丙烯酸丁酯快速开车法的生产创新实践

丙烯酸丁酯快速开车法的生产创新实践

赵贵斌 曹家宇

兰州石化公司化肥厂 甘肃 兰州 730060

一、工艺概述

丙烯酸丁酯反应工序由丙烯酸和丁醇在催化剂对甲苯磺酸(PTSA)的作用下发生酯化反应，生成丙烯酸丁酯 ，丁酯生产分四个工序，反应工序、萃取回收工序、醇回收工序、丁酯精制工序。

反应方程式为：

本反应采用对甲苯磺酸做催化剂，反应机理如下：

在反应体系中，除生成丙烯酸丁酯外，还发生多种副反应：

丙烯酸羟基氧原子上的孤对电子进攻氢离子，在丙烯酸分子上产生一个稳定的水分子结构，并离开丙烯酸分子，原丙烯酸分子因失去一个电子而带部分正电荷，因为氧原子的电负性大于碳原子，所以电子向氧原子移动，最终碳原子因失去电子而带正电荷；而丁醇氧原子上的孤对电子，进攻带正电荷的原丙烯酸分子上的碳原子，生成稳定的丙烯酸丁酯分子结构，随即氢离子脱离下来，完成催化过程。

对于丙烯酸与丁醇生成丙烯酸丁酯的可逆反应，增加原料丙烯酸(AA)或丁醇(BuOH)的浓度，将使反应平衡向正反应方向移动，由于丙烯酸与丙烯酸丁酯的沸点接近，无法通过精馏的方法进行分离。为了将丙烯酸尽可能完全转化，采用丁醇过量并将反应生成的水迅速从反应体系中去除，使反应平衡向正反应方向移动；压强不直接改变丙烯酸反应的平衡，但反应生成的水是以三元共沸物(丁醇━丙烯酸丁酯━水)的形式从反应体系中蒸出，压强变化会影响反应体系中的水份含量，间接影响可逆反应的平衡；催化剂的加入量不改变反应平衡，但反应速率会加快，缩短反应时间。

萃取是化工生产中用来分离液体混合物的手段之一，是将一种和原混合液中溶剂不相溶或微溶的溶剂做为萃取剂加入原混合液中，经充分接触后利用溶质在这两种溶剂中溶解度的不同，使其从原混合液转移到萃取剂中来，利用萃取剂与原溶剂密度不同而分相，形成萃取相和萃余相，从而将绝大部分溶质从混合液中提取出来，达到分离的目的。

萃取全过程包括：(1)原料液与萃取剂充分混合接触，完成溶质传质过程；(2)萃取相和萃余相的分离过程；(3)从萃取相和萃余相中回收萃取剂的过程。

二、丁酯开车过程中存在的问题

丙烯酸丁酯生产分四个工序，生产流程长，工艺复杂，受此影响装置能物耗居高不下。丁酯装置设计能耗为499.06千克标油，整个工艺在装置正常的情况下，能物耗可以达到指标。但是如果遇开停车，能耗直线上升，又是能高到1300千克标油，严重影响装置的能耗指标，造成生产成本大幅上升。因此如何做到装置的快速、稳定、安全的开停车，对本装置的综合能耗有巨大的影响。从丁酯装置开车投产到目前，虽然开车过程经过优化，但开车过程还是较长，整个开车过程从反应器升温到最后合格产品采出需要90—100小时。这样不光造成水电汽的消耗高，而且还产生大量的粗丁酯需要二次处理,这样装置能物耗升高。实现装置的快速开停车、精益运行，对节约生产成本、提高经济效益有着至关重要的作用。

3. 丙烯酸丁酯快速开车法的生产创新实践

从丁酯生产特点入手开展分析，以开工过程优化为切入点，结合上级部门开展的对标管理，以提高经济技术指标为目的，开展装置开车优化工作。在无经验借鉴的情况下，我与车间技术人员突破原有开车方法的局限，创新简化开车方法。

1. 反应工序优化开车。丁酯装置反应器升温过程是V-6301A—R-4111A/B—R-4112A/B—V-6301A大循环缓慢升温，这样升温的弊端是反应粗液从粗酯罐出来开始用0.2兆帕蒸汽升温进反应器，但是经过两个串联的反应器升温后返回粗酯罐时，为了保证罐区安全，又得将反应粗液降温再进入罐区，这样造成蒸汽的热量与循环水的冷量大量浪费。针对本问题我们在反应升温时，物料循环由原来从V-6301A—R-4111A/B—R-4112A/B—V-6301A大循环缓慢升温，改为R-4111A/B—R-4112A/B—R-4111A/B小循环升温，这样可以减少反复的物料返回中间储罐的降温过程，用最少的蒸汽达到正常的升温效果，最大程度减少热量损失。

