丙烯酸甲酯的生产工艺优化

龙源期刊网丙烯酸甲酯的生产工艺优化作者：蔡尧来源：《中国科技博览》2013年第29期摘要：丙烯酸甲酯目前所采用的工艺是连续化的生产工艺，是利用新鲜的和回收过来的丙烯酸和甲醇，并通过一定的比例调和，将其连续的送到酯化反应器里，让其在固体酸的催化剂以及特殊温度下所进行的酯化反应。而本文就是对丙烯酸甲酯的生产工艺优化方面进行了探讨。关键词：丙烯酸甲酯生产工艺优化中图分类号：J523文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）29-060-02目前，丙烯酸甲酯已经作为重要的有机化工原料在日常生活中得到广泛的应用。生产过程中，由于酯化反应的可逆性和物料的可聚性，在离开反应器之后仍会有部分未反应的原料及反应后的副产物。为了最大化的提高原料利用率，工艺上选择通过萃取、精馏和催化裂化等方式将那一部分原料及副产物进行分离回收来实现提高原料利用率，降低生产成本的目的。再通过提纯精制得到丙烯酸甲酯。根据物料自身的特点和性质，按照分离所提出的精制要求，基本上回收采用的方法是精馏和萃取，而提纯精致所采用的方法是减压精馏。一、丙烯酸甲酯的生产现状近几年来，我国的丙烯酸甲酯市场发展非常迅速，而这几年的发展更是迅猛，丙烯酸甲酯的市场需求量已经增长高达6﹪，稍稍有高于GDP的增长趋势。在中国以外的亚洲其他地区发展更为迅猛。面对如此大的市场吸引力，丙烯酸甲酯的生产商们都在纷纷想办法来扩大产能来迎合市场的需求。然而目前，我国在丙烯酸甲酯的生产技术发展上不算景气，最主要的原因是原材料缺乏，供不应求，生产成本高导致销售价格偏高，无法正常维持市场发展。所以丙烯酸甲酯的工艺优化迫在眉睫。二、工艺优化的方法针对上述我过丙烯酸甲酯生产现状，降低原料的成本，减少公用工程的应用，都是可以降低丙烯酸甲酯价格的因素。另外一个根本的解决方案就是改变生产工艺提高转化率和选择性来提高产品收率。工艺的优化方法有：1.从反应摩尔比来说，上面是甲酯反应的机理方程式，又方程式可以看出丙烯酸和甲醇在投料上的摩尔比理论上应该是1：1.产出1份丙烯酸甲酯和1份水。由于酯化反应是可逆反应，为了使反应向目标产物方向进行，常用的方法有改变反应摩尔比来使反应向正方向进行，然而龙源期刊网甲醇和丙烯酸甲酯的沸点较为接近，丙烯酸和丙烯酸甲酯的沸点相差较远，为了后续系统提纯得到目标产物，工艺上选择了丙烯酸过量的方法来让酯化反应向正方向进行。但不是一味的加大丙烯酸的加入量，经过了实际生产和实验，使丙烯酸和甲醇的摩尔比是1：0.75时转化率符合经济效益。2.从反应的温度上面来说，提高温度能够加快反应的速率，但是因为酯化反应又称为可逆反应，所以当温度不断的上升到一定程度后，逆反应的速率就会不断的随之加快。因此反应温度不是越高越好。而在高温情况下，聚合和加成等一些副反应的速率也会不断上升导致反应选择性下降，收率随之降低。另外反应温度太高，对磺酸型阳离子交换树脂（催化剂）的活性也有影响。所以，酯化反应温度最好不要太高，起初反应温度一般都是调整在75℃，再根据转化率和收率调整反应温度。3.从催化剂的方面考虑，由于磺酸型阳离子交换树脂时具有很强的酸性，副反应作用很少，也没有废酸的污染，再加上催化效率较强，催化剂不会分离的特点，在产品的后处理简单方便等等优点选择了它。