酯交換法聯(lián)產(chǎn)丙二醇工藝優(yōu)化的研究

摘 要：研究了酯交換法聯(lián)產(chǎn)丙二醇精餾單元工藝優(yōu)化的問(wèn)題。首先介紹了目前酯交換法聯(lián)產(chǎn)丙二醇的原理和工藝流程，針對(duì)現(xiàn)實(shí)丙二醇精餾過(guò)程中容易堵塞的問(wèn)題，從調(diào)整丙二醇精餾提純及碳化生產(chǎn)裝置的工藝參數(shù)、優(yōu)化現(xiàn)有工藝流程入手，最終使得丙二醇精餾工藝的穩(wěn)定性和連續(xù)性得到了提升，從而提高丙二醇生產(chǎn)效率。

關(guān) 鍵 詞：酯交換；丙二醇；工藝優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ201文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1004-0935（2024）09-1477-04

1，2-丙二醇，結(jié)構(gòu)式為CHCHOHCHOH，又名1，2-二羥基丙烷，英文名為：1，2-Propylene Glycol，簡(jiǎn)稱(chēng)PG。其物理性質(zhì)為無(wú)色略帶黏稠性液體，能與水、丙醇、氯仿等互溶，具有良好的吸濕性。由于其毒性小，有潤(rùn)濕性并具有優(yōu)良的溶解性能，因此被廣泛用作食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)的吸濕劑、防凍劑、潤(rùn)滑劑和溶劑。同時(shí)，1，2-丙二醇也是合成不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、增塑劑和表面活性劑的重要原料。2020年全球1，2-丙二醇市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了281億元，預(yù)計(jì)2026年將達(dá)到363億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為3.7%。

1 丙二醇生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀

酯交換法（又稱(chēng)為酯基轉(zhuǎn)移法）生產(chǎn)碳酸二甲酯，同時(shí)副產(chǎn)1，2-丙二醇。此生產(chǎn)工藝由兩步組成：第一步在催化劑作用下，由二氧化碳（CO）和環(huán)氧丙烷（PO）加成反應(yīng)生成碳酸丙烯酯（PC）；第二步由以甲醇（M）和碳酸丙烯酯（PC）進(jìn)行酯交換生成碳酸二甲酯（DMC）和丙二醇（PG）。化學(xué)反應(yīng)式如下：

CHO+CO→CHO （1）

CHO+2CHOH→CHO+CHO（2）

此種生產(chǎn)工藝具有產(chǎn)品收率高、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)勢(shì)。反應(yīng)催化劑多為堿金屬醇鹽。

此工藝首先由碳酸丙烯酯工段產(chǎn)品工業(yè)級(jí)碳酸丙烯酯與庫(kù)區(qū)甲醇在堿金屬醇鹽的甲醇溶液催化作用下，在反應(yīng)精餾塔內(nèi)反應(yīng)生成碳酸二甲酯和1，2-丙二醇。其中，碳酸二甲酯和甲醇的共沸物由塔頂冷凝器冷凝后，一部分回流，剩余部分進(jìn)入加壓分離將甲醇和碳酸二甲酯分離。反應(yīng)精餾塔塔釜中組分為大量丙二醇、少量未反應(yīng)完全的碳酸丙烯酯和剩余未反應(yīng)的甲醇，經(jīng)泵輸送至丙二醇精制單元。以上為酯交換法聯(lián)產(chǎn)丙二醇的反應(yīng)精餾部分。而本文重點(diǎn)解決的是丙二醇精制過(guò)程中工藝方面的問(wèn)題。丙二醇精制主要為以下內(nèi)容：反應(yīng)精餾塔塔釜物料（大量丙二醇、少量未反應(yīng)完全的碳酸丙烯酯和剩余未反應(yīng)的甲醇）從再沸器底部進(jìn)入丙二醇脫輕塔臥式釜，其塔頂物料返回至反應(yīng)精餾塔參與反應(yīng)，脫輕塔釜的物料進(jìn)入碳化塔。

