Akrylonitryl (AN) jest kluczowym półproduktem chemicznym do syntezy żywicy ABS, włókna akrylowego, kauczuku nitrylowego i flokulantów do uzdatniania wody, a propylen jest najważniejszym surowcem monomerowym do przemysłowej produkcji akrylonitrylu. Obecnie główną, światową metodą produkcji akrylonitrylu jest metoda amoksydacji propylenu. Wiele przedsiębiorstw produkcyjnych koncentruje się na regulowaniu temperatury reakcji i stosunku powietrza do amoniaku, ale łatwo przeocza ciągły wpływ jakości surowca propylenowego. Śladowe zanieczyszczenia w propylenie zmniejszają selektywność katalizatora, zwiększają ilość produktów ubocznych, takich jak acetonitryl, cyjanowodór i tlenki węgla, oraz zwiększają zużycie energii w sekcji separacji. W artykule uporządkowano scenariusze zastosowania propylenu do produkcji akrylonitrylu, przeanalizowano zalety procesowe wysokiej jakości propylenu oraz przedstawiono podstawy selekcji do pozyskiwania surowca przez wytwórnie akrylonitrylu.
I. Scenariusze zastosowania propylenu w procesach produkcji akrylonitrylu
Propylen ulega reakcji amoksydacji z gazowym amoniakiem i powietrzem pod działaniem katalizatorów molibdenowo-bizmutowych, w wyniku czego powstaje akrylonitryl. Cały proces jest wrażliwy na surowce, a stabilność składu propylenu bezpośrednio determinuje współczynnik konwersji jednostkowej i bezpieczny poziom operacji.
Głównym procesem przemysłowym jest metoda amoksydacji propylenu Sohio z pełnym przebiegiem reakcji:
Propylen, gazowy amoniak i sprężone powietrze wchodzą do reaktora ze złożem fluidalnym w proporcji i podlegają reakcji amoksydacji w warunkach powyżej 400 stopni z katalizatorami molibdenowo-bizmutowymi w celu wytworzenia surowego akrylonitrylu;
Mieszaninę gazów reakcyjnych poddaje się szybkiemu chłodzeniu, absorpcji i desorpcji, w wyniku czego otrzymuje się surowy akrylonitryl;
W wyniku wielokolumnowej ciągłej rektyfikacji zanieczyszczenia takie jak acetonitryl, cyjanowodór i woda są oddzielane w celu wytworzenia rafinowanego akrylonitrylu, który jest następnie dostarczany dalej do linii produkcyjnych ABS i włókien akrylowych.
Propylen uczestniczy w głównej reakcji jako szkielet źródła węgla. Propyn i propadien zawarte w surowcu łatwo ulegają głębokiemu utlenianiu, co nasila osadzanie się węgla na powierzchni katalizatora; siarczki w sposób ciągły niszczą miejsca aktywne katalizatora. W wielu jednostkach cykle regeneracji katalizatora są skrócone i występują nietypowe wahania w produkcji cyjanowodoru będącego produktem ubocznym, a podstawową przyczyną są głównie nadmierne zanieczyszczenia w surowcu propylenowym.
Jako producent źródła propylenu, ZL Energy optymalizuje wskaźniki kontroli wewnętrznej produktu zgodnie z charakterystyką procesu amoksydacji akrylonitrylu, opiera się na wielostopniowej rektyfikacji w celu ustabilizowania czystości propylenu, ściśle ogranicza propyn, propadien, siarkę całkowitą i ciężkie składniki C4+ oraz zapewnia pełny raport z testów chromatografii gazowej dla każdej partii, dostosowując się do przychodzących standardów kontroli dużych jednostek akrylonitrylu ze złożem fluidalnym i urządzeń pomocniczych gwarancja ciągłego zasilania jednostek w długim cyklu.
II. Podstawowe zalety wysokiej jakości propylenu w produkcji akrylonitrylu
Przemysłowy propylen o stabilnej czystości i niskiej zawartości zanieczyszczeń może spowolnić osadzanie się węgla katalizatora i zatrucie, poprawić selektywność akrylonitrylu, ustabilizować warunki reaktora, zmniejszyć obciążenie oddzielania podczas rektyfikacji i wydłużyć cykl pracy jednostki.
Amoksydacja propylenu jest silnie egzotermiczną reakcją selektywną. Katalizatory molibdenowo-bizmutowe mają ograniczoną tolerancję na różne zanieczyszczenia. Wysokiej jakości propylen przynosi wiele korzyści:
Powolna dezaktywacja katalizatora, zmniejszenie częstotliwości regeneracji
Siarczki powodują trwałe uszkodzenie katalizatorów; nienasycone alkiny łatwo polimeryzują i osadzają węgiel pokrywający miejsca aktywne. Propylen o niskiej zawartości zanieczyszczeń może wydłużyć żywotność katalizatora i zmniejszyć koszty regeneracji po przestoju.
Popraw wydajność akrylonitrylu i kontroluj produkcję produktów ubocznych
Zanieczyszczenia powodują głębokie utlenianie, wytwarzając duże ilości CO, CO₂ i acetonitrylu. Kwalifikowany propylen może poprawić selektywność produktu docelowego, zmniejszyć ciśnienie obróbki produktu ubocznego i obniżyć jednostkowe zużycie surowca propylenu.
