邻二甲苯氧化制苯酐工艺装置的优化设计

邻二甲苯氧化制苯酐工艺装置的优化设计

刘利晓

石家庄白龙化工股份有限公司河北石家庄052165

摘要:苯酐的全称为邻苯二甲酸酐，英文缩写为PA，世界上将苯酐用于化工和医药方面的生产，在我国主要应用于塑料制品和树脂涂料的生产。目前我国的苯酐生产已经有所成效，但还是存在缺陷，本文基于我国的生产现状，介绍了苯酐的生产流程并提出一些优化措施，希望可以对我国苯酐的生产有所贡献。

关键词:苯酐；邻二甲苯法；工艺装置；优化

苯酐的生产主要采用邻二甲苯氧化法，因为这种方法在我国比较成熟，生产效率高而且生产成本低，很适用于我国用苯酐生产大批量的塑料制品和树脂涂料等。但是我们不能固步自封，目前我国在这种生产工艺上采用的是气相催化氧化法，而世界上已经有了很多新的方法，因此我们要对此工艺进一步优化，从而提高其生产效率。

一、工作意义

苯酐的主要用途是是制作聚氯乙烯的增塑剂以及生产不饱和树脂。苯酐的生产主要是采用邻二甲苯为原料。目前世界上对于苯酐的需求量为625万吨，我国的苯酐主要是依靠进口，是最大的苯酐进口国。如今随着PVC建材的发展，PVC的需求量大幅度提高，这就导致作为PVC增塑剂原料的苯酐需求量也大幅度提高，近年来，我国苯酐的年生产量以平均每年10.13%的速度增长，超过世界苯酐生产的增长速度，这主要得益于我国近年来对于苯酐生产工艺以及设备的研发。

苯酐的生产效率主要取决于生产工艺，催化剂的性能，反应器的好坏等，目前我国的苯酐生产工艺主要是引进国外先进技术，但是苯酐的生产效率还是达不到世界先进水平，这就说明我们还是没有掌握真正的核心科技，在先进技术的知识产权方面面临很大困境，除了在工艺方面的不足，苯酐生产所需要的设备和催化剂也达不到先进水平的要求。这就是对苯酐制作工艺进行优化的现实意义，只有不断改进工艺，发明新设备，我国生产的苯酐在世界市场上才会有更强的竞争力。

二、邻二甲苯氧化制苯酐工艺流程

1.氧化反应

在进行反应之前，要先将空气进行与热处理并压缩，同时将邻二甲苯也进行热处理，再将二者放进邻二甲苯气化器，使二者混合均匀。在两种气体混合均匀之后，再将混合气体送到列管式固定床反应器中进行反应，反应器中的催化剂就可以催化领二甲苯氧化成苯酐，因为这是一个放热反应，所以反应器中的温度会上升，反应器外围会涂有熔盐用来带走反应中产生的热量，同时在反应器中产生的蒸汽为整个反应过程的保温。

2.冷凝回收

反应过后形成的苯酐会从反应器底部流出，先经过冷凝管带走一部分热量，再到达可进行综合冷凝的冷凝系统，将苯酐由气体变为固体从而完成回收。苯酐由气相变为固相，这是一个凝华过程，在对苯酐进行冷却时，冷凝器中的填充物为冷油，当冷凝器中的固体苯酐达到一定数量时，就需要将冷凝器中的填充物换为热油，从而使苯酐变为液体完成对苯酐的回收。

3.精制苯酐

从反应器中得到的粗苯酐还含有很多的杂质，因此要对其进行进一步的处理。对粗苯酐进行高温加热，将反应中产生的副产物分解，同时去除掉苯酐中的轻组分和重组分，就可得到纯度比较高的苯酐，最后再进行精馏就可得到苯酐产品。

4.结片包装

在苯酐包装时采取结片包装，即将液态的苯酐制成片状，这样包装美观并且效率高。

5.尾气处理

在对苯酐进行冷凝时会产生大量的尾气，其中主要是二氧化碳，有少量是有机物，这些尾气在排放之前都要讲这些物质的含量降低到国家标准才能向大气进行排放。

三、我国苯酐生产工艺技术现状

继大庆油田被发现之后，我国又有大量的油田被发现和开采，这就使得我国的石油工业迅速发展，那么用于制作苯酐的原材料也跟着增加，但是我国苯酐的生产量却没有增加，市场上仍呈现供不应求的现象。因此我国工程院联合许多企业和高校的研究所来进行苯酐生产的优化处理，同时引进一些国外先进的技术，是我国生产苯酐的技术变得成熟，产量也随之增加。

