影响丙烯酸丁酯收率因素的分析研究

邢艳梅，冯 亮，李 宁

（中国化工·正和集团股份有限公司，山东 东营 257342）

影响丙烯酸丁酯收率因素的分析研究

邢艳梅，冯 亮，李 宁

（中国化工·正和集团股份有限公司，山东 东营 257342）

在丙烯酸丁酯生产的过程中，精制过程是影响丙烯酸丁酯（AEB）收率的最主要的部分。影响精制系统的因素包括系统压力、系统温度、回流/进料、冷却水、蒸汽等。通过分析得到，系统压力和系统温度是影响丙烯酸丁酯装置精制系统收率的最主要因素，而其他因素又分别对精制系统有着不同程度的影响。若要提高 AEB收率，可以通过对这些影响因素进行调整；给出了精馏系统的最佳操作条件，达到提高丙烯酸丁酯收率的效果。

系统压力； 丙烯酸丁酯（AEB）； 回流/进料

丙烯酸丁酯是通用型的丙烯酸酯中应用最广泛和消耗量最大的品种，其共聚物广泛用于涂料、纺织、化纤、皮革、塑料助剂、粘合剂和造纸等行业［1］。至2010年12月底，全球丙烯酸丁酯（AEB）的装置产能为447.6万t/a，较上年下降了3.7%。通用丙烯酸酯的产能显著下降，是因为越来越多的酯化级丙烯酸用于生产高纯丙烯酸，同时由于国外包括阿科玛公司在内的多套丙烯酸及酯装置发生一系列故障，产量下降，缺口增加，导致中国出口数量急剧上升，全球丙烯酸及酯产品价格随之上涨，同时响应国际节能减排的号召，使行业对其重视程度不断提高，故对其生产工艺的应用亦倍加关注[2]。

影响丙烯酸丁酯收率的因素主要集中在其精馏系统，本文以给定的精制系统设备和机泵等进行研究，并分析与总结。

1 工艺流程介绍

其工艺流程[3]如图1所示，脱醇塔底液从塔中进入精制塔后，经减压蒸馏，AEB从塔顶蒸出进入第一冷凝器，用循环水冷凝，冷凝液进入塔顶受槽，未凝气体进入尾气放空冷凝器，用低温水（5 ℃）进一步冷凝，冷凝液进入塔顶受槽，未凝气体经真空泵抽送至蒸汽喷射泵JE-451，用循环水冷凝，冷凝液进废水回收系统，不凝气体进入废气焚烧系统。

图1 丙烯酸丁酯装置精馏系统工艺流程图Fig.1 process flow sheet of the distillation system in the butyl acrylate unit

塔顶受液槽的冷凝液由塔顶回流泵分为两路送出：一路与阻聚剂泵送来的阻聚剂一起进入塔顶作为回流液控制塔顶温度；另一路直接送至丙烯酸丁酯日储罐。精制塔底液从塔底排出，一部分由塔底循环泵打入塔底再沸器，用 LLP加热后返回塔底，控制塔底温度；另一部分塔底液由塔底泵送至重组份罐。

根据工艺流程的情况可知，在给定的精制装置的情况下，影响丙烯酸丁酯收率的因素有系统压力、系统温度、回流/进料、冷却水、蒸汽，下面分别对这些因素进行分析研究，而这些因素又以系统压力和系统温度为最直接最重要因素。

2 影响因素分析

2.1系统压力

系统压力是影响丙烯酸丁酯收率的主要因素，也是最直接的因素。它直接影响到精制塔是否能够平稳运行，进而影响精制系统的产品质量和产量。

精制塔为负压操作塔，负压操作的特点是降低了物料的沸点，减少了因高温带来物料聚合的发生，从而也使生产更易于进行。但系统压力（真空）的过度波动将会改变塔中物料的分布，影响正常操作。系统压力的波动又分为系统压力过高和系统压力过低两种情况。

表1中的压力为塔顶受液槽的压力值。由表可知，压力过高（2、3号）或过低（4、5号），都会分别使产品的色度和杂质超标，同样也使塔顶AEB纯度相对下降，馏分中AEB数量相对减少，造成产品不合格，收率下降。系统压力过高，则气相中重组份（杂质）减少，相应地提高了气相中轻组分（AEB、丁醇、H2O等）的浓度，液相中轻组分含量增加，同时也改变了气液相的重量比，使液相量增加，上升的轻组分量减少。压力过低，塔顶馏分的数量增加，轻组分浓度虽然不变化，却使杂质增加，产品质量下降，收率降低。

