反應(yīng)器催化劑藏量對(duì)反應(yīng)、濃縮系統(tǒng)的影響

郭繼鋒

摘要：丙烯酰胺生產(chǎn)裝置以水、丙烯腈為原料，在裝置自產(chǎn)銅催化劑作用下水合反應(yīng)生產(chǎn)丙烯酰胺。裝置分為反應(yīng)、濃縮、 精制、催化劑等工序。在恒定的反應(yīng)溫度下，當(dāng)反應(yīng)器催化劑濃度增加時(shí)，丙烯腈轉(zhuǎn)化率增加；相反，當(dāng)反應(yīng)器催化劑濃度 降低時(shí)，丙烯腈轉(zhuǎn)化率下降，產(chǎn)量也下降。反應(yīng)器催化劑藏量影響反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的變化又影響后續(xù)的濃縮工序的 操作，下面探討反應(yīng)器催化劑藏量對(duì)反應(yīng)、濃縮系統(tǒng)操作參數(shù)的影響。

關(guān)鍵詞：催化劑；反應(yīng)；濃縮系統(tǒng)；影響

中圖分類(lèi)號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3178（2018）06-0107-01

一、反應(yīng)器催化劑藏量對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響

1、反應(yīng)器催化劑藏量低對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響

丙烯酰胺生產(chǎn)裝置反應(yīng)器催化劑濃度是按20%設(shè)計(jì)的（日產(chǎn)150

噸丙烯酰胺），丙烯腈、水與催化劑淤漿的混合物料在三臺(tái)串聯(lián)的反 應(yīng)器反應(yīng)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化率達(dá)到 90%。裝置通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，將日產(chǎn)量由 150 噸/天提高至180噸/天，反應(yīng)器催化劑濃度的控制也由20%-21% 提高至 22%-23%。裝置日產(chǎn) 150 噸丙烯酰胺時(shí)，反應(yīng)器催化劑濃度 控制在20%-21%，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率即能達(dá)到85%-90%，如果反應(yīng)器催化劑 濃度低于 20%，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率將低于85%。

2、反應(yīng)器催化劑藏量高對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響

根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的調(diào)整，裝置生產(chǎn)負(fù)荷提高至日產(chǎn)丙烯酰胺 180

噸/天，為保證較高的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，車(chē)間將反應(yīng)器內(nèi)催化劑濃度提高 至 23%-24%，隨著反應(yīng)器內(nèi)催化劑濃度的提高，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率也提高， 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率平均達(dá)到90.07%。

二、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的變化對(duì)濃縮系統(tǒng)的影響

1、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率偏低（低于 85%）對(duì)濃縮系統(tǒng)的影響

因反應(yīng)器催化劑藏量低，導(dǎo)致反應(yīng)轉(zhuǎn)化率偏低（低于85%），反

應(yīng)器 R-313 出口的丙烯酰胺溶液濃度降低，丙烯腈含量升高，對(duì)濃 縮系統(tǒng)的真空蒸發(fā)（丙烯酰胺提濃）操作及丙烯腈-水回收系統(tǒng)的操 作影響較大。

反應(yīng)轉(zhuǎn)化率降低，造成濃縮系統(tǒng)丙烯酰胺溶液濃度降低。

反應(yīng)器出口丙烯酰胺溶液濃度降低，濃縮系統(tǒng)負(fù)荷增大。

為保證產(chǎn)品濃度合格（47%-51%），必須增大濃縮液預(yù)熱器 E-321 的 熱水流量，提高真空蒸發(fā)罐T-322入口丙烯酰胺溶液溫度，使T-322 蒸發(fā)水量增加。

