聚乙烯醇生產(chǎn)中廢醋酸異丙酯的再生循環(huán)利用

龔健

（安徽皖維高新材料股份有限公司，安徽巢湖 238002）

聚乙烯醇（PVA）生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量副產(chǎn)物醋酸甲酯，約1噸PVA產(chǎn)生1.6噸醋酸甲酯，目前行業(yè)中副產(chǎn)物醋酸甲酯的處理方法基本都是通過水解反應(yīng)使其變?yōu)榇姿崤c甲醇，再通過多次精餾提純得到精甲醇與醋酸循環(huán)使用。醋酸甲酯水解過程中會產(chǎn)生大量的稀醋酸，其中醋酸約占60%，水約占40%。因醋酸特殊的氫鍵締合使得醋酸-水體系呈現(xiàn)獨特汽液平衡關(guān)系，醋酸-水之間相對揮發(fā)度接近于1，采用普通精餾方法分離難度大。國內(nèi)大部分PVA生產(chǎn)廠采用非均相共沸精餾原理，加入第三組份醋酸異丙酯，與水形成低沸點共沸物，從塔頂餾出，經(jīng)過冷凝之后再分相。上層油相為濃度較高的醋酸異丙酯進入塔內(nèi)循環(huán)，下層水相中含少量溶解的醋酸異丙酯進入回收塔進行分離再次回收醋酸異丙酯。醋酸異丙酯長期在酸性環(huán)境中與水接觸，一定溫度下發(fā)生水解生成異丙醇，造成醋酸異丙酯逐漸失去攜水能力，破壞精餾塔正常操作平衡，醋酸精制塔回流比隨著雜質(zhì)異丙醇含量的增加不斷增大，增加蒸汽消耗，且頂部餾出液中重組分醋酸含量超標。若選擇系統(tǒng)置換，排出異丙醇的同時也有大量醋酸異丙酯隨之排出，增加生產(chǎn)成本，環(huán)保處理難度也很大。本文主要闡述利用酯化反應(yīng)原理，將異丙醇重新轉(zhuǎn)化為醋酸異丙酯重復(fù)使用。

1 酯化反應(yīng)流程簡介

酯化反應(yīng)工藝流程如圖1 所示，醋酸脫水塔（TQ-506）頂部餾出液主要組分為醋酸異丙酯、水、異丙醇。經(jīng)過冷凝后進入分相器，水相用泵送至回收塔（TQ-507）進一步分離回收溶解于水相的醋酸異丙酯與異丙醇。根據(jù)異丙醇溶于水并結(jié)合生產(chǎn)實踐，TQ-506 塔餾出氣相經(jīng)過冷凝、分相后，異丙醇主要集中在水相里面進入TQ-507。TQ-507 頂部餾出為醋酸異丙酯、異丙醇、少量水，塔釜為廢水，直接排放，改造前TQ-507 頂部餾出液直接送回TQ-506循環(huán)使用，但增設(shè)酯化反應(yīng)裝置后TQ-507 頂部餾出液作為原料送往酯化反應(yīng)預(yù)熱器。另一路原料從原TQ-506 側(cè)采醋酸泵出口管引一支路進入預(yù)熱器，即精醋酸與醋酸異丙酯、異丙醇、少量水等混合后進入酯化反應(yīng)裝置（TQ-508）。反應(yīng)器內(nèi)填充強酸性陽離子交換樹脂作為催化劑，異丙醇在催化劑作用下與醋酸反應(yīng)重新生成醋酸異丙酯，反應(yīng)后的物料組分為醋酸異丙酯、異丙醇、醋酸、水，繼續(xù)回到TQ-506作為加料，如此循環(huán)往復(fù)。

圖1 酯化反應(yīng)工藝流程

2 酯化反應(yīng)技術(shù)

酯化反應(yīng)主要核心技術(shù)之一在于催化劑的選擇，酯化反應(yīng)器總?cè)莘e為50 m，內(nèi)填充40 m強酸性陽離子交換樹脂。陽離子交換樹脂相關(guān)指標均有嚴格要求，具體如表1。

表1 陽離子交換樹脂相關(guān)指標

酯化反應(yīng)主要核心技術(shù)之二在于物料組分配比及溫度控制。異丙醇與醋酸在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成醋酸異丙酯，此反應(yīng)為可逆反應(yīng)，即醋酸異丙酯遇到催化劑作用也可生成醋酸與異丙醇，故原料醋酸必須過量。原料醋酸與另一原料醋酸異丙酯（含異丙醇）摩爾質(zhì)量比宜控制在2.5～3，兩者加入量隨聚乙烯醇（PVA)生產(chǎn)裝置負荷而定，原則上TQ-507 塔餾出液全部送往酯化反應(yīng)器。酯化反應(yīng)器中溫度控制也是重要環(huán)節(jié)，根據(jù)流程圖中酯化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置的TT-5082控制點溫度指示及時調(diào)整進料溫度TT-5081，冷卻循環(huán)水量增設(shè)DCS自動控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)TT-5081，控制反應(yīng)器內(nèi)溫度在（50±2）℃。通過上述物料組分配比和反應(yīng)溫度控制可使異丙醇的單程轉(zhuǎn)化率達到10%～20%。經(jīng)過不斷循環(huán)，最終異丙醇可基本轉(zhuǎn)化為醋酸異丙酯。

3 結(jié)論

安徽皖維高新材料股份有限公司的子公司內(nèi)蒙古蒙維科技有限公司自酯化反應(yīng)技術(shù)投入運行一年多以來，統(tǒng)計出相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表2。

表2 改造前后相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出，廢醋酸異丙酯再生利用技術(shù)年節(jié)約新鮮的醋酸異丙酯近400 t（以年產(chǎn)20 萬t PVA計），年節(jié)約醋酸80 t，年減少廢液排放近560 t，直接經(jīng)濟效益近400萬元，關(guān)鍵是解決了長期困擾公司的廢液環(huán)保處理難度大的問題。隨著環(huán)保要求日益嚴格，本技術(shù)改造的重要意義在于為企業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展解決了后顧之憂。