8 萬噸/年丙烯酸裝置氧化反應操作要點淺析

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)

8 萬噸/年丙烯酸裝置氧化反應操作要點淺析

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,提高丙烯轉化率和丙烯酸收率，實現裝置的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運轉。

丙烯酸；丙烯醛；催化劑；轉化率；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，反應在列管式固定床反應器中進行，列管中充填催化劑(日本化藥公司生產)，反應物料以氣相通過催化劑床層，在催化劑表面進行氧化反應，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。該裝置的反應條件苛刻，聯(lián)鎖控制點多，可調范圍小，調節(jié)閥動作速度緩慢，這在實際操作過程中，調節(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的主要參數進行分析，優(yōu)化工藝操作，提高丙烯轉化率和丙烯酸收率，創(chuàng)造更好的經濟效益[1]。

1 空速

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

空速較小時一方面反應氣體在反應器中流速較慢，停留時間長，有利于氧化反應的進行，反應物料轉化率提高；另一方面氧化程度必然加深，隨之副反應也會加劇，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備設計負荷限制的，選擇合適的空速是保證氧化反應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節(jié)，本文分別在空速95 hr-1和114 hr-1條件下改變反應溫度，得出丙烯轉化率，其對應關系見圖1。

圖1 不同溫度下丙烯轉化率與空速關系

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空速為95 hr-1，丙烯醛氧化制丙烯酸最佳反應空速為96.5 hr-1。

2 溫度

丙烯氧化反應是強放熱反應，反應溫度過低催化劑將不能達到最佳催化狀態(tài)，從而降低反應速率影響產量；反應溫度過高，反應速率較快，在反應中放出大量的熱使物料反應溫度上升，加快反應速率放出更多熱量，使反應溫度持續(xù)上升，如果不能及時移出反應熱將會使反應失去控制造成飛溫燒毀催化劑，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溫度，日常生產中需要主要通過反應器殼程中的熔鹽循環(huán)冷卻及時移出反應熱，由循環(huán)量控制鹽浴溫度在設定范圍內。在同一工況下，通過改變鹽浴溫度，得出丙烯轉化率與丙烯酸收率變化如圖2、表1所示。

圖2 第一反應器鹽浴溫度與丙烯轉化率關系

表1 第二反應器不同鹽浴溫度下的產物含量

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

2.2 熱點溫度

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

2.3 催化焚燒反應器溫度

催化焚燒反應是對氧化產生的廢氣進行處理，其溫度高說明有機物濃度高，則氧化反應不完全，未反應的殘留丙烯多或反應產生的副產物多，會影響到丙烯酸收率，其對應關系見表2。

表2 催化焚燒反應器溫度與丙烯酸收率關系

日常生產中，若工況發(fā)生異常，等待化驗室分析結果需要周期較長，所以及時根據催化焚燒溫度變化調節(jié)鹽浴溫度是生產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，從而對反應物料濃度及提升負荷操作有一定影響；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，引起供反應器空氣量不足，進而影響丙烯轉化率和丙烯酸收率低(見表3)，為保證供反應空氣量，裝置被迫降低負荷才能正常運行，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。

表3 反應器入口壓力與空氣流量的關系

4 結語

通過探索，獲得了控制丙烯轉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空速為95 hr-1，丙烯醛氧化制丙烯酸反應空速為96.5 hr-1；②及時通過催化焚燒反應溫度調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].當代化工，2012年07期.

潘有江(1985-)，男，甘肅武威人，工程碩士學位，工程師。