醋酸乙烯精制工艺的流程模拟与优化探讨

林晓辉 伊海亮

摘 要：醋酸乙烯的生产加工经常使用醋酸、乙烯等作为原料，在助催化剂的作用下，合成醋酸乙烯，但是由于精制工艺转化率较低，在精制工艺上无法高效制取醋酸乙烯，需要对精制工艺进行优化。基于此，本文使用Aspen Plus软件建构工艺模型，通过模型建设对精制工艺进行模拟，并在软件辅助之下对流程进行优化。通过优化流程，调解工艺参数，可以有效提高精制工艺的生产效率，提高醋酸乙烯产量。

关键词：醋酸乙烯;精制工艺;流程模拟;流程优化

0 引言

在化工生产中，醋酸乙烯是一种十分常见的生产原料，醋酸乙烯的制取经常使用醋酸、乙烯等材料，由于精制工艺生产效率较低，难以使用较低能耗获得更高的产量，因此要对精制工艺进行优化。对精制工艺的优化可以减少生产能耗，并提高生产效率，获得更多的醋酸乙烯产量，为生产企业创造更大的经济价值。因此，本文对精制工艺优化展开研究，对于化工生产实践具有现实意义，有助于降低企业生产成本，提高生产效益。

1 醋酸乙烯精制工艺的流程模拟

1.1 精制工艺流程

醋酸乙烯作为一种化工生产原料，经常用于聚醋酸乙烯以及聚乙烯醇的生产中。生产醋酸乙烯经常使用电石乙炔法、天然气乙炔法以及石油乙烯法等方法，使用醋酸和乙炔作为原生产材料，在活性炭的催化下对醋酸乙烯进行合成，同时使用精馏方式来分离获得纯度较高的醋酸乙烯产品。

醋酸乙烯精制流程如下圖所示：合成工段提供反应液，包含未发生反应的醋酸，副产物包含丁烯醛和乙醛。反应液从反应器中出来，通过脱气系统去除掉乙醛、乙炔以及二氧化碳，进入粗分塔。使用粗分塔对醋酸乙烯和醋酸进行分离，塔顶蒸出醋酸乙烯会进入乙烯精馏塔展开处理，塔釜将醋酸溶液采出后，放入精馏塔中进行下一环节的分离。醋酸乙烯的精馏塔在中部侧线气相中采出醋酸乙烯，放入聚合工段进行使用[1]。从塔顶气相可以冷凝分相，上层液一部分会回流到精馏塔的塔顶，还有一部分送到聚合工段进行下一步处理。在分相器的下层水相，进入到脱气系统的馏出槽，同时塔釜液将会循环进入粗分塔顶部。醋酸精馏塔要使用共沸精馏方式，将第三组分水添加到塔顶，丁烯醛同水形成共沸物，在塔顶被蒸出。塔顶已经馏出的馏出物会进入回收塔，对醋酸进行回收。塔下部醋酸的侧线采出精醋酸，在冷凝后送到合成工段实现循环使用，塔釜液作为重组分，包含醋酸、阻聚剂以及高沸物，在残渣蒸发器中进行处理。

1.2 模拟结果

以某公司醋酸乙烯精馏工艺为例，醋酸乙烯在经过粗馏和脱气处理后，需要将乙炔溶解后去除掉，并将大部分丙酮、乙醛等组分清除，当做是粗分塔的工艺进料。设定进料量为149252kg/h，设定温度值为95℃，设置450kPa的压力。经过对该公司精制工艺展开的模拟计算，可以发现，该公司模拟结果和实际结果相对吻合，和实际生产情况相符合。使用Aspen Plus建立热力学模型展开模拟计算，借助热力学计算方法提高计算准确程度。精制工艺处理醋酸以及醋酸乙烯，使用分相器和精馏塔进行工艺，利用Aspen Plus内置模块展开计算，对工艺参数进行优化处理。

2 醋酸乙烯精制工艺的流程优化

2.1 粗分塔回流比

分离醋酸以及醋酸乙烯时，使用粗分塔进行分离，回流比会直接影响到塔顶塔底的产品，回流比对于再沸器负荷也会产生直接影响，回流比增加会增加冷凝器以及再沸器的热负荷。保证粗分塔进料和板数，让质量回流比得到改善。分析回流比对醋酸乙烯及醋酸的影响，回流比不断增加，醋酸乙烯以及醋酸也出现不断增加，多是由于回流比增加塔内物料循环，导致醋酸和醋酸乙烯出现分离。当回流比超过1.2时，精馏效果受到的影响趋于稳定，回流比继续增加，冷凝器和再沸器的热负荷会出现明显的增加，导致能耗增加。因此将回流比控制在1.2附近较为合理。

