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丙烯腈反應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制

文檔作者：路宏偉1,2，馮乙巳文檔來(lái)源： 1．合肥T業(yè)大學(xué) 2．中石化安慶分公司		更新日期： 2026年04月03日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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60 第40卷，第6期
2014年12月
安徽化工
ANHUI CHEMICAL INDUSTRY
Vo1．40．No．6
Dec_2014
丙烯腈反應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制
路宏偉1,2，馮乙巳
(1．合肥T業(yè)大學(xué)，安徽合肥230009；2．中石化安慶分公司，安徽安慶246001)
摘要：通過(guò)丙烯睛T業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵技術(shù) 素分析，優(yōu)化反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)線速、原料配比等主要控制指標(biāo)，降低了原材料及
能源消耗，提升了丙烯、氨轉(zhuǎn)化率及丙烯腈產(chǎn)品的收率。
關(guān)鍵詞：丙烯腈；反應(yīng)系統(tǒng)；優(yōu)化；控制
doi：10．3969／j．issn．1008—553X．2014．06．020
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ226．61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008—553X(2014)06—0060—03
1前言
丙烯腈反應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化控制是丙烯腈生產(chǎn)過(guò)程巾最
重要的環(huán)節(jié)，決定著丙烯腈生產(chǎn)原料轉(zhuǎn)化率、選擇性、生
產(chǎn)運(yùn)行周期和生產(chǎn)效率，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益起
著決定性作用。在丙烯腈生產(chǎn)流程和設(shè)備基本不變狀況
下，影響反應(yīng)的主要因素有反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、進(jìn)料氨
烯比、進(jìn)料空烯比和反應(yīng)線速等。反應(yīng)器操作條件中任
一條件改變都將引起其它條件的聯(lián)動(dòng)變動(dòng)，如反應(yīng)器壓
力的增大會(huì)減小反應(yīng)器中氣體的比容，從而降低了通過(guò)
催化床層的氣速，影響了催化劑的流化狀態(tài)，同時(shí)，由于
反應(yīng)壓力上升，導(dǎo)致二氧化碳生成量增大，降低了原料
轉(zhuǎn)化率。氨丙烯進(jìn)料配比的控制在反應(yīng)過(guò)程中非常重
要，既不能太低，也不能太高；配比太低，會(huì)有過(guò)量的羰
基化合物生成；配比太高，需要增加中和過(guò)量氨的硫酸
消耗量。
2反應(yīng)溫度
2．1反應(yīng)溫度的影響
從反應(yīng)機(jī)理叮知，反應(yīng)溫度對(duì)丙烯的轉(zhuǎn)化率、生成
丙烯腈的選擇性和催化劑的活性都有明顯影響。溫度高
有利于反應(yīng)進(jìn)行，隨著反應(yīng)溫度的遞增，丙烯轉(zhuǎn)化率相
應(yīng)地增高，丙烯腈產(chǎn)品及氫氰酸、乙腈等副產(chǎn)品單收呈
不同變化，但是，反應(yīng)溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致如下反應(yīng)產(chǎn)物的
深度氧化，大量生成CO ，影響丙烯腈收率。
CH2=CH—CN+02——— CO2-4-N2+ H2O
同時(shí)深度氧化過(guò)程中氧氣的消耗會(huì)造成反應(yīng)系統(tǒng)
供養(yǎng)不足，導(dǎo)致催化劑缺氧失活，性能下降，影響丙烯腈
單收。T業(yè)實(shí)驗(yàn)證明，反應(yīng)溫度要根據(jù)反應(yīng)實(shí)際效果進(jìn)
行調(diào)整。表】是通過(guò)丁業(yè)實(shí)驗(yàn)得出的一組溫度變化對(duì)單
收影n向的數(shù)據(jù)。
表1反應(yīng)溫度對(duì)幾種反應(yīng)產(chǎn)物單收的影響
