淺析影響醋酸酯生產(chǎn)及其裝置的因素與改進(jìn)措施

余志平

（浙江建業(yè)化工股份有限公司，浙江 建德 311604）

醋酸酯生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，但在一定的溫度下，原料及酸性催化劑會(huì)加劇對(duì)裝備的腐蝕，因此控制其工藝過(guò)程相當(dāng)重要。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的有效控制，也可以縮短醋酸酯的生產(chǎn)流程，起到節(jié)能降耗的作用。

1 裝置腐蝕的原因分析與解決措施

1.1 裝置腐蝕的原因分析

1.1.1 醋酸酯的酯化影響

目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)醋酸酯生產(chǎn)廠基本采用傳統(tǒng)的冰醋酸和醇為原料、在酸性催化劑的作用下反應(yīng)生成醋酸酯的生產(chǎn)工藝（見(jiàn)圖1），非酸性催化劑以及超強(qiáng)酸催化劑的使用現(xiàn)在還處于試驗(yàn)階段。原料及酸性催化劑對(duì)生產(chǎn)裝備的腐蝕，隨著溫度的升高會(huì)加大，另外生產(chǎn)中產(chǎn)生的水也會(huì)進(jìn)一步加劇裝備的腐蝕速度。

以冰醋酸和醇為原料，濃H2SO4為催化劑進(jìn)行酯化反應(yīng)生成醋酸酯的反應(yīng)方程式如下：

該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，易引發(fā)逆反應(yīng)的進(jìn)行，難得到高產(chǎn)率的酯。為達(dá)到高產(chǎn)率，通常采取使平衡向生成酯的方向移動(dòng)的措施，如：①反應(yīng)物醇或酸之一過(guò)量；②將生成物從系統(tǒng)中分離出來(lái)。許多生產(chǎn)廠家則采取在混合物中加入過(guò)量酸，同時(shí)將生成的產(chǎn)物酯和水形成的二元共沸混合物持續(xù)不斷地從酯化塔頂蒸出相結(jié)合的方法來(lái)提高轉(zhuǎn)化率。

醋酸酯生產(chǎn)過(guò)程中酯化系統(tǒng)是酸腐蝕的重點(diǎn)部位。而酯化系統(tǒng)中最易被腐蝕的地方除了酯化釜外，還有酯化塔控制點(diǎn)以下的塔段。原因在于酯化釜內(nèi)過(guò)量的原料酸有部分以氣相形式回流進(jìn)入酯化塔，到達(dá)酯化塔的中部被冷凝成液相返回到酯化釜，液相回流中大部分是反應(yīng)生成的醋酸酯，還有未反應(yīng)的原料醋酸和因霧沫夾帶進(jìn)入酯化塔的催化劑以及微量水份等。酯化塔中氣相酸霧和液相中的酸對(duì)塔器都有比較大的腐蝕，正是由于這些復(fù)雜酸性物質(zhì)的存在才造成了酯化設(shè)備極易被腐蝕的情況。

1.1.2 酯化塔溫度的影響

酯化塔的操作溫度和塔內(nèi)一些極性物質(zhì)的存在也對(duì)酯化設(shè)備的腐蝕有一定影響。

酯化塔溫度的控制與酯化塔頂?shù)幕亓髁坑兄o密的關(guān)聯(lián)性。酯化塔段的高度是由回流量來(lái)確定的，而回流量的大小決定著裝置的產(chǎn)能。酯化塔塔段的高度對(duì)操作有著直接的影響，隨著耐腐蝕塔節(jié)高度的增加，回流量可以減小，裝置產(chǎn)能相應(yīng)增大；反之，回流量增大，裝置產(chǎn)能相應(yīng)減小。見(jiàn)表1。

