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(yīng)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(yè)區(qū)別于其它行業(yè)的特點。只要沒有大的技術(shù)投入(如更新催化劑)，反應(yīng)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(zhuǎn)化率)下降，催化劑對丙烯腈單收下降，反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的雜質(zhì)成分增多。

表1.XYA-5型催化劑歷年丙烯單耗統(tǒng)計表

表2.XYA-5型催化劑歷年AN單收統(tǒng)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(chǎn)氫氰酸增多反應(yīng)負荷受到制約的原因，丙烯單耗開始持續(xù)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(jīng)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(tǒng)聚合物生成、降低作業(yè)風險

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

(1)急冷塔上段循環(huán)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(huán)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(huán)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(tǒng)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(tǒng)聚合物量增加，聚合物使硫銨外送線發(fā)生堵塞現(xiàn)象。在處理硫銨外送線堵塞過程中，急冷塔上段介質(zhì)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(xiàn)堵塞現(xiàn)象，2014年3月硫銨外送線流程發(fā)生堵塞3次，系統(tǒng)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(wěn)運行，更為嚴重的是給裝置帶來較大的作業(yè)風險。清理過濾器和處理堵塞管線次數(shù)的增加，使員工接觸有毒介質(zhì)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(yè)中燙傷和物體打擊發(fā)生的幾率增加。

3.解決四效系統(tǒng)堵塞，廢水燒量增加的問題

催化劑運行到末期后，系統(tǒng)產(chǎn)生的聚合物易堵塞在四效系統(tǒng)的一、二效蒸發(fā)器管束，使蒸發(fā)器換熱能力下降，嚴重影響四效蒸發(fā)系統(tǒng)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(yè)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(huán)系統(tǒng)聚合物生成量增加，聚合物附著或堵塞冷換設(shè)備，檢修期間需要對堵塞的冷換設(shè)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(shè)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(chǎn)丙烯腈1732.6噸，年可創(chuàng)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(shè)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(chǎn)量減少1456噸，影響丙酮氰醇產(chǎn)量4412噸，少產(chǎn)丙酮氰醇減少利潤838萬元，增加財務(wù)費用292萬元，最后更換催化劑年效益為962.86萬元。

結(jié)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(jīng)濟效益同時可減少系統(tǒng)堵塞，降低廢水燒量，最為主要的是消除裝置異常作業(yè)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(jīng)濟、環(huán)保效益。