回收萘法苯酐生產廢水中的富馬酸

吳 飛，張 秋，周 銳

（銅陵化工集團 有機化工有限責任公司，安徽 銅陵 244003）

綜合利用

回收萘法苯酐生產廢水中的富馬酸

吳 飛，張 秋，周 銳

（銅陵化工集團 有機化工有限責任公司，安徽 銅陵 244003）

采用催化異構化、堿溶、脫色、酸析、過濾等工藝處理萘法苯酐生產廢水，回收其中的富馬酸。考察了堿的品種、堿溶pH、活性炭加入量、酸析pH等對富馬酸產品外觀質量和收率的影響。實驗得到最佳工藝條件：采用氫氧化鈉作為堿溶用堿，堿溶pH 為6，活性炭加入量為0.5%(w)，酸析pH為 2。在此最佳工藝條件下制備的富馬酸產品外觀為白色，純度達到99.1%，產品收率為72.8%。按30 kt/a苯酐生產裝置計，每年可回收富馬酸660 t，年利潤429萬元。

苯酐；富馬酸；堿溶；脫色；酸析

苯酐生產工藝路線按原料不同可分為鄰二甲苯氧化法、萘法及萘、鄰二甲苯混合氧化法［1-3］。在苯酐工業化生產過程中會產生大量廢水，這些廢水富含馬來酸，可經催化異構化生產富馬酸［4-5］。富馬酸廣泛用于生產不飽和聚酯樹脂、聚天冬氨酸、農藥、酸味劑及氨基酸等［6-7］。

傳統的苯酐生產廢水中富馬酸回收工藝包括活性炭脫色、催化異構化、離心過濾等工序。用傳統工藝處理鄰二甲苯氧化法制苯酐生產廢水能回收得到純度高、外觀為白色的富馬酸產品；而處理萘法或萘、鄰二甲苯混合氧化法制苯酐生產廢水時只能得到純度較低、外觀為紫紅色的富馬酸，嚴重影響其下游產品的質量。這是因為廢水中富含焦油、茚、硫茚、酚類、醌類等有色物質，活性炭脫色很難將它們去除［8-9］，導致所含雜質成分復雜，所得工業萘的純度只有95.5%。

本工作采用堿溶酸析新工藝，經催化異構化、堿溶、脫色、酸析、過濾等工序處理萘法苯酐生產廢水，回收其中的富馬酸，并考察了堿的品種、堿溶pH、活性炭加入量、酸析pH等對富馬酸外觀質量和收率的影響。

1 實驗部分

1.1 廢水水質

廢水取自銅陵化工集團有機化工公司萘法苯酐生產尾氣吸收塔，其中w（富馬酸）為20%，pH約為1。

1.2 試劑和儀器

活性炭、硫脲：工業級；碳酸鈉、氫氧化鈉、氨水、硫酸：分析純。

HH-2型數顯恒溫水浴鍋：金壇市杰瑞爾電器有限公司；YK120型攪拌器：上海翼悾機電有限公司；LC-2010HT型高效液相色譜儀：日本島津公司；PHS-2C型pH計：上海精密儀器儀表有限公司。

1.3 實驗方法

取200 g廢水，加入裝有攪拌器、回流冷凝管、溫度計的500 mL三頸燒瓶中，升溫至一定溫度，加入硫脲作為異構化催化劑，攪拌下加熱至約85 ℃，維持60 min，進行異構化反應。反應結束后加入一定量的堿調節pH（即堿溶），過濾，向濾液中加入一定量的活性炭脫色，得到淡黃色濾液，再加入硫酸，在一定pH條件下進行酸析，然后冷卻，過濾，得到白色晶體，干燥，得到富馬酸產品。

1.4 分析方法

采用氫氧化鈉標準溶液滴定法測定廢水中富馬酸的含量［10］；采用pH計測定pH；采用高效液相色譜儀測定富馬酸的純度， Lichrospher-C18型色譜柱（φ4.65 mm×150 mm×5 μm），進樣量5 μL，吸收波長254 nm，流動相甲醇與水的體積比為65∶35，流量0.85 mL/min。以廢水中富馬酸的質量分數為基準計算富馬酸收率。

