丙烯酰胺一車間制備催化劑顆粒技術(shù)論述

郭繼鋒

摘要：丙烯酰胺一車間使用丙烯腈和水在單質(zhì)銅催化劑的作用下反應(yīng)生成丙烯酰胺。車間使用催化劑可循環(huán)再利用。催化劑 的沉降速度快慢直接影響進入反應(yīng)器催化劑的量，而且催化劑的顆粒如果太細小，會穿透反應(yīng)器的燭式過濾器進入到濃縮、 精制系統(tǒng)，影響產(chǎn)品合格率。

關(guān)鍵詞：催化劑顆粒；沉降速度；影響；技術(shù)

中圖分類號：O643.36 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）06-0159-01

一、影響催化劑沉降速度需要控制指標(biāo)

1、次磷酸鈉/硫酸銅的摩爾比

丙烯酰胺生產(chǎn)裝置制備催化劑的主要控制指標(biāo)是次磷酸鈉與硫

酸銅的摩爾比，操作卡片要求控制在 1.50-16.0 之間。低于 1.50： 催化劑的顏色變綠，而不是正常的黑色催化劑，同時綠色催化劑的 活性較低，沉降速度變慢。大于 1.60：得到褐色催化劑，低活性的 催化劑。

2、最高反應(yīng)溫度和中和反應(yīng)溫度

A：2CUSO4+3NaH2PO2+3H2O→2CUH+3NaH2PO3+2H2SO4

起始溫度需要控制次磷酸鈉和硫酸銅溫度，要求在51.5℃-52℃

之間。車間在正常生產(chǎn)時，制備催化劑起始計量次磷酸鈉和硫酸銅 時，溫度控制要求在 51.6℃-51.9℃以內(nèi)，這樣可以在反應(yīng)過程中能夠達到最高反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，如果最高反應(yīng)溫度達到 57℃以上，會生成低活性催化劑。

B： 2CUH+2H2SO4+4NaOH→2CU+H2+2NaSO4+4H2O

在反應(yīng)過程中氫氧化鈉加入量設(shè)定和氫氧化鈉濃度都是制備合 格催化劑的必要條件，同時反應(yīng)熱的控制是重要組成部分。反應(yīng)熱 除去還是使用夾套循環(huán)水帶走熱量，保證反應(yīng)溫度控制在60℃-65℃。車間制備催化劑中和反應(yīng)溫度都能夠達到控制在62℃左右防止制備

出低活性催化劑。

3、液堿濃度

制備催化劑進行至中和反應(yīng)時，主要使用液堿進入到N-302 中，工藝卡片要求液堿濃度為 28%-35%，如果液堿濃度過低，將使中和 反應(yīng)溫度不能達到指標(biāo)要求，一定要控制液堿濃度在指標(biāo)范圍內(nèi)。車間使用的液堿是從動力廠酸堿站收取的，酸堿站化驗分析合格后 才送出，所以車間對每次收液堿沒有進行分析，

但是可以通過每次計量罐的液位觀察出濃度高低，（液位控制在 77%-80%）只要液堿濃度在 28%-35%，催化劑顏色和沉降速度都沒有 太大變化。

4、98%硫酸的相關(guān)指標(biāo)

98%硫酸與次磷酸鈉同時加入N-302 中，防止次磷酸鈉分解，也

防止在加入液堿前CuH分解成Cu○ 。目前車間收取的98%硫酸殘渣、

濁度超標(biāo)，這些都有可能是造成制備出的催化劑顆粒細小或是催化

劑出現(xiàn)絮狀物的原因，所以車間根據(jù)上述情況聯(lián)系硫酸廠家加強硫

酸質(zhì)量合格率，避免出現(xiàn)制備的催化劑顆粒不合格的現(xiàn)象。為了防

止制備出不合格催化劑，大約1 年清洗T-351 硫酸罐2 次。

5、硫酸銅加入的時間

催化劑制備的過程中，N-302 最先進入的是次磷酸鈉和硫酸，

然后是硫酸銅進入，硫酸銅進入需要控制在 5 分鐘以內(nèi)。高于 5 分

鐘，影響較小，如太慢 Cu++反應(yīng)速率下降，生成綠色催化劑。

低于 5 分鐘，影響較小，Cu++反應(yīng)速率升高，生成的催化劑活

性較低，呈閃亮銅顏色。

二、調(diào)節(jié)催化劑顆粒的方法

車間在制備催化劑的過程中，各項參數(shù)都嚴(yán)格控制在指標(biāo)范圍

內(nèi)，從來沒有出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，但是催化劑顆粒沒有出現(xiàn)本質(zhì)改變。 制備單質(zhì)銅催化劑使用硫酸銅是起決定作用的，而且車間不能總是 溶解新硫酸銅。在長期生產(chǎn)運行中還是需要使用廢銅催化劑來制備 硫酸銅溶液，車間決定對硫酸銅溶液開始進行試驗和分析。

