丙烯腈装置催化剂使用周期对效益的影响分析

2022-09-10

一、丙烯腈装置XYA-5催化剂使用情况

丙烯腈装置使用的XYA-5型催化剂是以钼、铋为主要活性组分的催化剂, 元素钼在反应过程中易升华流失, 随着催化剂使用时间的增加, 催化剂活性下降, 催化剂丙烯腈单收下降, 装置的丙烯、氨单耗上升, 这是丙烯腈行业区别于其它行业的特点。只要没有大的技术投入 (如更新催化剂) , 反应器催化剂丙烯腈单收是逐年下降, 装置丙烯、氨单耗是逐年升高的。催化剂使用末期, 催化剂活性 (丙烯转化率) 下降, 催化剂对丙烯腈单收下降, 反应器内产生的杂质成分增多。

由以上图表可清晰看出, 随着催化剂使用周期延长, 装置丙烯单耗逐渐上升, 催化剂丙烯腈单收逐渐下降。2013年7月份丙烯单耗突然升高是装置回收塔堵塞导致低负荷运行所致, 由于2013年8至9月份装置开工后回收塔有回炼料倒入, 这两个月的单耗较低。从10月份开始因催化剂丙烯腈单收下降及副产氢氰酸增多反应负荷受到制约的原因, 丙烯单耗开始持续上涨, 至2014年1、2月份丙烯单耗最高达到1.065kg/t.AN, 催化剂活性下降明显。

二、更换催化剂原因

1. 降低装置物耗, 提高装置经济效益

丙烯腈装置XYA-5催化剂已到了使用末期, 催化剂对丙烯腈单收下降, 已由2009年的80.7%下降到2014年1、2月份的79.0%。单收下降直接造成原料丙烯单耗上升, 丙烯单耗由2009年的1040kg/t.AN (折纯单耗) 上升至2014年1月的1058kg/t.AN (折纯单耗) , 增加18kg/t.AN。

2. 减少系统聚合物生成、降低作业风险

催化剂使用末期, 催化剂活性下降、副反应增加, 聚合物在急冷塔系统生成量增加。主要表现有以下几点:

(1) 急冷塔上段循环泵过滤器中聚合物增加、清理频次增加

催化剂使用初期, 急冷塔上段循环泵过滤器每两个月定期打开检查一次, 过滤器中基本没有聚合物。目前急冷塔上段循环泵每月需切换2-3遍, 过滤器中聚合物较多。

(2) 急冷塔上段PH计更换频次增加

催化剂使用初期, 急冷塔上段PH计每个运行周期更换1-2个, 目前由于急冷塔系统中聚合物增加, 聚合物附着在PH计电极上, 使PH计损坏、失效。2014年2月共更换急冷塔上段PH计电极4个。

(3) 硫铵外送线堵塞

由于急冷塔系统聚合物量增加, 聚合物使硫铵外送线发生堵塞现象。在处理硫铵外送线堵塞过程中, 急冷塔上段介质将会溢流到急冷塔下段, 最后送到焚烧炉处理, 增加装置废水烧量。在2009年至2013年末装置硫铵外送线没有出现堵塞现象, 2014年3月硫铵外送线流程发生堵塞3次, 系统聚合物生成量明显增加。

聚合物生成量的增加, 不仅影响装置平稳运行, 更为严重的是给装置带来较大的作业风险。清理过滤器和处理堵塞管线次数的增加, 使员工接触有毒介质的几率增加, 而且在处理硫铵外送线堵塞的过程中, 一般采用1.0MPa蒸汽吹扫的方法, 作业中烫伤和物体打击发生的几率增加。

3. 解决四效系统堵塞, 废水烧量增加的问题

催化剂运行到末期后, 系统产生的聚合物易堵塞在四效系统的一、二效蒸发器管束, 使蒸发器换热能力下降, 严重影响四效蒸发系统的废水处理能力, 增加焚烧炉的废水焚烧量, 每运行三个月左右就要进行碱洗及清洗处理工作, 增加作业风险。

4. 降低装置检修费用和工作强度

催化剂使用末期, 装置急冷塔、大循环系统聚合物生成量增加, 聚合物附着或堵塞冷换设备, 检修期间需要对堵塞的冷换设备进行高压水清洗, 增加检修费用。过多的聚合物也给检修期间清理塔、罐等设备的员工增加工作强度。

三、更换催化剂后效益情况分析

更换催化剂后单收可达到80.7%。在满负荷投料的情况下, 年可多产丙烯腈1732.6吨, 年可创效2423.3万元 (每吨丙烯腈含税1.405万元计) 。更换催化剂后减少外购丙烯腈效益159万元, 减少排污费用34.56万元, 减少燃料气消耗费用479万元。装置更换催化剂需一次性购进催化剂150吨 (催化剂按照含税每吨33.8万元计) , 共需5070万元, 催化剂折旧按5年计算 (设计使用寿命5年) , 每年平均投入1014万元。则更换催化剂后, 当年可增加净利润1420.3万元。由于更换催化剂后, 氢氰酸产量减少1456吨, 影响丙酮氰醇产量4412吨, 少产丙酮氰醇减少利润838万元, 增加财务费用292万元, 最后更换催化剂年效益为962.86万元。