潘有江 范振宇 徐濤(中國石油蘭州石化公司化肥廠, 甘肅 蘭州 730060)

8 萬噸/年丙烯酸裝置氧化反應(yīng)操作要點淺析

潘有江 范振宇 徐濤(中國石油蘭州石化公司化肥廠, 甘肅 蘭州 730060)

本文通過對影響8萬噸/年丙烯酸裝置丙烯氧化制丙烯酸反應(yīng)的空速、溫度、壓力等因素進行分析，綜合考慮裝置的特點及難點，優(yōu)化工藝操作,提高丙烯轉(zhuǎn)化率和丙烯酸收率，實現(xiàn)裝置的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運轉(zhuǎn)。

丙烯酸；丙烯醛；催化劑；轉(zhuǎn)化率；收率；鹽浴溫度

某公司8 萬噸/年丙烯酸裝置采用先進可靠的丙烯氣相兩步氧化法技術(shù)，反應(yīng)在列管式固定床反應(yīng)器中進行，列管中充填催化劑(日本化藥公司生產(chǎn))，反應(yīng)物料以氣相通過催化劑床層，在催化劑表面進行氧化反應(yīng)，第一步丙烯在Mo-Bi催化劑作用下氧化生成丙烯醛；第二步丙烯醛在Mo-V催化劑作用下氧化生成丙烯酸。該裝置的反應(yīng)條件苛刻，聯(lián)鎖控制點多，可調(diào)范圍小，調(diào)節(jié)閥動作速度緩慢，這在實際操作過程中，調(diào)節(jié)不好極容易引起聯(lián)鎖停車。

本文綜合考慮裝置的特點及難點，對影響日化藥公司催化劑反應(yīng)的主要參數(shù)進行分析，優(yōu)化工藝操作，提高丙烯轉(zhuǎn)化率和丙烯酸收率，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益[1]。

1 空速

單位時間內(nèi)通過催化劑床層的反應(yīng)物料量稱空速，空速的大小直接影響反應(yīng)和轉(zhuǎn)化率，由原料特性與處理量大小及催化劑的性質(zhì)來決定。

空速較小時一方面反應(yīng)氣體在反應(yīng)器中流速較慢，停留時間長，有利于氧化反應(yīng)的進行，反應(yīng)物料轉(zhuǎn)化率提高；另一方面氧化程度必然加深，隨之副反應(yīng)也會加劇，造成選擇率下降；空速較大時氣體的停留時間短，系統(tǒng)處理能力增大，但空速的增加是受到設(shè)備設(shè)計負(fù)荷限制的，選擇合適的空速是保證氧化反應(yīng)順利進行的必要條件[2]。

空速的大小可以由進料物流量來調(diào)節(jié)，本文分別在空速95 hr-1和114 hr-1條件下改變反應(yīng)溫度，得出丙烯轉(zhuǎn)化率，其對應(yīng)關(guān)系見圖1。

圖1 不同溫度下丙烯轉(zhuǎn)化率與空速關(guān)系

由圖1可以看出：在同一溫度下，空速95 hr-1條件下丙烯轉(zhuǎn)化率明顯高于空速114 hr-1條件，所以對于日化藥催化劑而言，通過試驗確定出丙烯氧化制丙烯醛最佳反應(yīng)空速為95 hr-1，丙烯醛氧化制丙烯酸最佳反應(yīng)空速為96.5 hr-1。

2 溫度

丙烯氧化反應(yīng)是強放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度過低催化劑將不能達(dá)到最佳催化狀態(tài)，從而降低反應(yīng)速率影響產(chǎn)量；反應(yīng)溫度過高，反應(yīng)速率較快，在反應(yīng)中放出大量的熱使物料反應(yīng)溫度上升，加快反應(yīng)速率放出更多熱量，使反應(yīng)溫度持續(xù)上升，如果不能及時移出反應(yīng)熱將會使反應(yīng)失去控制造成飛溫?zé)龤Т呋瘎?，同時還會造成催化劑主要成分鉬的流失，降低催化劑的活性，影響丙烯酸的轉(zhuǎn)化率，降低催化劑的壽命[3]。

