己二酸生产过程中系统二元酸组份控制分析_纪洪虎.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 4 期 54 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 4 月 己二酸生产过程中系统二元酸组份控制分析 己二酸生产过程中系统二元酸组份控制分析 纪洪虎（山东华鲁恒化工股份有限公司，山东 德州 253000）摘 要：摘 要：分析了己二酸生产技术和应用前景，随后介绍了己二酸生产中的二元酸组分控制措施，包括二元酸的形成、质量分数升高原因、二元酸组分控制，希望能给相关人士提供有效参考。关键词：关键词：己二酸；生产技术；二元酸；组分控制 引 言 引 言 通过系统分析二元酸对生产己二酸的影响以及整个系统内二元酸质量分数变化，能够为己二酸生产提供有效参考，实现预期生产目标，进一步提升己二酸生产效率，降低生产成本，为此需要长时间的生产经验总结，分析对二元酸实施质量分数有效控制的具体措施，减少原料消耗。1 己二酸生产技术和应用前景分析 1 己二酸生产技术和应用前景分析 1.1 己二酸生产技术 己二酸作为聚氨酯和尼龙生产的重要材料，当前己二酸生产主要方法包括环己烯水合法以及环己烷氧化法，两种工艺技术主要是在己二酸生产制备中所用原材料不同，己二酸相关合成路线相对接近，不管选择哪种技术工艺，针对己二酸进行生产制备中都会形成二元酸这一副产物。而二元酸属于己二酸生产中戊二酸、丁二酸以及乙二酸等相关伴生副产物总和。实际生产己二酸过程中，因为二元酸属于反应原料之一氧化酸，结合理论层面分析，氧化酸这一原料中存在二元酸有利于发生反应，能够对反应中二元酸形成进行有效抑制，但结合长时间生产实践证实，氧化酸内二元酸整体质量分数不能过高，假如过高便会导致己二酸材料后期分离环节出现发黏现象，影响产品后期分离、精制，导致硝酸回收装置对应蒸发器产生堵塞问题，因为对管线、设备进行频繁清洗，导致工程消耗进一步扩大，严重情况下会对己二酸产品质量形成不良影响1。1.2 己二酸发展前景 己二酸作为有机二元酸，其主要功能是酯化反应、酰化反应、成盐反应，同时可以和二元醇以及二元胺缩聚为一种高分子聚合物，普遍应用于 PBAT、尼龙、TPU、PU 浆料、PU鞋底原液等可降解塑料生产领域内。随着己二酸产业各种全新产能诞生，进一步加剧市场竞争，当前主要盈利模式是薄利多销，联系财务测算分析，随着产能提升则生产成本相继下降，如初才能提升产品综合利润率。除此之外，下游行业对己二酸提出更高质量要求，某些国外客户以及 TPU 高端客户相关执行标准初步超出国标，原始设计下的工艺参数已经无法达到己二酸国际化和高端化战略要求，为此需要综合考虑近几年相关实践经验针对己二酸质量、负荷提升开展深入研究分析，提出针对性解决策略。大宗产品相关需求爆发主要被两层因素所影响，突破价格下跌或产生全新应用领域导致应用放量，而该种情景普遍出现于己二酸中。当前国内的己二酸出口和消费总和总计超出每年 170 万吨，假设 PBAT在建项目以及己二酸项目投产，预计两年到三年内能够形成每年 190 万吨的己二酸需求，远远超出国内对于己二酸的需求。随着我国相关己二酸需求量持续提升，机场修建、汽车产业、路桥建设、城市道路以及电子行业等都针对己二酸提出更高生产要求。国内相关己二酸生产需求普遍源自聚氨酯产业，进一步促进己二酸生产加速发展2。2 己二酸生产中二元酸组分的有效控制 2 己二酸生产中二元酸组分的有效控制 2.1 二元酸形成 某一石化企业中主要应用环己烷氧化法进行生产，在整体反应中应用环己酮和环己醇两者混合物即硝酸氧化 KA油，于特定液态系统内实施反应，把五氧化二钒活性组分以及电解铜当成基础催化剂。当前，己二酸实际生产制备中，主要利用硝酸蒸发处理中的硝酸蒸发装置对系统内的二元酸物质实施定量排放，将氧化反应过程所形成二元酸物质直接抵消，使氧化酸内二元酸保持较为稳定的质量分数。二元酸属于己二酸生产中所形成副产物，实际生产己二酸过程中进行反复循环，但同时也会通过由此蒸发器内投料将二元酸直接排放出来3。己二酸属于白色粉末结晶，于脂肪族二元酸内拥有较高应用价值。能够在大部分有机溶剂内进行溶解，可以微溶于水，但因温度变化所受到一定影响产生明显变化。原材料母液酸内所携带二元酸物质以及经过氧化反应后所形成二元酸在经过氧化反应后，采集液开始进入分离环节并实施全面分离处理。结合不同结晶点差异，把液相母液酸内二元酸和固相内己二酸实施全面分离处理。母液内二元酸部分元素开始实施硝酸蒸发处理后顺利排出，其中大部分元素直接进入硝酸浓缩处理环节，并进行循环处理。经过硝酸浓缩处理后所形成的内含二元酸混合物和 63%浓硝酸实施充分混合，并转变成氧化反应中所需基础氧化酸，对应二元酸整体质量分数保持在 10%到 12%之间。2.2 质量分数升高原因 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.007 纪洪虎：己二酸生产过程中系统二元酸组份控制分析 55 导致整个生产系统内部二元酸相关质量分数提升涵盖两种影响因素，第一是己二酸生产中，在氧化反应环节会形成一定量的二元酸副产物，从而导致二元酸含量扩大。