丙烯腈反应的控制与优化

第36卷第6期江苏化工Vol 36 No 62008年12月Jiangsu Chemical IndustryDec,2008主严不丙烯腈反应的控制与优化唐晓伟(中石化安庆分公司丙烯腈部,安徽安庆246002)摘要:总结丙烯腈合成反应参数的控制原则根据装置运行实际采取优化的控制方法,优化反应器的运行,实现更低的消耗最后对内烯腈工艺技术的发展提出建议。关键词:丙烯腈;反应;控制;优化中图分类号:TQ226.61;TQ063文献标识码:B文章编号:1002-16(2008)06-005l-031960年美国Soho公司开发的丙烯氨氧化合成丙高控制水平,以获得最佳的反应成绩和最低的消耗烯腈的工艺技术是当今世界上生产丙烯腈的主要方本文依据安庆丙烯腈装置运行实际,介绍催化剂性能法。作为一项日趋成熟的技术,在工业生产中由于运的重要性和反应温度、压力的控制方法。行条件的变化,尤其是催化剂性能的不同,会对反应结果产生显著影响。丙烯腈装置的反应器操作参数由反1丙烯腈反应的主要影响因素及控制原则应器和催化剂的专利商提供但其一般是一段范围比1.1主要影响因数较宽的操作区域。在实际生产中,首先由于催化剂的反应器的主要影响因素有催化剂性能、反应温度、性能、装置的运行周期、反应器的负荷、装置的工艺特反应压力、进料氨烯比、进料空烯比和线速等除催化性等条件处于变化之中,专利操作条件缺乏针对指导剂性能外,其他均是生产控制参数,但是合适的控制参性;其次在反应参数的具体水平上存在差异,导致工业数对充分发挥催化剂优异性能至关重要。装置运行指标的差异。因此,要保证反应器在装置运1.2反应参数控制原则行周期内始终处于优化状态,除在反应操作参数制定上述内烯腈反应各控制参数一般分别遵循以下设原则的基础上针对运行结果制定合适参数外,还应提计原则,见表1表1反应控制参数控制原则反应控制参数控制原则反应温度反应器的温度是由催化剂的活性决定控制的原则是保证反应器进料内烯足够的转化率(一般≮98%反应压力在线速允许的范围内,压力尽可能控制低氨烯比控制反应器出口气体中过剩氨量空烯比维持反应器出口气体中必要的尾氧量线速线速对于反应器而言有分布板空塔线速、过孔线速旋风分离器入口线速等控制原则是上述各处线速均在设计指标内。一般保持反应接触时间范围为5~10s法不尽相同,反应器运行结果也有所区别。2丙烯腈生产控制与优化2.1催化剂状况目前国内装置合成丙烯腈的反应过程均是在流化催化剂性能是丙烯腈合成工艺中最重要的参数指床反应器中进行,反应对温度催化剂的性能、压力及标,甚至直接影响着其他一些重要参数的确定(如反应进料配比有特定的要求,由于所选催化剂性能、控制方温度、原料配比等)。活性、稳定性和选择性是催化剂中国煤化工收稿日期:2008-09-26CNMHG作者简介:唐晓伟(190—),男,安徽池州人,工程师,本科,从事丙烯腈项目筹建、技术培训和生产技术管理工作。电话:0556-5380330,13013166101,E-mail:txw@apw.com.cns江苏化工08年12月的重要性能指标,好的催化剂还应有宽容的运行条件,更换为国产SANC-08型,根据新型催化剂研制单位如较低的反应温度较高的耐压性能等提供的丙烯腈前3年单收保证值计算,只需两年半时丙烯腈催化剂经过40多年的发展其性能得到很间即可收间换剂投资。和以往催化剂相比属中低温反大提高,目前我国丙烯腈装置大多使用以钼酸铋为活应催化剂由于温度降低两碳收率下降明显丙烯腈性组分的催化剂影响其活性最本质的因素是化学组收率上升。通过一个多月的生产运行,该剂已显现较成催化剂物料性能和制备过程中的各种因素也很关好的活性和产品选择性。表2列出换剂前后同等压力键。安庆丙烯腈装置于2008年三季度催化剂幣体下反应器的不同工况。