2.1 鹽浴溫度

鹽浴溫度即控制反應(yīng)溫度，日常生產(chǎn)中需要主要通過反應(yīng)器殼程中的熔鹽循環(huán)冷卻及時移出反應(yīng)熱，由循環(huán)量控制鹽浴溫度在設(shè)定范圍內(nèi)。在同一工況下，通過改變鹽浴溫度，得出丙烯轉(zhuǎn)化率與丙烯酸收率變化如圖2、表1所示。

圖2 第一反應(yīng)器鹽浴溫度與丙烯轉(zhuǎn)化率關(guān)系

表1 第二反應(yīng)器不同鹽浴溫度下的產(chǎn)物含量

可以看出，鹽浴溫度過高時轉(zhuǎn)化率雖然很大，但丙烯酸收率下降，因為副反應(yīng)大量增加，所以鹽浴溫度應(yīng)該控制在合理范圍內(nèi)。

2.2 熱點溫度

熱點溫度為催化劑床層溫度，是氧化反應(yīng)良好與否的直觀反映，日常生產(chǎn)中一定要保證PT1＞PT2，目的是確保反應(yīng)在催化劑上層進行，防止反應(yīng)不完全。生產(chǎn)中常常發(fā)生熱點溫度“倒掛”現(xiàn)象，即PT1＜PT2，進而導(dǎo)致丙烯轉(zhuǎn)化率較低，此時應(yīng)及時提高鹽浴溫度，將催化劑床層熱點溫度移至上層，待PT1＞PT2后，丙烯轉(zhuǎn)化率也隨之升高。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，對于不同負(fù)荷都控制PT1＞PT2，就可確保丙烯轉(zhuǎn)化率在98%以上、丙烯酸收率85%以上。

2.3 催化焚燒反應(yīng)器溫度

催化焚燒反應(yīng)是對氧化產(chǎn)生的廢氣進行處理，其溫度高說明有機物濃度高，則氧化反應(yīng)不完全，未反應(yīng)的殘留丙烯多或反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物多，會影響到丙烯酸收率，其對應(yīng)關(guān)系見表2。

表2 催化焚燒反應(yīng)器溫度與丙烯酸收率關(guān)系

日常生產(chǎn)中，若工況發(fā)生異常，等待化驗室分析結(jié)果需要周期較長，所以及時根據(jù)催化焚燒溫度變化調(diào)節(jié)鹽浴溫度是生產(chǎn)過程中較直接的方法。

3 壓力

壓力高會增加丙烯與氧氣爆炸區(qū)域上限，從而對反應(yīng)物料濃度及提升負(fù)荷操作有一定影響；同時壓力過高還會對催化劑造成損傷，使催化劑粉化。另外隨著裝置的運行，催化劑床層自身壓差不斷升高，引起供反應(yīng)器空氣量不足，進而影響丙烯轉(zhuǎn)化率和丙烯酸收率低(見表3)，為保證供反應(yīng)空氣量，裝置被迫降低負(fù)荷才能正常運行，因此綜合空氣壓縮機限制條件，確定入口壓力控制在110 KPa以內(nèi)。

表3 反應(yīng)器入口壓力與空氣流量的關(guān)系

4 結(jié)語

通過探索，獲得了控制丙烯轉(zhuǎn)化率及丙烯酸收率最佳的工藝條件： ①丙烯氧化制丙烯醛反應(yīng)空速為95 hr-1，丙烯醛氧化制丙烯酸反應(yīng)空速為96.5 hr-1；②及時通過催化焚燒反應(yīng)溫度調(diào)整鹽浴溫度來控制上層熱點溫度大于下層熱點溫度；③反應(yīng)器入口壓力為小于110kPa。

[1]苗善云，等.丙烯氧化制丙烯醛催化劑的研究[J].陜西化工，1992年第04期.

[2]李雪梅等.丙烯氧化制丙烯酸催化劑在萬噸級工業(yè)裝置上的應(yīng)用[J].石油化工，2012年第3期.

[3]劉肖飛，等.丙烯氧化制備丙烯酸催化劑研究[J].當(dāng)代化工，2012年07期.

潘有江(1985-)，男，甘肅武威人，工程碩士學(xué)位，工程師。