丙烯腈装置节能降耗技术

丙烯腈装置节能降耗技术

摘要：随着生产过程的不断成熟，人们对生产过程的经济性的认识也越来越深刻。生产过程中的一个重要指标是生产设备成本和经营成本。随着科学技术的进步，各种节能降耗技术相继出现。针对废热回收、废水浓缩技术、新型催化剂等

成本环节，有相应的燃料消耗、电力消耗、循环水消耗、氮肥消耗等措施。因此，在大规模丙烯腈生产过程中，有必要推广新的节能措施，通过综合运用节能降耗

手段，逐步扩大生产能力和产量，以确保企业能取得良好的丙烯腈生产效果。

关键词：丙烯腈装置；节能降耗；具体技术；

丙烯腈是多种化学物质的合成单体，具有重要的经济价值。我们常用的丙烯腈、丁腈橡胶、ABS树脂等材料都是以丙烯腈为重要原料生产加工而成。随着社

会的进步，人们对各种化工产品的需求越来越大。对产品的需求相当于对原材料

的需求。市场上生产丙烯腈的化工企业越来越多。随着市场竞争的加剧，丙烯腈

的生产工艺不断优化。由于产品属于红海竞争模式，各大企业都将大量的精力和

方向投入到生产过程的成本控制中，具体探讨了丙烯腈装置的一些节能降耗方案。

一、回收余热，浓缩废水

1.回收装置的余热。在丙烯腈的生产装置中，对于废水焚烧炉应当进行适当

改进。在传统工艺模式下，废水焚烧炉并不具备回收余热的基本性能，这类焚烧

炉通常属于直接排放燃油的立式焚烧炉。在此情况下，烟道排放出来的高温废气

没有经过处理，因而造成较严重的排放污染，同时也浪费能源。焚烧炉本身就具

备较高的温度与能耗量，因此亟待加以改造。为了保障热能回收的基本目标得以

落实，有必要在废水焚烧炉的内部增加余热回收部分，通过余热回收的方式来减

小热能消耗。经过全方位的技术改进，每吨丙烯腈都可以降低85千克标油的燃

烧能耗，确保了45%的装置节能幅度。

2.对于废水进行浓缩。一般来讲，丙烯腈的生产流程都会排放毒害性的废水，其中包含乙腈、丙烯腈以及氢氰酸，当这几种物质的蒸发率不断提高的时候，这

些物质也会被大量的蒸出，然而如果能适当予以回收，就可以在根源上消除废水

的毒害性，减少环境污染，降低相关成本损耗。在回收利用的前提下，焚烧炉可

以用来焚烧废物，运用高温转化以及化学分解的措施来排放气体。丙烯腈废水通

常包含了15%的聚合物，聚合物具有较低的浓度，因此也会产生相对较低的热值。这种状态下，丙烯腈装置就容易消耗过多的燃油总量，由此造成过高的装置能耗。对于废水进行浓缩的基本目标就在于杜绝排放过多的废水，确保废水具有更高的

