反应器催化剂藏量对反应、浓缩系统的影响

郭继锋

摘要：丙烯酰胺生产装置以水、丙烯腈为原料，在装置自产铜催化剂作用下水合反应生产丙烯酰胺。装置分为反应、浓缩、 精制、催化剂等工序。在恒定的反应温度下，当反应器催化剂浓度增加时，丙烯腈转化率增加；相反，当反应器催化剂浓度 降低时，丙烯腈转化率下降，产量也下降。反应器催化剂藏量影响反应转化率，反应转化率的变化又影响后续的浓缩工序的 操作，下面探讨反应器催化剂藏量对反应、浓缩系统操作参数的影响。

关键词：催化剂；反应；浓缩系统；影响

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）06-0107-01

一、反应器催化剂藏量对反应转化率的影响

1、反应器催化剂藏量低对反应转化率的影响

丙烯酰胺生产装置反应器催化剂浓度是按20%设计的（日产150

吨丙烯酰胺），丙烯腈、水与催化剂淤浆的混合物料在三台串联的反 应器反应，设计转化率达到 90%。装置通过技术攻关，将日产量由 150 吨/天提高至180吨/天，反应器催化剂浓度的控制也由20%-21% 提高至 22%-23%。装置日产 150 吨丙烯酰胺时，反应器催化剂浓度 控制在20%-21%，反应转化率即能达到85%-90%，如果反应器催化剂 浓度低于 20%，反应转化率将低于85%。

2、反应器催化剂藏量高对反应转化率的影响

根据生产任务的调整，装置生产负荷提高至日产丙烯酰胺 180

吨/天，为保证较高的反应转化率，车间将反应器内催化剂浓度提高 至 23%-24%，随着反应器内催化剂浓度的提高，反应转化率也提高， 反应转化率平均达到90.07%。

二、反应转化率的变化对浓缩系统的影响

1、反应转化率偏低（低于 85%）对浓缩系统的影响

因反应器催化剂藏量低，导致反应转化率偏低（低于85%），反

应器 R-313 出口的丙烯酰胺溶液浓度降低，丙烯腈含量升高，对浓 缩系统的真空蒸发（丙烯酰胺提浓）操作及丙烯腈-水回收系统的操 作影响较大。

反应转化率降低，造成浓缩系统丙烯酰胺溶液浓度降低。

反应器出口丙烯酰胺溶液浓度降低，浓缩系统负荷增大。

为保证产品浓度合格（47%-51%），必须增大浓缩液预热器 E-321 的 热水流量，提高真空蒸发罐T-322入口丙烯酰胺溶液温度，使T-322 蒸发水量增加。

反应转化率降低，造成真空蒸发罐T-322 真空度降低。

因反应转化率降低，反应器出口丙烯酰胺溶液中丙烯腈含量升高。浓缩系统真空蒸发罐 T-322 蒸发的气相组分中丙烯腈气体浓度增加（丙烯腈比水更易挥发），造成 T-322真空度降低。另外，为保证产品浓度合格，必须增加 T-322 蒸发的水量，也造成了 T-322 真空度降低。T-322压力一般控制在7-8Kpa，当T-322压力超过8.5Kpa，一个很重要的原因是反应转化率偏低造成的（经验值是低于 85%）。

浓缩系统低聚物的产生量减少。

浓缩系统低聚物主要在真空蒸发罐 T-322 器壁产生，低聚物产 生的机理是：丙烯酰胺溶液沿 T-322 器壁切线进料，在 T-322 内形 成漩涡，在真空蒸发作用下，少量的丙烯酰胺溶液也被蒸发，附着 在 T-322 罐壁和视镜处，滞留在器壁上及视镜处的丙烯酰胺与空气 中的氧接触生成低聚物。

在T-322蒸发的气相组分主要是：大约2.5-3.0t/h的水被蒸发，

同时还有 0.5t/h 的丙烯腈及少量的丙烯酰胺被蒸发。由于反应转化

率降低，丙烯酰胺溶液中丙烯腈含量增加，T-322 蒸发的气相组分

中，丙烯腈气体组分浓度升高，丙烯酰胺蒸发量减少，从而产生的

低聚物也减少。

丙烯腈-水回收系统丙烯腈濃度提高。

反应转化率偏低导致反应器出口丙烯酰胺溶液中丙烯腈含量增

加，浓缩系统真空蒸发罐T-322 蒸发气体中丙烯腈含量增加，T-322 蒸发的气体在丙烯腈-水回收系统的冷凝器 1BC、2BC、3BC 中冷凝回 收，冷凝液最后回收至丙烯腈-水储罐 T-323中。当反应转化率偏低 时，T-323中丙烯腈浓度提高。

