醋酸乙烯精制工藝的流程模擬與優(yōu)化探討

林曉輝 伊海亮

摘 要：醋酸乙烯的生產(chǎn)加工經(jīng)常使用醋酸、乙烯等作為原料，在助催化劑的作用下，合成醋酸乙烯，但是由于精制工藝轉(zhuǎn)化率較低，在精制工藝上無(wú)法高效制取醋酸乙烯，需要對(duì)精制工藝進(jìn)行優(yōu)化?；诖?，本文使用Aspen Plus軟件建構(gòu)工藝模型，通過(guò)模型建設(shè)對(duì)精制工藝進(jìn)行模擬，并在軟件輔助之下對(duì)流程進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)優(yōu)化流程，調(diào)解工藝參數(shù)，可以有效提高精制工藝的生產(chǎn)效率，提高醋酸乙烯產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：醋酸乙烯;精制工藝;流程模擬;流程優(yōu)化

0 引言

在化工生產(chǎn)中，醋酸乙烯是一種十分常見(jiàn)的生產(chǎn)原料，醋酸乙烯的制取經(jīng)常使用醋酸、乙烯等材料，由于精制工藝生產(chǎn)效率較低，難以使用較低能耗獲得更高的產(chǎn)量，因此要對(duì)精制工藝進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)精制工藝的優(yōu)化可以減少生產(chǎn)能耗，并提高生產(chǎn)效率，獲得更多的醋酸乙烯產(chǎn)量，為生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，本文對(duì)精制工藝優(yōu)化展開(kāi)研究，對(duì)于化工生產(chǎn)實(shí)踐具有現(xiàn)實(shí)意義，有助于降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效益。

1 醋酸乙烯精制工藝的流程模擬

1.1 精制工藝流程

醋酸乙烯作為一種化工生產(chǎn)原料，經(jīng)常用于聚醋酸乙烯以及聚乙烯醇的生產(chǎn)中。生產(chǎn)醋酸乙烯經(jīng)常使用電石乙炔法、天然氣乙炔法以及石油乙烯法等方法，使用醋酸和乙炔作為原生產(chǎn)材料，在活性炭的催化下對(duì)醋酸乙烯進(jìn)行合成，同時(shí)使用精餾方式來(lái)分離獲得純度較高的醋酸乙烯產(chǎn)品。

醋酸乙烯精制流程如下圖所示：合成工段提供反應(yīng)液，包含未發(fā)生反應(yīng)的醋酸，副產(chǎn)物包含丁烯醛和乙醛。反應(yīng)液從反應(yīng)器中出來(lái)，通過(guò)脫氣系統(tǒng)去除掉乙醛、乙炔以及二氧化碳，進(jìn)入粗分塔。使用粗分塔對(duì)醋酸乙烯和醋酸進(jìn)行分離，塔頂蒸出醋酸乙烯會(huì)進(jìn)入乙烯精餾塔展開(kāi)處理，塔釜將醋酸溶液采出后，放入精餾塔中進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的分離。醋酸乙烯的精餾塔在中部側(cè)線氣相中采出醋酸乙烯，放入聚合工段進(jìn)行使用[1]。從塔頂氣相可以冷凝分相，上層液一部分會(huì)回流到精餾塔的塔頂，還有一部分送到聚合工段進(jìn)行下一步處理。在分相器的下層水相，進(jìn)入到脫氣系統(tǒng)的餾出槽，同時(shí)塔釜液將會(huì)循環(huán)進(jìn)入粗分塔頂部。醋酸精餾塔要使用共沸精餾方式，將第三組分水添加到塔頂，丁烯醛同水形成共沸物，在塔頂被蒸出。塔頂已經(jīng)餾出的餾出物會(huì)進(jìn)入回收塔，對(duì)醋酸進(jìn)行回收。塔下部醋酸的側(cè)線采出精醋酸，在冷凝后送到合成工段實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，塔釜液作為重組分，包含醋酸、阻聚劑以及高沸物，在殘?jiān)舭l(fā)器中進(jìn)行處理。