反應(yīng)轉(zhuǎn)化率降低，造成真空蒸發(fā)罐T-322 真空度降低。

因反應(yīng)轉(zhuǎn)化率降低，反應(yīng)器出口丙烯酰胺溶液中丙烯腈含量升高。濃縮系統(tǒng)真空蒸發(fā)罐 T-322 蒸發(fā)的氣相組分中丙烯腈氣體濃度增加（丙烯腈比水更易揮發(fā)），造成 T-322真空度降低。另外，為保證產(chǎn)品濃度合格，必須增加 T-322 蒸發(fā)的水量，也造成了 T-322 真空度降低。T-322壓力一般控制在7-8Kpa，當(dāng)T-322壓力超過(guò)8.5Kpa，一個(gè)很重要的原因是反應(yīng)轉(zhuǎn)化率偏低造成的（經(jīng)驗(yàn)值是低于 85%）。

濃縮系統(tǒng)低聚物的產(chǎn)生量減少。

濃縮系統(tǒng)低聚物主要在真空蒸發(fā)罐 T-322 器壁產(chǎn)生，低聚物產(chǎn) 生的機(jī)理是：丙烯酰胺溶液沿 T-322 器壁切線(xiàn)進(jìn)料，在 T-322 內(nèi)形 成漩渦，在真空蒸發(fā)作用下，少量的丙烯酰胺溶液也被蒸發(fā)，附著 在 T-322 罐壁和視鏡處，滯留在器壁上及視鏡處的丙烯酰胺與空氣 中的氧接觸生成低聚物。

在T-322蒸發(fā)的氣相組分主要是：大約2.5-3.0t/h的水被蒸發(fā)，

同時(shí)還有 0.5t/h 的丙烯腈及少量的丙烯酰胺被蒸發(fā)。由于反應(yīng)轉(zhuǎn)化

率降低，丙烯酰胺溶液中丙烯腈含量增加，T-322 蒸發(fā)的氣相組分

中，丙烯腈氣體組分濃度升高，丙烯酰胺蒸發(fā)量減少，從而產(chǎn)生的

低聚物也減少。

丙烯腈-水回收系統(tǒng)丙烯腈濃度提高。

反應(yīng)轉(zhuǎn)化率偏低導(dǎo)致反應(yīng)器出口丙烯酰胺溶液中丙烯腈含量增

加，濃縮系統(tǒng)真空蒸發(fā)罐T-322 蒸發(fā)氣體中丙烯腈含量增加，T-322 蒸發(fā)的氣體在丙烯腈-水回收系統(tǒng)的冷凝器 1BC、2BC、3BC 中冷凝回 收，冷凝液最后回收至丙烯腈-水儲(chǔ)罐 T-323中。當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率偏低 時(shí)，T-323中丙烯腈濃度提高。

2、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率偏高（接近 90%）對(duì)濃縮系統(tǒng)的影響

反應(yīng)器內(nèi)催化劑藏量高會(huì)提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，但丙烯腈與水在銅

催化劑作用下反應(yīng)轉(zhuǎn)化率最高只能達(dá)到 90%。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)催化劑藏 量較高，且反應(yīng)轉(zhuǎn)化率接近于 90%時(shí)，如果繼續(xù)提高反應(yīng)器內(nèi)催化 劑濃度，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率基本不會(huì)提高或提高的非常有限。由于反應(yīng)轉(zhuǎn) 化率偏高，反應(yīng)器出口反應(yīng)液中未反應(yīng)的丙烯腈濃度會(huì)降低，對(duì)濃 縮系統(tǒng)產(chǎn)生一系列影響。

（1）反應(yīng)轉(zhuǎn)化率偏高，真空蒸發(fā)罐 T-322壓力降低，真空度提

高

由于反應(yīng)轉(zhuǎn)化率偏高，反應(yīng)器出口反應(yīng)液中丙烯腈濃度降低， T-322 蒸發(fā)氣體中丙烯腈蒸發(fā)量減少，導(dǎo)致 T-322 壓力降低。根據(jù) 生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)反應(yīng)器R-313出口溶液中丙烯腈濃度低于3.0%時(shí)，

