丙烯腈裝置生產(chǎn)工藝的影響因素

程軍

【摘 ?要】隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平也在隨著經(jīng)濟(jì)快速的提升。我國對丙烯腈工業(yè)生產(chǎn)的原料有非常高的需求。因為丙烯腈用途十分廣泛，主要是用于合成纖維，合成橡膠以及合成樹脂等。在實際應(yīng)用中，丙烯腈裝置的生產(chǎn)工藝本身復(fù)雜，難以達(dá)到平穩(wěn)長久的運行周期，這影響了對丙烯腈的進(jìn)一步發(fā)展。只有不斷的改進(jìn)和分析丙烯腈裝置生產(chǎn)工藝的影響因素，才能更好地實現(xiàn)丙烯腈裝置長周期的生產(chǎn)運行。本文主要對影響丙烯腈裝置生產(chǎn)工藝的影響因素進(jìn)行深入的分析研究。

【關(guān)鍵詞】丙烯腈裝置;生產(chǎn)工藝;分析;研究

前言：

在丙烯腈裝置的生產(chǎn)工藝中，存在著很多的化工單元，以及尾氣處理的技術(shù)手段，回收塔的系統(tǒng)都相對復(fù)雜，而且丙烯腈裝置的生產(chǎn)工藝路線較長。由于丙烯腈化學(xué)物質(zhì)本身的各種特性，在生產(chǎn)工藝上有許多難以解決的問題，進(jìn)而導(dǎo)致長時間的生產(chǎn)難度過大，很難達(dá)到長久的高質(zhì)量的生產(chǎn)時間。一般影響丙烯腈裝置生產(chǎn)工藝的主要原因有，復(fù)雜的工藝水平，裝置內(nèi)部的溫度和壓力，回收塔的憋壓，反應(yīng)器壓力過大等。因此在丙烯腈裝置生產(chǎn)工藝需要進(jìn)行改進(jìn)，還需要在生產(chǎn)過程中，對丙烯腈裝置生產(chǎn)工藝的影響因素進(jìn)行深入分析，并且要有針對性的制定有效方案，從而確保丙烯腈裝置能夠平穩(wěn)長久的運行。

一、公司簡介及產(chǎn)品概述

公司簡介：大慶煉化公司化工一部丙烯腈作業(yè)區(qū)。裝置核心的設(shè)備為流化床反應(yīng)器裝置，該裝置工藝是丙烯腈工藝設(shè)備的關(guān)鍵之處，因此對該裝置的優(yōu)化處理以及裝置關(guān)鍵的控制技術(shù)一直是丙烯腈行業(yè)關(guān)鍵因素同時也是難點，也是全部生產(chǎn)裝置的核心指標(biāo)以及關(guān)鍵的部位。產(chǎn)品概述：丙烯腈是一種有刺激性氣味的無色液體，易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。該工藝通常受到反應(yīng)物的進(jìn)料比，反應(yīng)溫度，反應(yīng)壓力，進(jìn)風(fēng)料壓力，催化劑超負(fù)荷運行，旋風(fēng)分離器等一系列原因的影響。

丙烯腈生產(chǎn)工藝反應(yīng)的原理方程式為：

CH2=CHCH3+NH3+3-2O2→CH2CHCN+3H2O

CH2=CHCH3+3-2NH3+3-2O2→3-2CH3CN +3H2O

CH2=CHCH3+3NH3+3O2→3HCN+6H2O

生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)流程：（1）反應(yīng)裝置為直徑7.47米的流化床反應(yīng)器，內(nèi)部主要構(gòu)件有空氣丙烯氨分布器、分布板、取熱水管、旋風(fēng)分離器等（2）將來自空氣壓縮機(jī)組壓縮后的空氣從反應(yīng)器的椎體進(jìn)入到反應(yīng)器中，通過空氣分布板使空氣均勻分布于裝置內(nèi)，然后與丙烯氨分布器來的丙烯和氨均勻混合，在流化的催化劑的表面發(fā)生氧化反應(yīng)，該裝置流程產(chǎn)生的主產(chǎn)品是丙烯腈，副產(chǎn)品有乙腈和氫氰酸，以及微量的有機(jī)物。

二、影響丙烯腈裝置生產(chǎn)工藝的影響因素

催化劑影響：由于裝置生產(chǎn)總產(chǎn)量的改進(jìn)，造成催化劑現(xiàn)在超過其自身的較高負(fù)荷，會產(chǎn)生催化劑重量空速的現(xiàn)象，導(dǎo)致催化劑不能提供足夠的比表面積用于反應(yīng)發(fā)生。而且還會影響原料的轉(zhuǎn)化率，剩余的催化劑表面物質(zhì)會繼續(xù)與裝置內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生較多難以除去的雜質(zhì)和一些有機(jī)物，造成裝置堵塞。伴隨著催化劑的料位不斷提高，催化劑的料位會嚴(yán)重超出取熱水管高度，使反應(yīng)物不能夠達(dá)到充分的反應(yīng)，降低原料的生產(chǎn)量，達(dá)不到要求的目標(biāo)產(chǎn)量?？梢钥闯龇磻?yīng)時間的長短對反應(yīng)有一定影響并不是反應(yīng)時間越長越好[1]。