2、反应转化率偏高（接近 90%）对浓缩系统的影响

反应器内催化剂藏量高会提高反应转化率，但丙烯腈与水在铜

催化剂作用下反应转化率最高只能达到 90%。当反应器内催化剂藏 量较高，且反应转化率接近于 90%时，如果继续提高反应器内催化 剂浓度，反应转化率基本不会提高或提高的非常有限。由于反应转 化率偏高，反应器出口反应液中未反应的丙烯腈浓度会降低，对浓 缩系统产生一系列影响。

（1）反应转化率偏高，真空蒸发罐 T-322压力降低，真空度提

高

由于反应转化率偏高，反应器出口反应液中丙烯腈浓度降低， T-322 蒸发气体中丙烯腈蒸发量减少，导致 T-322 压力降低。根据 生产数据显示，当反应器R-313出口溶液中丙烯腈浓度低于3.0%时，

T-322 压力将低于 7.0Kpa。

（2）浓缩系统低聚物增多

由于反应转化率高，反应器出口丙烯酰胺溶液中丙烯腈浓度降 低，导致浓缩系统真空蒸发罐 T-322 蒸发的气相组分中丙烯腈浓度 降低，气相组分中丙烯酰胺蒸发量增加，蒸发的丙烯酰胺粘附在 T-322 器壁上生成低聚物，造成浓缩系统低聚物产生量增加，过滤 器拆洗频次增加。

（3）丙烯腈-水回收系统丙烯腈浓度降低

由于反应转化率高，浓缩系统蒸发的丙烯腈量减少，丙烯腈-

水回收系统回收的丙烯腈浓度降低。

三、反应器催化剂藏量与生产负荷的最优配比

化学法生产丙烯酰胺装置设计的反应器催化剂浓度为 20%，设 计生产负荷为日产 150 吨丙烯酰胺，即 20%浓度的催化剂可保证在 日产 150 吨的生产负荷下，反应转化率达到控制要求。根据生产任 务不断提高的要求，装置目前的生产能力已经达到日产 180 吨丙烯 酰胺。

随着生产负荷的提高，必须提高反应器催化剂浓度，提高反应 器催化剂藏量，才能保证反应转化率达到控制要求。但反应器催化 剂浓度不能无限提高，当反应器催化剂藏量提高至一定数量后，反 应转化率接近于 90%的理论值，此时继续提高反应器催化剂藏量， 不但不会提高反应转化率，还会对反应浓缩造成以下影响：1、反应 副产物会增多，导致低聚物的产生量增加；2、由于低聚物增多，堵 塞反应器烛式过滤器滤芯，造成反应器压力升高；3、由于低聚物增 多，造成浓缩系统过滤器拆洗频次增加，不利于装置的平稳运行。

所以应根据生产负荷的不同，合理控制反应器内催化剂浓度。 根据产经验数据得出结论：生产负荷为180吨/天时，反应器催化剂 浓度控制在 23%-24%即能满足的生产要求，当反应器催化剂浓度超 过 24%时会造成浓缩系统低聚物增多，机泵过滤器拆洗频次明显增 加。当生产负荷低于180 吨/天时，应适当降低反应器催化剂浓度。

四、结论

反应器催化剂藏量与生产负荷达到最优配比，可以实现丙烯酰

胺生产装置各系统工艺参数的最优控制，有利于装置平稳运行。反 应器催化剂藏量与生产负荷达到最优配比的重要参考指标是：1、反 应转化率达到87%-90%；2、浓缩系统真空蒸发罐T-322 压力控制在 7.0-8.0Kpa；3、浓缩系统机泵过滤器拆洗频次控制在每日 3-5 次；

4、丙烯腈-水回收罐T-323 丙烯腈浓度控制在6.0%-6.5%。