聚乙烯醇生產(chǎn)過程中的提產(chǎn)節(jié)能措施

文/查從元（安徽皖維高新材料股份有限公司）

一、聚乙烯醇的生成過程

聚乙烯醇（PVA）是一種無污染、易降解的重要有機(jī)化工原料，其性質(zhì)受醇解度、聚合度和化學(xué)結(jié)構(gòu)等影響，廣泛應(yīng)用于電子、液晶顯示、汽車制造、醫(yī)藥等領(lǐng)域。根據(jù)原料來源的不同，聚乙烯醇的生成又可分為電石乙炔法、天然氣乙炔法、石油乙烯法和生物質(zhì)乙烯法，但四條路線后續(xù)聚合、回收、醇解和包裝等工序相似。具體如下：以乙炔或乙烯為原料得到的醋酸乙烯（VAC）為聚合單體，甲醇為溶劑和鏈轉(zhuǎn)移劑，偶氮或過氧化物為引發(fā)劑進(jìn)行部分溶液聚合，而后通過脫除單體得到聚醋酸乙烯甲醇溶液送入醇解工序，在堿的催化下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，經(jīng)過粉碎、壓榨和干燥得到PVA 成品，經(jīng)風(fēng)送至包裝工序。聚合和醇解工序產(chǎn)生的廢液，通過回收工序中的VAC 系統(tǒng)、甲醇系統(tǒng)、精甲酯系統(tǒng)和乙醛系統(tǒng)處理后，得到精VAC 和精甲醇回用，而高純度的精甲酯和精乙醛用于外售。整個(gè)制備流程如圖1 所示。該流程反應(yīng)器、塔器數(shù)量多，造成聚乙烯醇行業(yè)能耗較高，影響著企業(yè)的發(fā)展。本文結(jié)合企業(yè)的實(shí)際，總結(jié)了聚乙烯醇生成過程中增產(chǎn)節(jié)能的方法，為行業(yè)發(fā)展提供了借鑒。

圖1 聚乙烯醇制取示意圖

二、提高PVA 醇解生產(chǎn)線的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量

聚乙烯醇的醇解度一般有78%、88%、98%三種，部分醇解的醇解度通常為87%～89%，完全醇解的醇解度為98%～100%。PVA 醇解主流工藝為低堿皮帶醇解工藝，采用的靜態(tài)混合器均混聚醋酸乙烯和堿甲醇溶液，而后在皮帶上進(jìn)行酯交換反應(yīng)得到PVA 塊狀物，經(jīng)過第一粉碎機(jī)和第二粉碎機(jī)粉碎成顆粒狀后，由擠壓機(jī)壓榨后進(jìn)入干燥機(jī)干燥后得到成品PVA。受限于聚乙烯醇樹脂濃度和顆粒度大小等影響，醇解生產(chǎn)線的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量有進(jìn)一步提高的空間。

1.提高完全醇解PVA 的產(chǎn)量

（1）提高樹脂濃度和合格率。優(yōu)化甲醇配比、引發(fā)劑添加率、反應(yīng)時(shí)間及脫單塔吹入甲醇量等工藝參數(shù)，嚴(yán)格落實(shí)工藝對(duì)標(biāo)運(yùn)行，將樹脂濃度由30%±1%逐步上調(diào)至35%±1%，保證合格率在92%以上。

（2）改造第二粉碎劑篩網(wǎng)，保證長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。通過理論計(jì)算，設(shè)計(jì)加工出最佳開孔率的篩網(wǎng)并進(jìn)行使用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，篩網(wǎng)改造后，第二粉碎機(jī)下料通暢，不再出現(xiàn)架橋現(xiàn)象，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)率在98%以上。

改造后，完全醇解PVA（如1799）產(chǎn)量日均最高增加4 噸，由29 噸/天提高至33 噸/天，減少了回收母液處理量，從而節(jié)省了蒸汽等公用工程消耗，大大降低了PVA 的生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著增加。

2.提高部分醇解PVA 的產(chǎn)量

低醇解度PVA 由于醇解反應(yīng)不完全，在干燥過程中會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)析出廢液，導(dǎo)致干燥機(jī)的干燥難度大、效果差，造成低醇解度PVA 的生產(chǎn)周期在15 天左右，而以下技術(shù)改造達(dá)到了提高產(chǎn)量和延長(zhǎng)生產(chǎn)周期的目的。

（1）通過提高聚醋酸乙烯的甲醇溶液的質(zhì)量濃度、優(yōu)化醇解工藝參數(shù)，提高了醇解反應(yīng)的完全程度。

（2）通過螺桿擠壓機(jī)對(duì)粉碎后物料進(jìn)行脫液的同時(shí)，加入清液，以起到清洗濾網(wǎng)防止堵塞的作用。所選清液優(yōu)先采用通過干燥機(jī)對(duì)脫液后物料進(jìn)行干燥時(shí)（即干燥單元）所產(chǎn)生的蒸汽冷凝后的冷凝液，以使物料得到充分的循環(huán)利用。

