丙烯腈操作规程(工艺流程)

8万吨/年丙烯腈装置 操 作 规 程

前 言

本规程以QL MD—SY0002—2001版操作规程为基础，根据股份公司炼油板块的具体要求进行修订。

本规程修订的目的，主要是完成对传统操作规程具体内容的修改，使之更适应操作需要。其中装置开、停工规程、大型机组的开、停机规程及各种单体设备的操作规程、操作指南和事故处理预案采用新模式编写，同时对整个操作规程结构进行调整和补充。新版操作规程岗位职责规定清晰，操作动作具体，更符合生产操作要求，有利于操作人员学习和执行。

本规程执行中国石油……………….企业标准。 本规程实施后取代原来的丙烯腈装置操作规程。 本规程由……………….归口管理。 本规程起草单位为聚合物一厂丙烯腈单元。 本规程编制人员： 单元审核人：

8万吨/年丙烯腈装置操作规程

第一章 工艺技术规程

1.1 装置概况

1.1.1 装置简介

装置工艺引进美国BP化学公司，投产于一九九五年，原设计能力为5万吨/年，我厂引进后，由中国石油兰州石化设计院设计。2001年回收精制进行了部分8万吨/年配套项目的改造，改造后生产能力达6.5万吨/年，2002年进行了提高精制回收率改造，改造后使装置精制回收率得到提高，2004年装置进行了5万吨/年扩能至8万吨/年的二期工程，改造后生产能力达到8万吨/年。装置主要由反应部分、精制部分、辅助系统三部分组成。反应部分包括原料系统、反应系统、回收系统；精制部分包括精制系统、产品储存系统；辅助系统包括空压制冷系统、四效蒸发系统。 1.1.2 工艺原理

（1）反应器的工艺原理

丙烯、氨和空气在催化剂存在的条件下，在流化床反应器内反应生成丙烯腈和其它副产物，该反应是放热反应。

其主要反应如下：

３CH2==CHCH3+NH3+－O2→CH2CHCN+3H2O

２３３３CH2==CHCH3+－NH3+－O2→－CH3CN +3H2O

２２２CH2==CHCH3+3NH3+3O2→3HCN+6H2O

此外，还有丙腈、丙酮、丙烯醛、乙醛、乙酸等副产物，这些均做为杂质从产品中除去。

反应器内所用的催化剂是一种非常细小的颗粒，当气体通过催化剂床层时，催化剂象液体一样流动，称为流化的催化剂。通过催化剂床层上升的反应气体不仅可以引起床层的上升和膨胀，而且会使床层在反应器内流动和翻腾，就象水在锅中剧烈沸腾一样。若通过反应器的气体流量太低，气体和催化剂将不能够得到良好的接触，那么气体仅能以鼓泡或沟流的形式通过催化剂床层；另一方面，若气体流量太高，就会引起反应器内催化剂床层高度过高而导致催化剂被带出反应器造成损失。

线速度大小会影响到催化剂的流化效果。线速度可按照如下方法计算：

反应器线速度，m /s＝（反应器进料量）（Tr）（Pn）（1.05）/（反应器截面积）（Tn）（Pr） (a)反应器进料量＝进入反应器的空气、丙烯及氨的流量之和，Nm3／s。 (b)反应器截面积＝未按内部构件校正的反应器截面积，平方米(43.9m2)。

(c)Tr＝反应器床层温度，K(＝273+℃)。 (d)Tn＝273K，标准温度。

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(e)Pr＝反应器顶部压力，KPa。 (f)Pn＝标准压力，KPa

(g)1.05＝出料气与进料气的摩尔比。

开车时，反应器进料组分应按下列顺序进入：空气、氨和丙烯；停车时，反应器进料组分的切断应严格按照相反的顺序，即：首先切断丙烯进料，然后切除氨进料，最后是切除空气进料，或同时切除这三种原料。这是为了避免在反应器中形成爆炸性混合物。

反应过程中产生的热量必须移出 ，以保持反应区域的温度在420℃～460℃范围内。为移出这部分热量，在反应器催化剂床中安装了撤热系统，该系统由竖直安装在反应器催化剂床中的32组盘管组成。在这些盘管中，有22组用于产生蒸汽，10组用于蒸汽过热。用于蒸汽过热的10组盘管其中6组是3通道的，4组是6通道的；而用于蒸汽发生的盘管中有18组6通道盘管、2组5通道盘管以及2组2通道盘管。

