酯交換法聯產丙二醇工藝優化的研究

摘 要：研究了酯交換法聯產丙二醇精餾單元工藝優化的問題。首先介紹了目前酯交換法聯產丙二醇的原理和工藝流程，針對現實丙二醇精餾過程中容易堵塞的問題，從調整丙二醇精餾提純及碳化生產裝置的工藝參數、優化現有工藝流程入手，最終使得丙二醇精餾工藝的穩定性和連續性得到了提升，從而提高丙二醇生產效率。

關 鍵 詞：酯交換；丙二醇；工藝優化

中圖分類號：TQ201文獻標志碼： A 文章編號： 1004-0935（2024）09-1477-04

1，2-丙二醇，結構式為CHCHOHCHOH，又名1，2-二羥基丙烷，英文名為：1，2-Propylene Glycol，簡稱PG。其物理性質為無色略帶黏稠性液體，能與水、丙醇、氯仿等互溶，具有良好的吸濕性。由于其毒性小，有潤濕性并具有優良的溶解性能，因此被廣泛用作食品、醫藥、化妝品等行業的吸濕劑、防凍劑、潤滑劑和溶劑。同時，1，2-丙二醇也是合成不飽和聚酯、環氧樹脂、聚氨酯樹脂、增塑劑和表面活性劑的重要原料。2020年全球1，2-丙二醇市場規模達到了281億元，預計2026年將達到363億元，年復合增長率（CAGR）為3.7%。

1 丙二醇生產工藝現狀

酯交換法（又稱為酯基轉移法）生產碳酸二甲酯，同時副產1，2-丙二醇。此生產工藝由兩步組成：第一步在催化劑作用下，由二氧化碳（CO）和環氧丙烷（PO）加成反應生成碳酸丙烯酯（PC）；第二步由以甲醇（M）和碳酸丙烯酯（PC）進行酯交換生成碳酸二甲酯（DMC）和丙二醇（PG）?；瘜W反應式如下：

CHO+CO→CHO （1）

CHO+2CHOH→CHO+CHO（2）

此種生產工藝具有產品收率高、反應條件溫和等優勢。反應催化劑多為堿金屬醇鹽。

此工藝首先由碳酸丙烯酯工段產品工業級碳酸丙烯酯與庫區甲醇在堿金屬醇鹽的甲醇溶液催化作用下，在反應精餾塔內反應生成碳酸二甲酯和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，剩余部分進入加壓分離將甲醇和碳酸二甲酯分離。反應精餾塔塔釜中組分為大量丙二醇、少量未反應完全的碳酸丙烯酯和剩余未反應的甲醇，經泵輸送至丙二醇精制單元。以上為酯交換法聯產丙二醇的反應精餾部分。而本文重點解決的是丙二醇精制過程中工藝方面的問題。丙二醇精制主要為以下內容：反應精餾塔塔釜物料（大量丙二醇、少量未反應完全的碳酸丙烯酯和剩余未反應的甲醇）從再沸器底部進入丙二醇脫輕塔臥式釜，其塔頂物料返回至反應精餾塔參與反應，脫輕塔釜的物料進入碳化塔。

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

CHONa+HO=CHOH+NaOH（3）

（NaOH也會包裹再沸器等）

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碳化（向碳化塔內通入水和二氧化碳進行碳化反應）、金屬膜過濾裝置過濾后，濾液為丙二醇溶液回到二次過濾中間罐，然后進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）精制單元的常見堵塞問題主要包括：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）、二次過濾中間罐罐體及管道堵塞（二次過濾中間罐流程圖如圖3所示）。

2 結果與討論

2.1 丙二醇脫輕塔塔釜循環工藝流程優化

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題，故對其進行了以下優化（丙二醇脫輕塔管道改造后流程圖如圖4）。

a.塔釜出料泵進口：由原來的塔釜再沸器底部改為塔釜再沸器液相口。

b.改變塔釜循環方式：將塔釜再沸器底部連接至塔釜出料泵出口。

未優化前出現塔釜過料管道堵塞情況時，會關閉釜出往丙二醇精制塔臥式釜管道上的氣動閥，同時關閉1臺塔釜出料泵，通過另1臺未關閉的出料泵實現塔釜循環，將富集在管道內的堿渣沖開，以此緩解堵塞情況。

優化后，塔釜含堿渣的物料從液相口，通過塔釜出料泵，一部分出至丙二醇精制塔臥式釜，另一部分進入丙二醇脫輕塔再沸器。首先，帶堿渣物料沒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過出料泵回到再沸器，形成了一個閉合的塔釜循環，且此循環不間斷，最大程度地避免了堿渣在管道內富集、沉聚，減少了管道堵塞情況的發生。

優化后，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象有了明顯改善，其疏水壓力顯著下降。優化前后疏水壓力對比見圖5。