Stabilizuj stan reakcji złoża fluidalnego, unikaj ryzyka wystąpienia gorących punktów
Duże wahania składu propylenu łatwo powodują lokalne przegrzanie reaktora, stwarzając zagrożenie dla bezpieczeństwa; propylen ze stabilnymi wskaźnikami ułatwia kontrolę procesu i utrzymuje stabilne obciążenie złoża fluidalnego.
Zmniejsz obciążenie systemu rafinacji, ustabilizuj jakość gotowego produktu
Zwiększona ilość produktów ubocznych zwiększa trudność oddzielania w kolumnie rektyfikacyjnej; ciągłe wprowadzanie zanieczyszczeń łatwo powoduje również wahania koloru akrylonitrylu i wskaźników inhibitora polimeryzacji, wpływając na jakość żywicy ABS na dalszym etapie produkcji.
| Element porównawczy | Zgodny propylen przemysłowy (odpowiedni do jednostek akrylonitrylowych) | Propylen z nadmiernymi zanieczyszczeniami | Bezpośrednie negatywne skutki produkcyjne |
|---|---|---|---|
| Czystość propylenu | Większy lub równy 99,5% | Niska czystość, wzbogacenie w ciężkie składniki | Wahania obciążenia reakcji, ciągły wzrost zużycia surowca |
| Propyn, Propadien | Ścisła kontrola górnego limitu | Stosunkowo wysoka zawartość | Szybkie osadzanie się węgla w katalizatorze, zmniejszona wydajność wymiany ciepła w złożu fluidalnym |
| Całkowita zawartość siarki | Niski standard kontroli wewnętrznej | Nadmierna zawartość siarki | Nieodwracalne zatrucie katalizatora molibdenowo-bizmutowego, ciągły spadek selektywności |
| Poziom produktu ubocznego | Stabilna produkcja acetonitrylu i cyjanowodoru | Zauważalnie zwiększona ilość produktów ubocznych | Zwiększone zużycie energii na rektyfikację, zwiększone koszty utylizacji odpadów niebezpiecznych |
| Stan pracy jednostki | Możliwa długoterminowa, ciągła, stabilna praca | Częsta korekta parametrów procesu, regeneracja katalizatora | Skrócenie efektywnego czasu produkcji, zwiększenie kosztów kompleksowych |
III. Twarde wymagania dotyczące kluczowych wskaźników surowca propylenowego w procesach amoksydacji akrylonitrylu
Proces w złożu fluidalnym amoksydacji akrylonitrylu jest wrażliwy na nienasycone zanieczyszczenia i mieszany propylen jest zabroniony. Trzy główne wskaźniki propyn + propadien, siarka całkowita i składniki ciężkie to podstawowe punkty kontrolne. Wymagania dotyczące surowców akrylonitrylowych mieszczą się między polipropylenem a tlenkiem propylenu HPPO, ale kontrola alkinów jest szczególnie krytyczna:
Propyn, propadien:Niezwykle podatny na polimeryzację i koksowanie w wysokotemperaturowym złożu fluidalnym, przylegający do powierzchni cząstek katalizatora i zmniejszający efekt fluidyzacji i wydajność wymiany ciepła;
Siarka całkowita:Śladowe siarczki stale gromadzą się, stale niszcząc aktywne centra katalityczne;
Ciężkie komponenty C4:Podlegają reakcjom krakingu i utleniania, zwiększając ilość produktów ubocznych i późniejsze obciążenie separacji.
Tani propylen mieszany dostępny na rynku charakteryzuje się niekontrolowanymi wahaniami składu. W krótkim okresie może się wydawać, że oszczędza to koszty zaopatrzenia, ale w dłuższej perspektywie powoduje ukryte straty, takie jak zwiększone zużycie katalizatora i energii. Propylen ZL Energy wykorzystuje niezależną produkcję rektyfikacyjną i magazynowanie w podzielonych zbiornikach, eliminując mieszanie składników zewnętrznych i może zaspokoić potrzeby stabilnych dostaw gazu wielkoskalowych jednostek akrylonitrylu.
IV. Praktyczne podsumowanie zaleceń dotyczących zakupu i stosowania propylenu przez przedsiębiorstwa akrylonitrylowe
Zakupy propylenu nie mogą po prostu porównać cen; powinien kompleksowo oceniać wskaźniki zanieczyszczeń i stabilność partii. Przed zmianą źródła gazu należy przeprowadzić średnio- i długoterminową kontrolę warunków pracy.
W przypadku nowo budowanych lub ponownie uruchamianych jednostek akrylonitrylu należy rutynowo testować wskaźniki zawartości siarki całkowitej, alkinu i składników ciężkich w propylenie;
Zmieniając dostawców propylenu, stale monitoruj zmiany współczynnika konwersji, selektywności i produkcji produktów ubocznych, acetonitrylu i cyjanowodoru;
Udoskonalić urządzenia do wstępnej obróbki propylenu, wyposażone w urządzenia filtrujące i suszące, aby zapobiec wprowadzaniu zanieczyszczeń wtórnych podczas transportu;
Duże ciągłe linie produkcyjne powinny priorytetowo traktować podpisywanie długoterminowych umów na dostawy gazu, aby przeciwstawić się szokom produkcyjnym wywołanym wahaniami dostaw na rynku.