1.2 模擬結(jié)果

以某公司醋酸乙烯精餾工藝為例，醋酸乙烯在經(jīng)過(guò)粗餾和脫氣處理后，需要將乙炔溶解后去除掉，并將大部分丙酮、乙醛等組分清除，當(dāng)做是粗分塔的工藝進(jìn)料。設(shè)定進(jìn)料量為149252kg/h，設(shè)定溫度值為95℃，設(shè)置450kPa的壓力。經(jīng)過(guò)對(duì)該公司精制工藝展開(kāi)的模擬計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)，該公司模擬結(jié)果和實(shí)際結(jié)果相對(duì)吻合，和實(shí)際生產(chǎn)情況相符合。使用Aspen Plus建立熱力學(xué)模型展開(kāi)模擬計(jì)算，借助熱力學(xué)計(jì)算方法提高計(jì)算準(zhǔn)確程度。精制工藝處理醋酸以及醋酸乙烯，使用分相器和精餾塔進(jìn)行工藝，利用Aspen Plus內(nèi)置模塊展開(kāi)計(jì)算，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。

2 醋酸乙烯精制工藝的流程優(yōu)化

2.1 粗分塔回流比

分離醋酸以及醋酸乙烯時(shí)，使用粗分塔進(jìn)行分離，回流比會(huì)直接影響到塔頂塔底的產(chǎn)品，回流比對(duì)于再沸器負(fù)荷也會(huì)產(chǎn)生直接影響，回流比增加會(huì)增加冷凝器以及再沸器的熱負(fù)荷。保證粗分塔進(jìn)料和板數(shù)，讓質(zhì)量回流比得到改善。分析回流比對(duì)醋酸乙烯及醋酸的影響，回流比不斷增加，醋酸乙烯以及醋酸也出現(xiàn)不斷增加，多是由于回流比增加塔內(nèi)物料循環(huán)，導(dǎo)致醋酸和醋酸乙烯出現(xiàn)分離。當(dāng)回流比超過(guò)1.2時(shí)，精餾效果受到的影響趨于穩(wěn)定，回流比繼續(xù)增加，冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷會(huì)出現(xiàn)明顯的增加，導(dǎo)致能耗增加。因此將回流比控制在1.2附近較為合理。

2.2 醋酸乙烯精餾塔塔頂

對(duì)醋酸乙烯內(nèi)乙醛的分離要使用醋酸乙烯精餾塔實(shí)現(xiàn)，塔頂餾出液中占比最大的成分就是醋酸乙烯，醋酸乙烯冷凝分流后，回流塔頂?shù)囊恍〔糠诌M(jìn)入聚合工段?；亓鞅却笮∮绊憘?cè)線產(chǎn)品純度。保證精餾塔模擬條件固定，分析回流比變化對(duì)于側(cè)線產(chǎn)品中乙醛和醋酸乙烯的含量。不斷增加回流比，側(cè)線產(chǎn)品中出現(xiàn)醋酸乙烯快速增加，但是乙醛出現(xiàn)逐漸減少?；亓鞅刃∮?.0時(shí)，兩者都存在明顯的變化。當(dāng)回流比逐漸超過(guò)4.0時(shí)，醋酸乙烯和乙醛變化逐漸減少?；亓鞅冗^(guò)于小，醋酸乙烯的含量過(guò)低，乙醛含量過(guò)高，回流比過(guò)大，兩者純度變化不明顯，反而造成能源浪費(fèi)。因此將回流比控制在4.0左右，可以使用較少能量達(dá)到較好的分離效果。