由于丙二醇脫輕塔正常操作時(shí)需要補(bǔ)水，使未完全反應(yīng)的碳酸丙烯酯水解為丙二醇，但由反應(yīng)精餾塔釜轉(zhuǎn)移至丙二醇脫輕塔釜的催化劑堿金屬醇鹽（CHONa）遇水會(huì)生成NaOH、NaHCO和NaCO（合稱(chēng)為堿渣）。

CHONa+HO=CHOH+NaOH（3）

（NaOH也會(huì)包裹再沸器等）

2NaOH+CO=NaCO+HO（少量）（4）

NaCO+CO+HO=2NaHCO（少量）（5）

丙二醇精制塔臥式釜催化劑渣液經(jīng)碳化（向碳化塔內(nèi)通入水和二氧化碳進(jìn)行碳化反應(yīng)）、金屬膜過(guò)濾裝置過(guò)濾后，濾液為丙二醇溶液回到二次過(guò)濾中間罐，然后進(jìn)入丙二醇精制塔臥式釜。PG精制單元工藝流程圖如圖1所示。

目前，丙二醇（PG）精制單元的常見(jiàn)堵塞問(wèn)題主要包括：丙二醇脫輕塔塔釜再沸器包裹及塔釜出料管道堵塞、丙二醇精制塔臥式釜釜芯包裹及釜出料管道堵塞、碳化塔罐底及管道堵塞（碳化流程圖如圖2所示）、二次過(guò)濾中間罐罐體及管道堵塞（二次過(guò)濾中間罐流程圖如圖3所示）。

2 結(jié)果與討論

2.1 丙二醇脫輕塔塔釜循環(huán)工藝流程優(yōu)化

由于丙二醇脫輕塔塔釜存在的再沸器包裹及塔釜出料管道堵塞等問(wèn)題，故對(duì)其進(jìn)行了以下優(yōu)化（丙二醇脫輕塔管道改造后流程圖如圖4）。

a.塔釜出料泵進(jìn)口：由原來(lái)的塔釜再沸器底部改為塔釜再沸器液相口。

b.改變塔釜循環(huán)方式：將塔釜再沸器底部連接至塔釜出料泵出口。

未優(yōu)化前出現(xiàn)塔釜過(guò)料管道堵塞情況時(shí)，會(huì)關(guān)閉釜出往丙二醇精制塔臥式釜管道上的氣動(dòng)閥，同時(shí)關(guān)閉1臺(tái)塔釜出料泵，通過(guò)另1臺(tái)未關(guān)閉的出料泵實(shí)現(xiàn)塔釜循環(huán)，將富集在管道內(nèi)的堿渣沖開(kāi)，以此緩解堵塞情況。

優(yōu)化后，塔釜含堿渣的物料從液相口，通過(guò)塔釜出料泵，一部分出至丙二醇精制塔臥式釜，另一部分進(jìn)入丙二醇脫輕塔再沸器。首先，帶堿渣物料沒(méi)有直接全部出往再沸器，使得丙二醇脫輕塔塔釜再沸器被堿渣包裹的情況得以緩解；其次，塔釜含堿渣的物料從液相口經(jīng)過(guò)出料泵回到再沸器，形成了一個(gè)閉合的塔釜循環(huán)，且此循環(huán)不間斷，最大程度地避免了堿渣在管道內(nèi)富集、沉聚，減少了管道堵塞情況的發(fā)生。

優(yōu)化后，丙二醇脫輕塔塔釜存在的再沸器包裹及塔釜出料管道堵塞等現(xiàn)象有了明顯改善，其疏水壓力顯著下降。優(yōu)化前后疏水壓力對(duì)比見(jiàn)圖5。

