聚乙烯醇生產過程中的提產節能措施

文/查從元（安徽皖維高新材料股份有限公司）

一、聚乙烯醇的生成過程

聚乙烯醇（PVA）是一種無污染、易降解的重要有機化工原料，其性質受醇解度、聚合度和化學結構等影響，廣泛應用于電子、液晶顯示、汽車制造、醫藥等領域。根據原料來源的不同，聚乙烯醇的生成又可分為電石乙炔法、天然氣乙炔法、石油乙烯法和生物質乙烯法，但四條路線后續聚合、回收、醇解和包裝等工序相似。具體如下：以乙炔或乙烯為原料得到的醋酸乙烯（VAC）為聚合單體，甲醇為溶劑和鏈轉移劑，偶氮或過氧化物為引發劑進行部分溶液聚合，而后通過脫除單體得到聚醋酸乙烯甲醇溶液送入醇解工序，在堿的催化下進行酯交換反應，經過粉碎、壓榨和干燥得到PVA 成品，經風送至包裝工序。聚合和醇解工序產生的廢液，通過回收工序中的VAC 系統、甲醇系統、精甲酯系統和乙醛系統處理后，得到精VAC 和精甲醇回用，而高純度的精甲酯和精乙醛用于外售。整個制備流程如圖1 所示。該流程反應器、塔器數量多，造成聚乙烯醇行業能耗較高，影響著企業的發展。本文結合企業的實際，總結了聚乙烯醇生成過程中增產節能的方法，為行業發展提供了借鑒。

圖1 聚乙烯醇制取示意圖

二、提高PVA 醇解生產線的臺時產量

聚乙烯醇的醇解度一般有78%、88%、98%三種，部分醇解的醇解度通常為87%～89%，完全醇解的醇解度為98%～100%。PVA 醇解主流工藝為低堿皮帶醇解工藝，采用的靜態混合器均混聚醋酸乙烯和堿甲醇溶液，而后在皮帶上進行酯交換反應得到PVA 塊狀物，經過第一粉碎機和第二粉碎機粉碎成顆粒狀后，由擠壓機壓榨后進入干燥機干燥后得到成品PVA。受限于聚乙烯醇樹脂濃度和顆粒度大小等影響，醇解生產線的臺時產量有進一步提高的空間。

1.提高完全醇解PVA 的產量

（1）提高樹脂濃度和合格率。優化甲醇配比、引發劑添加率、反應時間及脫單塔吹入甲醇量等工藝參數，嚴格落實工藝對標運行，將樹脂濃度由30%±1%逐步上調至35%±1%，保證合格率在92%以上。

（2）改造第二粉碎劑篩網，保證長時間運行。通過理論計算，設計加工出最佳開孔率的篩網并進行使用。結果發現，篩網改造后，第二粉碎機下料通暢，不再出現架橋現象，設備長時間穩定運行，運轉率在98%以上。

改造后，完全醇解PVA（如1799）產量日均最高增加4 噸，由29 噸/天提高至33 噸/天，減少了回收母液處理量，從而節省了蒸汽等公用工程消耗，大大降低了PVA 的生產成本，經濟效益顯著增加。

2.提高部分醇解PVA 的產量

低醇解度PVA 由于醇解反應不完全，在干燥過程中會進一步反應析出廢液，導致干燥機的干燥難度大、效果差，造成低醇解度PVA 的生產周期在15 天左右，而以下技術改造達到了提高產量和延長生產周期的目的。

（1）通過提高聚醋酸乙烯的甲醇溶液的質量濃度、優化醇解工藝參數，提高了醇解反應的完全程度。

（2）通過螺桿擠壓機對粉碎后物料進行脫液的同時，加入清液，以起到清洗濾網防止堵塞的作用。所選清液優先采用通過干燥機對脫液后物料進行干燥時（即干燥單元）所產生的蒸汽冷凝后的冷凝液，以使物料得到充分的循環利用。

改造后，臺時產量由18 噸/（臺·天）增加至22 噸/（臺·天），生產周期由15 天左右延長至約45天，其中PVA-1792 生產周期延長至45 天，PVA-1788生產周期延長至40 天，有效避免了濾網的堵塞，減少了螺桿擠壓機及干燥機的清掃周期，提高了產量和開工率，降低了生產成本，保證了生產的連續性。

3.提高精制醋酸甲酯的產量

（1）回收精醋酸甲酯系統的設計產能為150 噸/天，消耗蒸汽為12 噸/小時，不能滿足現分廠PVA 母液中的甲酯回收的需要且生產成本較高。分廠進行技術攻關，一是調整加壓塔的回流比；二是調控加壓塔釜溫與中溫、釜溫與下下中溫的溫差，將其作為直接判斷甲酯質量是否合格的依據。優化后精甲酯日產200 噸以上，消耗蒸汽仍為12 噸/小時，噸精甲酯蒸汽消耗由1.93噸降至1.44 噸。

（2）回收乙醛塔釜料送原料工序儲槽，待儲槽液位上漲到一定高度時，回收精醋酸甲酯系統停車，將儲槽料搭加到回收第一精餾塔生產粗甲酯對外銷售，但因粗甲酯售價低，導致PVA 副產品收益低，造成PVA 成本上升；企業集思廣益，改變乙醛塔釜料送出方式，直接配管至第一精餾塔加料管線，變粗甲酯為精甲酯，產品質量完全達到企業標準，從而增加了精甲酯產品的產量和附加值。

三、PVA 生成過程中的節能措施

回收工序主要的任務是將醇解母液中的甲醇、醋酸甲酯和醋酸鈉等提純回用或外售。該工序的精餾塔多，且操作溫度高低不一，是最重要的用能單元。熱耦合精餾技術是一種既節約冷卻水又充分利用熱量的技術，因此，利用熱耦合技術是回收工序降低PVA 生成能耗的重要措施。

（1）在醋酸甲酯系統中，精甲酯精制塔是正壓塔，塔頂蒸汽未經冷凝冷卻器，而是依靠塔頂壓力進入精甲酯濃縮塔再沸器，加熱精甲酯濃縮塔塔釜物料，與塔釜物料換熱后進入回流罐。而精甲酯精制塔釜高熱液體進入換熱器，與來自濃縮塔測采液換熱后進一步冷卻后送往罐場待售，而加熱后的測采液進入精制塔進行分離，可節約蒸汽120 噸/天。

（2）在聚合三塔中，調整優化工藝參數，使其頂部產生帶壓蒸汽，直接進入回收第一精餾塔再沸器，加熱塔釜物料，換熱后進入回流罐，可節約蒸汽216 噸/天。

（3）回收工序四塔再沸器蒸汽換熱后的高溫蒸汽冷凝水，進入乙醛濃縮塔再沸器，用于塔釜物料加熱后送動力分廠，可節省蒸汽12 噸/天。回收工序精甲酯精制塔再沸器蒸汽換熱后的高溫蒸汽冷凝水，作為醋酸乙烯精制塔再沸器熱源，與塔釜醋酸乙烯物料換熱后作為乙醛塔再沸器熱源，加熱塔物料后作為冷凝水使用，可節省蒸汽29 噸/天。

通過以上措施不僅節約了精餾塔熱量冷卻所需的循環水，而且節約了冷料加熱所需的蒸汽使用量，大大降低了PVA 生成過程中的蒸汽消耗。

四、結語

PVA 生成過程中，通過工藝優化、技術改造和熱量耦合有效提高了裝置的產量并降低了蒸汽的消耗。其中：PVA 增產約4 噸/天，且延長了生產周期；節約蒸汽約400 噸/天，節能效果顯著，為企業帶來了可觀的經濟效益。