雙酚A生產(chǎn)技術(shù)的研究進(jìn)展

陳佳星

(河南平煤神馬聚碳材料有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467000)

引 言

作為一種重要的工業(yè)生產(chǎn)材料，雙酚A的生產(chǎn)直接關(guān)系著多個工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展效益。現(xiàn)階段，雙酚A生產(chǎn)工藝技術(shù)類型多樣，各種生產(chǎn)技術(shù)在催化劑、生產(chǎn)裝置應(yīng)用等層面具有較大差異。出于提升雙酚A生產(chǎn)效率及質(zhì)量考慮，有必要深化雙酚A生產(chǎn)技術(shù)的深入研究，構(gòu)建工藝技術(shù)、催化材料應(yīng)用和生產(chǎn)設(shè)備相適應(yīng)的現(xiàn)代化生產(chǎn)體系。

1 雙酚A的工業(yè)用途

雙酚A本質(zhì)上是一種極為重要的有機(jī)化工原料，其化學(xué)式為C15H16O2；我們也習(xí)慣性將雙酚A稱為二酚基丙烷[1]。工業(yè)生產(chǎn)中，雙酚A的用途極為廣泛，其不僅可用于聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂生產(chǎn)，而且在聚砜樹脂、聚苯醚樹脂等高分子材料的加工中應(yīng)用廣泛。除增塑劑和阻燃劑外，雙酚A也被用于抗氧劑等材料的加工當(dāng)中。值得注意的是，雙酚A本身具有較強(qiáng)的毒性，其容易造成人體內(nèi)分泌失調(diào)，影響人體健康；也有研究指出，雙酚A在一定程度上會引起新陳代謝紊亂，誘發(fā)肥胖和癌癥等疾病。基于此，近年來，國家開始限制雙酚A在礦泉水瓶、醫(yī)療器械及食品包裝內(nèi)的應(yīng)用，雙酚A的應(yīng)用管理更加規(guī)范[2]。

2 雙酚A生產(chǎn)技術(shù)的綜述分析

苯酚和丙酮是雙酚A生產(chǎn)中較為常用且主要的材料，選擇酸性催化劑，對這些材料進(jìn)行縮合反應(yīng)處理，可獲得雙酚A。從催化劑材料來看，除硫酸、氯化氫外，強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的也是常見的催化劑材料。基于這些催化材料，雙酚A生產(chǎn)技術(shù)大致可分為三種形式。

2.1 硫酸法

硫酸法是一種雙酚A的早期生產(chǎn)工藝，該工藝以硫酸為催化劑，酸濃度通常控制在72.5%～76.3%，反應(yīng)溫度約40 ℃左右。該環(huán)境下，通過攪拌釜進(jìn)行間歇或者連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)產(chǎn)物經(jīng)中和處理可而獲得粗雙酚A；隨后對粗雙酚A進(jìn)行水萃取，即可獲得精制雙酚A。從生產(chǎn)過程來看，硫酸法所需要的設(shè)備較少，而且工藝整體較為簡單，但不足之處在于生產(chǎn)過程需要消耗大量的原材料，且容易產(chǎn)生工業(yè)三廢。結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實際可知，采用硫酸法生產(chǎn)雙酚A時，異構(gòu)體、三酚、色瞞等雜質(zhì)較多，雜質(zhì)種類多達(dá)40多種。并且由于雜質(zhì)含量豐富，分離困難等因素的影響，雙酚A的整體品質(zhì)較差。實際生產(chǎn)中，以硫酸作為催化劑，還會對生產(chǎn)設(shè)備、管道等產(chǎn)生嚴(yán)重復(fù)腐蝕作用，環(huán)境污染問題嚴(yán)重。基于此，硫酸法常被用于中小型間歇生產(chǎn)企業(yè)；近年來，該方法已基本被淘汰。新時期，為了得到質(zhì)量好的聚合級雙酚A普遍采用的工業(yè)制法是以氯化氫氣體作催化劑的方法。

2.2 鹽酸法

現(xiàn)代情境下，鹽酸法工藝在雙酚A生產(chǎn)中的應(yīng)用較多，是雙酚A生產(chǎn)的主流工藝。據(jù)統(tǒng)計，在20世紀(jì)90年代末，世界上采用鹽酸法生產(chǎn)雙酚A的裝置占雙酚A生產(chǎn)總裝置數(shù)量的90%。該工藝下，氯化氫充當(dāng)催化劑的作用。從鹽酸法應(yīng)用過程來看，在整個反應(yīng)體系中，要求反應(yīng)壓力不得超過0.2 MPa；而在生產(chǎn)溫度控制中，需嚴(yán)控制反應(yīng)過程的溫度處于65 ℃左右。對反應(yīng)物進(jìn)行持續(xù)蒸餾，可依次得到氯化氫、水、丙酮，通過去除雜質(zhì)，可有效提升雙酚A的整體品質(zhì)。

整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，重結(jié)晶法的應(yīng)用對于雙酚A的品質(zhì)具有較大影響。這是因為在鹽酸法生產(chǎn)模式下，按照設(shè)計生產(chǎn)工藝操作會產(chǎn)生一定的鄰對雙酚。對比雙酚A材料本身可知，兩者在具有非常相似的相對揮發(fā)度，此時，基于重結(jié)晶法的控制和調(diào)節(jié)，該異構(gòu)體材料會和雙酚A區(qū)分開來。要注意的是，在重結(jié)晶法溫度控制的基礎(chǔ)上，還應(yīng)重視壓力的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。現(xiàn)階段，鹽酸法工藝的應(yīng)用大體可分為兩個環(huán)節(jié)，第一步進(jìn)行材料的裂化除；第二步進(jìn)行裂化后材料的加合出來。通過氫氧化鈉作用，可加速這兩個環(huán)節(jié)反應(yīng)，提升重結(jié)晶法的應(yīng)用效果。