T-322 壓力將低于 7.0Kpa。

（2）濃縮系統(tǒng)低聚物增多

由于反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)器出口丙烯酰胺溶液中丙烯腈濃度降 低，導(dǎo)致濃縮系統(tǒng)真空蒸發(fā)罐 T-322 蒸發(fā)的氣相組分中丙烯腈濃度 降低，氣相組分中丙烯酰胺蒸發(fā)量增加，蒸發(fā)的丙烯酰胺粘附在 T-322 器壁上生成低聚物，造成濃縮系統(tǒng)低聚物產(chǎn)生量增加，過(guò)濾 器拆洗頻次增加。

（3）丙烯腈-水回收系統(tǒng)丙烯腈濃度降低

由于反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高，濃縮系統(tǒng)蒸發(fā)的丙烯腈量減少，丙烯腈-

水回收系統(tǒng)回收的丙烯腈濃度降低。

三、反應(yīng)器催化劑藏量與生產(chǎn)負(fù)荷的最優(yōu)配比

化學(xué)法生產(chǎn)丙烯酰胺裝置設(shè)計(jì)的反應(yīng)器催化劑濃度為 20%，設(shè) 計(jì)生產(chǎn)負(fù)荷為日產(chǎn) 150 噸丙烯酰胺，即 20%濃度的催化劑可保證在 日產(chǎn) 150 噸的生產(chǎn)負(fù)荷下，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到控制要求。根據(jù)生產(chǎn)任 務(wù)不斷提高的要求，裝置目前的生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到日產(chǎn) 180 噸丙烯 酰胺。

隨著生產(chǎn)負(fù)荷的提高，必須提高反應(yīng)器催化劑濃度，提高反應(yīng) 器催化劑藏量，才能保證反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到控制要求。但反應(yīng)器催化 劑濃度不能無(wú)限提高，當(dāng)反應(yīng)器催化劑藏量提高至一定數(shù)量后，反 應(yīng)轉(zhuǎn)化率接近于 90%的理論值，此時(shí)繼續(xù)提高反應(yīng)器催化劑藏量， 不但不會(huì)提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，還會(huì)對(duì)反應(yīng)濃縮造成以下影響：1、反應(yīng) 副產(chǎn)物會(huì)增多，導(dǎo)致低聚物的產(chǎn)生量增加；2、由于低聚物增多，堵 塞反應(yīng)器燭式過(guò)濾器濾芯，造成反應(yīng)器壓力升高；3、由于低聚物增 多，造成濃縮系統(tǒng)過(guò)濾器拆洗頻次增加，不利于裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

所以應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的不同，合理控制反應(yīng)器內(nèi)催化劑濃度。 根據(jù)產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：生產(chǎn)負(fù)荷為180噸/天時(shí)，反應(yīng)器催化劑 濃度控制在 23%-24%即能滿(mǎn)足的生產(chǎn)要求，當(dāng)反應(yīng)器催化劑濃度超 過(guò) 24%時(shí)會(huì)造成濃縮系統(tǒng)低聚物增多，機(jī)泵過(guò)濾器拆洗頻次明顯增 加。當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷低于180 噸/天時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低反應(yīng)器催化劑濃度。

四、結(jié)論

反應(yīng)器催化劑藏量與生產(chǎn)負(fù)荷達(dá)到最優(yōu)配比，可以實(shí)現(xiàn)丙烯酰

胺生產(chǎn)裝置各系統(tǒng)工藝參數(shù)的最優(yōu)控制，有利于裝置平穩(wěn)運(yùn)行。反 應(yīng)器催化劑藏量與生產(chǎn)負(fù)荷達(dá)到最優(yōu)配比的重要參考指標(biāo)是：1、反 應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到87%-90%；2、濃縮系統(tǒng)真空蒸發(fā)罐T-322 壓力控制在 7.0-8.0Kpa；3、濃縮系統(tǒng)機(jī)泵過(guò)濾器拆洗頻次控制在每日 3-5 次；

4、丙烯腈-水回收罐T-323 丙烯腈濃度控制在6.0%-6.5%。