2.2 丙二醇精制塔工藝參數調整

當丙二醇精制塔臥式釜釜芯包裹及釜出料管道堵塞時，工藝參數會有以下幾點改變：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，對丙二醇精制塔工藝參數進行了如下調整：

1）丙二醇精制塔臥式釜疏水壓力達到上限時，立即安排洗釜。

2）丙二醇精制塔臥式釜物料堿度達到上限時，增加臥式釜出渣量。

3）每輪檢修期間，對丙二醇精制塔臥式釜氣相管內的積渣進行徹底清理。

2.3 碳化塔工藝流程優化

針對碳化塔及其管道內存在的堵塞現象進行了工藝流程優化（碳化塔工藝流程優化后工藝圖如圖6）。由此，對丙二醇精制塔工藝參數進行了如下調整：

1）改變CO進料位置：由塔中側面改為塔底進料。

2）改變循環方式：將塔釜循環至塔中改為塔中循環至塔釜。

3）改變出料位置：由塔釜改為塔中。

4）更換補水流量計：使用更精密的流量計。

優化后：首先，雖然碳化塔中的攪拌裝置仍然無法貼底轉動，但CO隨著循環物料從底部進入碳化塔，機械性地增強了CO分布的均勻性。其次，增加塔釜循環，強制增加了塔釜物料的流動性，盡可能避免了碳化塔底部堿渣堆積、堵塞循環管道、最終堵塞整個罐體、液位計失真等一系列惡性現象的發生。最后，通過使用更精密的流量計，減少補水量，以此避免部分水隨濾液返回系統，影響操作；另一方面，避免大量無機鹽溶解在水中，溫度降低時，在管道中析出，慢慢堵塞管道。

2.4 二次過濾工藝流程優化

針對二次過濾中間罐及其管道內存在的堵塞現象進行了工藝流程優化（二次過濾中間罐優化后工藝圖如圖7所示）：

1）改變濾液的進料位置：由罐體中下側面改為罐頂部進料。

2）改變濾液的出料位置：由罐底部改為罐體中下部出料。

3）增加塔釜循環：增加1臺塔釜出料泵，同時從泵出口接一路管道至罐底部。

4）增設一路出料備用管道：在塔釜出料泵出口增設了一路通往丙二醇精制塔臥式釜的備用管道。

優化前，濾液從二次過濾中間罐中下位置進料，利用丙二醇精制塔臥式釜真空將物料從底部吸走。但由于長時間操作，罐體及其管道被積聚的堿渣堵塞，利用真空也無法將物料轉移，且容易造成液位計失真等問題。

優化后，首先，含渣濾液改為罐頂部進料后，進料管道在氮氣吹掃后無物料殘留，從根本上杜絕了進料管道堵塞的可能性；第二，增設塔釜循環后，一方面強制增加了罐體內部物料的流動性，盡可能避免了罐體底部堿渣堆積、堵塞循環管道、最終堵塞整個罐體等一系列惡性現象的發生；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了一條出料備用管道，確保了在有突發管道堵塞情況發生時仍然可以順利出料。

3 結 論

1）將丙二醇脫輕塔塔釜出料泵進口從再沸器底部改為塔釜再沸器液相口，同時塔釜循環將塔釜再沸器底部連接至塔釜出料泵出口進行了工藝優化；優化后塔釜存在的再沸器包裹及塔釜出料管道堵塞等現象有了明顯改善，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到操作上限時，立即安排洗釜；臥式釜物料堿度達到上限值時，增加臥式釜出渣量。同時在操作規程中明確每輪檢修期間，對丙二醇精制塔臥式釜氣相管內的積渣進行徹底清理。

3）從碳化塔的CO進料位置改為塔底進料、循環方式改為塔中循環至塔釜、出料位置改為塔中出料、使用量程更精密的補水流量計這4個方面對碳化工藝進行了優化，優化后碳化塔及其管道內存在的堵塞等現象有了明顯改善。

4）對二次過濾中間罐的濾液進料位置改為罐頂部進料、濾液出料位置改為罐體中下出料、以增加1臺塔釜出料泵從而增加塔釜循環量、增設了一路通往丙二醇精制塔臥式釜的備用管道這4個方面進行了工藝優化，優化后二次過濾中間罐及其管道內存在的堵塞等現象有了明顯改善。

通過對丙二醇（PG）精餾單元的工藝優化，很大程度上緩解了堿渣堵塞管道、包裹再沸器等一系列嚴重阻礙生產穩定連續運行的問題，一方面提升了系統操作的穩定性，最大程度上杜絕了臨時暫停生產可能引發的安全環保問題；另一方面也避免了堿渣開路時會帶走大量丙二醇，在能耗和原料利用率上也會得到很大地改善，一定程度上大幅降低了生產成本。

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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