影響丙烯酸丁酯收率因素的分析研究

邢艷梅，馮 亮，李 寧

（中國化工·正和集團股份有限公司，山東 東營 257342）

影響丙烯酸丁酯收率因素的分析研究

邢艷梅，馮 亮，李 寧

（中國化工·正和集團股份有限公司，山東 東營 257342）

在丙烯酸丁酯生產的過程中，精制過程是影響丙烯酸丁酯（AEB）收率的最主要的部分。影響精制系統的因素包括系統壓力、系統溫度、回流/進料、冷卻水、蒸汽等。通過分析得到，系統壓力和系統溫度是影響丙烯酸丁酯裝置精制系統收率的最主要因素，而其他因素又分別對精制系統有著不同程度的影響。若要提高 AEB收率，可以通過對這些影響因素進行調整；給出了精餾系統的最佳操作條件，達到提高丙烯酸丁酯收率的效果。

系統壓力； 丙烯酸丁酯（AEB）； 回流/進料

丙烯酸丁酯是通用型的丙烯酸酯中應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［1］。至2010年12月底，全球丙烯酸丁酯（AEB）的裝置產能為447.6萬t/a，較上年下降了3.7%。通用丙烯酸酯的產能顯著下降，是因為越來越多的酯化級丙烯酸用于生產高純丙烯酸，同時由于國外包括阿科瑪公司在內的多套丙烯酸及酯裝置發生一系列故障，產量下降，缺口增加，導致中國出口數量急劇上升，全球丙烯酸及酯產品價格隨之上漲，同時響應國際節能減排的號召，使行業對其重視程度不斷提高，故對其生產工藝的應用亦倍加關注[2]。

影響丙烯酸丁酯收率的因素主要集中在其精餾系統，本文以給定的精制系統設備和機泵等進行研究，并分析與總結。

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入精制塔后，經減壓蒸餾，AEB從塔頂蒸出進入第一冷凝器，用循環水冷凝，冷凝液進入塔頂受槽，未凝氣體進入尾氣放空冷凝器，用低溫水（5 ℃）進一步冷凝，冷凝液進入塔頂受槽，未凝氣體經真空泵抽送至蒸汽噴射泵JE-451，用循環水冷凝，冷凝液進廢水回收系統，不凝氣體進入廢氣焚燒系統。

圖1 丙烯酸丁酯裝置精餾系統工藝流程圖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的阻聚劑一起進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罐。精制塔底液從塔底排出，一部分由塔底循環泵打入塔底再沸器，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壓力、系統溫度、回流/進料、冷卻水、蒸汽，下面分別對這些因素進行分析研究，而這些因素又以系統壓力和系統溫度為最直接最重要因素。

2 影響因素分析

2.1系統壓力

系統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運行，進而影響精制系統的產品質量和產量。

精制塔為負壓操作塔，負壓操作的特點是降低了物料的沸點，減少了因高溫帶來物料聚合的發生，從而也使生產更易于進行。但系統壓力（真空）的過度波動將會改變塔中物料的分布，影響正常操作。系統壓力的波動又分為系統壓力過高和系統壓力過低兩種情況。

表1中的壓力為塔頂受液槽的壓力值。由表可知，壓力過高（2、3號）或過低（4、5號），都會分別使產品的色度和雜質超標，同樣也使塔頂AEB純度相對下降，餾分中AEB數量相對減少，造成產品不合格，收率下降。系統壓力過高，則氣相中重組份（雜質）減少，相應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。壓力過低，塔頂餾分的數量增加，輕組分濃度雖然不變化，卻使雜質增加，產品質量下降，收率降低。

表1 系統壓力對裝置的影響結果Table 1 Influence of pressure on the unit

以上各項，設定蒸汽、回流/進料和冷卻水不變，進行比較。通過表1可以看出系統壓力的穩定是精制系統的直接因素，所以控制好壓力，盡量減少壓力波動。這樣才能使丙烯酸丁酯的產量、質量穩定，收率才會提高。

2.2 系統溫度

塔內溫度低于正常值也會使塔壓降低，造成上升蒸汽量減少，致使塔底液位猛增，塔底含酯過高，產量下降，收率降低。當塔內溫度長時間偏高或飛溫，使進入塔頂的氣體增多，壓力升高，造成色度上升，純度下降，產品質量不合格。如溫度偏高（2、3號）或低溫（4、5號）時，產品主要組份比較。以上各項，設定蒸汽、回流/進料和冷卻水不變。