在雙酚A生產(chǎn)中，鹽酸法的應(yīng)用特征包括：其一，該方法能有效提升成品雙酚A的質(zhì)量。其二，氯化氫具有較強(qiáng)的腐蝕性，且會對管道材料、設(shè)備造成一定的腐蝕，銹鋼根本無法抵抗其腐蝕，所以在生產(chǎn)設(shè)備或者管道選擇控制中，若這些設(shè)備材料需要接觸氯化氫，則應(yīng)盡可能的使用不銹鋼材料，或者應(yīng)通過四氟材料為鋼鐵設(shè)備制造內(nèi)襯保護(hù)結(jié)構(gòu)。采用鋼化玻璃后，鋼化玻璃受吹掃、真空負(fù)壓和振動的等情況容易發(fā)生開裂問題，而當(dāng)鋼化玻璃開裂后，鹽酸外泄容易造成環(huán)境污染。其三，基于丙酮材料較高的轉(zhuǎn)化率，鹽酸法有效地提升了雙酚A的選擇性。在間歇分配反應(yīng)器系統(tǒng)下，丙酮基本上會發(fā)生完全反應(yīng)，這在提升反應(yīng)選擇性上，有效地減少了生成物中的雜質(zhì)成分，對于后期的分離控制具有積極作用。其四，在鹽酸法生產(chǎn)中，應(yīng)注意工業(yè)廢水排放的系統(tǒng)管理，研究表明，該工藝下工業(yè)排水呈酸性，這與氯化氫無法很好地與水分離有較大關(guān)系，故而應(yīng)注重廢水排放的系統(tǒng)管理。

2.3 離子交換樹脂法

新時期，雙酚A的生產(chǎn)技術(shù)得到了持續(xù)發(fā)展，離子交換樹脂法的應(yīng)用逐漸增多。結(jié)合該工藝生產(chǎn)特征來看，其在反應(yīng)原理上與鹽酸法基本相似，首先加工人員需要進(jìn)行原料回收和結(jié)晶純化處理，待加合物材料發(fā)生分解后，還需要對其進(jìn)行提濃處理，最后進(jìn)行材料造粒。同時在實際反應(yīng)中，其會采用一定的固體催化劑，這為反應(yīng)物與催化劑的分離創(chuàng)造了有利條件，有效保證了材料生產(chǎn)的靈活性。

實際生產(chǎn)中，一旦反應(yīng)產(chǎn)物離開了反應(yīng)器，則需要對其進(jìn)行精餾處理，以此來去除反應(yīng)物中的丙酮、水、部分苯酚以及輕質(zhì)雜質(zhì)，在連續(xù)精餾作用下，這些雜質(zhì)會被系統(tǒng)去除。一旦排出雜質(zhì)后，則不論是剩余的丙酮，還是苯酚材料，都可以被再次回收利用。在丙酮與苯酚材料分離中，需通過重結(jié)晶法進(jìn)一步蒸發(fā)混合液中的苯酚。在完成結(jié)晶后，需對生成物進(jìn)行過濾，并徹底將濾餅清除干凈。濾餅熔融后進(jìn)行二次結(jié)晶。現(xiàn)階段，在雙酚A處理中，通常需要準(zhǔn)確一個固定床反應(yīng)器作為操作基礎(chǔ)平臺，并且該平臺與主反應(yīng)器有較大差異性，即在反應(yīng)器的離子反應(yīng)并不需要催化劑進(jìn)行輔助處理[3]。

3 雙酚A生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展建議

要進(jìn)一步提升雙酚A的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，在未來生產(chǎn)中，還應(yīng)注重以下幾點：一方面，隨著雙酚A生產(chǎn)技術(shù)研究的深入，硫酸法逐漸被淘汰，目前較為常用的技術(shù)包含鹽酸法和離子交換樹脂法。相對而言，后者的產(chǎn)能較高，物耗較少，而且生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量及環(huán)保性能較為突出；另一方面，高精度設(shè)備的選擇和應(yīng)用對于雙酚A的生產(chǎn)有較大影響，但結(jié)合我國當(dāng)前生產(chǎn)現(xiàn)狀可知，雙酚A的反應(yīng)設(shè)備多通過國外引進(jìn)方式獲得，這不利于雙酚A生產(chǎn)工藝的持續(xù)發(fā)展。基于此，在新時期，還應(yīng)在深化雙酚A技術(shù)研究的同時，加大催化劑的研發(fā)，并努力設(shè)計、生產(chǎn)國產(chǎn)化的雙酚A加工設(shè)備，促進(jìn)雙酚A生產(chǎn)技術(shù)的國產(chǎn)化、生產(chǎn)業(yè)務(wù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

4 結(jié)語

雙酚A的生產(chǎn)技術(shù)研究對于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)具有深刻影響。新時期，人們只有充分認(rèn)識到雙酚A的工業(yè)價值，然后深化雙酚A生產(chǎn)技術(shù)研究，并加大在雙酚A生產(chǎn)設(shè)備、催化劑等方面的探索，這樣才能有效地提升雙酚A的生產(chǎn)效率與質(zhì)量，為現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定良好條件。