丙烯腈裝置催化劑使用周期對效益的影響分析

安潤濤(大慶石化公司化工二廠 黑龍江省大慶市163714)

一、丙烯腈裝置XYA-5催化劑使用情況

丙烯腈裝置使用的XYA-5型催化劑是以鉬、鉍為主要活性組分的催化劑，元素鉬在反應過程中易升華流失，隨著催化劑使用時間的增加，催化劑活性下降，催化劑丙烯腈單收下降，裝置的丙烯、氨單耗上升，這是丙烯腈行業區別于其它行業的特點。只要沒有大的技術投入(如更新催化劑)，反應器催化劑丙烯腈單收是逐年下降，裝置丙烯、氨單耗是逐年升高的。催化劑使用末期，催化劑活性(丙烯轉化率)下降，催化劑對丙烯腈單收下降，反應器內產生的雜質成分增多。

表1.XYA-5型催化劑歷年丙烯單耗統計表

表2.XYA-5型催化劑歷年AN單收統計表

圖1 丙烯腈裝置2013-2014單耗趨勢圖

圖2 XYA-5型催化劑歷年單收趨勢圖

由以上圖表可清晰看出，隨著催化劑使用周期延長，裝置丙烯單耗逐漸上升，催化劑丙烯腈單收逐漸下降。2013年7月份丙烯單耗突然升高是裝置回收塔堵塞導致低負荷運行所致，由于2013年8至9月份裝置開工后回收塔有回煉料倒入，這兩個月的單耗較低。從10月份開始因催化劑丙烯腈單收下降及副產氫氰酸增多反應負荷受到制約的原因，丙烯單耗開始持續上漲，至2014年1、2月份丙烯單耗最高達到1.065kg/t.AN，催化劑活性下降明顯。

二、更換催化劑原因

1.降低裝置物耗，提高裝置經濟效益

丙烯腈裝置XYA-5催化劑已到了使用末期，催化劑對丙烯腈單收下降，已由2009年的80.7%下降到2014年1、2月份的79.0%。單收下降直接造成原料丙烯單耗上升，丙烯單耗由2009年的1040kg/t.AN(折純單耗)上升至2014年1月的1058kg/t.AN(折純單耗)，增加18kg/t.AN。

2.減少系統聚合物生成、降低作業風險

催化劑使用末期，催化劑活性下降、副反應增加，聚合物在急冷塔系統生成量增加。主要表現有以下幾點：

(1)急冷塔上段循環泵過濾器中聚合物增加、清理頻次增加

催化劑使用初期，急冷塔上段循環泵過濾器每兩個月定期打開檢查一次，過濾器中基本沒有聚合物。目前急冷塔上段循環泵每月需切換2-3遍，過濾器中聚合物較多。

(2)急冷塔上段PH計更換頻次增加

催化劑使用初期，急冷塔上段PH計每個運行周期更換1-2個，目前由于急冷塔系統中聚合物增加，聚合物附著在PH計電極上，使PH計損壞、失效。2014年2月共更換急冷塔上段PH計電極4個。

(3)硫銨外送線堵塞

由于急冷塔系統聚合物量增加，聚合物使硫銨外送線發生堵塞現象。在處理硫銨外送線堵塞過程中，急冷塔上段介質將會溢流到急冷塔下段，最后送到焚燒爐處理，增加裝置廢水燒量。在2009年至2013年末裝置硫銨外送線沒有出現堵塞現象，2014年3月硫銨外送線流程發生堵塞3次，系統聚合物生成量明顯增加。

聚合物生成量的增加，不僅影響裝置平穩運行，更為嚴重的是給裝置帶來較大的作業風險。清理過濾器和處理堵塞管線次數的增加，使員工接觸有毒介質的幾率增加，而且在處理硫銨外送線堵塞的過程中，一般采用1.0MPa蒸汽吹掃的方法，作業中燙傷和物體打擊發生的幾率增加。

3.解決四效系統堵塞，廢水燒量增加的問題

催化劑運行到末期后，系統產生的聚合物易堵塞在四效系統的一、二效蒸發器管束，使蒸發器換熱能力下降，嚴重影響四效蒸發系統的廢水處理能力，增加焚燒爐的廢水焚燒量，每運行三個月左右就要進行堿洗及清洗處理工作，增加作業風險。

4.降低裝置檢修費用和工作強度

催化劑使用末期，裝置急冷塔、大循環系統聚合物生成量增加，聚合物附著或堵塞冷換設備，檢修期間需要對堵塞的冷換設備進行高壓水清洗，增加檢修費用。過多的聚合物也給檢修期間清理塔、罐等設備的員工增加工作強度。

三、更換催化劑后效益情況分析

更換催化劑后單收可達到80.7%。在滿負荷投料的情況下，年可多產丙烯腈1732.6噸，年可創效2423.3萬元(每噸丙烯腈含稅1.405萬元計)。更換催化劑后減少外購丙烯腈效益159萬元，減少排污費用34.56萬元，減少燃料氣消耗費用479萬元。裝置更換催化劑需一次性購進催化劑150噸(催化劑按照含稅每噸33.8萬元計)，共需5070萬元，催化劑折舊按5年計算(設計使用壽命5年)，每年平均投入1014萬元。則更換催化劑后，當年可增加凈利潤1420.3萬元。由于更換催化劑后，氫氰酸產量減少1456噸，影響丙酮氰醇產量4412噸，少產丙酮氰醇減少利潤838萬元，增加財務費用292萬元，最后更換催化劑年效益為962.86萬元。

結束語

更換催化劑后，將會降低丙烯腈裝置的物耗，提高裝置經濟效益同時可減少系統堵塞，降低廢水燒量，最為主要的是消除裝置異常作業帶來的安全隱患。由此可見，催化劑的更換必將帶來可觀的安全、經濟、環保效益。