反應(yīng)溫度(oC) 丙烯腈單收(％) CO： CO單收
(％ )
437
436
435．4
434
433．5
433
432
77_23
77．61
77．72
78．15
78．05
77．57
77．0l
l1．21
l0．25
9．68
9．58
9．24
9_23
9．5R
從表1可看出，反應(yīng)溫度與丙烯腈單收并小是直
線關(guān)系，溫度上升到一定程度時(shí)單收將?現(xiàn)拐點(diǎn)，丙烯
腈單收反而會(huì)下降，CO和CO：?jiǎn)问丈仙黠@，同時(shí)I=I=【{反
應(yīng)溫度控制在434~C左右，丙烯腈平均單收同比上升0．
36個(gè)百分點(diǎn)。
2_2反應(yīng)溫度的優(yōu)化控制
反應(yīng)器反應(yīng)溫度的控制方法大致為：反應(yīng)溫度大幅
度調(diào)整時(shí)，改變反應(yīng)器內(nèi)撤熱水管的投用個(gè)數(shù)；反應(yīng)溫
度小幅度調(diào)整時(shí)，則通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)器進(jìn)料量進(jìn)行控制
由于受環(huán)境溫度的影響，反應(yīng)器進(jìn)料溫度與空氣溫度、
反應(yīng)器散熱都處于變化中，所以要維持恒定的反應(yīng)溫
度，必須經(jīng)常調(diào)節(jié)進(jìn)料量。具體調(diào)節(jié)過(guò)程就是根據(jù)反應(yīng)
溫度調(diào)節(jié)丙烯進(jìn)料量，再根據(jù)進(jìn)料氨烯比和氣烯比調(diào)節(jié)
氨和空氣的進(jìn)料量，也就是將反應(yīng)溫度與丙烯、氦、窄氣
進(jìn)料量串級(jí)控制，將溫度輸出信號(hào)作為丙烯進(jìn)料量的輸
入信號(hào)，其它進(jìn)料根據(jù)確定好的配比自動(dòng)跟蹤調(diào)整。通
過(guò)反應(yīng)器溫度進(jìn)料串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，反應(yīng)器的溫度及反應(yīng)
收稿r1期：20l4—06—06
作者簡(jiǎn)介：路宏偉(1968一)，男，牛業(yè)丁汀蘇工業(yè)學(xué)院，1-程師，日 從事企、l 生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理 I=二作，13805569910，0556—5373391，1uhw．a(chǎn)ltsh@sinope~-．tmnl

62 總第192期2014年第6期(第4O卷) 安徽化工
控制方法不同，反應(yīng)線速也有所不同。
5原料配比
丙烯腈工藝對(duì)原材料的要求如下：
A、丙烯
丙烯 >95％(wt)
乙烯 <0．1％(wt)
丁烯和丁二烯 <0．1％fwt)
甲基乙炔<10ppm(wt1
丙二烯<50ppm(wt)
硫(以H2S計(jì)) <10ppm(wt)
硫(燃燈試驗(yàn)) <50ppm(wt)
B、氨
氨 >99．7％(wt1
殘留物含量 ≤0．3％(wt)
油 ≤10ppm(wt)
5．1進(jìn)料原料配比
在合適溫度下，丙烯、氨絕大部分都是在催化劑表
面吸附并進(jìn)行反應(yīng)，由催化劑中品格氧提供丙烯氨氧化
脫氫的氧化劑，因此在實(shí)際生產(chǎn)巾，空氣丙烯比至關(guān)重
要，一般情況下，丙烯：空氣=1：9．0～10．5(mo1)。催化
劑的重要功能之一就是活化氧分子，通過(guò)其表面吸附
0 ，使之滲入催化劑品格，成為品格氧參與反應(yīng)。除滿足
氨氧化反應(yīng)的需要外，還應(yīng)考慮：① 副反應(yīng)要消耗一些
氧；② 保證催化劑活性組分處于氧化態(tài)。因此，要求反應(yīng)
后尾氣中有剩余氧氣存在，一般控制尾氣中氧含量0．5％
～ 1．5％；但是氧加人量也不宜太多，過(guò)量的氧意味著帶
入大量的N ，使丙烯濃度下降，影響反應(yīng)速度，并使反應(yīng)
器生產(chǎn)能力下降；同時(shí)過(guò)量的氧能促使反應(yīng)產(chǎn)物離開(kāi)催
化劑床層后繼續(xù)發(fā)生氣相深度氧化反應(yīng)，使反應(yīng)選擇性
下降。
5．2原料配比的優(yōu)化控制
在滿足氨氧化反應(yīng)外，還需考慮副反應(yīng)f例如生成乙
腈、丙腈及其它腈類(lèi)等)的消耗及氨在催化劑上分解或
氧化成N 、NO和NO 等的消耗。丙烯腈合成機(jī)理的兩
者觀點(diǎn)均認(rèn)為有中間物質(zhì)丙烯醛產(chǎn)生，并與氨進(jìn)一步反
應(yīng)生成丙烯腈。工業(yè)化生產(chǎn)證明，氨與丙烯的摩爾比對(duì)
各反應(yīng)產(chǎn)物的分配有一定影響，尤其是對(duì)丙烯腈產(chǎn)物中