2 結果與討論

2.1 堿的品種對富馬酸產品外觀和收率的影響

在堿溶pH為6、活性炭加入量（w，下同）為1.0%、酸析pH為3的條件下，堿的品種對富馬酸產品外觀和收率的影響見表1。

由表1可見：碳酸鈉和氫氧化鈉的脫色效果較好，富馬酸產品均為白色；氨水的脫色效果較差，富馬酸產品為淡紅色，因為氨水的堿性較弱，較難與部分有色雜質反應，故脫色效果差；3種堿對富馬酸產品的收率影響不大，均在71%左右。考慮到碳酸鈉在使用過程中會產生大量的氣體，不利于工業生產，因此本實驗選擇氫氧化鈉作為堿溶用堿。

表1 堿的品種對富馬酸產品外觀和收率的影響

2.2 堿溶pH對富馬酸產品外觀和收率的影響

在氫氧化鈉作為堿溶用堿、活性炭加入量為1.0%、酸析pH為3的條件下，堿溶pH對富馬酸產品外觀和收率的影響見表2。

表2 堿溶pH對富馬酸產品外觀和收率的影響

由表2可見：隨著堿溶pH的升高，富馬酸產品的外觀逐漸由紫紅色變為淡紅色再變為白色，收率也緩慢升高；當堿溶pH較低時，富馬酸不能完全形成鈉鹽溶解，過濾損失增加，故收率較低；隨著堿溶pH的升高，有利于富馬酸的溶解，有色雜質被分離得更徹底，富馬酸產品外觀逐步變成白色；當堿溶pH達到6時，富馬酸產品外觀為白色，產品收率最高（為72.5%）；當堿溶pH繼續升高達到7時，富馬酸產品外觀仍為白色但偏暗，產品收率也略有下降，這是因為，當堿溶pH由6向7轉變時，達到了富馬酸的等當點［11］，反應液顏色突變為藍黑色，可能是因為廢水中某種雜質的存在發生了顏色反應，影響了產品外觀。故本實驗堿溶pH為6較適宜。

2.3 活性炭加入量對富馬酸產品外觀和收率的影響

在氫氧化鈉作為堿溶用堿、堿溶pH為6、酸析pH為3的條件下，活性炭加入量對富馬酸產品外觀和收率的影響見表3。

表3 活性炭加入量對富馬酸產品外觀和收率的影響

由表3可見：當活性炭加入量為0.5%時，富馬酸產品的外觀為白色偏暗，但已能滿足市場要求；隨著活性炭加入量的增加，富馬酸產品外觀明顯改善，呈白色，但產品收率逐漸降低。綜合考慮，選擇活性炭加入量為0.5%較適宜。

2.4 酸析pH對富馬酸產品外觀和收率的影響

在氫氧化鈉作為堿溶用堿、堿溶pH為6、活性炭加入量為0.5%的條件下，酸析pH對富馬酸產品外觀和收率的影響見表4。

表4 酸析pH對富馬酸產品外觀和收率的影響

由表4可見：酸析pH的變化對富馬酸產品的外觀沒有明顯的影響；隨著酸析pH的降低，產品收率逐漸提高；當酸析pH達到2時，產品收率基本穩定，為72.8%，進一步降低pH收率升高不明顯。考慮到減少酸的用量，降低成本，本實驗酸析pH為2較適宜。

2.5 富馬酸產品的液相色譜分析結果

在氫氧化鈉為堿溶用堿、堿溶pH為 6、活性炭加入量為0.5%、酸析pH為 2的最佳實驗條件下，制備得到外觀為白色的富馬酸產品，富馬酸產品的液相色譜圖見圖1。由圖1可見：本實驗制備得到的富馬酸產品中雜質成分及含量均較少，富馬酸產品純度達到99.1%。

圖1 富馬酸產品的液相色譜圖

3 經濟效益分析

對萘法苯酐生產廢水進行富馬酸回收，不僅可以明顯降低廢水中COD的排放量，減輕環境污染，而且可以回收高價值的富馬酸，降低廢水處理成本，具有較好的環境、經濟和社會效益。

