C5石油樹脂生產中催化劑脫除技術的改進研究

在C5石油樹脂生產中，催化劑（如路易斯酸類的三氯化鋁、三氟化硼絡合物等）的脫除是影響產品質量的關鍵環節。殘留的催化劑會導致樹脂儲存過程中發生交聯、變色或性能劣化，同時還可能腐蝕后續加工設備。傳統脫除技術（如水洗、堿中和）存在廢水排放量大、脫除效率有限、樹脂損失率高等問題，因此，催化劑脫除技術的改進研究成為提升C5石油樹脂生產經濟性與環保性的重要方向。

一、傳統催化劑脫除技術的局限性

目前工業上主流的催化劑脫除方法以“中和-水洗”為主，其核心流程是向聚合反應結束后的物料中加入堿性溶液（如氫氧化鈉、碳酸鈉溶液），使催化劑（如三氯化鋁）轉化為水溶性鹽（如氯化鈉、鋁酸鈉），再通過靜置分層或離心分離去除水相。但該技術存在明顯缺陷：

脫除不徹底：部分催化劑可能與樹脂形成絡合物或包裹在樹脂顆粒內部，難以被堿液完全中和，導致樹脂中殘鋁量仍可達50-100ppm，影響產品穩定性。

廢水處理壓力大：每生產1噸樹脂需消耗3-5噸水，產生大量含鋁、含鹽廢水，處理成本高（需經絮凝、沉淀等多步處理），且易造成二次污染。

樹脂損失率高：水洗過程中，部分低分子量樹脂會溶于水相，導致收率降低（通常損失3%-5%），同時水洗后的樹脂需經干燥脫水，增加能耗。

影響樹脂性能：劇烈的中和反應可能釋放熱量，導致樹脂局部過熱，引發二次聚合或降解，使樹脂色度加深（加納色號升高1-2號）、分子量分布變寬。

二、催化劑脫除技術的改進方向與研究進展

針對傳統技術的不足，近年來研究主要從“強化脫除效率”“減少廢水排放”“降低樹脂損失”三個維度展開改進，核心技術路徑包括以下幾類：

1. 新型中和劑與復合脫除體系的開發

傳統堿性中和劑（如氫氧化鈉）雖能中和催化劑，但易導致局部pH驟升，引發樹脂乳化。改進思路是采用弱堿性中和劑或復合體系，通過調控反應溫和性提升脫除效果：

弱堿性中和劑應用：使用碳酸氫鈉、氨水等弱堿替代強堿，降低中和反應的劇烈程度。例如，采用 5%-8% 的碳酸氫鈉溶液時，反應放熱速率降低40%，可避免樹脂因高溫變色，同時生成的碳酸鋁鹽沉淀更易與樹脂分離，殘鋁量可降至30ppm以下。

復合中和-絡合體系：在中和劑中引入絡合劑（如EDTA、檸檬酸），通過絡合作用打破催化劑與樹脂的結合。研究表明，向氫氧化鈉溶液中添加0.5%-1%的EDTA，可使樹脂中殘鋁量從傳統方法的60ppm降至20ppm以下，原因是EDTA能與Al³⁺形成穩定的水溶性絡合物，促進包裹在樹脂內部的催化劑釋放。

2. 物理強化分離技術的融合

通過引入機械或物理場強化傳質，提高催化劑鹽與樹脂的分離效率，減少水洗次數：

靜態混合-離心耦合技術：在中和階段采用靜態混合器強化堿液與樹脂的接觸，使催化劑分散更均勻；后續使用碟式離心機（轉速8000-10000r/min）替代傳統靜置分層，分離時間從2-3小時縮短至10-15分鐘，水相殘留樹脂量減少60%以上，同時降低樹脂在水相中的溶解損失。

超聲波輔助脫除：在水洗階段引入超聲波（頻率20-40kHz），利用超聲空化效應產生的微射流破壞樹脂表面的液膜，促進催化劑鹽向水相遷移。實驗數據顯示，超聲處理可使水洗次數從傳統的3-4次減少至2次，用水量降低30%-40%，且殘鋁量可控制在25ppm以下。

3. 溶劑萃取法的優化與應用

溶劑萃取法通過選擇與樹脂相容性好但不溶解催化劑鹽的溶劑，實現催化劑與樹脂的分離，可減少水洗步驟，降低廢水排放：

選擇性溶劑的篩選：采用己烷、環己烷等非極性溶劑作為萃取劑，將中和后的樹脂 - 催化劑鹽混合體系與溶劑按1:1-1:2比例混合，利用溶劑對樹脂的溶解能力，使樹脂進入有機相，而催化劑鹽留在水相。相較于傳統水洗，該方法樹脂損失率可降至1%以下，且溶劑可通過蒸餾回收循環使用（回收率≥95%）。

萃取 - 蒸餾耦合工藝：將萃取后的有機相（含樹脂和溶劑）直接進入蒸餾塔，在脫除溶劑的同時進一步揮發殘留的催化劑小分子，使最終樹脂殘鋁量降至10ppm以下。該工藝可減少水洗和干燥環節，能耗降低20%左右。

4. 膜分離技術的探索性應用

膜分離作為一種綠色分離技術，近年來被嘗試用于催化劑脫除，其核心是利用多孔膜的選擇性滲透作用分離樹脂與催化劑鹽：

陶瓷膜過濾：選用耐溶劑的陶瓷膜（孔徑0.1-0.5μm），在0.2-0.3MPa壓力下對中和后的混合體系進行過濾，樹脂（分子量通常為500-3000）因無法透過膜孔被截留，而催化劑鹽溶液透過膜孔分離。實驗表明，陶瓷膜過濾可使殘鋁量控制在15ppm以下，且無需水洗，廢水排放量減少90%以上，但膜易因樹脂吸附而堵塞，需通過定期反沖洗（使用溶劑或稀酸）恢復通量。

納濾膜脫鹽：對于溶劑萃取后的有機相，可采用耐有機溶劑的納濾膜進一步脫除微量催化劑鹽，膜截留分子量控制在300-500，既能保留樹脂，又能去除小分子催化劑殘留，使最終產品純度顯著提升，適用于高端電子級C5石油樹脂的生產。

三、改進技術的綜合應用與未來趨勢

單一脫除技術往往難以同時滿足 “高效、低耗、環保” 的要求，因此，將多種技術耦合形成集成工藝成為研究熱點，例如，“弱堿中和-超聲輔助-離心分離-溶劑萃取”集成工藝，可將殘鋁量控制在10ppm以下，用水量減少60%，樹脂損失率降至0.5%，且廢水處理成本降低40%以上，已在部分企業的中試線得到驗證。

未來，催化劑脫除技術的發展將更注重與聚合工藝的協同優化：一方面，通過開發可原位失活的催化劑（如負載型催化劑，反應結束后通過熱解或化學處理失活并沉淀），從源頭減少脫除難度；另一方面，結合智能化控制（如在線近紅外監測樹脂中催化劑殘留量），實現脫除過程的精準調控，進一步提升C5石油樹脂的品質穩定性與生產綠色化水平。

本文來源：河南向榮石油化工有限公司 http://m.cheng114.com/