脱盐水指标对化学法生产丙烯酰胺的影响讨论

一、概述

大庆炼化公司丙烯酰胺生产装置于1995年8月投产, 该装置全套引进日本三菱化学公司设备和技术, 反应原理为:在铜催化剂作用下

其产品丙烯酰胺用于生产部分水解型聚丙烯酰胺。脱盐水不仅作为主要反应物之一, 而且在精制塔再生和催化剂制备中有大量消耗, 故其质量指标对反应及整个工艺流程有重要影响。现装置的脱盐水由公司的动力一厂提供, 其指标如下:

二、铁离子超标对生产的影响讨论

1. 对精制的系统的影响

(1) 脱盐水中的铁离子超标, 造成反应、浓缩系统丙烯酰胺溶液中铁离子含量升高, 当丙烯酰胺溶液进入精制塔, 钠型 (Na+) 阳离子树脂 (官能基为-SO3Na) 进行离子交换除去溶液中的铜离子和NTPA时, 丙烯酰胺溶液中的铁离子也被离子交换树脂吸附, 从而降低了有效的离子交换, 造成树脂污染, 导致产品中铜离子超标 (指标值为≦100PPb) 。

(2) 精制塔离子交换树脂再生时, 使用大量脱盐水 (140吨) 进行洗涤, 此时脱盐水中的铁离子也会被离子交换树脂吸附, 造成树脂污染。离子交换树脂吸附的铁离子很难在树脂再生时除去, 吸附铁离子的树脂容易发生氧化, 树脂性状发生改变, 离子交换能力下降。

(3) 树脂再生后, 精制塔初期塔内溶液PH较低 (5.3—5.5) , 当丙烯酰胺溶液中铁离子含量较高时, 在低PH值和铁离子存在的环境下容易引发丙烯酰胺溶液聚合, 长时间容易在精制塔内生成胶状的聚合物。

2. 对催化剂系统的影响

(1) 单质铜催化剂的制备原理:

催化剂制备所需的次磷酸钠溶液和硫酸铜溶液配置时需要使用脱盐水, 脱盐水中的铁离子超标, 会造成次磷酸钠溶液和硫酸铜溶液中混入铁离子, 制备出的催化剂性状发生改变, 催化剂沉降速度快, 活性降低。

(2) 催化剂制备中经过脱盐水6次洗涤, 最终制备出的催化剂为4%-6%浓度的悬浮液, 此时会将铁离子引入催化剂系统, 含有铁离子的催化剂悬浮液最终进入反应系统, 也会对反应系统造成影响。

(3) 对反应、浓缩系统的影响:

本装置使用脱盐水和丙烯腈在铜催化剂的催化作用下, 水合反应生成丙烯酰胺, 脱盐水作为原料之一进入反应器参与反应, 脱盐水中的铁离子超标, 将直接导致反应器内丙烯酰胺溶液的聚合倾向增大, 从而导致反应、浓缩系统内低聚物增多。表现在:浓缩系统循环泵P-320及流程泵P-322的过滤器内聚合物增多, 过滤器拆洗频次增加。正常时, P-320过滤器每天拆洗3-4次, P-322过滤器每天拆洗1-2次, 脱盐水铁离子超标后, P-320过滤器每天拆洗4-6次。

三、脱盐水中氧对反应的影响

1. 对催化剂的氧化

假如与氧接触, 一是反应器中铜催化剂与氧发生自由基反应, 反应器中丙烯酰胺溶液会被该自由基引发聚合, 生成聚合物, 正常情况下控制反应器中的铜离子浓度小于10ppm。二是防止反应器内的单质铜催化剂被氧化, 生成氧化铜, 催化剂失去活性, 降低反应的转化率。所以使用的脱盐水必须是除氧后的脱盐水, 装置使用水环真空泵使脱盐水塔形成负压, 以除去脱盐水中的氧。

2. 脱盐水温度的控制

装置通过水环真空泵抽真空来对脱盐水进行除氧, 除氧塔绝对压力值在4.0~6.0KPa。脱盐水来水温度高于30.0℃, 将导致脱盐水真空度显示值高, 除氧效果不好。脱盐水来水温度低于20.0℃, 将造成脱盐水真空度显示值低, 造成进入反应器的水温度低, 需要加热。

四、PH的影响

脱盐水的PH超标对反应系统会造成影响。PH值小于5.5时, 反应液呈若酸性, 导致反应器中反应液不稳定, 有聚合的倾向, 同时也会造成反应器内溶解铜含量升高, 增大离子交换树脂塔的负荷。脱盐水PH值大于6.5时, 不利于精制系统除铜。

五、本装置采取的措施

1. 加样分析脱盐水里的铁离子的含量和PH值, 跟踪监测脱盐水中铁离子和PH值的变化。

2. 加强脱盐水除氧塔的水环真空泵的巡检, 维持脱盐水除氧塔绝对压力在4.0-6.0kpa, 以达到良好的除氧效果。

3. 注意观察脱盐水的温度变化, 通过换热器和蒸汽加热控制温度在正常范围内。

4. 若出现超标现象, 立即减少脱盐水的用量, 停止催化剂制备程序, 精制塔再生延迟, 制冷E-3532的冷却用水由脱盐水改为新鲜水冷却。

5. 可降低生产负荷, 减少反应器用水量, 但此项措施会降低产量, 需取得分厂同意。

摘要：化学法生产丙烯酰胺是通过丙烯腈和水在单质铜催化剂作用下生成丙烯酰胺, 装置分为水合, 浓缩, 丙烯腈气提, 精制, 产品, 催化剂, 制冷系统七个工段。其中脱盐水不单作为水合工段的反应物, 而且在精制和催化剂等工段都有参与反应, 所以脱盐水的指标对装置的反应好坏和产品指标产生了直接影响。本文针对脱盐水中铁离子含量、PH和氧含量对生产造成的影响进行讨论和总结, 以提高装置的长周期平稳生产。

关键词：脱盐水,铁离子,PH,氧含量