丙烯腈裝置生產工藝的影響因素

程軍

【摘 ?要】隨著全球經濟的迅速發展，化工產業的發展水平也在隨著經濟快速的提升。我國對丙烯腈工業生產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。在實際應用中，丙烯腈裝置的生產工藝本身復雜，難以達到平穩長久的運行周期，這影響了對丙烯腈的進一步發展。只有不斷的改進和分析丙烯腈裝置生產工藝的影響因素，才能更好地實現丙烯腈裝置長周期的生產運行。本文主要對影響丙烯腈裝置生產工藝的影響因素進行深入的分析研究。

【關鍵詞】丙烯腈裝置;生產工藝;分析;研究

前言：

在丙烯腈裝置的生產工藝中，存在著很多的化工單元，以及尾氣處理的技術手段，回收塔的系統都相對復雜，而且丙烯腈裝置的生產工藝路線較長。由于丙烯腈化學物質本身的各種特性，在生產工藝上有許多難以解決的問題，進而導致長時間的生產難度過大，很難達到長久的高質量的生產時間。一般影響丙烯腈裝置生產工藝的主要原因有，復雜的工藝水平，裝置內部的溫度和壓力，回收塔的憋壓，反應器壓力過大等。因此在丙烯腈裝置生產工藝需要進行改進，還需要在生產過程中，對丙烯腈裝置生產工藝的影響因素進行深入分析，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長久的運行。

一、公司簡介及產品概述

公司簡介：大慶煉化公司化工一部丙烯腈作業區。裝置核心的設備為流化床反應器裝置，該裝置工藝是丙烯腈工藝設備的關鍵之處，因此對該裝置的優化處理以及裝置關鍵的控制技術一直是丙烯腈行業關鍵因素同時也是難點，也是全部生產裝置的核心指標以及關鍵的部位。產品概述：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物的進料比，反應溫度，反應壓力，進風料壓力，催化劑超負荷運行，旋風分離器等一系列原因的影響。

丙烯腈生產工藝反應的原理方程式為：

CH2=CHCH3+NH3+3-2O2→CH2CHCN+3H2O

CH2=CHCH3+3-2NH3+3-2O2→3-2CH3CN +3H2O

CH2=CHCH3+3NH3+3O2→3HCN+6H2O

生產裝置和生產流程：（1）反應裝置為直徑7.47米的流化床反應器，內部主要構件有空氣丙烯氨分布器、分布板、取熱水管、旋風分離器等（2）將來自空氣壓縮機組壓縮后的空氣從反應器的椎體進入到反應器中，通過空氣分布板使空氣均勻分布于裝置內，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生氧化反應，該裝置流程產生的主產品是丙烯腈，副產品有乙腈和氫氰酸，以及微量的有機物。

二、影響丙烯腈裝置生產工藝的影響因素

催化劑影響：由于裝置生產總產量的改進，造成催化劑現在超過其自身的較高負荷，會產生催化劑重量空速的現象，導致催化劑不能提供足夠的比表面積用于反應發生。而且還會影響原料的轉化率，剩余的催化劑表面物質會繼續與裝置內的物質發生反應，產生較多難以除去的雜質和一些有機物，造成裝置堵塞。伴隨著催化劑的料位不斷提高，催化劑的料位會嚴重超出取熱水管高度，使反應物不能夠達到充分的反應，降低原料的生產量，達不到要求的目標產量。可以看出反應時間的長短對反應有一定影響并不是反應時間越長越好[1]。

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

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

三、丙烯腈裝置生產工藝影響因素的改進措施

催化劑改進：首先當催化劑負荷偏高時，需要及時補充本體催化劑。催化劑負荷偏低時，需要及時從裝置內卸出催化劑來調節。另外撤熱水出現中斷時，會導致反應熱無法有效的移出裝置，反應溫度迅速上漲，如果不能及時得到恢復，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險。

進料比改進：因為空氣中的氧氣主要用于參與氧化反應，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到極高，丙烯及氨的轉化率進而提高。空氣的比例一般控制在9.5-10。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。反應剩余氧是設定空比的關鍵參照，尾氧一般控制在1-2%。當尾氧長時間低于1%時，催化劑內晶格氧得不到較好補充，催化劑性能逐漸下降。當尾氧過高時，過多的氧氣在裝置中上段與反應產物繼續發生氧化反應，目標產物收率會降低。

溫度的改進：由于反應裝置的反應溫度有時會偏低，因此為了能夠保證裝置產物的吸收率能達到要求指標，以及原料的轉化率足夠高，催化劑的作用和研發起到了至關重要的作用。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，丙烯腈的產品質量及外排污水質量也更加容易控制。

丙烯腈裝置生產工藝環保也是裝置的一大關鍵步驟，丙烯腈生產過程中，形成的產物大部分有毒有害。根據丙烯腈裝置生產實際情況，對污染物的生成原理及控制處理進行了探討，以達到環保和效益優化的目的[2]。

結論：

綜上所述，丙烯腈裝置生產工藝能夠達到平穩長久的運行，這不僅是對我們裝置和一系列的工藝生產因素有著嚴峻的考驗，而且我們要根據裝置自身狀況和改進后的生產工藝以及現場的實際情況，對具體問題具體分析，對裝置和工藝的重點影響因素進行深入的分析研究。在生產過程中，隨著四效蒸發系統的運行，系統內聚合物積聚沉積，造成蒸發器捕沫網、換熱器管程和殼程等堵塞，使四效蒸發系統運行周期縮短[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丙烯腈裝置，對丙烯腈裝置生產工藝有較大的提高。這樣才能實現對分廠和公司的工業生產發展有著重大的現實作用。

參考文獻：

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

[2]桂恩虎. 四效蒸發系統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. 丙烯腈生產中環保問題探討[J]. 安徽化工，2005（01）：47-49.