表1 醋酸異丁酯生產(chǎn)溫度控制與塔的使用周期列表

1.2 減少酯化裝置腐蝕的措施

從表1可以看出，酯化塔溫度的控制與裝置的腐蝕之間存在著密切的關(guān)系，生產(chǎn)過(guò)程中要加強(qiáng)酯化塔的溫度和回流量的控制，使酯化生產(chǎn)體系保持穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣才能確保酯化釜中的酸性物質(zhì)不會(huì)進(jìn)入非搪瓷塔段。但同時(shí)也要提高酯化裝置耐腐蝕的能力。目前大多數(shù)生產(chǎn)廠家采用搪瓷酯化釜、改進(jìn)加熱器，將內(nèi)盤(pán)管加熱改為外循環(huán)加熱，使用石墨換熱器等方法來(lái)解決。與酯化釜相連的管道采用襯搪瓷的方法解決腐蝕問(wèn)題。酯化塔的腐蝕部位集中在塔的下半段，這部分塔節(jié)采用襯搪瓷塔節(jié)，酯化塔上半部分不含有酸性物質(zhì)，腐蝕性較小，采用普通不銹鋼材質(zhì)塔節(jié)。此外，隨著裝備加工技術(shù)的發(fā)展，酯化釜、酯化塔及相關(guān)內(nèi)件管道噴涂四氟材料，可以改變搪瓷裝備的易損壞、難加工等諸多方面的不足。

2 分離工段的節(jié)能降耗

醋酸酯的生產(chǎn)過(guò)程是連續(xù)酯化后再連續(xù)分離的過(guò)程，其酯化是一種簡(jiǎn)單的酸醇酯化過(guò)程，分離工序也不繁瑣，只有酯化、脫水、廢水回收的輔助工序［2］和一個(gè)脫水后的精制工序（見(jiàn)圖2）。在分離工序中，分離塔物料不斷的汽化和冷凝造成生產(chǎn)能耗隨流程的延長(zhǎng)而增加，能耗和物耗也同時(shí)加大。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，脫水塔底物料基本達(dá)到醋酸酯產(chǎn)品的質(zhì)量要求，可以作為產(chǎn)品采出。但這種情況必須要求脫水塔的溫度控制在規(guī)定溫度以上，同時(shí)保證脫水塔進(jìn)料組分中少量的醇和水不得進(jìn)入脫水塔釜。當(dāng)然對(duì)酯化塔的釜溫也必須控制平穩(wěn)，一旦釜溫波動(dòng)較大，酯化釜中的物料就會(huì)出現(xiàn)聚合、結(jié)焦等情況，形成污垢使酯化加熱器的加熱效率下降，導(dǎo)致酯化釜的產(chǎn)能降低，給生產(chǎn)帶來(lái)一系列的不良后果，甚至要停產(chǎn)清理才能改善供熱條件恢復(fù)裝置生產(chǎn)。也就是說(shuō)，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)酯化塔和脫水塔的溫度控制對(duì)降低能耗起著決定性的作用，它也是縮短工藝流程、降低產(chǎn)品能耗的基礎(chǔ)。

分離工序操作的難易與酯化合成系統(tǒng)控制的程度也是分不開(kāi)的，酯化系統(tǒng)進(jìn)入分離系統(tǒng)的物料中酯含量在93%以上時(shí)，后面的分離工序在操作難度上將大大降低；而如果酯化系統(tǒng)進(jìn)入分離系統(tǒng)的物料中酸醇的含量較高，后面的分離難度就將大大增加，同時(shí)分離系統(tǒng)返回酯化系統(tǒng)的物料也勢(shì)必增加，這樣也會(huì)加大酯化塔的運(yùn)行負(fù)荷，最終導(dǎo)致整個(gè)裝置的生產(chǎn)能力大大降低。其實(shí)分離從酯化塔就已經(jīng)開(kāi)始，采用反應(yīng)精餾耦合已經(jīng)就是第一步分離，可以說(shuō)脫水塔的操作是進(jìn)一步提純，可以作為分離的最后一步。

總之，醋酸酯的生產(chǎn)控制就聚焦在酯化系統(tǒng)的控制上，酯化系統(tǒng)控制得好壞是整個(gè)裝置生產(chǎn)平衡平穩(wěn)的關(guān)鍵。醋酸酯生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種裝置腐蝕和生產(chǎn)控制問(wèn)題最終都?xì)w結(jié)到酯化系統(tǒng)的控制上。如果酯化釜中物料成份不穩(wěn)定，酯化副反應(yīng)就容易發(fā)生，造成催化劑的性能下降以及原料收率的降低；只要酯化系統(tǒng)控制好，進(jìn)入分離工序的物料對(duì)裝置和管道的腐蝕性也隨之降低，分離工序流程也縮短，產(chǎn)量提高，能耗降低，真正實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)能、節(jié)能降耗的目的。