2. 回收催化剂加入时间的调整。本装置使用的催化剂在萃取洗涤工序进行回收，回收催化剂返回反应工序循环使用，损失的部分补加新鲜催化剂。以前开车回收催化剂是在反应转化率完全合格后，物料进入萃取塔才投用。工艺优化后，在反应温度达到之后物料先进萃取塔，对催化剂进行回收，并提前投用回收催化剂，以提高反应速率。为此对工艺流程做了如下改造：丁酯单元，当精制工序或萃取洗涤工序出现异常情况时，反应工序需要进行粗酯循环，反应系统中PTSA和水的平衡会发生变化。装置大检修时，在T-4121出口增加一条去V-6301A的管线，减少了催化剂PTSA的消耗，也保证了反应系统的水平衡。

3.精制工序开车优化。精馏塔传统开车是丁酯转化完成后开始进料、升温、建立回流、塔顶塔釜采出。现在我们利用停工时塔内退出储存的物料，提前对精馏塔开车，并进行工艺调整，使精馏塔达到汽液平衡。前工序物料分析合格后，直接进入工况稳定的精馏塔中，精馏塔能在最短的时间内达到稳定状态，大大缩短了精制工序精馏塔的调整时间。

3. 丙烯酸丁酯快速开车法成效

经过不断摸索实践，总结下发《丙烯酸丁酯快速开车法》，修订完善了开工方案，使装置开工过程能耗物耗进一步降低。

1. 缩短开工周期，降低能耗。优化操作后可以将开车时间由原来的90—100小时缩短至72小时之内，大大缩短开车时间。装置能耗由原来开车平均能耗1180千克标油降到758千克标油。实施后可以减少24小时，按每小时节约18吨蒸汽，每吨蒸汽160元计算，18×24×160=69120元。按每小时节约2000度电，每度电0.87元计算：2000×24×0.87=41760元。此方法实施后每次开车可节约能耗合计:110880元。

2. 降低新鲜催化剂用量。进过对回收催化剂加入时间的调整，大大降低开工时新鲜催化剂的加入量。新鲜催化剂用量由80Kg/h降至50Kg/h，按开工时间72小时，每小时节约30Kg，每吨催化剂2万元计算，72×0.03×20000=43200元。此方法实施后每次开车可节约催化剂43200元。

3. 减少不合格丁酯的产量。通过优化工艺，缩短开工周期，在升温投料时减少反应粗液的产生，在精制系统调整过程中也减少了粗液的产生。大大降低了不合格丁酯粗液的产量，减轻了后续处理不合格产品的压力，达到装置平稳操作，工艺优化的目标。

4. 中间罐区冷却负荷进一步降低。通过反应液小循环升温，在升温过程中再没有粗液进出丁酯粗液罐，从而有效降低了循环水系统的换热冷却负荷，也能保证装置其他冷却换热器的冷却效果。

五、推广应用前景

本装置作为国内第一套自主知识产权的工艺，丙烯酸丁酯快速开车法在车间应用，对同类装置开工有较好的指导意义，具有较高的推广价值。

优化工艺、降低成本没有任何捷径，只有一步一个脚印的探索，不断发现问题、解决问题、提高操作技能，用实践操作验证理论。在对装置不断摸索掌握的基础上，打破传统开工局限，结合装置自身工艺流程特点，不断优化创新，简化设置程序，最终使各项经济指标达到同类装置领先。

我们将用热情和智慧凝聚到公司确定的“优化、畅通、共享、提效”八字方针及实现生产经营七大目标”、凝聚到厂部确定的“五强化五确保，三完善一推进，抓实六项重点工作”上来，引导全员紧紧围绕我厂打赢提质增效攻坚战，以全面完成生产经营任务为目标，使每一位员工在企业里，想尽一切办法、采取一切措施，形成全员与企业责任共担的格局，以最大限度的积极性、主动性和创造性努力夺取提质增效攻坚战的全面胜。

窗体底端

作者简介：赵贵斌（1978-）男，汉族，甘肃兰州人，高级技师，主要从事丙烯酸及酯生产的工作。