譚彥衍

（中國石化 南京化學(xué)工業(yè)有限公司，江蘇 南京 210048）

苯胺是重要的化工原料中間體，目前，主要有氣相催化加氫和液相催化加氫兩種生產(chǎn)工藝，其中液相加氫為國外引進(jìn)技術(shù)，國內(nèi)自主開發(fā)是氣相流化床催化加氫。

南京化學(xué)工業(yè)有限公司苯胺裝置每運(yùn)行4～6個月就因催化劑單程壽命到期，需要進(jìn)行停車對催化劑進(jìn)行再生和活化操作。每次催化劑再生停車及清理檢修既增加了開停工費(fèi)用，也增加了檢維修費(fèi)用。該公司典型工藝流程見圖1。

圖1 硝基苯氣相催化加氫制苯胺工藝流程Fig.1 Flow chart of aminobenzene produced by nitrobenzene gas phase hydrogenation

1 影響苯胺裝置長周期運(yùn)行因素

該工藝的運(yùn)行周期主要影響因素是因催化劑單程壽命到期，在催化劑活性下降達(dá)不到質(zhì)量要求時，必須停車對催化劑進(jìn)行再生，同時對系統(tǒng)進(jìn)行清理和檢修。然而同樣的催化劑在不同的系統(tǒng)，單程壽命差距較大，通過比較運(yùn)行數(shù)據(jù)和生產(chǎn)條件，可知影響運(yùn)行周期的主要因素如下。

1.1 催化劑制造工藝的影響

銅負(fù)載在TiO2載體上的CuO/SiO2催化劑的制備工藝為硅膠擴(kuò)孔、浸漬、洗滌、干燥、焙燒。催化劑制備過程中焙燒與否和活化控制有較大的關(guān)系。催化劑經(jīng)過焙燒，活性組分與載體形成穩(wěn)定的改性銅結(jié)構(gòu)后，在活化過程中，催化劑銅晶粒不易長大，溫度上升幅度約40～50℃，不會出現(xiàn)溫度突升現(xiàn)象。

有實(shí)驗(yàn)表明，對只干燥不焙燒的或焙燒不完全Cu/SiO2催化劑，進(jìn)行加熱失重考察研究，在20～100℃與100～200℃時，TGA分析均有明顯失重，由于失重溫度不高，所以最大可能是催化劑游離水與結(jié)晶水的脫除造成的。若在馬沸爐內(nèi)將催化劑在400℃焙燒2h（升溫速率20℃·min-1，相當(dāng)于活化條件），然后再測定其失重曲線，則該催化劑在800℃下也無明顯失重。該結(jié)果進(jìn)一步證明了催化劑如焙燒完全后，是不會引起反應(yīng)器中的催化劑失重和激烈的溫度變化的。從實(shí)際生產(chǎn)中使用來看，不經(jīng)過焙燒的催化劑在流化床內(nèi)活化時出現(xiàn)了溫度突升現(xiàn)象，且單程壽命短到40d。經(jīng)過焙燒改進(jìn)的催化劑在使用中則不存在溫度突升和單程壽命異常短的問題。

1.2 催化劑生產(chǎn)負(fù)荷的影響

在合適的催化劑負(fù)荷下可以取得單程產(chǎn)量最大化而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對比四套系統(tǒng)的催化劑負(fù)荷和單程產(chǎn)量以及同套系統(tǒng)的不同催化劑負(fù)荷，可已選擇合適的催化劑負(fù)荷。

表1 四套苯胺裝置催化劑負(fù)荷比較Tab.1 Comparison of catalyst's load in four sets of aniline devices

從表1可以看出，低催化劑負(fù)荷有利于延長催化劑的單程使用壽命。

1.3 催化劑活化再生條件的影響

催化劑的活化再生過程的溫升速度和再生維持溫度對催化劑的使用壽命有關(guān)鍵性的影響。試驗(yàn)表明，過快的溫升速度會導(dǎo)致催化劑的銅晶粒長大而使活性降低甚至失效。在使用沒有經(jīng)過焙燒的催化劑因在活化過程中溫度突升導(dǎo)致壽命僅40d。

1.4 流化床運(yùn)行狀態(tài)的影響

不同的流化床由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不同，運(yùn)行參數(shù)有較大的差別，四套系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2 四套苯胺裝置運(yùn)行參數(shù)比較Tab.2 Comparison of operating parameters in four sets of aniline devices

1.5 跳車等異常情況影響

在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，會出現(xiàn)跳電等異常情況，如果壓縮機(jī)跳停會導(dǎo)致流化床死床。因此，必須要有嚴(yán)格的聯(lián)鎖保護(hù)才能把死床對催化劑的影響降到最低。主要的途徑就是在跳車的過程中盡可能多利用氣流保持床內(nèi)成流化態(tài)。從近3年來看，由于采用了聯(lián)鎖保護(hù)，跳車對流化床分布的影響幾乎沒有。以下是4#還原在沒有聯(lián)鎖保護(hù)和有保護(hù)的情況下跳車分布器壓差對比。

表3 4#還原流化床不同工況下分布器壓差Tab.3 Pressure difference of distributor in different conditions in the 4th fluidized bed

從表3看出，分布器壓差大說明分布器堵塞，分部不均，流化態(tài)不好，單程壽命將會縮短。

1.6 氫壓縮機(jī)選擇

裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行對于苯胺生產(chǎn)的心臟設(shè)備循環(huán)氫壓縮機(jī)的要求必然是長周期運(yùn)行的設(shè)備。通過調(diào)研，選擇了運(yùn)行周期長，故障率低的螺桿壓縮機(jī)。從近5年運(yùn)行來看，該設(shè)備故障率低，工況要求不高，保證了系統(tǒng)的長周期運(yùn)行。

2 結(jié)論

通過對比分析，采取技術(shù)進(jìn)步，設(shè)計(jì)優(yōu)化，同樣的催化劑可以取得不同的運(yùn)行效果。延長系統(tǒng)單程壽命，可以降低運(yùn)行成本，提高企業(yè)效益和產(chǎn)品市場競爭力。主要調(diào)整途徑如下：

（1）選擇合適的催化劑負(fù)荷能取得經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，從運(yùn)行對比來看，催化劑負(fù)荷0.22～0.24比較合適。

（2）保證氣速合理的情況下提高氫油比，能保持良好的流化態(tài)，考慮壓縮機(jī)的能耗，氫油比13～15比較合適。

（3）循環(huán)氫壓縮機(jī)是裝置長周期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，螺桿壓縮機(jī)不怕少量帶液，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行周期長達(dá)兩年，是較理想的選擇。

（4）催化劑再生、活化等特殊操作的控制決定催化劑的單程壽命和循環(huán)重復(fù)使用壽命。如果控制得當(dāng)，催化劑可以一直使用下去。從4#苯胺運(yùn)行來看已經(jīng)重復(fù)使用了7年，不需更換，只需要補(bǔ)充磨損逃逸的催化劑。