表2安庆丙烯腈装置换剂前后反应器典型工况对比时间压力a度氨烯比内烯腈氢氰酸乙腈收率/CO2和CO选择性/丙烯消耗收率/%收率/%收率/%换剂前52~5316769-7.56-6.802.0-2.7592-97.5约10B换剂后52-540-4241.2-1.883-81540-4820-3401-182.9约100从表2中可看出,在同等压力条件下,丙烯腈收率试验证明在总补加量相同条件下,采用连续补加较原平衡催化剂提高了4个百分点两碳收率下降2不仅收率平稳,而且平均收率比问歇补加提高0.81个个百分点,丙烯消耗下降40kg·t,按装置规模8万百分点。从表3还可看出在间敞补加后期催化剂活t·a-计算,每年节约丙烯3000,效益300多万元。性及选择性均在下降。后期试验还证实如果此时调整目前我们正密切监控新型催化剂使用状况,希望其在反应温度保持转化率稳定那么反应器出口气体组成已表现出较好初活性的基础上能有好的稳定性,为企将发生变化氢氰酸及一氧化碳、二氧化碳的收率增加。业创造吏好效益。而采用连续补加反应出口气体组成基本稳定有利于装内烯、氨氧化反应是气体原料和固相催化剂相接置精制四收系统的中和、吸收和精馏等单元操作触的流化催化反应,催化剂和反应气体经旋风分离器2.2丙烯腈装置优化反应参数的控制措施分离催化剂返回至反应器床层。虽然旋风分离器具2.2.1精确控制反应温度有很高的分离效率但随着催化剂使用时间的延长,会温度高有利于反应进行,随着反应温度的递增,丙烯转化率相应地增高丙烯腈产品及氢氰酸、乙腈等副出现细颗粒和活性组分的流失而导致整体性能下降。因此平时要求不断补充补加型催化剂以维持催化剂活品单收呈不同变化但温度过高会导致反应产物的深度氧化大量CO2产生,反而会影响丙烯腈收率。在性。补加催化剂与反应器器藏催化剂略有不同,主要实际运行中由反应器内撤热水管产生水蒸气撤出反应是细组分和钼含量更高。热,根据撒热水管投用数量来控制温度。投用撤热水催化剂补加方式一般有间断性补加和连续性补加管要分布均匀,以保证反应器径相平均温度和轴向温两种方法安庆丙烯腈装置曾做过两种补加方式下内度温差尽可能小,同时叮通过手动控制丙烯进料量来烯腈单收变化的实验,间断性补加丙烯腈单收呈现出微调反应温度。但由于丙烯纯度、气温、压力等的变较大的波动性而连续性补加单收比较稳定如長3所化,反应温度会发生相应变化,对反应结果造成不良影响。针对这种状况,安庆丙烯腈利用装置扩能改造机表3不同补加方式对丙烯腈收率的影响%会进行了温度控制技术改造,将反应温度与丙烯氨间断性补加连续性补加空气进料量串级控制即将温度输出信号作为丙烯进丙烯转化率内烯腈收率丙烯转化率丙烯腩收率料量的输入信号,其他进料根据确定好的配比自动跟第-天98.86踪调整。因此在设定好温度值后,当产生影响反应温第三天98.638098度的因素时通过进料量的自动调整维持温度的恒定。第五天97.6479.9098.7780.74温度串级控制后变化大幅减小,仅有±0.2℃左第七天97613798.58第几天97.59右,有效的保证了床温的稳定。当前在反应器设计上第十一天97.55yyy采中国煤化工F,即这些水管换热第十三天97.3579.22988280.36面CNMHG幅调整和温度的精第十五天97.2579.0298.7980.37确控寿建二蠢內唏腈装置建议在反应器撤热水管设计上引入上述设计第36卷第6期唐晓伟丙烯腈反应的控制与优化532.2.2精确控制原料配比反应生成的水形成水合物2),它在反应温度下就可升(1)投用反应器复杂控制回路控制空气量。在丙华而随反应气体流,在经过反应器出口气体冷却器烯氨氧化反应中原料配比不管是氨烯比还是空烯比均(E-102)相对较冷的管壁时凝结在管壁上造成严重非常重要。