升，使產(chǎn)品質(zhì)量不合格，表現(xiàn)在水份、雜質(zhì)增多、色度增加，純度下降。

表3 回流量對(duì)裝置的影響Table 3 Influence of reflux quantity on the unit

以上各項(xiàng)，設(shè)定蒸汽和冷卻水不變。表3中2、3號(hào)是回流量過(guò)低的情況，4、5號(hào)是回流量過(guò)高的情況。通過(guò)表3，可以看出回流/進(jìn)料是精制系統(tǒng)的間接因素，所以控制好回流/進(jìn)料，盡量減少回流/進(jìn)料波動(dòng)，也可以使系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)溫度穩(wěn)定，進(jìn)而使丙烯酸丁酯的產(chǎn)量、質(zhì)量穩(wěn)定，收率才會(huì)提高。

2.3.2 回流液溫度

回流液溫度也影響產(chǎn)品，主要它會(huì)使系統(tǒng)溫度和系統(tǒng)壓力先行波動(dòng)，間接影響產(chǎn)品。回流液溫度過(guò)低，造成上升蒸汽量減少，會(huì)使系統(tǒng)溫度和系統(tǒng)壓力降低，塔底液位劇增，塔底含酯過(guò)高，產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量下降，收率降低?；亓饕簻囟冗^(guò)高，使塔頂氣相冷凝不好，塔內(nèi)物質(zhì)（汽液相物料）傳熱效果降低，大量氣體進(jìn)入塔頂造成壓力上升，使產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

回流液溫度過(guò)高（2、3號(hào)）時(shí)，塔頂溫度較高，是大量氣體進(jìn)入塔頂造成壓力上升所致，使產(chǎn)品質(zhì)量不合格，回流液溫度過(guò)低（4、5號(hào)）時(shí)，則反之（表4）。

表4 回流液溫度對(duì)裝置的影響Table 4 Influence of reflux temperature on the unit

小結(jié)：通過(guò)表 4，可以看出回流液溫度對(duì)裝置的影響，是通過(guò)系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)溫度影響精制系統(tǒng)，進(jìn)而影響產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量，來(lái)影響AEB的收率，因此也證明了回流液的溫度是影響收率的間因素。

通過(guò)表3和表4，證明了回流/進(jìn)料的大小和溫度是通過(guò)系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)溫度來(lái)影響精制系統(tǒng)，進(jìn)而影響產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量，最終影響AEB收率的間接因素。因此進(jìn)一步證明了系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)溫度是影響AEB精制系統(tǒng)收率的最直接因素，同時(shí)又互為影響，互為制約。

2.4 冷卻水

冷卻水主要影響冷凝液，即冷卻液溫度，冷凝液溫度與冷卻水溫度是息息相關(guān)的。本系統(tǒng)第一冷凝器用循環(huán)冷卻水，上升的大量氣體被冷凝下來(lái)，而尾氣冷凝器用5 ℃低溫水冷凝，進(jìn)一步冷卻余下氣體，減少尾氣排放量，增加AEB收率。因此冷卻水是換熱系統(tǒng)的核心，它通過(guò)間接作用，影響系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)溫度，最終影響到整個(gè)精制系統(tǒng)，是影響收率的重要間接因素之一。

2.4.1 冷卻水量

設(shè)定冷卻水溫度不變，可以分為兩種情況：一是冷卻水流量過(guò)大，對(duì)冷凝氣體沒(méi)有太大影響，因?yàn)閾Q熱器的換熱面積是一定的，所以只是造成了不必要的能量浪費(fèi)；二是冷卻水流量過(guò)小，卻對(duì)冷凝氣體影響很大，將造成大量氣體未被完全冷凝，導(dǎo)致未凝氣體增多，使尾氣放空量增大，物料浪費(fèi)，收率降低，同時(shí)造成系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)溫度上升，所造成的影響與系統(tǒng)壓力升高一樣，不再進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)描述。

2.4.2 冷卻水溫度

設(shè)定冷卻水量不變，可以分為冷卻水溫度過(guò)高和過(guò)低兩種情況。而影響冷卻水溫度的主要是季節(jié)影響。冷卻水溫度，對(duì)于連續(xù)性生產(chǎn)的化工裝置，在不同的季節(jié)，其冷卻裝置也會(huì)受到較大的影響。夏季冷卻水溫度偏高，冬季冷卻水溫度偏低，這就對(duì)換熱效果造成了不同的影響。設(shè)備故障也可能引起其溫度的波動(dòng)，主要體現(xiàn)在夏季高溫階段。

