丙烯腈工艺技术相对成熟,各丙烯腈行业的竞争主要表现在成本的竞争,优化丙烯腈反应器的运行,降低丙烯单耗成为各厂家提高竞争力的主要途径之一。丙烯腈厂通过采用新技术使装置生产能力由2.5万吨/年提高到4.0万吨/年。装置扩能后,反应器分布板、旋风分离器等内构件均改变,反应器性能发生变化,影响了反应收率。本文从反应机理出发对丙烯腈流化床反应器进行建模和模拟分析,并对反应器的操作条件进行离线优化,同时对催化剂床层超高的问题进行分析,提出解决方案。 本文对国内外丙烯氨氧化反应动力学公开报道的调研和分析,确定适用于反应器模拟和分析的反应动力学网络和动力学模型,并采用工厂的生产数据重新判识相关的动力学参数,提出了适合所研究反应器实际反应状况的动力学模型,采用实际生产数据对模型进行验证,说明了模型与所研究反应器的吻合性;探讨流化床反应器床层高度问题,针对所研究丙烯氨氧化流化床反应器建立流化高度模拟计算模型,并对其中参数进行判识。验证结果表明,模型计算与生产数据符合良好,对反应器性能指标变化趋势的预测也与实际基本一致。 动力学模拟发现,丙烯氨氧化制丙烯腈的反应是不可逆的快速反应,原料配比和进度的控制是制约收率高低的主要原因。丙烯在初始阶段的反应速率快,并在床层中部基本转化完全;在反应器上部(催化剂稀相段),各主要的反应以缓慢的速率进行,并伴随丙烯腈的过度氧化。流化床高度计算模型表明,床层高度主要受催化剂装填量、反应气体线速和催化剂粒度的影响。 从控制反应进程、提高丙烯腈收率角度,本文提出了以下可行的优化策略:一是保证合理的空烯比和氨烯比,以在反应器底部尽可能补充晶格氧和活性氨,使丙烯最大限度地转化为丙烯腈,提高催化剂对丙烯腈的选择性;二是保持合理的线速度和接触时间,保证较高转化率和选择性;三是保持催化剂床层浓相段内撤热管的有效分布,抑制在反应器上部发生的丙烯腈的过度氧化。