浅谈邻二甲苯氧化制苯酐工艺装置的优化设计

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摘 要：苯酐全名邻苯二甲酸酐，是世界上常用的化工、医药生产产品，我国的苯酐主要用于制造塑料制品和树脂涂料。本文主要介绍了邻二甲苯氧化制苯酐的工艺生产过程，我国的生产现状，说明了苯酐制造流程必须进行优化设计，实现苯酐国产化。

关键词：苯酐 邻二甲苯法 工艺装置 优化

苯酐，一种重要的化工生产原料，目前在我国广泛的应用在制作塑料、树脂当中。邻二甲苯氧化法是苯酐的主要生产工艺，这种工艺的技术较为先进，生产效率更高，生产成本也比较低。这种生产工艺多采用气相催化氧化法，另外在国际上也有多种工艺技术。为了提高生产效率，提升企业效益，我们还需对生产工艺进一步进行优化。

一、邻二甲苯氧化制苯酐工艺流程

1.氧化反应

首先将空气和邻二甲苯进行预热处理，并对空气进行压缩，然后送入邻二甲苯气化器，令二者均匀混合。随后，将充分混合的气体送入到列管式固定床反应器当中，这时反应器中的催化剂便起了作用使邻二甲苯被氧化，生成苯酐，由于这时一个放热反应，同时还会放出大量热。热量会被反应管周围循环使用的熔盐带走。另外，反应中附带的蒸汽要提供反应装置的保温作用。

2.冷凝回收

反应气体会从反应器底部出来，经过冷却器，到达自动切换操作的冷凝系统中，从而回收反应气体中的苯酐。由于苯酐是从气态转化到固态，所以这是一个凝华的过程，凝华时冷凝器内通入冷油，固体苯酐数量达到需要回收的时候转变为热油，使固态的苯酐液化，通入到粗苯酐贮槽中。

3.精制苯酐

粗苯酐还要进行精制处理，首先进行高温加热，将反应副产物分解。粗苯进行过高温处理后脱掉其中的轻组分和重组分，最后得到精度较高的液态苯酐，并进行真空精馏。

4.结片包装

将液态苯酐进行结片处理，得到片状的固态苯酐，并进行产品包装。

5.尾气处理

冷凝器在作用时会产生大量的尾气，包括空气和大量的CO2，伴随着少许的有机物。这些尾气要经过水洗处理，达到国家规定标准后在排放出去。

二、我国苯酐生产工艺技术现状

自1980年来，我国的石油化工产业得到了迅猛的发展，虽然苯酐生产原材料越来越多，但我国的苯酐供需矛盾却没能得到解决，为了满足市场需求，我国的相关企业联合了研究所和高校等单位，进行了苯酐生产技术研发。首先，是向国外的先进技术学习，并在1991年取得了一定成功，苯酐年产量增长了，能耗减低了。在接下来的几年间，苯酐产量也一直在不断增加。

三、苯酐生产中的问题

1.生产规模小

目前，我国的苯酐生产装置很多都是小规模的生产，年产量在20000吨以下的就达到了一半以上。但是随着苯酐生产技术的不断优化，苯酐生产势必会向着大型化发展，原有的这些反应器的规模并不能承担起高量化的生产，所以我国需要研发大规模的反应器。

2.反应器研发进度低

苯酐反应器是邻二甲苯氧化反应的核心，其质量会直接影响到对催化剂的承担量。所以反应器和催化剂要二者共同研发，统一进步，但是目前催化剂的研发进度要远快于反应器的研发进度。

3.催化剂研发

氧化过程中的催化剂的性能好坏会直接影响苯酐生产，使用高性能催化剂后能够有效提升苯酐生产效率。简单来说，使用的高质量催化剂，反应器中的邻二甲苯浓度可以适当增加，从而单次生产量也能有效增大，若规定年产量不变，则反应器的数目便能适当减少，鼓风气也能适当减少，从而减少成本投入，提升企业效益。我国的催化剂研发水平与发达国家相比还有一段距离，还应继续大力研发。

4.缺乏对于苯酐装置的重视

企业想要获得更高的经济效益，除了尽量提升产品质量产量，还应进行有效的成本节省。

四、生产工艺装置的优化设计

系统生产装置的优化设计要从两方面进行，包括降低耗能和副产品回收。之前也已经提到过，邻二甲苯氧化反应是一个放热的反应，能量主要集中在副产品蒸汽和反应器的加热及制冷设备上。想要减少能量消耗，就要一方面尽量减少生产中装置自身产生的热量，另一方面还要尽量减低装置生产时的能量需求。

1.轻组分塔优化

苯酐生产中轻组分塔的作用是将粗苯酐中的轻组分分离出去，这个过程中的减少耗能方式是通过改变操作条件减少功耗。通过计算机模拟计算后，可以得出，塔结构应该采用30块塔板，将回流比定为120，填料选用板高效率较高的填料。

2.产品塔优化

苯酐生产中产品塔的作用是分离出粗苯酐中的重组分，这一生产过程中采用的节能方式也是调整操作条件，模拟之后得出，塔结构要采用23块塔板，并将回流比定位1，填料选用的仍是板高效率较高的填料。

3.进料温度优化

在邻二甲苯发生氧化反应前首先又通过气化进行和热空气的均匀混合，进入到反应器时的温度要求可以适当降低，因为循环的熔盐能够有效加温，所以对邻二甲苯进行预热处理时可以只对空气加热并使邻二甲苯气化即可，通过计算机模拟初步将进口温度设定成160℃，出口温度则设定成130℃，从而有效减少热负荷。

4.精馏塔优化

设计方案有两种：

第一种方案：采用反应器出口的高温气体加热导热

油，进而为精馏系统提供热量，气体冷却器在高温阶段产生的蒸汽的热负荷能够负担起精馏时所用热负荷。

第二种方案：采用反应热直接加热导热油。反应热在导出的时候通过循环熔盐进行的，所以只需在熔盐环道处加上导热油装置，就能有效进行精馏。

这两种方案中，第二种需要在系统中添加装置，从而需要重新设计熔盐装置，比较麻烦。但是，第一种方案虽然增加了冷却器的面积但是能够去掉汽包设备，经比较方案一要比方案二更为方便实行，也能有效减低运行费用。

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：

苯酐近年来越来越广泛的应用到各个领域当中，尤其是其衍生物的开发利用更是促进了苯酐的生产。我国的苯酐生产工艺还存在着一些问题，需要进一步进行优化设计，所以专家学者们要加强对于工艺系统研究，提高生产效率，增加企业效益。

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，2006.

[2].论邻二甲苯法制苯酐工艺氧化反应系统[J].化工设计，2010（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，2012（05）.