加上丙烯酸甲酯工艺的反应器采用的是固定床式反应器，为了能够实行连续化生产，所以采用的是磺酸型阳离子交换树脂用来做催化剂。每批催化剂的使用寿命是2-3年，一开始新的催化剂活性最强，随着使用时间的推移，一些催化剂中毒失活导致转化率下降，因此在回收酸的流程上面增加一个反应循环过滤器，将回收酸中一部分铁离子过滤掉避免催化剂中毒失活。除了游离态的变价金属离子外，还要防止碱进入反应系统，同时要避免反应温度控制太高，另外每次停车检修期间一定要做好催化剂的保养工作。同时催化剂还是可再生资源，再生后可以重复的使用，是现代新型的比较高效的催化剂。延长催化剂的使用寿命也是一个工艺优化的方法。4.反应压力方面，酯化反应一般都会控制压力在250kPa（G）。原因是酯化反应要求液相物料在超过75℃以上的条件下才能进行，但是在常压下甲醇的沸点只在64.5℃左右，所以在75℃反应环境下将汽化，导致催化剂、丙烯酸和甲醇的接触机会越来越少，三者之间接触的时间逐渐缩短，。这样一来，甲醇的转化利用率会大幅度的降低，达不到原设计的60﹪-70﹪的转化利用率要求。然而压力太高也是不允许的，压力的提高会延长物料在反应器中的停留时间，反应时间的延长会使副反应增多，显然这个结果也不是我们所希望得到的。因此控制反应器出口压力为正压，防止甲醇汽化，同时根据催化剂使用时期的不同会改变反应器出口压力来维持甲醇转化率。5.分离回收利用未反应的原料，提高原料的利用率。1）甲醇的回收。甲醇的回收应该采用先萃取而后精馏的方法，利用丙烯酸甲酯很难溶解于水，而甲醇却能任意比溶于水的特点，所以可以先用水把甲醇从一些混合的物料当中萃取分离出来，接下来再采用常压精馏的方法从萃取相中把甲醇分离并进行回收至反应器中再次参与反应。分析化验得出回收甲醇中水的含量在10%左右最佳。龙源期刊网）丙烯酸的回收。在对丙烯酸进行回收的过程中，丙烯酸作为高沸点物料会有一部分在精馏塔底经过反应循环过滤器进行过滤，除去铁离子还有杂质后重新的返回反应器参与反应。回收酸中水的浓度也是保持在10%最佳。其余一部分丙烯酸，连同副反应产物首先进入薄膜蒸发器进行物理分离，将丙烯酸蒸发返回前一个系统中再回收到反应器内。在薄膜蒸发器中未被分离的副产物再进入重组分分解器内，外加催化剂在155℃左右的环境下裂解成丙烯酸后再次回到前面的系统内回收利用到反应器内，重组分分解器无法分解的物料会排出系统。在这里排放的物料在保证工艺稳定的情况下应尽量的少，我们以焦油比来定义酸的利用率，焦油比当然是越小越好。6.萃取系统的优化。萃取系统是用来分离丙烯酸甲酯和甲醇的系统，由于丙烯酸甲酯和甲醇沸点差接近20℃，直接利用精制分离，从设备和操作费用上考虑都是不经济的。因此利用甲醇和水互溶，丙烯酸甲酯难溶于水的物理性质设计了萃取塔来分离出甲醇。萃取相甲醇水溶液再进入精制系统进行甲醇和水分离，分离出来的水再进入萃取塔内当成萃取剂回收利用，减少水的浪费。萃取塔的操作条件是尽量的保持低温，一般是保持在20℃最佳。另外萃取比也是一个重要的操作条件，一般保持在1.01：1最适宜。系统缺水时会用脱盐水补充，水变多或者水质变差的时候会排出系统焚烧而不污染环境。7.设备动力的优化。萃取系统是一个正压操作的系统，控制萃取界面时可直接用控制阀调整塔釜出料量来达到控制目标。一般系统会增加一个缓冲罐来储存萃取塔底下排出的甲醇水溶液，再通过机泵将甲醇水溶液打到精制回收塔。在此可以删去缓冲罐和机泵，直接通过界位调节阀输送物料进入精制回收塔。