改造后，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量由18 噸/（臺(tái)·天）增加至22 噸/（臺(tái)·天），生產(chǎn)周期由15 天左右延長(zhǎng)至約45天，其中PVA-1792 生產(chǎn)周期延長(zhǎng)至45 天，PVA-1788生產(chǎn)周期延長(zhǎng)至40 天，有效避免了濾網(wǎng)的堵塞，減少了螺桿擠壓機(jī)及干燥機(jī)的清掃周期，提高了產(chǎn)量和開工率，降低了生產(chǎn)成本，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。

3.提高精制醋酸甲酯的產(chǎn)量

（1）回收精醋酸甲酯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)能為150 噸/天，消耗蒸汽為12 噸/小時(shí)，不能滿足現(xiàn)分廠PVA 母液中的甲酯回收的需要且生產(chǎn)成本較高。分廠進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，一是調(diào)整加壓塔的回流比；二是調(diào)控加壓塔釜溫與中溫、釜溫與下下中溫的溫差，將其作為直接判斷甲酯質(zhì)量是否合格的依據(jù)。優(yōu)化后精甲酯日產(chǎn)200 噸以上，消耗蒸汽仍為12 噸/小時(shí)，噸精甲酯蒸汽消耗由1.93噸降至1.44 噸。

（2）回收乙醛塔釜料送原料工序儲(chǔ)槽，待儲(chǔ)槽液位上漲到一定高度時(shí)，回收精醋酸甲酯系統(tǒng)停車，將儲(chǔ)槽料搭加到回收第一精餾塔生產(chǎn)粗甲酯對(duì)外銷售，但因粗甲酯售價(jià)低，導(dǎo)致PVA 副產(chǎn)品收益低，造成PVA 成本上升；企業(yè)集思廣益，改變乙醛塔釜料送出方式，直接配管至第一精餾塔加料管線，變粗甲酯為精甲酯，產(chǎn)品質(zhì)量完全達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而增加了精甲酯產(chǎn)品的產(chǎn)量和附加值。

三、PVA 生成過程中的節(jié)能措施

回收工序主要的任務(wù)是將醇解母液中的甲醇、醋酸甲酯和醋酸鈉等提純回用或外售。該工序的精餾塔多，且操作溫度高低不一，是最重要的用能單元。熱耦合精餾技術(shù)是一種既節(jié)約冷卻水又充分利用熱量的技術(shù)，因此，利用熱耦合技術(shù)是回收工序降低PVA 生成能耗的重要措施。

（1）在醋酸甲酯系統(tǒng)中，精甲酯精制塔是正壓塔，塔頂蒸汽未經(jīng)冷凝冷卻器，而是依靠塔頂壓力進(jìn)入精甲酯濃縮塔再沸器，加熱精甲酯濃縮塔塔釜物料，與塔釜物料換熱后進(jìn)入回流罐。而精甲酯精制塔釜高熱液體進(jìn)入換熱器，與來自濃縮塔測(cè)采液換熱后進(jìn)一步冷卻后送往罐場(chǎng)待售，而加熱后的測(cè)采液進(jìn)入精制塔進(jìn)行分離，可節(jié)約蒸汽120 噸/天。

（2）在聚合三塔中，調(diào)整優(yōu)化工藝參數(shù)，使其頂部產(chǎn)生帶壓蒸汽，直接進(jìn)入回收第一精餾塔再沸器，加熱塔釜物料，換熱后進(jìn)入回流罐，可節(jié)約蒸汽216 噸/天。

（3）回收工序四塔再沸器蒸汽換熱后的高溫蒸汽冷凝水，進(jìn)入乙醛濃縮塔再沸器，用于塔釜物料加熱后送動(dòng)力分廠，可節(jié)省蒸汽12 噸/天。回收工序精甲酯精制塔再沸器蒸汽換熱后的高溫蒸汽冷凝水，作為醋酸乙烯精制塔再沸器熱源，與塔釜醋酸乙烯物料換熱后作為乙醛塔再沸器熱源，加熱塔物料后作為冷凝水使用，可節(jié)省蒸汽29 噸/天。

通過以上措施不僅節(jié)約了精餾塔熱量冷卻所需的循環(huán)水，而且節(jié)約了冷料加熱所需的蒸汽使用量，大大降低了PVA 生成過程中的蒸汽消耗。

四、結(jié)語

PVA 生成過程中，通過工藝優(yōu)化、技術(shù)改造和熱量耦合有效提高了裝置的產(chǎn)量并降低了蒸汽的消耗。其中：PVA 增產(chǎn)約4 噸/天，且延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期；節(jié)約蒸汽約400 噸/天，節(jié)能效果顯著，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。