冷卻水溫度偏高時(shí)，氣體冷凝效果不好，尾氣放空量增大，同時(shí)造成系統(tǒng)壓力升高，餾出量減少，產(chǎn)量減少，AEB收率降低；冷卻水溫度偏低時(shí)，系統(tǒng)壓力降低，塔頂餾分的數(shù)量增加，輕組分濃度雖然不變化，卻使雜質(zhì)增加，產(chǎn)品質(zhì)量下降，AEB收率降低。此兩種情況均可參考2.1系統(tǒng)壓力一節(jié)。

由2.4.1和2.4.2的分析，可以看出冷卻水是一個(gè)間接因素，它是通過(guò)影響系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)溫度來(lái)影響AEB收率的，因此更證明了系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)溫度是AEB精制系統(tǒng)的直接因素。

2.5 蒸汽

蒸汽的投入量直接影響系統(tǒng)溫度，蒸汽投入量小，系統(tǒng)溫度偏低，上升輕組分減少，造成塔頂壓力降低，塔底液位劇增，塔底含酯過(guò)高，產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量下降，收率降低；蒸汽投入量大，系統(tǒng)溫度偏高，氣化量增大，引起塔頂壓力上升，雜質(zhì)增多，產(chǎn)品品質(zhì)降低，產(chǎn)品不合格，收率降低。所述變化，與前面描述的系統(tǒng)壓力相同，可參考2.1系統(tǒng)壓力，不再詳細(xì)描述。

通過(guò)分析可知，蒸汽量的過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)直接導(dǎo)致系統(tǒng)溫度和系統(tǒng)壓力的波動(dòng)，進(jìn)而間接影響精制系統(tǒng)的收率。

3 結(jié) 論

通過(guò)研究影響丙烯酸丁酯收率的主要因素，分析了不同的工藝流程情況下，AEB裝置的精制系統(tǒng)收率情況，并得到如下結(jié)果：

（1）影響丙烯酸丁酯收率的主要因素以系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)溫度為直接因素。根據(jù)長(zhǎng)期生產(chǎn)操作和分析，精餾系統(tǒng)最佳操作條件系統(tǒng)為壓力正常為(12±2)mmHg，系統(tǒng)溫度(108±1)℃，其他為間接因素，但也有限度，如回流溫度≤30 ℃、冷卻水溫度≤27℃、蒸汽盡量少波動(dòng)。通過(guò)這些，以減少對(duì)裝置的負(fù)面影響，進(jìn)而提高AEB的收率。

（2）為了提高AEB的收率，應(yīng)將各因素盡量調(diào)整到最佳狀態(tài)，可以取的較大收益，降低能耗，可使操作平穩(wěn)，并且保證了裝置平穩(wěn)運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)裝置安全、長(zhǎng)期、有效、平穩(wěn)的運(yùn)行。

［1］ 陶子斌.丙烯酸生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］ 褚小東,劉書舉.影響丙烯酸丁酯收率的因素分析[C]. 全國(guó)第四屆丙烯酸科技發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì),1998（4）：24-31.

［3］ 正和集團(tuán)股份有限公司丙烯酸及酯裝置崗位操作規(guī)程[R]. 山東東營(yíng)：正和集團(tuán)，2007．

Analytical Research of Influence Factors for Butyl Acrylate Yield

XING Yan-mei，F(xiàn)ENG Liang，LI Ning
(ChemChina Zhenghe Group Co., Ltd., Shandong Dongying 257342，China）

In production process of butyl acrylate, refining process is the most main part to affect butyl acrylate (AEB)yield. Main influence factors included system pressure, system temperature, backflow/feeding, cooling water, steam,and so on. Among these factors, system pressure and temperature are main factors to affect butyl acrylate yield. In order to improve butyl acrylate (AEB) yield, these factors can be adjusted to gain the best operation condition.

System pressure; Butyl acrylate(AEB); Backflow/feeding

TQ 225.24

A

1671-0460（2011）09-0966-04

2011-07-19

邢艷梅（1981-），女，江蘇徐州人，助理工程師，2004年畢業(yè)于連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)藥化工專業(yè)，研究方向精細(xì)石油化工，從事精細(xì)石油化工技術(shù)工作。