原控制方法是通过调幣空压机旁路放空量堵塞,导致E-102换热能力下降。而在高于200℃左来控制进反应器空气量这是一种较为粗放的方法不右时MO3凝结速度明显下降,因此保持E-10冷却但不精确同时浪费空压机能量。因此于装置扩能改水温高于200℃可以抑制E-102的结垢速度。2007造时在国内首家投用反应器复杂控制问路,将反应器年11月我们将E-102出口气体温度指标由原00所需进料空气量和空压机的转速进行远程串级控制,232℃调整为200~240℃,在同样时间的运行周期内简单的讲就是反应器需要多少空气,空压机就做多少E-102压降上升速度有所下降,见表5的输出功。此项技改后空气量控制精度提高了20%不过上调冷却气体温度将导致反应器产汽量减少以上,同时避免了空压机出截流损失和放空损失,空和后续回收系统水量的上升,影响装置能耗,温度不能压机耗汽量较调节阀截流和放空的控制方式降低了4过分提高。因此今后将继续实施这种调整实验进t·h1,节能降耗效果显著。步收集数据,验证理论的正确性,并确定最佳温度调整(2)改造反应工段氧浓度分析仪。对于M-B范围。系列催化剂,反应必须在有尾氧的情况下进行,以维持表5相同运行周期内E-102压降变化情况催化剂的氧化还原循环,保持催化剂的活性稳定。安行周期压降变化/kPa增加敏/庆内烯腈装置对监测反应气尾氧含量的氧表进行改起至时间周期起始压降末期压降Pa备注造目的就是为保证其测量的精度和运行稳定性。重年n月8日-约524M2未进行温度点是对氧長预处理系统进行改造,避免氧表经常零飘造成测量误差和核心部件的高故障率。改造后氧表故障2m8年2月日7个月5153.36时实率大大降低,特别是核心部件氧检测器寿命由原3个月200年2月日~7个提高到近2年时间,每年可节约备件费用十多万元26年月7日多51508进温度2.2.3调整工艺参数,抑制反应压力上升注:第一项未进行冷却后气体温度上调实验最后一个周期由于一次临时停T导致压降增加近2kPa生成丙烯腈的反应属体积放大、低压有利的反应反应压力越低,催化剂的选择性上升内烯腈的收率越3总结高。行业内所有运行实际也证明催化剂选择性和反应压力呈反比。但压力过低,会导致线速过高旋风分离(1)影响内烯腈氧化合成反应的因素较多,很难器效率下降,同时低斥也不利于反应气体的吸收。因预测任一条件的改变对反应效果的最终影响反应器此在使用时一般均建议限制压力范围,如安庆丙烯腈流出物采样分析结果是监掉判断反应效果的重要依装置SANC-08催化剂建议使用压力范围为40~60据,工业装置技术人员要根据反应结果选择合适的操kPa。表4列出了安庆丙烯腈装置某运行周期内反应作参数并提高控制精度以优化反应器运行压力与内烯腈单收催化剂选择性之间的变化关系。(2)开发研制性能优异的催化剂是提高丙烯腈工表4反应压力与丙烯臃单收、催化剂选择性之间的变化关系艺水平的重要措施尤其是能够促使反应温度降低,从时间反应压力/丙烯精收率/选择性/C0-而减少副反应特别是深度氧化反应的发生应当成为kP今后丙烯腈催化剂技术重要研究方向之第一月44.379.3580.85(3)研制并推广抑制运行周期内丙烯腈反应器压78.80.288.88第三月力不断上升的技术,尤其是反应器气体冷却器在线清9.00第四月49.378.1679.349.25洗技术是保证反应效果、延长装置经济运行周期的重第五月52.777.4278.829.72要措施。第六月58.376.78.2310.13由表4可看出压力上升对反应效果的不良影响,VA第七月760374110.73参中国煤化工化剂研制和开发CNMHG.2003导致反应器压力不断上升的原因主要是跑损催化剂及[2]顾政丙烯腈催化剂的工业应用与发展[].江苏化聚合物堵塞尤其是催化剂组分钼以MO3存在并和工,2005,33(3):55-58