丙烯腈装置反应器运行评估与拆除六层筛板的优化实践研究

期刊: 环球科学 2023年第11期 DOI: PDF下载

李剑光

海洋石油富岛化工，572600

摘要

在三大合成材料中丙烯腈是非常重要的单体。很多丙烯腈装置运行中都会出现性能波动问题，导致装置无法平稳生产。对此本文将评估海南富岛化工丙烯腈装置反应器的运行状况，采用连续性测试的方法，对拆除六层筛板价值进行探究，旨在为我国的石化产业发展提供有力支持。


关键词

丙烯腈装置反应器；运行评估；六层筛板

正文


前言：作为有着广泛应用的化学用品，丙烯腈需要反应器的合成。控制与优化丙烯腈反应器在石化产业中属于重要领域，关系到生产品质和生产效率。对此本文将以海南的丙烯腈装置为研究对象，总结其性能，探索提高性能的优化办法。

一、丙烯腈装置反应器介绍

（一）基本情况

海南富岛化工（以下简称富岛化工）的丙烯腈装置反应器位号为R-1101A/B，直径φ8.9m，切线高20.5m，设计产能20万吨；构成包括18组二级旋风分离器、56组U形撤热水管、丙烯-氨气体分布器与空气分布板，截面积为55.96m2。与国内所用的大部分反应器仅仅存在构件组成与生产能力的差别。富岛化工的丙烯腈装置反应器的切线高比常规的反应器切线高2m，达到了20.5m。即反应器上部的稀相段比常规反应器上部高2m，并配置了六层筛板，旨在增强反应器的稀相段反应效率，让氨实现深度反应，保障氨转化率，控制剩余氨生成量，减少硫酸使用量。设计硫酸消耗值为51kg/t.AN，配置的空气分布板结构为双层大孔多孔板。

（二）运行状况

丙烯腈装置反应器投产应用以后，在稳定的尾氧、压力与反应温度条件下，该装置的丙烯腈产量出现小幅度降低，从最初的83.05%掉到81.37%。并且转化率也从本来的98.53%掉到98.30%，丙烯腈选择性从原本的84.29%掉到82.77%。此外在生产性能降低的同时，该装置反应器还出现了副产物增加的情况，氢氰酸从4.02%增长到4.85%。各种生产性的数值降低以及副产物的增加，意味着反应器性能出现明显下滑，所用催化剂的活性大不如前。通过对硫酸单耗进行调整，从原本103.19kg/t.AN降低到91.06kg/t.AN后，生产数值仍比预设的51kg/tAN硫酸单耗指标高出许多。

在优化过后，工作人员对反应气体的情况进行跟踪调查，根据结果可知，在优化该装置后，丙烯醛的含量出现明显上涨，丙烯醛含量超出标准0.6%。优化后的气体跟踪结果如表1。

表1优化后的气体分析结果

反应气体做样分析

日期

丙烯醛（%）

备注

2月20日

0.50


2月21日

0.62


2月22日

0.90


2月23日

1.20


2月24日

0.88


2月27日

0.92


2月28日

0.94


从分析结果可以了解到，通过优化后，硫酸单耗控制在90至92kg/t.AN区间。

二、丙烯腈装置反应器运行评估

（一）富岛化工丙烯腈装置反应器运行问题

1.床层高度低

富岛化工的丙烯腈装置自2月6日投产以后，预设初期负荷为80%，但在对三进料流量计进行校正后得出，实际生产负荷可达95%。根据检测反应器的催化剂床层高为7.2m至7.4m。在运行13d之后，反应器的氨丙烯比开始降低，此时床层高度下降。在床层下降的同时其密度开始增加，丙烯腈的单收出现明显下降。

结合以往的丙烯腈装置生产经验，本次投产的丙烯腈装置反应器存在较大的流化问题，并且床高的降低速度过快。一般情况下和细粒子过度破损有关。在细粒子过度跑损中，催化剂无法正常分布，导致催化剂流化效果大幅下降[1]。为掌握催化剂有无破损，工作人员取样分析急冷塔釜液，得出问题并非出自细粒子过度破损。利用排除法得出，问题和反应器的稀相段六层筛板有关。因六层筛板的存在，导致催化剂无法自由沉降。部分催化剂在筛板中积存，无法正常回落，使得反应器催化剂的床层无法正常流化，导致催化剂高度降低、密度变大。

2.硫酸消耗高

在六层筛板作用下出现床层高度低以及线速较高的情况。在线速度增高的同时，停留时间减少。通常情况下，反应器的接触时间在9s以上的时候会有比较好的反应效果[2]。不过本次投产的反应器接触时间只有8.42s。由于接触时间比较短，所以剩余大量的丙烯，剩余氨非常多。如表2。

