提高丙烯腈產品質量穩定性探究

王媛媛

（中石化安慶分公司質量處，安徽安慶246000）

丙烯腈（AN）是一種重要的有機化工原料，主要用于生產丙烯腈纖維（腈綸）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂（ABS）、苯乙烯-丙烯腈樹脂（SAN）等熱塑性合成樹脂，丁腈橡膠（NBR）、己二腈、丙烯酰胺及其他衍生物，在合成樹脂、合成纖維、合成橡膠等高分子材料中具有重要的地位，應用前景廣闊。

目前，中石化安慶分公司有兩套丙烯腈裝置，工藝路線均采用美國BP公司的丙烯、氨氧化法專利技術，總產能為21萬噸/年。

1 企業丙烯腈質量現狀

中石化安慶分公司丙烯腈產品按GB/T 7717.1-2008組織生產，運行平穩，出廠優級品率100%，但仍有部分客戶反映產品“合格不好用”：水分控制的穩定性不高，卡優等品指標上限出廠，使用過程中出現堵塞過濾器等現象；在生產聚酰胺產品時，用戶反映科魯爾及進口產品質量明顯優于本企業。由圖1可以看出，本企業丙烯腈中總醛、總氰、丙酮、乙腈、噁唑等雜質含量明顯高于科魯爾及進口產品。

圖1 丙烯腈產品質量比較

2 提升丙烯腈產品質量優化的措施

2.1 優化操作，降低噁唑含量

回收塔是脫除噁唑雜質的最主要部位，由于噁唑是相對較輕的組分，因此降低回收塔靈敏板操作溫度，提高塔頂溶劑水量的同時降低塔頂溶劑的水溫是合理的控制手段之一。

行業內普遍認同乙腈塔也是脫除噁唑的重點部位，可以通過加大粗乙腈外送量，開大乙腈塔進料量來降低噁唑含量。

在精制系統噁唑由于組分輕，一般在成品塔頂脫除，此時主要控制成品塔的頂外送量，外送量不能過低，也可適當降低噁唑含量。

此外，本企業在操作調整的同時，還投用了過氧化罐，側線丙烯腈中噁唑含量由原來的40 mg/kg降低至20 mg/kg以下，目前穩定在15 mg/kg左右。

2.2 運用過程能力指數Cpk提升丙烯腈產品質量穩定性

2.2.1 工序能力和工序能力指數的概念

工序能力是指受控狀態下的工序對加工質量的保證能力，具有再現性和一致性的固有特性。

工序能力指數是工序質量標準的范圍和工序能力的比值。工序能力指數把工序能力和質量控制要求聯系起來。即使相同的工序能力，也會因為工序質量標準的不同，而使工序能力指數大相徑庭。只有通過工序能力指數，才能考查工序能力能否滿足質量控制的實際需求。

2.2.2 工序能力指數的計算

單側上規范限情況下的過程能力指數：

單側下規范限情況下的過程能力指數：

雙側規范限情況下的過程能力指數：

式中：X—樣本的平均值；σ—總體標準偏差；ε—樣本平均值與規格中心的偏離度，即|X—M|；s—樣本的標準偏差；T—偏差范圍，即USL-LSL；USL—上控制限；LSL—下控制限；M—控制中心。

2.2.3 工序能力的判斷及處置

工序能力判斷的目的是可以對工序進行預防性處置，以確保生產過程的質量水平。理想的工序能力既要滿足質量保證的要求，又要符合經濟性的要求（見表1）。

表1 過程能力指數等級與處置措

2.2.4 丙烯腈產品質量穩定性分析及改進

按GB/T 7717.1-2008合格品要求，對2018年7～9月共計74個批次的產品進行單產品和單組分的過程能力計算及評級。

表2 丙烯腈產品單組分Cpk值

其中單產品的Cpk值為0.26，Cpk評級為D級（四級加工），過程能力嚴重不足。從表2可以看出，導致單產品Cpk值過低的組分是水分和阻聚劑，這兩個組分的Cpk值分別為0.58、0.4，評級為D級（四級加工），過程能力嚴重不足。

眾所周知，產品質量的形成貫穿于產品實現的全過程。在生產過程中，影響產品質量穩定性的主要因素包括人（Man）、機（Machine）、料（Material）、法（Method）、環（Enviromen）、測（Measurement），即“5M1E”。我們從這幾個方面入手，分析導致工序能力不足的原因，并制定措施提升產品的工序能力，提高Cpk值。