表1 系统压力对装置的影响结果Table 1 Influence of pressure on the unit

以上各项，设定蒸汽、回流/进料和冷却水不变，进行比较。通过表1可以看出系统压力的稳定是精制系统的直接因素，所以控制好压力，尽量减少压力波动。这样才能使丙烯酸丁酯的产量、质量稳定，收率才会提高。

2.2 系统温度

塔内温度低于正常值也会使塔压降低，造成上升蒸汽量减少，致使塔底液位猛增，塔底含酯过高，产量下降，收率降低。当塔内温度长时间偏高或飞温，使进入塔顶的气体增多，压力升高，造成色度上升，纯度下降，产品质量不合格。如温度偏高（2、3号）或低温（4、5号）时，产品主要组份比较。以上各项，设定蒸汽、回流/进料和冷却水不变。

通过表 2，可以看出系统温度是精制系统的直接因素，所以控制好温度，尽量减少温度波动。这样才能使丙烯酸丁酯的产量、质量稳定，收率才会提高。

表2 温度对装置的影响Table 2 Influence of temperature on the unit

表1和表2，证明了系统压力和系统温度是影响 AEB精制系统收率的直接因素，同时又互为影响，互为制约。

2.3 回流/进料

2.3.1 回流量

回流和进料对精制系统的影响效果是一样的，主要是使系统温度和系统压力先行波动，间接影响产品，进而影响AEB的收率，所以本文仅以回流为例(表3)。

当回流量大于正常操作值4.5 t/h时，上升的轻组分减少，造成塔顶压力降低，塔底液位剧增，塔底含酯过高，产量下降，收率降低。回流量小或瞬时中断，容易使大量气体进入塔顶，造成压力上升，使产品质量不合格，表现在水份、杂质增多、色度增加，纯度下降。

表3 回流量对装置的影响Table 3 Influence of reflux quantity on the unit

以上各项，设定蒸汽和冷却水不变。表3中2、3号是回流量过低的情况，4、5号是回流量过高的情况。通过表3，可以看出回流/进料是精制系统的间接因素，所以控制好回流/进料，尽量减少回流/进料波动，也可以使系统压力和系统温度稳定，进而使丙烯酸丁酯的产量、质量稳定，收率才会提高。

2.3.2 回流液温度

回流液温度也影响产品，主要它会使系统温度和系统压力先行波动，间接影响产品。回流液温度过低，造成上升蒸汽量减少，会使系统温度和系统压力降低，塔底液位剧增，塔底含酯过高，产品品质和产量下降，收率降低。回流液温度过高，使塔顶气相冷凝不好，塔内物质（汽液相物料）传热效果降低，大量气体进入塔顶造成压力上升，使产品质量不合格。

回流液温度过高（2、3号）时，塔顶温度较高，是大量气体进入塔顶造成压力上升所致，使产品质量不合格，回流液温度过低（4、5号）时，则反之（表4）。

表4 回流液温度对装置的影响Table 4 Influence of reflux temperature on the unit

小结：通过表 4，可以看出回流液温度对装置的影响，是通过系统压力和系统温度影响精制系统，进而影响产品的品质和产量，来影响AEB的收率，因此也证明了回流液的温度是影响收率的间因素。

通过表3和表4，证明了回流/进料的大小和温度是通过系统压力和系统温度来影响精制系统，进而影响产品的品质和产量，最终影响AEB收率的间接因素。因此进一步证明了系统压力和系统温度是影响AEB精制系统收率的最直接因素，同时又互为影响，互为制约。

2.4 冷却水

冷却水主要影响冷凝液，即冷却液温度，冷凝液温度与冷却水温度是息息相关的。本系统第一冷凝器用循环冷却水，上升的大量气体被冷凝下来，而尾气冷凝器用5 ℃低温水冷凝，进一步冷却余下气体，减少尾气排放量，增加AEB收率。因此冷却水是换热系统的核心，它通过间接作用，影响系统压力和系统温度，最终影响到整个精制系统，是影响收率的重要间接因素之一。