工藝進(jìn)料比影響：如果在催化劑活性較高的時候，此時將氨氣的進(jìn)料比控制在1.15-1.25時，催化劑所能發(fā)揮的活性相對較高，但是隨著氨氣的進(jìn)料比逐漸增大，整個反應(yīng)體系越完全，則裝置內(nèi)氨氣的占比也越來越少。當(dāng)催化劑運行至末期后，整個反應(yīng)裝置的氨氣占比一般控制在1.13-1.18，裝置內(nèi)過高的氨氣占比不會提高丙烯的轉(zhuǎn)化率，只會產(chǎn)生過多的剩余氨。

工藝溫度影響：生產(chǎn)裝置內(nèi)部的構(gòu)成是取熱水管和32組盤管。盤管有22組的作用是產(chǎn)生蒸汽，10組的作用是蒸汽過熱用于溫度調(diào)節(jié)，需要同時配合使用，這樣才能保證反應(yīng)器表面的溫差相差不大。裝置內(nèi)撤熱水管壁容易粘結(jié)催化劑升華的鉬金屬，當(dāng)鉬金屬層過厚時，撤熱水管換熱效率會下降，對反應(yīng)溫度有一定影響。在正常運行過程中，可能會發(fā)生撤熱水管壁粘結(jié)的鉬金屬層脫落，此時撤熱水管的換熱效率會突然上升，反應(yīng)溫度出現(xiàn)明顯降低，需及時進(jìn)行調(diào)節(jié)。

三、丙烯腈裝置生產(chǎn)工藝影響因素的改進(jìn)措施

催化劑改進(jìn)：首先當(dāng)催化劑負(fù)荷偏高時，需要及時補充本體催化劑。催化劑負(fù)荷偏低時，需要及時從裝置內(nèi)卸出催化劑來調(diào)節(jié)。另外撤熱水出現(xiàn)中斷時，會導(dǎo)致反應(yīng)熱無法有效的移出裝置，反應(yīng)溫度迅速上漲，如果不能及時得到恢復(fù)，需要立即切除丙烯和氨氣的投料，保持空氣通入降溫，避免裝置超溫帶來的風(fēng)險。

進(jìn)料比改進(jìn)：因為空氣中的氧氣主要用于參與氧化反應(yīng)，空氣與丙烯的摩爾比一般在9-10，這樣才能保持氧氣的含量是過量的。保證催化劑的活性達(dá)到極高，丙烯及氨的轉(zhuǎn)化率進(jìn)而提高?？諝獾谋壤话憧刂圃?.5-10。隨著催化劑活性逐漸下降，空氣的含量也會隨之逐漸下降，在催化劑末期一般控制在9.2-9.5。反應(yīng)剩余氧是設(shè)定空比的關(guān)鍵參照，尾氧一般控制在1-2%。當(dāng)尾氧長時間低于1%時，催化劑內(nèi)晶格氧得不到較好補充，催化劑性能逐漸下降。當(dāng)尾氧過高時，過多的氧氣在裝置中上段與反應(yīng)產(chǎn)物繼續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng)，目標(biāo)產(chǎn)物收率會降低。

溫度的改進(jìn)：由于反應(yīng)裝置的反應(yīng)溫度有時會偏低，因此為了能夠保證裝置產(chǎn)物的吸收率能達(dá)到要求指標(biāo)，以及原料的轉(zhuǎn)化率足夠高，催化劑的作用和研發(fā)起到了至關(guān)重要的作用。目前普遍丙烯腈裝置工藝流程使用的催化劑都是需要滿足規(guī)定的溫度425℃，保持這個溫度才能使清潔性能大幅提高，丙烯腈的產(chǎn)品質(zhì)量及外排污水質(zhì)量也更加容易控制。

丙烯腈裝置生產(chǎn)工藝環(huán)保也是裝置的一大關(guān)鍵步驟，丙烯腈生產(chǎn)過程中，形成的產(chǎn)物大部分有毒有害。根據(jù)丙烯腈裝置生產(chǎn)實際情況，對污染物的生成原理及控制處理進(jìn)行了探討，以達(dá)到環(huán)保和效益優(yōu)化的目的[2]。

結(jié)論：

綜上所述，丙烯腈裝置生產(chǎn)工藝能夠達(dá)到平穩(wěn)長久的運行，這不僅是對我們裝置和一系列的工藝生產(chǎn)因素有著嚴(yán)峻的考驗，而且我們要根據(jù)裝置自身狀況和改進(jìn)后的生產(chǎn)工藝以及現(xiàn)場的實際情況，對具體問題具體分析，對裝置和工藝的重點影響因素進(jìn)行深入的分析研究。在生產(chǎn)過程中，隨著四效蒸發(fā)系統(tǒng)的運行，系統(tǒng)內(nèi)聚合物積聚沉積，造成蒸發(fā)器捕沫網(wǎng)、換熱器管程和殼程等堵塞，使四效蒸發(fā)系統(tǒng)運行周期縮短[3]。從而制定并實施有效的解決方案，這樣才能夠最大程度改進(jìn)丙烯腈裝置，對丙烯腈裝置生產(chǎn)工藝有較大的提高。這樣才能實現(xiàn)對分廠和公司的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展有著重大的現(xiàn)實作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂亮，胡靜，潘向軍. 2-氯丙烯腈制備新工藝[J]. 農(nóng)藥，2005（22）：1-2.

[2]桂恩虎. 四效蒸發(fā)系統(tǒng)長周期運行影響因素分析及對策[J]. 齊魯石油化工，2019，047（004）：278-281，307.

[3]李金元. 丙烯腈生產(chǎn)中環(huán)保問題探討[J]. 安徽化工，2005（01）：47-49.