热值。帮助化工企业节省了额外成本。

二、焚烧炉燃烧效率的改进

目前市面上有一种利用较为广泛的新型装置，叫做膜法制氧装置。主要利用

的原理是不同的物质透过膜时的渗透速率是不同的，用这个方式首先筛选出氧气。这样做，有利于保证炉内具有足够高的辐射热与火焰温度，对于燃烧速度进行了

加快。与此同时，焚烧炉经过富氧助燃的改造之后，燃烧排气量与空气过剩系数

也获得了全面的降低。由此可见，富氧助燃的膜法改造能确保炉内火焰的温度，

通过保证了焚烧炉的温度以及油耗等工艺参数和成本参数来达到正常生产并且控

制成本的目的。

三、改进装置的回收率

截至目前，除了少数丙烯腈装置，大多数其他装置有必要进行回收硫铵的改进，这种改进主要针对过低的回收率。根据生产工艺和化工原理可知，如果丙烯

腈原料处于整体的碱性环境中，那么丙烯腈就更容易出现自聚反应，同时也容易

造成很强烈的加成反应。由此可见，对于现阶段的急冷工艺有必要进行全方位的

改进，具体包含如下措施：首先，传统的急冷工艺很容易造成气流的不均衡。这

是由于，连通装置上下段的升气管具备特定高度，这种状态下很易造成不均衡的

气流现象，对于传热性质与气体分布也带来了影响。情况严重时，气流的不均衡

还会影响到氨中和反应。为了改进现状，技术人员运用了大面积的孔筛板，把这

种双溢流的塔盘安装于急冷装置中，这样做就可以重新分布上升的气流。此外，

丙烯腈如果处在酸性较弱的环境中，那么丙烯腈的生产率会变得很低，而且产品

的质量指标也会很低。对于此，可以选择在降液管的内部加入酸液，确保酸液可

以直接流入釜中。其次，急冷塔的下段很容易溶解未反应的氨，这种现状在本质

上增加了加成反应中的丙烯腈损耗。为了减轻这种损耗，可以把内部构件安装于

急冷塔的下方，这种方式对于气液之间的传导关系进行了改善，对于传热效果进

行了提升。在整个生产过程中，必须要保证最基本的急冷效果，确保急冷塔下方

的气体达到最短的停留时间，对于聚合区域进行有效的控制。具体在实施时，应

当依照扩散动力学的基本原理来完成改造，确保获得良好的流场分布效应，同时

也阻止了丙烯腈快速发生聚合反应。经过技术改进，平均能获得92%的精制回收

比例，因此也证实了节能降耗的实效性。

四、降低物耗、能耗综合技术

1.提高丙烯腈精制回收率技术。我国在20世纪先后引进的8套丙烯腈装置虽

然设计的精制回收率为94%，但实际运行水平都只有90%左右，最好水平也只有92%，与国外97%的先进水平相差甚远。为此，中国石化总公司组织开展提高丙

烯腈精制回收率科技攻关，石油化工研究院为开发研究主体，某石化公司为工业

试验主体。攻关分两个阶段进行：第一阶段使装置达标，即精制回收率达94%；

第二阶段使装置精制回收率提高到96%。第一阶段的开发工作主要以急冷过程为

主攻方向，从设备的不合理方面加以改进，通过对急冷、中和过程丙烯腈聚合动

力学和扩散动力学的理论研究，分析气液传热和流场分布。在此基础上，对急冷

塔的急冷工艺和设计进行改进，通过冷、热模拟研究和千吨级工业试验，提出以

新型内构件改变急冷塔气、液流场分布、以减少急冷塔下段塔釜液在塔釜的停留

时间，抑制塔釜液相中丙烯腈的自聚反应和丙烯腈-氨的加成反应，从而有效降低了丙烯腈聚合损失。于2016年5月实施改造，2016年9月29日至10月2日进

行了72 h标定，标定结果精制回收率达到94.21%。目前，该技术已在国内6套

引进装置中得到推广应用。第二阶段的开发工作：首先采用提高急冷塔气液传热

效率的新型组合内构件，在有效提高急冷塔的气液传热效率、增强急冷效果的同时，缩短了急冷塔下段反应气体从200～80℃的急冷时间，有效降低了反应气体

中丙烯腈在气相中的聚合损失，从而达到使丙烯腈聚合损失再降低的目的。之后，增加急冷塔上段的喷淋密度，提高对未反应氨的吸收效果。其次，调整工艺参数，抑制丙烯腈聚合及与氨的加成聚合损失。

2.新型高效丙烯腈催化剂。为了满足国内生产实际需求，特别是随着各丙烯

腈工厂的扩能改造，丙烯腈的生产对催化剂的要求越来越高，希望催化剂能承受

更高的负荷（WWH），进一步提高催化剂长期运行的性能，以满足高压力和高负荷条件下长期运行且能保持较高的丙烯腈收率的要求。基于上述原因，同时也为

了保持我国催化剂研发的先进水平，石油化工研究院承担了中国石化总公司的开

发课题，推出了SAC-2000型催化剂在某石化丙烯腈装置上进行工业试验，运行结果表明，丙烯腈的能耗物耗大幅度降低，丙烯腈单收达到国际先进水平。