表2 气体分析结果

反应器气体分析数据

分析项目

4月3日

4月5日

4月7日

4月10日

4月12日

4月14日

4月17日

4月19日

平均值

反应器温度(℃）

427.3

427.8

427.2

427.4

427.5

427.5

427.5

426.6

427.4

丙烯腈（%）

81.98

81.77

81.25

81.85

81.17

81.38

80.79

80.73

81.37

乙腈（%）

2.58

2.49

2.62

2.59

2.69

2.67

2.59

2.71

2.62

氢氰酸（%）

4.80

4.87

4.76

4.85

4.81

4.88

4.94

4.91

4.85

C3=（%）

1.552

1.487

1.796

1.705

1.773

1.737

1.787

1.756

1.70

未反应氨(%)

8.410

8.094

7.448

7.720

7.881

8.384

8.597

8.563

8.14

 

根据数据分析结果可以了解到，剩余丙烯为1.7%，剩余氨为8%。

3.反应蒸汽温度低

丙烯腈装置反应器冷却水U型管长8m，底部同空气分布板相距0.9m，催化剂床层高6.4m，催化剂床高仅占撤热水管71%，催化剂的膨胀量偏低，结果导致产汽量偏低，同时无法保障产汽温度。

（二）富岛化工与国内主流的两种丙烯腈装置反应器性能对比

中海油富岛化工丙烯腈装置，年产20万吨，国内主流的丙烯腈产量为年产26万吨和年产13万吨，表3为三款丙烯腈装置反应器运行数据。

表3反应器数据对比

三家丙烯腈装置的反应器对比数据


装置规模


反应器构造

投产时间

直径

筛板

切线高度

旋风分离器

U管高度

有效截面积

空气分布器

丙烯氨分布器

U管数量


20万吨/年

2022.10.26

8.9m

有

20.5m

18组

8m

55.96m2

双层大孔多孔板

新型

56组


26万吨/年

2023.02.06

9.5m

有

20.5m

22组

8m

63.76m2

双层大孔多孔板

新型

60组


13万吨/年

2023.02.11

9.5m

无

20.5m

18组

8m

67.38m2

单层小孔多孔板

新型

56组


装置规模

反应气体分析数据

转化率%

丙烯腈单收%

乙腈单收%

氢氰酸单收%

丙烯醛%

丙烯酸%

一氧化碳%

二氧化碳%

尾氧%

硫酸消耗kg/t.AN


20万吨/年

98.30

81.37

2.62

4.85

0.36

1.01

3.27

27.40

2.10

90


26万吨/年

96.78

79.84

2.09

5.35

0.02

0.47

3.51

5.05

1.32

112


13万吨/年

98.87

82.35

4.62

4.08

0.12

0.15

2.81

4.73

1.13

110


装置规模

反应器运行数据

生产负荷

反应温度℃

反应压力kpa

氨烯比

空烯比

尾氧%

藏量t

料位m

密度kg/m2

空速h-1

线速m/s


20万吨/年

100%

427.4

37.8

1.14

9.20

1.65

180

6.4

426

0.070

0.76


26万吨/年

85%

425.8

43.0

1.22

9.59

1.31

186

5.56

527

0.074

0.72

从表中数据可以了解到，没有使用六层筛板的丙烯腈装置运行数据相对较好。三氰收率较低，丙烯转化率较高。根据结果建议将六层筛板拆除。

三、丙烯腈装置反应器六层筛板拆除价值

六层筛板会导致催化剂磨损，拆除六层筛板以后磨损风险大幅度降低，能够让床层催化剂的高度和藏量趋于稳定，使催化剂床层流化状态于密度变得稳定。从过去六层筛板的安装情况可知，很多催化剂在运行中都会积存于筛板，导致催化剂高温结焦与缺氧失活。将六层筛板拆除以后，结焦风险与催化剂失活问题得到了有效解决。

此外拆除六层筛板以后，能够让催化剂的活性得以延长，获得更高的收率与经济效益。

结语：本文对海南富岛化工的丙烯腈装置反应器运行状况进行评估，采用数据分析方式验证得出当前装置存在床层高度低、硫酸消耗量大、反应蒸汽温度低等问题，意味着六层筛板在一定程度上影响了丙烯腈装置反应器的运行性能。通过拆除六层筛板，能够有效提高丙烯腈装置反应器运行水平，当然受限于篇幅等因素限制本次研究数据并不多，故今后需要进一步优化和深入探索。

 

参考文献：

[1]岑远东.丙烯腈装置三废控制技术探讨[J].中国设备工程,2023(11):137-139.

[2]李静,刘文娟,师红旗.丙烯腈装置中反应气体冷却器用热电偶套管的泄漏原因[J].腐蚀与防护,2022,43(12):30-34+41.

 


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