第二是己二酸实际生产中的己二酸硝酸整体蒸发过程中因为二元酸排放能力有限，导致硝酸浓缩处理后重新返回至氧化酸内二元酸含量大范围增长，并在整个系统内持续积累和增加，通过混合环己酮以及环己醇充当基础原料投入到己二酸生产当中。结合实际生产过程分析，存在以下因素会对二元酸总量形成不利影响，双酮在分解转化成戊二酸的变化速率以及环己酮反应分解转化为乙二酸和丁二酸的反应变化速率都会对二元酸总量产生一定影响。结合相关报道文献分析，铜主要功能作用是应用于高温状态下，并对二元酸这一副产物的产量形成有效抑制，其中的钒元素主要功能是应用于低温生产条件下，使主要反应素进一步加速变化，迅速生成己二酸。除此之外，二元酸整体生产总量和氧化酸内硝酸相关质量分数存在直接联系，两者关系密切。2.3 二元酸组分控制 某一石化企业中的己二酸相关生产装置和生产系统主要以环己烷氧化生产工艺为主，此项生产工艺和生产技术也是当前应用较为普遍的己二酸生产技术，于己二酸实际生产中，氧化酸内二元酸相关质量分数普遍需要控制在 10%到12%之间，具体控制方法是利用硝酸蒸发器将二元酸直接排出，针对初步确定系统生产负荷，氧化反应中的二元酸这一副产物形成数量会直接影响二元酸排放量，为此需要通过系统研究形成针对性处理措施进一步优化相关工艺参数，帮助降低系统内二元酸质量分数。想要对己二酸生产系统内二元酸整体质量分数进行有效控制，需要从以下几项内容入手，第一是针对己二酸生产相关反应条件进行合理控制，进一步缩减二元酸这一副产物综合产量。第二是重点控制硝酸回收处理过程，在硝酸回收处理中，二元酸朝一次蒸发器外部排放，避免整个生产系统内二元酸持续积累。立足于经济和技术层面分析，合理控制反应条件具有重要价值意义，因为在进一步增加二元酸排放量过程中需要消耗大规模蒸汽，进而导致投入成本规模增加，但相关反应控制条件较为简单，整体生产成本较低，在有效缩减二元酸副产物总和基础上，能够进一步扩大二元酸主产物生产总和，从间接层面发挥出控制原料能耗的价值功能。通过分析发现，以下四种元素会对整个生产系统内的二元酸质量分数产生明显影响，同时方便调节，能够进行灵活控制，较为安全。第一是氧化酸内催化剂铜相关质量分数，第二是氧化酸内催化剂钒相关质量分数。第三是氧化酸内硝酸对应质量分数。第四是二元酸排放量。为系统分析整个生产系统内二元酸的质量分数，需要初步确定己二酸生产中对二元酸相关质量分数实施有效控制的具体方向，开展三水平四因素正交试验，把氧化酸内二元酸整体质量分数当成基础指标，选择一次蒸发器投料量、氧化酸内钒质量浓度、氧化酸内铜相关质量分数以及氧化酸内硝酸质量分数充当基础指标，并在标准控制范围内针对三种可操作水平开展试验。最终结果证明，关于不同因素影响二元酸形成的质量分数差异，各个因素极差按照从高到低的顺序分别是氧化酸内铜元素质量分数、氧化酸内对应硝酸元素的质量分数、一次蒸发装置中的投料总和、氧化酸内钒元素整体质量浓度，由此能够看出基于标准试验范围中，氧化酸内铜对应质量分数是对二元酸相关副产物进行有效控制的重要手段，也是对生产系统内相关二元酸实施合理控制的重要方法，可以进一步控制二元酸质量分数。结合二元酸对应质量分数层面分析，氧化酸内钒、铜以及硝酸分数相对较小，不能过高。适合的一次蒸发进料量有助于对二元酸相关质量分数实施合理控制。根据不同组合模式实施合理控制，在稳定系统内进行应用，能够更好控制二元酸，调节相关质量参数。利用上述措施，能够帮助己二酸生产系统内所存在的二元酸形成过高质量分数的问题，将会阻碍整个生产装置和系统设备正常运行，从而消除各种不利影响。此外，可以从源头入手进行全面优化，氧化反应过程中所形成二元酸数量缩减，生产系统中的硝酸回收处理中，有效减少相关物料排放量，合理降低硝酸蒸发系统装置整体运行负荷，顺利解决低压蒸汽以及高消耗等问题。因为进一步提升了己二酸整体转化率，有效扩大己二酸回收率，合理控制原材料单耗，能够进一步优化产品质量，保障系统装置稳定运行，扩大产品市场综合竞争力。我国当前己二酸产量处于快速上涨趋势，相关生产技术越加完善，产业结构全面优化调整，为此需要国家机构部门针对己二酸产业开展深入调研，及时采集市场需求，进行科学预测，加强技术创新，支持己二酸产业实现稳定、健康生产发展。3 结 语 3 结 语 综上所述，在己二酸实际生产制造中，通过对相关生产工艺进行不断创新改进，合理控制二元酸组分，进一步优化和改善己二酸产品的生产质量和综合产量，控制生产原料，降低能源消耗，减少生产成本，促进己二酸相关产品实现稳定生产，提升企业综合经济效益。参考文献 参考文献 1 张也.生物可降解聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)共混物及薄膜的制备与性能研究D.长春工业大学,2022.2 陈咏,乌婧.生物可降解聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯纤维的制备及其环境降解性能J.纺织学报,2022,43(02):37-43.3 弓浩宇,杨幸川.响应面法优化己二酸二甲酯低压催化加氢工艺研究J.现代化工,2022,42(02):172-176.