通過表 2，可以看出系統溫度是精制系統的直接因素，所以控制好溫度，盡量減少溫度波動。這樣才能使丙烯酸丁酯的產量、質量穩定，收率才會提高。

表2 溫度對裝置的影響Table 2 Influence of temperature on the unit

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

2.3 回流/進料

2.3.1 回流量

回流和進料對精制系統的影響效果是一樣的，主要是使系統溫度和系統壓力先行波動，間接影響產品，進而影響AEB的收率，所以本文僅以回流為例(表3)。

當回流量大于正常操作值4.5 t/h時，上升的輕組分減少，造成塔頂壓力降低，塔底液位劇增，塔底含酯過高，產量下降，收率降低。回流量小或瞬時中斷，容易使大量氣體進入塔頂，造成壓力上升，使產品質量不合格，表現在水份、雜質增多、色度增加，純度下降。

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

以上各項，設定蒸汽和冷卻水不變。表3中2、3號是回流量過低的情況，4、5號是回流量過高的情況。通過表3，可以看出回流/進料是精制系統的間接因素，所以控制好回流/進料，盡量減少回流/進料波動，也可以使系統壓力和系統溫度穩定，進而使丙烯酸丁酯的產量、質量穩定，收率才會提高。

2.3.2 回流液溫度

回流液溫度也影響產品，主要它會使系統溫度和系統壓力先行波動，間接影響產品。回流液溫度過低，造成上升蒸汽量減少，會使系統溫度和系統壓力降低，塔底液位劇增，塔底含酯過高，產品品質和產量下降，收率降低。回流液溫度過高，使塔頂氣相冷凝不好，塔內物質（汽液相物料）傳熱效果降低，大量氣體進入塔頂造成壓力上升，使產品質量不合格。

回流液溫度過高（2、3號）時，塔頂溫度較高，是大量氣體進入塔頂造成壓力上升所致，使產品質量不合格，回流液溫度過低（4、5號）時，則反之（表4）。

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

小結：通過表 4，可以看出回流液溫度對裝置的影響，是通過系統壓力和系統溫度影響精制系統，進而影響產品的品質和產量，來影響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。

通過表3和表4，證明了回流/進料的大小和溫度是通過系統壓力和系統溫度來影響精制系統，進而影響產品的品質和產量，最終影響AEB收率的間接因素。因此進一步證明了系統壓力和系統溫度是影響AEB精制系統收率的最直接因素，同時又互為影響，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的。本系統第一冷凝器用循環冷卻水，上升的大量氣體被冷凝下來，而尾氣冷凝器用5 ℃低溫水冷凝，進一步冷卻余下氣體，減少尾氣排放量，增加AEB收率。因此冷卻水是換熱系統的核心，它通過間接作用，影響系統壓力和系統溫度，最終影響到整個精制系統，是影響收率的重要間接因素之一。

2.4.1 冷卻水量

設定冷卻水溫度不變，可以分為兩種情況：一是冷卻水流量過大，對冷凝氣體沒有太大影響，因為換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；二是冷卻水流量過小，卻對冷凝氣體影響很大，將造成大量氣體未被完全冷凝，導致未凝氣體增多，使尾氣放空量增大，物料浪費，收率降低，同時造成系統壓力和系統溫度上升，所造成的影響與系統壓力升高一樣，不再進一步進行詳細描述。

2.4.2 冷卻水溫度

設定冷卻水量不變，可以分為冷卻水溫度過高和過低兩種情況。而影響冷卻水溫度的主要是季節影響。冷卻水溫度，對于連續性生產的化工裝置，在不同的季節，其冷卻裝置也會受到較大的影響。夏季冷卻水溫度偏高，冬季冷卻水溫度偏低，這就對換熱效果造成了不同的影響。設備故障也可能引起其溫度的波動，主要體現在夏季高溫階段。

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

由2.4.1和2.4.2的分析，可以看出冷卻水是一個間接因素，它是通過影響系統壓力和系統溫度來影響AEB收率的，因此更證明了系統壓力和系統溫度是AEB精制系統的直接因素。

2.5 蒸汽

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

通過分析可知，蒸汽量的過大或過小，都會直接導致系統溫度和系統壓力的波動，進而間接影響精制系統的收率。

3 結 論

通過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裝置的精制系統收率情況，并得到如下結果：

（1）影響丙烯酸丁酯收率的主要因素以系統壓力和系統溫度為直接因素。根據長期生產操作和分析，精餾系統最佳操作條件系統為壓力正常為(12±2)mmHg，系統溫度(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。通過這些，以減少對裝置的負面影響，進而提高AEB的收率。

（2）為了提高AEB的收率，應將各因素盡量調整到最佳狀態，可以取的較大收益，降低能耗，可使操作平穩，并且保證了裝置平穩運行，最終實現裝置安全、長期、有效、平穩的運行。

［1］ 陶子斌.丙烯酸生產與應用技術[M]. 北京：化學工業出版社，2006.

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

［3］ 正和集團股份有限公司丙烯酸及酯裝置崗位操作規程[R]. 山東東營：正和集團，2007．

Analytical Research of Influence Factors for Butyl Acrylate Yield

XING Yan-mei，FENG 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年畢業于連云港職業技術學院醫藥化工專業，研究方向精細石油化工，從事精細石油化工技術工作。