2.2 丙二醇精制塔工藝參數(shù)調(diào)整

當(dāng)丙二醇精制塔臥式釜釜芯包裹及釜出料管道堵塞時(shí)，工藝參數(shù)會(huì)有以下幾點(diǎn)改變：首先，丙二醇精制塔臥式釜疏水壓力由正常值升高至上限以上；其次，丙二醇精制塔臥式釜物料堿度不斷升高。

由此，對(duì)丙二醇精制塔工藝參數(shù)進(jìn)行了如下調(diào)整：

1）丙二醇精制塔臥式釜疏水壓力達(dá)到上限時(shí)，立即安排洗釜。

2）丙二醇精制塔臥式釜物料堿度達(dá)到上限時(shí)，增加臥式釜出渣量。

3）每輪檢修期間，對(duì)丙二醇精制塔臥式釜?dú)庀喙軆?nèi)的積渣進(jìn)行徹底清理。

2.3 碳化塔工藝流程優(yōu)化

針對(duì)碳化塔及其管道內(nèi)存在的堵塞現(xiàn)象進(jìn)行了工藝流程優(yōu)化（碳化塔工藝流程優(yōu)化后工藝圖如圖6）。由此，對(duì)丙二醇精制塔工藝參數(shù)進(jìn)行了如下調(diào)整：

1）改變CO進(jìn)料位置：由塔中側(cè)面改為塔底進(jìn)料。

2）改變循環(huán)方式：將塔釜循環(huán)至塔中改為塔中循環(huán)至塔釜。

3）改變出料位置：由塔釜改為塔中。

4）更換補(bǔ)水流量計(jì)：使用更精密的流量計(jì)。

優(yōu)化后：首先，雖然碳化塔中的攪拌裝置仍然無(wú)法貼底轉(zhuǎn)動(dòng)，但CO隨著循環(huán)物料從底部進(jìn)入碳化塔，機(jī)械性地增強(qiáng)了CO分布的均勻性。其次，增加塔釜循環(huán)，強(qiáng)制增加了塔釜物料的流動(dòng)性，盡可能避免了碳化塔底部堿渣堆積、堵塞循環(huán)管道、最終堵塞整個(gè)罐體、液位計(jì)失真等一系列惡性現(xiàn)象的發(fā)生。最后，通過(guò)使用更精密的流量計(jì)，減少補(bǔ)水量，以此避免部分水隨濾液返回系統(tǒng)，影響操作；另一方面，避免大量無(wú)機(jī)鹽溶解在水中，溫度降低時(shí)，在管道中析出，慢慢堵塞管道。

2.4 二次過(guò)濾工藝流程優(yōu)化

針對(duì)二次過(guò)濾中間罐及其管道內(nèi)存在的堵塞現(xiàn)象進(jìn)行了工藝流程優(yōu)化（二次過(guò)濾中間罐優(yōu)化后工藝圖如圖7所示）：

1）改變?yōu)V液的進(jìn)料位置：由罐體中下側(cè)面改為罐頂部進(jìn)料。

2）改變?yōu)V液的出料位置：由罐底部改為罐體中下部出料。

3）增加塔釜循環(huán)：增加1臺(tái)塔釜出料泵，同時(shí)從泵出口接一路管道至罐底部。

4）增設(shè)一路出料備用管道：在塔釜出料泵出口增設(shè)了一路通往丙二醇精制塔臥式釜的備用管道。

優(yōu)化前，濾液從二次過(guò)濾中間罐中下位置進(jìn)料，利用丙二醇精制塔臥式釜真空將物料從底部吸走。但由于長(zhǎng)時(shí)間操作，罐體及其管道被積聚的堿渣堵塞，利用真空也無(wú)法將物料轉(zhuǎn)移，且容易造成液位計(jì)失真等問(wèn)題。