在反应器集气室和反应器出料管线存在着后燃的可能性，这一情况可根据后燃点温度以每秒30～60℃急剧上升来判明。以下原因可能导致后燃发生：如果催化剂被过度的还原，大量的丙烯将不能反应，并且与空气混合可能形成易燃物，因此反应器出口气中的氧含量应该保持在要求的范围内(通常，1～3％)，以防止催化剂被过度的还原；若氨对丙烯的配比太低，易在催化剂床层上方燃烧的过量丙烯醛就会产生，因此氨对丙烯的配比也应保持在要求范围之内，也就是说所有的进料必须是精确计量的。如果反应器出口气中氧的含量太高，其中的有机物就可能燃烧。

反应器内装有八组三级旋风分离器，反应气体在离开反应器之前必须通过旋风分离器。这些旋风分离器能脱除大部分被反应气体夹带出的催化剂，催化剂落入各自旋风分离器下部的料腿，并返回至催化剂床层。第一级料腿向下延伸至反应器下部，第二级和第三级料腿延伸至反应器密相床中部，并装有翼阀，翼阀由挡板构成，以阻止气体在旋风分离器料腿中向上流动。当料腿中催化剂的重量克服翼阀外部的压力时，挡板就会间歇地打开，当挡板打开时，一些催化剂就会被卸至催化剂床层中。第二级和第三级料腿在三个位置进行仪表风的吹扫，吹扫必须始终进行。仪表风的吹扫能使料腿中的催化剂保持流化，有助于催化剂的流动。料腿堵塞会导致催化剂损失量的异常增长。

在急冷后冷却器的出口连续地抽出反应气体样品，并使之通过氧分析仪，实现反应器出口气体中的氧含量的连续监测，反应器出口气中的氧含量应该保持1～3％(mol)。通常，反应温度的降低或催化剂藏量的减少将使过剩的氧增加，而且丙烯转化成二氧化碳和一氧化碳的量一般也会减少。

反应气体中的氧含量为零，会引起催化剂还原，这种情况应予以避免。新鲜催化剂颜色是介于棕黄色至浅褐色之间的，当催化剂在使用时其颜色迅速变成“巧克力褐色”。若催化剂被过度还原，其颜色就会变黑。当催化剂被还原时，丙烯转化成丙烯腈的量就会下降。如果氨对丙烯的配比太低，催化剂也可能被还原。所以氨对丙烯的配比也应保持合理的范围之内（一般在1.15∽1.18）。

除催化剂被还原的可能性之外，氨对丙烯的配比的重要性还基于下面二种原因，其一，如果配比太低，

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就会有过量的副产物——羰基化合物生成(丙烯醛、丙烯酸等)；其二，如果配比太高。就会过量地消耗硫酸。

由于进料流量的重要性，应根据孔板处的温度和压力校正这些流量。在计算配比时，应把丙烯组成的变化考虑在内。上述的实际配比可随操作情况的变化而改变。

反应器操作条件的任一改变都会引起其它条件的变化，因此很难预测任一条件改变造成的整个影响。例如反应器内压力增加会减少反应器中气体的比容，因而降低了通过催化剂床层的气体速度和催化剂床层的流化程度：由于压力升高，二氧化碳产物增加，其结果是反应温度升高和反应器出口气物料中氧含量下降。

检查催化剂床层是否流化良好的一个方法是：测定料位密度记录仪上的料位曲线的幅度的变化，区域越窄，流化效果越好。

在空气分布板上方的催化剂藏量应保持在合理的范围内，这将有助于在设计条件下获得良好的反应温度的控制和最高的丙烯腈收率。

反应气体离开反应器后，立即通过反应气体冷却器(E-102)。在通过该冷却器时反应气体与锅炉给水换热并从445℃冷却至200℃。为防止热冲击可能损坏这台冷却器，应确保只要有热的反应气体通过，水就要流过这台冷却器。 （2）急冷塔的工艺原理

急冷塔为两段式塔，用来使反应气体从200℃冷却至80℃；在急冷塔下段把夹带的催化剂和重组分从反应气体中分离出来；在急冷塔上段中和反应气体中未反应的氨。

急冷塔下段急冷的实现是通过引入四效残液完成的，该液体经过两块除沫塔盘后进入塔内。当反应气体(其中的水蒸汽量是未饱和的)通过急冷塔下段时，其中的水蒸汽量会变成饱和状态，水的绝热蒸发起到了冷却反应气体的作用。在急冷塔内四效残液中的所有聚合物仍然会保留在未蒸发液之中，并作为急冷塔釜液排出，急冷塔釜液中含有很低浓度的丙烯腈、催化剂微粒和聚合物，送至废水处理系统。

