烟用二醋酸纤维工业进展

烟用二醋酸纤维工业进展

高春红

摘要简述了二醋酸纤维的特性、发展历史以及我国烟用二醋酸纤维工业的进展情况；对醋片制造、醋酐制造、醋酸回收、纺丝、丙酮回收等最新制造二醋酸纤维的过程进行了介绍和分析，并对如何进一步发展我国烟用醋纤工业提出了建议。

关键词二醋酸纤维丝束特性生产工艺

The Industrial Development of Cellulose Acetate Cigarette Tow

Abstract The characteristics and the industrial status of domestic cellulos acetate cigarette tow were described.Proposals for further developing domestic cellulose acetate industry were discussied.

Key words Cellulose acetate Tow characteristics Productive technology

1 概述

醋酸纤维素分子式为［C

6H

7

O

2

(OCOCH

3

)

x

(OH)

3-x

］

n

，n=200～400，当x=2.28～

2.49(相当于醋酸含量53%～56%)时为二醋酸纤维素(简称二醋片)，二醋片的乙酰基含量为38%～40%。二醋片具有耐候性、耐冲击、耐油、不带静电、二次加工性好等许多优良性能。由于二醋酸纤维丝束用于卷烟过滤嘴具有吸味效果好、质地坚挺、截留烟气焦油效率高和构形美观等优点而广泛用于烟草工业。

1865年，德国人Schutzenberger用纤维素和醋酸在一定压力、温度下等一次合成了醋酸纤维素。1879年，Franchimont首次用硫酸作为催化剂合成醋酸纤维取得成功，由于当时没有找到合适的溶剂，其工业开发和应用受到限制。1904年，Miles和Eichengrum发现部分水解的三醋酸纤维可溶于丙酮，为醋酸纤维的工业应用开辟了道路，在第一次世界大战期间，醋酸纤维得到了一定的应用。1920～1940年，科学家们对醋酸纤维的制造技术进行了广泛的研究并实现了工业化生产。当今，醋酸纤维的制造技术已在世界各地得到应用，目前全世界二醋片的生产能力约为67万吨，生产二醋片和烟用丝束的三大巨头为美国Eastman 公司、Celanese公司和日本大赛路化学株式会社。其中美国的醋片产量占55%，日本占13%，欧洲占16%，其它国家和地区占16%。

我国醋酸纤维工业始于50年代且发展较慢，生产技术也比较落后，烟用醋酸纤维的发展就更晚。80年代中国烟草总公司采用技贸结合的方式，与美国Celanese公司合资成立了南通醋酸纤维有限公司，由美国Celanese公司提供技术，在江苏省南通市建成了年产12500t烟用醋纤丝束装置，填补了国内空白。到90年代，南通烟用醋纤丝束装置已扩建至年产25000t，并建成了为其配套的

年产25000t的二醋片装置。90年代中国烟草总公司还与美国Celanese公司合资在珠海和昆明建成了两家年产12500t的烟用醋纤丝束工厂；另外陕西惠安与日本大赛路合资，采用日本技术在惠安建成了一套年产8000t的烟用醋纤丝束装置。目前南通醋纤公司正在进行三期工程，计划将二醋片装置的年生产能力扩至50000t，预计1999年10月份投产，投产后将为珠海和昆明两家工厂提供二醋片原料。

我国是世界卷烟主产国，产量已超过美国，占世界总产量的30%，且滤嘴烟的比重日益增长。据预测，近几年国内对二醋纤烟用丝束的需求量约为12万吨/年，而目前国内醋纤丝束的总生产能力只为6万吨左右，还远远满足不了市场需求，每年仍要花费大量外汇进口丝束，可见二醋酸纤维丝束是市场急需、效益显著的产品。

2 烟用二醋酸纤维丝束的生产流程

生产烟用二醋酸纤维丝束的主要原料有木浆泊(含α纤维素96%以上)或棉短绒(含α纤维素99 %以上)、冰醋酸、丙酮等，其生产流程由5个基本单元组成，见图1。

图1 烟用二醋酸纤维丝束生产流程

2.1 醋片单元

醋片由纤维素和醋酐在催化剂的作用下醋化(酯化)而得，工业醋化工艺主要有溶剂法和非溶剂法两大类。目前工业上最常用的方法是溶剂法：以无水醋酸和醋酐的混合物为醋化主剂，稀释剂为醋酸，催化剂为硫酸。醋化反应机理较为复杂，其主要反应如下：

溶剂法制造二醋酸纤维素的流程见图2。其主要工艺为：①木浆泊(硬木浆或软木浆)经粉碎后在预处理器里用冰醋酸进行活化，使纤维链的基团膨化，以利于醋化反应。②活化后的木浆在催化剂硫酸的作用下和醋酸-醋酐的混合物在夹套式醋化器里发生酯化反应。由于酯化及醋酐与水的反应都是放热反应，而反应器内温度的上升会降低纤维的聚合度，因此必须在夹套里通冷冻盐水，以及时移走反应放出的热。③从醋化器出来的浆液里，每个葡萄酐中的乙酰数略小于3。通过水解器对其进行水解，以使醋化度降到产品要求的范围，不同的产品其醋化程度不同，二醋酸纤维素的乙酰基数平均为2.4。适时加水使醋片沉析出来。④沉析出来的醋片经水洗分离后从稀醋酸中物理分离出来进入干燥器，稀醋酸进入稀醋酸回收单元。在干燥器里，通蒸气将湿醋片干燥至含湿量1%～5%，干燥后的醋片经取样分析，合格后送入丝束单元。

图2 溶剂法制造二醋酸纤维素工艺流程

2.2 醋酸酐(醋酐)单元

醋酐为醋化主剂，目前工业上生产醋酐的工艺主要有以下两种。

2.2.1 醋酸裂解法

如图3所示，在裂解炉内，醋酸在催化剂的作用下高温、低压裂化为乙稀酮，在填料塔内用醋酸吸收乙稀酮生成醋酐，最后精馏得成品。反应如下：

图3 醋酸裂解法制醋酐工艺流程

此法在制造醋酸纤维时要回收大量醋酸，并消耗大量醋酐，目前国内主要采用此法生产醋酐。但此法存在一系列副反应，且反应不易控制，能耗大。

2.2.2 醋酸甲酯羰基合成法

早在50年代，已有人开始研究此法。几十年来，科学家们在其合成工艺和催化剂选择等方面做了大量研究和开发工作。90年代由美国Eastman公司开发

成功，并投入工业化生产，年产醋酐25万吨。其主要工艺为：在RhCl

3-CH

3

I-吡

啶-Cr(CO)

6

系列催化剂作用下，醋酸甲酯和CO在一定温度和压力下通过羰基合成制得醋酐，其合成反应为：

后来，Eastman公司又将这一装置与煤气化装置组合起来，由煤制得甲醇和CO；用醋片装置上回收的醋酸和甲醇酯化得醋酸甲酯；而后用醋酸甲酯和CO合成得醋酐。该法为醋酐生产的发展方向，它与传统方法的本质区别在于用前步工艺酯化脱水代替热解脱水，有利于节约能量、降低成本。其流程如图4。

图4 醋酸甲酯羰基合成法制醋酐工艺流程