2.3 醋酸乙烯精餾塔側(cè)線

精餾塔側(cè)線氣相使用醋酸乙烯，側(cè)線采出位置會(huì)對(duì)分離效果造成一定影響。在其他條件固定的情況下，對(duì)側(cè)線采出位置進(jìn)行分析，分析醋酸乙烯和乙醛受到的影響。發(fā)現(xiàn)采出位置和塔釜距離越近，醋酸乙烯含量越高，乙醛含量越低，獲得更好的分離效果。當(dāng)采出塔板多于30時(shí)，采出位置對(duì)于純度影響較為薄弱。為保證采出產(chǎn)品的純度，需要控制能源消耗。采出位置和塔釜過(guò)近，反而會(huì)造成熱負(fù)荷增加，造成能源消耗[2]。將采出位置設(shè)定在30塊板可以獲得最佳效果。

側(cè)線采出量的設(shè)定也會(huì)影響分離效果以及熱負(fù)荷。保證進(jìn)料、回流比、板數(shù)以及采出位置條件的固定，分析側(cè)線采出量對(duì)于乙醛和醋酸乙烯含量的影響可知，當(dāng)采出量未超過(guò)57000kg/h時(shí)，采出量對(duì)側(cè)線分離效果造成的影響并不明顯，可以基本滿足分離要求。采出量超出57000kg/h時(shí)，側(cè)線產(chǎn)品內(nèi)醋酸乙烯含量出現(xiàn)明顯下降，而乙醛含量出現(xiàn)明顯的增加。隨著采出量增加，造成再沸器熱負(fù)荷明顯升高，若采出量過(guò)小，無(wú)法滿足產(chǎn)品產(chǎn)量要求。為了保證生產(chǎn)效益，還需要進(jìn)行綜合考慮，將采出量設(shè)定為57000kg/h。

2.4 醋酸精餾塔進(jìn)料量

分離丁烯醛和醋酸時(shí)要使用水作為共沸劑，通過(guò)改變工藝進(jìn)料量，對(duì)側(cè)線采出醋酸和丁烯醛含量受到的影響展開(kāi)分析。進(jìn)料量不斷增加的同時(shí)，醋酸采出含量出現(xiàn)明顯的增加，丁烯醛含量出現(xiàn)逐漸減少。進(jìn)料量達(dá)到5500kg/h時(shí)，醋酸含量出現(xiàn)明顯下降，丁烯醛含量出現(xiàn)明顯上升，達(dá)到平衡狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)料量達(dá)到5500kg/h時(shí)可以獲得最好的分離效果。如果進(jìn)料量過(guò)小，會(huì)造成丁烯醛和水難以形成共沸物，丁烯醛無(wú)法全部從塔頂蒸餾，會(huì)保留一部分在側(cè)線產(chǎn)品中。如果進(jìn)料量過(guò)大，反而會(huì)造成水過(guò)量，部分水和丁烯醛未得到分離，造成丁烯醛含量過(guò)高，而醋酸含量過(guò)低。因此，需要將進(jìn)料量設(shè)定在5500kg/h，以較低能耗獲得較高產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的優(yōu)化。

3 結(jié)論

綜上所述，粗分塔需要將回流比控制在1.2左右，塔頂回流比要控制在4.0附近，采出位置選擇第30塊塔板，設(shè)定側(cè)線的采出量為57000kg/h，共沸劑量設(shè)定為5500kg/h。經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化后，醋酸乙烯含量可以達(dá)到99.9%，且該工藝熱負(fù)荷有效減少了8.4%。通過(guò)精制工藝的模擬優(yōu)化，提高醋酸乙烯的生產(chǎn)效率，以較低的能耗獲得更高的產(chǎn)量，達(dá)到生產(chǎn)效益最大化的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]李德飛.甲醇-醋酸乙烯變壓精餾工藝的研究與模擬[J].中外能源，2018，23（08）：76-85.

[2]羅靜.醋酸乙烯精餾裝置的工藝流程模擬與優(yōu)化[D].北京：華東理工大學(xué)，2018.