2.4.1 冷却水量

设定冷却水温度不变，可以分为两种情况：一是冷却水流量过大，对冷凝气体没有太大影响，因为换热器的换热面积是一定的，所以只是造成了不必要的能量浪费；二是冷却水流量过小，却对冷凝气体影响很大，将造成大量气体未被完全冷凝，导致未凝气体增多，使尾气放空量增大，物料浪费，收率降低，同时造成系统压力和系统温度上升，所造成的影响与系统压力升高一样，不再进一步进行详细描述。

2.4.2 冷却水温度

设定冷却水量不变，可以分为冷却水温度过高和过低两种情况。而影响冷却水温度的主要是季节影响。冷却水温度，对于连续性生产的化工装置，在不同的季节，其冷却装置也会受到较大的影响。夏季冷却水温度偏高，冬季冷却水温度偏低，这就对换热效果造成了不同的影响。设备故障也可能引起其温度的波动，主要体现在夏季高温阶段。

冷却水温度偏高时，气体冷凝效果不好，尾气放空量增大，同时造成系统压力升高，馏出量减少，产量减少，AEB收率降低；冷却水温度偏低时，系统压力降低，塔顶馏分的数量增加，轻组分浓度虽然不变化，却使杂质增加，产品质量下降，AEB收率降低。此两种情况均可参考2.1系统压力一节。

由2.4.1和2.4.2的分析，可以看出冷却水是一个间接因素，它是通过影响系统压力和系统温度来影响AEB收率的，因此更证明了系统压力和系统温度是AEB精制系统的直接因素。

2.5 蒸汽

蒸汽的投入量直接影响系统温度，蒸汽投入量小，系统温度偏低，上升轻组分减少，造成塔顶压力降低，塔底液位剧增，塔底含酯过高，产品品质和产量下降，收率降低；蒸汽投入量大，系统温度偏高，气化量增大，引起塔顶压力上升，杂质增多，产品品质降低，产品不合格，收率降低。所述变化，与前面描述的系统压力相同，可参考2.1系统压力，不再详细描述。

通过分析可知，蒸汽量的过大或过小，都会直接导致系统温度和系统压力的波动，进而间接影响精制系统的收率。

3 结 论

通过研究影响丙烯酸丁酯收率的主要因素，分析了不同的工艺流程情况下，AEB装置的精制系统收率情况，并得到如下结果：

（1）影响丙烯酸丁酯收率的主要因素以系统压力和系统温度为直接因素。根据长期生产操作和分析，精馏系统最佳操作条件系统为压力正常为(12±2)mmHg，系统温度(108±1)℃，其他为间接因素，但也有限度，如回流温度≤30 ℃、冷却水温度≤27℃、蒸汽尽量少波动。通过这些，以减少对装置的负面影响，进而提高AEB的收率。

（2）为了提高AEB的收率，应将各因素尽量调整到最佳状态，可以取的较大收益，降低能耗，可使操作平稳，并且保证了装置平稳运行，最终实现装置安全、长期、有效、平稳的运行。

［1］ 陶子斌.丙烯酸生产与应用技术[M]. 北京：化学工业出版社，2006.

［2］ 褚小东,刘书举.影响丙烯酸丁酯收率的因素分析[C]. 全国第四届丙烯酸科技发展与应用研讨会,1998（4）：24-31.

［3］ 正和集团股份有限公司丙烯酸及酯装置岗位操作规程[R]. 山东东营：正和集团，2007．

Analytical Research of Influence Factors for Butyl Acrylate Yield

XING Yan-mei，FENG Liang，LI Ning
(ChemChina Zhenghe Group Co., Ltd., Shandong Dongying 257342，China）

In production process of butyl acrylate, refining process is the most main part to affect butyl acrylate (AEB)yield. Main influence factors included system pressure, system temperature, backflow/feeding, cooling water, steam,and so on. Among these factors, system pressure and temperature are main factors to affect butyl acrylate yield. In order to improve butyl acrylate (AEB) yield, these factors can be adjusted to gain the best operation condition.

System pressure; Butyl acrylate(AEB); Backflow/feeding

TQ 225.24

A

1671-0460（2011）09-0966-04

2011-07-19

邢艳梅（1981-），女，江苏徐州人，助理工程师，2004年毕业于连云港职业技术学院医药化工专业，研究方向精细石油化工，从事精细石油化工技术工作。