丙烯醛的生成有很大影響。圖2展示的正是這種關(guān)系。
0．3 0 6 0 9 1．2 1．5 1．8 ACL生成鼙
圖2氨烯比與丙烯醛生產(chǎn)量變化關(guān)系
從圖2呵看出，過(guò)量氨的存在對(duì)抑制丙烯醛的生成
有明顯效果。當(dāng)NH ：C3H (rnn1)小于1，即氨的用量小于
反應(yīng)理論需要值時(shí) 生成的丙烯醛隨氨量的減少而明
增加；當(dāng)NH。：C H 大于1后，生成的丙烯醛量很少，丙
烯腈生成量則可達(dá)到最大值。丙烯醛不但給I 烯情同收
精制帶來(lái)困難，而且它在反應(yīng)中會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)化成 烯酸，
給后續(xù)T藝處理帶來(lái)較大影響。岡此，T業(yè)牛產(chǎn)t氨烯
用量比理論值略高，一一般為NH ：C Hh==1 1～1．3：1
fmo1)；但氨的用量也小能過(guò)量太多，太多不儀增加r氨
的消耗定額，同時(shí)也增加了巾和未反應(yīng)氨所用硫峻的消
耗。根據(jù)反應(yīng)尾氣中的未反應(yīng)氨含量，問(wèn)時(shí)參考反應(yīng)器
口氣體中丙烯醛和丙烯酸生成量是確定氨烯比的重
要依據(jù)。合理的原料配比對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生較大影響， 丙烯
氨氧化反應(yīng)中采用原料配比中氨烯比及空烯比線性優(yōu)
化，反應(yīng)效果十分明顯。
在T業(yè)生產(chǎn)中，空烯比控制也十分重要，一一是南于
空氣密度受溫度影響較大，在空壓機(jī)輸出體積 一定情況
下，即使一天中早晚溫差也會(huì)對(duì)相同體積中空氣質(zhì)量產(chǎn)
生較大影響；二是通用控制方法是通過(guò)調(diào)整空 機(jī)旁路
放空量來(lái)控制進(jìn)反應(yīng)器空氣量，這是·種較為粗放的方
法，不僅空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速高，耗汽量大，而且存調(diào)節(jié)過(guò)程 }1
流量調(diào)節(jié)和壓力調(diào)節(jié)相互干擾，控制效果小精確。通過(guò)
投用反應(yīng)器空烯比控制【旦1路系統(tǒng)，將反應(yīng)器所需進(jìn)料
氣量和空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行遠(yuǎn)程串級(jí)控制，反應(yīng)器的 氣
進(jìn)料量調(diào)節(jié)器的輸出直接輸入到 壓機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系
統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)空氣量。通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，流量和壓力
同步變化，空壓機(jī) 口無(wú)捌節(jié)閥截流，不僅空氣進(jìn)料量
能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的自動(dòng)控制，也降低了空樂(lè)機(jī)的轉(zhuǎn)速，降低
-r裝置能耗?？?
Optimization Control of the Acrylonitrile Reaction System
LU Hong-weil--．FE{、G Yi—si|
(1．Hefei University of Technology，Hefei 230009，China；2．SINOPEC，Anqing Branch，Anqing 24600 1，China)
Abstract：To optimize major control figures，e．g．，reaction temperature，pressure，linear reaction velocity an{t feed ratio
through analysis on critical technical factors in commercial acrylonitrile production SO to reduce feed and energy consumption
and improve propylene and ammonia conversion rate and amylonitrile yields．
Key words：acrylonitrile；reaction system；optimization；control

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