C5石油树脂生产中催化剂脱除技术的改进研究

在C5石油树脂生产中，催化剂（如路易斯酸类的三氯化铝、三氟化硼络合物等）的脱除是影响产品质量的关键环节。残留的催化剂会导致树脂储存过程中发生交联、变色或性能劣化，同时还可能腐蚀后续加工设备。传统脱除技术（如水洗、碱中和）存在废水排放量大、脱除效率有限、树脂损失率高等问题，因此，催化剂脱除技术的改进研究成为提升C5石油树脂生产经济性与环保性的重要方向。

一、传统催化剂脱除技术的局限性

目前工业上主流的催化剂脱除方法以“中和-水洗”为主，其核心流程是向聚合反应结束后的物料中加入碱性溶液（如氢氧化钠、碳酸钠溶液），使催化剂（如三氯化铝）转化为水溶性盐（如氯化钠、铝酸钠），再通过静置分层或离心分离去除水相。但该技术存在明显缺陷：

脱除不彻底：部分催化剂可能与树脂形成络合物或包裹在树脂颗粒内部，难以被碱液完全中和，导致树脂中残铝量仍可达50-100ppm，影响产品稳定性。

废水处理压力大：每生产1吨树脂需消耗3-5吨水，产生大量含铝、含盐废水，处理成本高（需经絮凝、沉淀等多步处理），且易造成二次污染。

树脂损失率高：水洗过程中，部分低分子量树脂会溶于水相，导致收率降低（通常损失3%-5%），同时水洗后的树脂需经干燥脱水，增加能耗。

影响树脂性能：剧烈的中和反应可能释放热量，导致树脂局部过热，引发二次聚合或降解，使树脂色度加深（加纳色号升高1-2号）、分子量分布变宽。

二、催化剂脱除技术的改进方向与研究进展

针对传统技术的不足，近年来研究主要从“强化脱除效率”“减少废水排放”“降低树脂损失”三个维度展开改进，核心技术路径包括以下几类：

1. 新型中和剂与复合脱除体系的开发

传统碱性中和剂（如氢氧化钠）虽能中和催化剂，但易导致局部pH骤升，引发树脂乳化。改进思路是采用弱碱性中和剂或复合体系，通过调控反应温和性提升脱除效果：

弱碱性中和剂应用：使用碳酸氢钠、氨水等弱碱替代强碱，降低中和反应的剧烈程度。例如，采用 5%-8% 的碳酸氢钠溶液时，反应放热速率降低40%，可避免树脂因高温变色，同时生成的碳酸铝盐沉淀更易与树脂分离，残铝量可降至30ppm以下。

复合中和-络合体系：在中和剂中引入络合剂（如EDTA、柠檬酸），通过络合作用打破催化剂与树脂的结合。研究表明，向氢氧化钠溶液中添加0.5%-1%的EDTA，可使树脂中残铝量从传统方法的60ppm降至20ppm以下，原因是EDTA能与Al³⁺形成稳定的水溶性络合物，促进包裹在树脂内部的催化剂释放。

2. 物理强化分离技术的融合

通过引入机械或物理场强化传质，提高催化剂盐与树脂的分离效率，减少水洗次数：

静态混合-离心耦合技术：在中和阶段采用静态混合器强化碱液与树脂的接触，使催化剂分散更均匀；后续使用碟式离心机（转速8000-10000r/min）替代传统静置分层，分离时间从2-3小时缩短至10-15分钟，水相残留树脂量减少60%以上，同时降低树脂在水相中的溶解损失。

超声波辅助脱除：在水洗阶段引入超声波（频率20-40kHz），利用超声空化效应产生的微射流破坏树脂表面的液膜，促进催化剂盐向水相迁移。实验数据显示，超声处理可使水洗次数从传统的3-4次减少至2次，用水量降低30%-40%，且残铝量可控制在25ppm以下。

3. 溶剂萃取法的优化与应用

溶剂萃取法通过选择与树脂相容性好但不溶解催化剂盐的溶剂，实现催化剂与树脂的分离，可减少水洗步骤，降低废水排放：

选择性溶剂的筛选：采用己烷、环己烷等非极性溶剂作为萃取剂，将中和后的树脂 - 催化剂盐混合体系与溶剂按1:1-1:2比例混合，利用溶剂对树脂的溶解能力，使树脂进入有机相，而催化剂盐留在水相。相较于传统水洗，该方法树脂损失率可降至1%以下，且溶剂可通过蒸馏回收循环使用（回收率≥95%）。

萃取 - 蒸馏耦合工艺：将萃取后的有机相（含树脂和溶剂）直接进入蒸馏塔，在脱除溶剂的同时进一步挥发残留的催化剂小分子，使最终树脂残铝量降至10ppm以下。该工艺可减少水洗和干燥环节，能耗降低20%左右。

4. 膜分离技术的探索性应用

膜分离作为一种绿色分离技术，近年来被尝试用于催化剂脱除，其核心是利用多孔膜的选择性渗透作用分离树脂与催化剂盐：

陶瓷膜过滤：选用耐溶剂的陶瓷膜（孔径0.1-0.5μm），在0.2-0.3MPa压力下对中和后的混合体系进行过滤，树脂（分子量通常为500-3000）因无法透过膜孔被截留，而催化剂盐溶液透过膜孔分离。实验表明，陶瓷膜过滤可使残铝量控制在15ppm以下，且无需水洗，废水排放量减少90%以上，但膜易因树脂吸附而堵塞，需通过定期反冲洗（使用溶剂或稀酸）恢复通量。

纳滤膜脱盐：对于溶剂萃取后的有机相，可采用耐有机溶剂的纳滤膜进一步脱除微量催化剂盐，膜截留分子量控制在300-500，既能保留树脂，又能去除小分子催化剂残留，使最终产品纯度显著提升，适用于高端电子级C5石油树脂的生产。

三、改进技术的综合应用与未来趋势

单一脱除技术往往难以同时满足 “高效、低耗、环保” 的要求，因此，将多种技术耦合形成集成工艺成为研究热点，例如，“弱碱中和-超声辅助-离心分离-溶剂萃取”集成工艺，可将残铝量控制在10ppm以下，用水量减少60%，树脂损失率降至0.5%，且废水处理成本降低40%以上，已在部分企业的中试线得到验证。

未来，催化剂脱除技术的发展将更注重与聚合工艺的协同优化：一方面，通过开发可原位失活的催化剂（如负载型催化剂，反应结束后通过热解或化学处理失活并沉淀），从源头减少脱除难度；另一方面，结合智能化控制（如在线近红外监测树脂中催化剂残留量），实现脱除过程的精准调控，进一步提升C5石油树脂的品质稳定性与生产绿色化水平。

本文来源：河南向荣石油化工有限公司 http://www.upresinchem.com/