减少动静设备的投入也是一个优化方案，还能减少工业用电。同时设备就如同化工装置内的骨骼，在日常操作里面，我们应该爱护设备，保护设备，维护设备。让我们的设备保持在一个最佳的运行状态和备用状态下，减少设备的损坏和维修都是优化生产的一个办法。这样在设备和能源方面优化也是节能增效的有效办法。8.能源应用的优化。甲酯装置的精制系统一般会利用负压精馏的方法。负压精馏主要是降低各物质的沸点。这样可以运用较少的蒸汽便能将物料分离出来。另外较低的温度也能减少物料的聚合，减少副反应的产生。在能源的应用上，减少公用工程的应用也是一个优化方向。9.阻聚效果的优化。丙烯酸，丙烯酸甲酯都是易聚合的物质，聚合反应伴随着整个生产过程过。聚合物的生成能造成精制塔挂壁，塔板和管道堵塞；机泵入口过滤器堵塞，机封磨损泄露；阀门卡涩或者无法关严，仪表测量失真。从而影响着整个生产过程，因此防止聚合是非常重要的。常用的防聚手段有分化学手段和物理手段；化学手段基本上就是添加阻聚剂和阻聚空气，按照阻聚机理的不同可分为加成型，链转移型和电荷转移型。而物理阻聚常用的方式有：①减少相变；②缩短停留时间，减少死角；③使阻聚剂混合均匀；④降低温度；⑤减少变价金属；⑥消除组分波动。三、丙烯酸甲酯的工艺路线龙源期刊网经济发展带动下的丙烯酸甲酯也有了更大的发展空间和余地，竞争就要面对优胜略汰的选择，市场本身存在一定的漏洞和缺口，市场发展的潜规则就是要在某一时段根据市场的发展来淘汰一些落后的技术和一些经济效益较差的装置，所以要想增强市场的竞争力，就要预备和引进一些适合市场发展的先进技术，拥有较强的具有经济规模的生产装置来配合市场强有力的竞争。首先：企业的内部要搞好团结，内部管理上要有所加强和提升，尽量降低一些运营成本和生产过程中的单耗，资金是企业发展的后盾，所以降低成本来迎合市场的发展需求。其次，一个企业的灵魂是员工，有一群具备超强素质的员工那就等于有了一个神的灵魂。因此必须加强员工素质的培养，同步提升员工的操作水平，使装置的生产平稳。一套装置可以平稳生产，设备零维修，生产零事故，人身零伤害。让员工高高兴兴上班来，平平安安回家去。这样的企业中的员工会有一种归属感，面对灵魂中流淌着一股滚烫血液的企业，想被淘汰也很难。再次：生产企业的本身可以多关注国内外一些同类生产装置的发展动态，尽可能的优化自己的工艺流程，使自己立于不败之地。最后：除了本身对丙烯酸甲酯的生产工艺进行优化外，还要拓展原有的原料来源。根据市场的定位，在保证一部分大生产企业正常运行的前提下，关闭一些单耗大，又内部管理不善，效益下滑的小企业。对于丙烯酸甲酯生产工艺优化方面，在材料的选择上要尽可能的根据对比，选择成本低，经济效益相对好，最重要的是污染小的企业。在各个国家掌握的原料和技术工艺的前提下，纷纷开展企业本身对新工艺的研究，尽可能让原材料的发展呈现多样化的趋势，根据当前丙烯酸甲酯生产发展前景以及国内市场本身的发展现状，对生产工艺优化提出合理化的建议。总结：随着丙烯酸甲酯被生产企业的广泛采纳和应用，对丙烯酸甲酯的生产工艺优化也提出了更高的要求，对新科技材料的开发，拓宽原有材料的应用范围是时代发展所趋，企业改革之命脉，使得丙烯酸甲酯在材料运用上更加多元化，有选择的余地，而不是单一的一种资源来应对市场发展的脚步和需求。在节省单耗，低污染，保证企业利益前提下对丙烯酸甲酯的生产工艺进行优化已是企业发展的重中之重。