優(yōu)化后，首先，含渣濾液改為罐頂部進(jìn)料后，進(jìn)料管道在氮?dú)獯祾吆鬅o(wú)物料殘留，從根本上杜絕了進(jìn)料管道堵塞的可能性；第二，增設(shè)塔釜循環(huán)后，一方面強(qiáng)制增加了罐體內(nèi)部物料的流動(dòng)性，盡可能避免了罐體底部堿渣堆積、堵塞循環(huán)管道、最終堵塞整個(gè)罐體等一系列惡性現(xiàn)象的發(fā)生；第三，由于原塔釜出往丙二醇精制塔臥式釜管道彎道較多、易堵塞，所以在塔釜出料泵出口增設(shè)了一條出料備用管道，確保了在有突發(fā)管道堵塞情況發(fā)生時(shí)仍然可以順利出料。

3 結(jié) 論

1）將丙二醇脫輕塔塔釜出料泵進(jìn)口從再沸器底部改為塔釜再沸器液相口，同時(shí)塔釜循環(huán)將塔釜再沸器底部連接至塔釜出料泵出口進(jìn)行了工藝優(yōu)化；優(yōu)化后塔釜存在的再沸器包裹及塔釜出料管道堵塞等現(xiàn)象有了明顯改善，其疏水壓力顯著下降。

2）確立了丙二醇精制塔操作的最佳工藝操作條件：其臥式釜疏水壓力達(dá)到操作上限時(shí)，立即安排洗釜；臥式釜物料堿度達(dá)到上限值時(shí)，增加臥式釜出渣量。同時(shí)在操作規(guī)程中明確每輪檢修期間，對(duì)丙二醇精制塔臥式釜?dú)庀喙軆?nèi)的積渣進(jìn)行徹底清理。

3）從碳化塔的CO進(jìn)料位置改為塔底進(jìn)料、循環(huán)方式改為塔中循環(huán)至塔釜、出料位置改為塔中出料、使用量程更精密的補(bǔ)水流量計(jì)這4個(gè)方面對(duì)碳化工藝進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后碳化塔及其管道內(nèi)存在的堵塞等現(xiàn)象有了明顯改善。

4）對(duì)二次過(guò)濾中間罐的濾液進(jìn)料位置改為罐頂部進(jìn)料、濾液出料位置改為罐體中下出料、以增加1臺(tái)塔釜出料泵從而增加塔釜循環(huán)量、增設(shè)了一路通往丙二醇精制塔臥式釜的備用管道這4個(gè)方面進(jìn)行了工藝優(yōu)化，優(yōu)化后二次過(guò)濾中間罐及其管道內(nèi)存在的堵塞等現(xiàn)象有了明顯改善。

通過(guò)對(duì)丙二醇（PG）精餾單元的工藝優(yōu)化，很大程度上緩解了堿渣堵塞管道、包裹再沸器等一系列嚴(yán)重阻礙生產(chǎn)穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行的問(wèn)題，一方面提升了系統(tǒng)操作的穩(wěn)定性，最大程度上杜絕了臨時(shí)暫停生產(chǎn)可能引發(fā)的安全環(huán)保問(wèn)題；另一方面也避免了堿渣開(kāi)路時(shí)會(huì)帶走大量丙二醇，在能耗和原料利用率上也會(huì)得到很大地改善，一定程度上大幅降低了生產(chǎn)成本。

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Study on Process Optimization of Co-production of

Propylene Glycolby Transesterification

TANGXian

（Tongling Jintai Chemical Co.，Ltd.，Tongling Anhui 244000，China）

Abstract：The process optimization of distillation unit for co-production of propylene glycol by transesterification was studied.Firstly， the principle and process flow of co-production of propylene glycol by transesterification wereintroduced. Aiming at the problem of easy blockage in the process of propylene glycol distillation， the stability and continuity of propylene glycol distillation process wereimproved by adjusting the process parameters of propylene glycol distillation purification and carbonization production device and optimizing the existing process flow， so as to improve the production efficiency of propylene glycol.

Key words：Ester exchange; Propylene glycol; Process optimization