脱氢氰酸塔分层器的水相以及成品塔釜液也要引入急冷塔下段，在急冷塔中，这些物料中的丙烯腈从液相中闪蒸出来进入急冷塔上段得以回收。来自脱氢氰酸塔水相物料中的醋酸与氨反应生成醋酸铵。醋酸铵和成品塔釜液中的聚合物都存留在急冷塔釜液中，送至废水处理系统。

经过反应器而未转化的氨必须中和除去。如果剩余氨过多，氨可能与丙烯腈反应形成各种聚合物，并且氨还能促使氢氰酸聚合。未反应的氨是通过与加至急冷塔上段循环水物料中的硫酸起反应来除去的，硫酸和氨反应生成的硫酸铵用泵送至硫酸铵回收装置。硫酸的加入量取决于急冷塔上段循环液的PH值控制，PH值的范围应在3.5～5.0。通过控制急冷塔上段加入的急冷水量，使得急冷塔上段的硫酸铵的浓度控制在18-22％（Wt）。一台塔顶除沬器安装在急冷塔的后面，以捕集带出的液滴并使其返回到急冷塔上段。 当急冷塔上段的硫酸铵浓度达到26％Wt(或更高)时，就会产生相分离。硫酸铵浓度升高时，硫酸铵中

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聚合物的溶解度就会降低，聚合物相一但成形并老化，就能造成此设备及相连管道的严重堵塞问题。 （3）吸收塔的工艺原理

吸收塔全塔为高效填料，吸收塔设计能回收进料气中99.9％的丙烯腈。

吸收塔以及相关的热交换器和蒸发器是一个综合的系统。吸收塔系统中任何部分操作条件的变化，都会影响到其它部分，操作变化的互相联系和整个影响将需相对较长的时间，才能在此设备中得以明显的体现。

吸收水流量的主要控制点是吸收水冷却器出口贫水管线上的流量调节器(FIC-1223)，此调节器的设定值是根据吸收水的需要量来确定的，该调节器的改变将使吸收塔中段集液盘上的液位发生变化，通过集液盘液位调节器(LLCA-1206)的自动控制，从而改变了吸收塔上段循环回路中的水流量，然后，通过吸收塔塔釜液位指示调节器(LICA-1207)的作用，使吸收塔塔釜富水的流量发生了改变，该流量的变化又调整了吸收塔塔釜的液位，并使吸收塔在新的贫水流量下操作。从以上流量变化和控制说明可以明显地看出，水的流量的改变必须缓慢地进行，使得在做进一步改变之前，应有充足的时间自动地调整液面。

高压有利于吸收。在与反应器良好的操作状态相一致的前提下，吸收塔应在较高压力下进行操作(注：低压有利于丙烯转化成丙烯腈)；低温也同样有利于吸收，吸收塔设计在20℃的塔釜温度下操作。如果低温能够获得，且系统各处的吸收水没有冻结的危险，那么吸收塔低温操作是有益的。采用较低的温度，可以在较低的压力或较低的水流量下能够获得同样的吸收效果，或者在同样的压力和水量下吸收效果更好。如果不能获得20℃的塔釜操作温度，那么增加压力，吸收也会增加，在恒定的温度和压力下，水量的增加，同样有利于吸收。吸收塔尾气物料的分析结果，可用来确定应使用的水量、操作温度和操作压力。通常尾气中丙烯腈的量应小于1kg/hr。

吸收塔的操作温度受制冷系统能力的限制。要维持所期望的吸收温度，天暖时操作就会比天冷时需要更多的冷量。

吸收塔全面的温度控制取决于很多因素，以下段落是就其中一些因素的讨论。

急冷后冷却器：气体离开后冷却器进入吸收塔。如果温度较高，就必须在吸收塔中移出较多的热量，另外吸收塔进料气温度较高必然导致吸收塔进料中水蒸汽增加，这部分多余的蒸汽冷凝下来所释放的热量也必须从吸收塔中移出。

急冷塔后冷器凝液冷却器：从急冷后冷却器出来的工艺冷凝液在此进一步冷却到10℃。然后送至吸收塔下段填料层的上部。

吸收水冷却器：较低的温度有利于吸收塔操作。

丙烯蒸发器的操作：如果较多的丙烯被蒸发，就需要较多的热量，贫水从蒸发器出来的温度就较低，因此丙烯蒸发器和吸收塔的操作是互相联系的，蒸发器壳程压力的减小会使丙烯蒸发温度降低。 氨蒸发器的操作：氨蒸发器和丙烯蒸发器是类似的，氨的蒸发量、蒸发器壳程氨的压力以及吸收水的

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