按照30 kt/a萘法苯酐生產裝置計算，每年可回收富馬酸660 t。以白色富馬酸市場價格8 500元/t計，生產成本2 000元/t，年利潤約429萬元。

4 結論

a）采用催化異構化、堿溶、脫色、酸析、過濾等工藝處理萘法苯酐生產廢水，可回收其中的富馬酸。最佳工藝條件：采用氫氧化鈉作為堿溶用堿，堿溶pH 為6，活性炭加入量為0.5%，酸析pH為 2。在此最佳工藝條件下制備的富馬酸產品外觀為白色，純度達到99.1%，產品收率為72.8%。

b）按照30 kt/a萘法苯酐生產裝置計算，每年可回收富馬酸660 t，年利潤約429萬元。具有較好的環境、經濟和社會效益。

［1］ 郝立勇，杜江山，齊永秀，等. 自生產苯酐廢水中提取富馬酸工藝技術［J］.山東化工，2003，32（1）：6 - 7.

［2］ 李明，李玉芳. 鄰苯二甲酸酐生產技術進展及國內市場分析［J］.乙醛醋酸化工，2012（9）：16 - 20.

［3］ 張斌，程海，劉寶勇.淺析苯酐生產工藝［J］. 甘肅科技，2013，29（20）：28 - 29.

［4］ 崔小明.苯酐生產技術進展及國內外市場分析［J］.當代石油化工，2013（5）：27 - 33.

［5］ 翟振國.苯酐酸水生產富馬酸新工藝［J］.精細石油化工進展，2000，11（1）：46 - 47.

［6］ 史好新，王忠義.反丁烯二酸的合成及其反應機理的研究［J］.安徽師范大學學報:自然科學版，1991（1）：44 - 47.

［7］ 李學坤，張坤，高振.富馬酸的合成與應用［J］.現代化工，2005，25（1）：81 - 84.

［8］ 左衛雄，陳默慶，劉雅妮，等.苯酐廢水中回收白色富馬酸的工藝：中國，103483180A［P］.2014 - 01 - 01.

［9］ 左衛雄，劉雅妮，趙忠強.從苯酐廢水中回收富馬酸的方法：中國，103553899A［P］.2014 - 02 - 05.

［10］ 國家飼料質量監督檢驗中心. NY/T920—2004 飼料級富馬酸［S］.北京：中國標準出版社，2004.

［11］ 張麗君，王翼卿，田育樂.離子交換—酸堿滴定法測定富馬酸及其鈉鹽混合物各組分的含量［J］.南京化工學院學報，1995，16（3）：40 - 44.

（編輯 祖國紅）

Recover of Fumaric Acid from Wastewater in Phthalic Anhydride Production by Naphthalene Method

Wu Fei, Zhang Qiu, Zhou Rui
（Organic Chemical Co. Ltd., Tongling Chemical Industry Group Corporation, Tongling Anhui 244003, China）

The wastewater in phthalic anhydride production by naphthalene method was treated to recover fumaric acid by the processes of catalytic isomerization，alkali dissolution，decolorization，acid precipitation，f ltration，and so on. The factors affecting the quality and yield of the product were studied. The optimum process conditions obtained through experiment are as follows: Using sodium hydroxide for alkali dissolution，pH 6 for alkali dissolution，activated carbon dosage 0.5%（w），pH 2 for acid-precipitation. Fumaric acid prepared under the optimum conditions is a white product with 99.1% of the purity and 72.8% of the yield. With a 30 kt/a phthalic anhydride production device，660 t of fumaric acid can be recovered with 4.29×106yuan of prof t per year.

phthalic anhydride；fumaric acid；alkali dissolution；decolorization；acid precipitation

X703.1

A

1006 - 1878（2015）02 - 0174 - 03

2014 - 10 - 08；

2014 - 11 - 28。

吳飛（1986—），男，安徽省安慶市人，碩士，工程師，電話 15105625950，電郵 wufei8611@163.com。