2.2 醋酸乙烯精馏塔塔顶

对醋酸乙烯内乙醛的分离要使用醋酸乙烯精馏塔实现，塔顶馏出液中占比最大的成分就是醋酸乙烯，醋酸乙烯冷凝分流后，回流塔顶的一小部分进入聚合工段。回流比大小影响侧线产品纯度。保证精馏塔模拟条件固定，分析回流比变化对于侧线产品中乙醛和醋酸乙烯的含量。不断增加回流比，侧线产品中出现醋酸乙烯快速增加，但是乙醛出现逐渐减少。回流比小于4.0时，两者都存在明显的变化。当回流比逐渐超过4.0时，醋酸乙烯和乙醛变化逐渐减少。回流比过于小，醋酸乙烯的含量过低，乙醛含量过高，回流比过大，两者纯度变化不明显，反而造成能源浪费。因此将回流比控制在4.0左右，可以使用较少能量达到较好的分离效果。

2.3 醋酸乙烯精馏塔侧线

精馏塔侧线气相使用醋酸乙烯，侧线采出位置会对分离效果造成一定影响。在其他条件固定的情况下，对侧线采出位置进行分析，分析醋酸乙烯和乙醛受到的影响。发现采出位置和塔釜距离越近，醋酸乙烯含量越高，乙醛含量越低，获得更好的分离效果。当采出塔板多于30时，采出位置对于纯度影响较为薄弱。为保证采出产品的纯度，需要控制能源消耗。采出位置和塔釜过近，反而会造成热负荷增加，造成能源消耗[2]。将采出位置设定在30块板可以获得最佳效果。

侧线采出量的设定也会影响分离效果以及热负荷。保证进料、回流比、板数以及采出位置条件的固定，分析侧线采出量对于乙醛和醋酸乙烯含量的影响可知，当采出量未超过57000kg/h时，采出量对侧线分离效果造成的影响并不明显，可以基本满足分离要求。采出量超出57000kg/h时，侧线产品内醋酸乙烯含量出现明显下降，而乙醛含量出现明显的增加。随着采出量增加，造成再沸器热负荷明显升高，若采出量过小，无法满足产品产量要求。为了保证生产效益，还需要进行综合考虑，将采出量设定为57000kg/h。

2.4 醋酸精馏塔进料量

分离丁烯醛和醋酸时要使用水作为共沸剂，通过改变工艺进料量，对侧线采出醋酸和丁烯醛含量受到的影响展开分析。进料量不断增加的同时，醋酸采出含量出现明显的增加，丁烯醛含量出现逐渐减少。进料量达到5500kg/h时，醋酸含量出现明显下降，丁烯醛含量出现明显上升，达到平衡状态。当进料量达到5500kg/h时可以获得最好的分离效果。如果进料量过小，会造成丁烯醛和水难以形成共沸物，丁烯醛无法全部从塔顶蒸馏，会保留一部分在侧线产品中。如果进料量过大，反而会造成水过量，部分水和丁烯醛未得到分离，造成丁烯醛含量过高，而醋酸含量过低。因此，需要将进料量设定在5500kg/h，以较低能耗获得较高产量，实现生产效率的优化。

3 结论

综上所述，粗分塔需要将回流比控制在1.2左右，塔顶回流比要控制在4.0附近，采出位置选择第30块塔板，设定侧线的采出量为57000kg/h，共沸剂量设定为5500kg/h。经过工艺优化后，醋酸乙烯含量可以达到99.9%，且该工艺热负荷有效减少了8.4%。通过精制工艺的模拟优化，提高醋酸乙烯的生产效率，以较低的能耗获得更高的产量，达到生产效益最大化的目的。

参考文献：

[1]李德飞.甲醇-醋酸乙烯变压精馏工艺的研究与模拟[J].中外能源，2018，23（08）：76-85.

[2]罗静.醋酸乙烯精馏装置的工艺流程模拟与优化[D].北京：华东理工大学，2018.