車間使用的硫酸銅分兩種，一種是外購新硫酸銅，一種是在反

應(yīng)器中傳出廢催化劑經(jīng)過熟化反應(yīng)制備的硫酸銅。

新硫酸銅在進行熟化反應(yīng)5 個小時后，不需要調(diào)節(jié)PH 值，因為 新硫酸銅沒有任何的雜質(zhì)存在，制備的催化劑完全在合格指標(biāo)范圍 內(nèi)。但是需要補充硝酸鉻，因為鉻離子可以提高催化劑的活性，控 制指標(biāo)在 180-300PPm。鉻離子高于 300 PPm 催化劑沉降速度下降，

低于180 PPm 催化劑的沉降速度變快。

丙烯酰胺裝置使用的催化劑是循環(huán)再利用的，新硫酸銅補充夠

量后，需要每個班在反應(yīng)器轉(zhuǎn)移出一定量的催化劑來制備硫酸銅。 制備過程使用 98%硫酸和廢銅進行熟化反應(yīng) 6 個小時。為了防止制 備出堿性硫酸銅，使用硫酸是過量的，所以需要調(diào)節(jié)PH值在1.6-1.8 之間。

三、其他因素對催化劑顆粒影響

1、催化劑制備罐使用時間催催化劑沉降速度的影響

車間制備 100 批催化劑后，在罐壁上會有很多氧化銅掛在上面，

如果沒有及時清洗，銅片會混入到制備好的催化劑銅漿中，最后排 料的時候會經(jīng)常堵塞BS-302 過濾器，同時影響催化劑的沉降速度。

廢銅片產(chǎn)生較多，影響 N-302 液位計的精度，因為 N-302 液位 計使用的是單法蘭是差壓液位計，如果上面粘附銅片后，零點就會 漂移，。車間定期需要校定 N-302的液位計，防止液位計零點漂移后，

制備的催化劑被強行抽出，堵塞過濾器 S-301，同時損失催化劑。 同時高壓清洗 N-302 和液位計校驗后，都需要重新對 N-302 進行氮 氣置換，可以更好的降低罐里氧含量，使制備的催化劑顆粒正常。

2、硫酸銅溶液中的雜質(zhì)對催化劑沉降速度的影響

舊硫酸銅中存在一些從反應(yīng)系統(tǒng)帶出的雜質(zhì)，在和硫酸反應(yīng)的

過程中也不能被去除，始終存留在硫酸銅溶液中，最后參與到制備 催化劑的過程中，如果含有的雜質(zhì)過多，制備的催化劑會受到影響， 首先是顆粒有可能會變細小，或是出現(xiàn)不均勻絮狀顆粒的催化劑。 通過我們分別對新硫酸銅和舊硫酸銅進行采樣觀察，發(fā)現(xiàn)它們的透 明度不一樣，新硫酸銅清澈透明，舊硫酸銅需要沉降大約 50分鐘后 才能接近清澈透明，所以硫酸銅中的雜質(zhì)對催化劑的顆粒影響很大。

車間分析后，將S-306 運行 15天后，再從新進行預(yù)涂一次，直到硫 酸銅溶液在試鏡清澈后，恢復(fù)出料流程。通過處理后，可以減少硫 酸銅中的雜質(zhì)進入到催化劑制備當(dāng)中，將催化劑顆粒變細的可能性 降至最低。

3、催化劑絮狀沉淀的形成對催化劑沉降速度的影響

車間使用從反應(yīng)器轉(zhuǎn)移出來的廢催化劑，經(jīng)過S-304 進行過濾，

首先過濾出丙烯酰胺溶液至 T-308 中，過濾后使用脫鹽水對濾餅進 行清洗，然后再一次進行過濾，最后使用脫鹽水清洗，最后排料至 N-308 中，作為制備硫酸銅原料。如果催化劑沒有清洗干凈，丙烯 酰胺溶液就會存在硫酸銅溶液中，最后制備的催化劑就有可能出現(xiàn) 絮狀現(xiàn)象。經(jīng)過車間分析后，將脫鹽水清洗水量提高，由原來的 1M3 提高值2.5 M3加大清洗水量后，能夠更好的將廢催化劑上存留的丙 烯酰胺去除，使催化劑不再出現(xiàn)絮狀現(xiàn)象。

四、結(jié)論

主要因素：經(jīng)過上面的分析和論述，催化劑顆粒細小是由于制

備硫酸銅溶液的時候 PH 值低導(dǎo)致的，車間將硫酸銅溶液的 PH 值提 高后制備的催化劑顆粒正常，沉降速度恢復(fù)至正常的大約 45 分鐘。

輔助因素：硫酸銅溶液中的雜質(zhì)的去除，和粘附在催化劑表面 的丙烯酰胺被更好的清除，也是使制備的催化劑顆?；謴?fù)正常的輔 助因素。