目前，丙烯腈產品水含量（≤0.45%）控制主要靠成品回流罐底部人工手動切水控制，無液位計，也無調節閥，切水量和切水頻次不好掌控，會導致成品側線丙烯腈含水量偏低或偏高，是造成水含量Cpk值過低的主要原因；同時，含水量偏高超指標時，需要進行回煉，增加裝置能耗。

阻聚劑Cpk值過低的原因主要有兩個方面：一方面，藥劑添加罐無遠傳液位計，也無流量計，全靠人工巡檢及對比化驗分析結果來手動監控調節，效率低，調節難度大且滯后，藥劑消耗量大，控制平穩率低；另一方面，現階段使用的阻聚劑形狀為片狀晶體，其溶解性相對較差，一旦循環不充分，會造成局部濃度過低或過高，并且整體濃度偏低。

針對上述因素，公司立即開展丙烯腈裝置成品回流罐切水遠程控制和阻聚劑等藥劑罐增設遠傳液位計的改造項目。由于項目改造的時間較長，我們首先從強化管理方面入手，來促進丙烯腈產品Cpk值的提高。

一是加強丙烯腈中間罐的加水操作管理。中間罐水含量調整至0.3%～0.4%時方可導入成品罐；加強阻聚劑補加過程管理，避免跑損，同時要求班組做好阻聚劑補加后循環，循環時間不可低于2小時。

二是及時反饋客戶和市場需求，積極搜羅先進產品指標，并結合總部開展的化工產品穩定性分析項目，將壓力層層傳遞至生產部門。裝置每月在班組間開展質量控制考核評比，考核控制平穩率，促進班組提升產品質量、優化操作控制的積極性。

三是嚴密監控設備運行工況，對再沸器定期切出清洗，防止結垢，保持再沸器工況良好，確保產品生產過程穩定。

四是制定嚴格的原料質量驗收指標和管理規定，對外購原料每車必檢，不合格拒收，從源頭保證丙烯腈產品質量。

五是適當降低脫氰塔溫度、壓力，減少脫水次數，確保成品罐水含量控制在0.3%～0.4%。

六是高度重視分析化驗管理工作，嚴格考核分析作業計劃的執行情況，規范完善實驗方法標準，對關鍵項目定期開展比對實驗和準確性抽查。發揮好分析化驗作為裝置運行“眼睛”的作用。

通過一系列管理措施的落實，丙烯腈產品丙烯腈成品Cpk值及水分、阻聚劑Cpk值都有明顯提升。至2019年1月，丙烯腈成品Cpk值提升至0.58；水分Cpk值最高達0.77,除2018年12月外，其余三個月的Cpk>0.67，提升至三級加工水平；阻聚劑Cpk值最高達0.88,12月和1月的Cpk>0.67，達三級加工水平。具體見圖2。

圖2 2018年10月～2019年1月丙烯腈成品、水分、阻聚劑Cpk值變化趨勢圖

3 結論

提高丙烯腈產品的質量穩定性，應從原輔材料、設備穩定運行、工藝過程控制和質量控制指標的設置等方面綜合考慮。

雖然通過上述管理手段的實施，使得丙烯腈成品和相關組分的工序能力得到提升，但尚未達到總部要求的二級加工等級。因此，從根本上提升Cpk值的關鍵是改造項目的實施：一是在丙烯腈成品回流罐增加自動遠程切水控制閥，切換罐增加遠傳液位計，實現定頻次穩定脫水；二是藥劑罐增設遠傳液位計，引入DCS，便于監控藥劑補加情況，及時采取調整措施，保證產品質量及中間過程控制穩定。該項目定于2019年10月實施。

產品質量穩定性的提升是一項長期工作，企業應繼續摸索精制系統脫氰塔、成品塔溫度參數對側線成品水含量的良好控制，使用環保型阻聚劑，進一步降低產品中過氧化物、噁唑含量。通過與科研院所合作開發高純丙烯腈精制工藝技術，深度脫除丙烯腈中的氰根、噁唑和丙烯醛，滿足制備超高分子量聚丙烯酰胺的要求，為提高丙烯腈產品的市場競爭力提供支撐。□