四、苯酐生产中的问题

1.生产与市场关系为供不应求

就目前我国的大部分苯酐生产企业来说，有一半企业他们使用的反应器的每年的生产量都在两万吨以下，但是目前市场对于苯酐的需求量呈现上升趋势，因此就需要企业不断优化苯酐的生产工艺，使得苯酐的生产向着大批量生产，当生产工艺被优化后，原有的反应器就不能满足生产，因此就需要更大规模的反应器。

2.催化剂与反应器的发展不协调

邻二甲苯氧化反应的核心就是苯酐反应器，它的质量会影响到反应器中催化剂所能催化的上限。在研发方面，催化剂和反应器要一同研发，这样就能使得整个反应的规模变大，生产量也会有所提高，但是就目前几年的统计来看，催化剂的研发速度要快于反应器。

3.催化剂效率低

在氧化过程中，催化剂性能越好，氧化进程就越快，苯酐的生产效率也会被提高；反之，如果催化剂性能不好，将会直接影响苯酐的生产。详细来说，当使用性能好的催化剂时，进行一次氧化反应在反应器中加入的邻二甲苯的浓度就可以适当增加，那么一次反应的生产量也会很大，如果要生产的苯酐数量不变的话，那么使用的反应器也可以减少，在提高效率的同时，还能够节省成本。目前我国的催化剂研发还有不足，仍需进步。

4.缺乏对苯酐成本的控制

企业获得更高利润的途径，不仅是要提高苯酐产品的质量，还应该考虑成本问题，由低成本获得高质量的苯酐，才能获得最大利润。

五、生产工艺装置的优化设计

在对生产工艺装置进行优化设计时，其思路应该是从耗能和副产品回收两方面下手。对于邻二甲苯的氧化这一放热反应来说，它的能量耗费主要集中在副产物蒸汽，反应器加热以及最终的制冷设备上。因此，想要控制能量消耗，就要从两方面下手，一方面减少副产物消耗，另一方面减少反应器的生产耗能。

1.轻组分塔能耗控制

苯酐生产中使用轻组分塔将苯酐中的轻组分分离出去时，为了减少这一过程的能耗，应该适当改变轻组分塔的操作，在经过计算并模拟后，得出轻组分塔结构采用30块塔板，将轻组分塔的回流比定为120时，轻组分塔的能耗低。

2.产品塔能耗控制

苯酐生产中使用产品塔将苯酐中的重组分分离出去时，为了减少这一过程的能耗，同样要采用改变产品塔的操作来实现，经过计算并模拟后，得出产品塔结构采用23块塔板，将回流比定为1时，产品塔的能耗最低，填料选用板高效率较高的填料。

3.进料温度优化

因为邻二甲苯在放入反应器进行反应前，需要吸热气化同时还要与热空气进行混合，所以这时邻二甲苯已经吸收了很多热量。这就使得邻二甲苯反应需要的热量可以由反应器外的熔盐来提供，降低了进入反应器时对反应器温度的要求，在经过计算机模拟，就可确定反应器进出口温度分别为160℃和130℃时，可减少能量损耗。

4.精馏塔优化设计方案有两种:

第一种方案:精馏系统的热量由反应器出口的高温气体提供，精馏时所需要的热负荷可以由气体冷却器在高温阶段产生的热量来承担。

第二种方案:在反映器外的循环熔盐上添加导热油装置，增加反应热，从而有效地进行精馏。

对于这两种方案产生的效果来说，两者相差不大。但是从操作来看，第二种方案需要重新对反应器外的熔盐装置进行设计，比较麻烦；而第一种方案不需要增加设备，只是增加了冷却器的横截面积，因此第一种方案实行起来更加方便，同时也节约成本。

精馏塔的优化有效减少了低压蒸汽和再沸器的能量消耗，大大节约了能耗。

结语:

总而言之，苯酐作为塑料生产和树脂生产的主要原料，对于我国的很多环保材料的发展都有很大作用。因此，我国必须对苯酐制作工艺进行进一步的优化，不仅要提高苯酐的生产效率，同时还要尽可能地减少苯酐生产中的能耗以及尾气处理，达到节约，环保的目的。

参考文献：

[1]李汉.邻二甲苯氧化制苯酐工艺装置的优化设计[D].西北大学，2013.

[2]王毅.论邻二甲苯法制苯酐工艺氧化反应系统[J].化工设计，2014(03)

[3]黄振旭，嫣茹.邻二甲苯法制苯酐催化剂的研究进展[J].许昌学院学报，2013(05).