20Y3100型丙烯腈阻聚剂的工业试验

张 沛 存

（中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司腈纶厂， 山东 淄博 255040）

20Y3100型丙烯腈阻聚剂的工业试验

张 沛 存

（中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司腈纶厂， 山东 淄博 255040）

介绍了通用电气水处理公司开发的20Y3100型丙烯腈阻聚剂，采用部分取代目前齐鲁丙烯腈装置使用中的对苯二酚(HQ)的技术方案，来提升脱氰塔（T-106）的操作效率。实验证明：对苯二酚（HQ）与 20Y3100型丙烯腈阻聚剂搭配使用可发挥1+1>2的协同效应, 能够有效阻止丙烯腈聚合反应发生，比单独使用HQ效果更为显著。

丙烯腈；阻聚剂；阻聚效果；20Y3100型

丙烯腈（AN）是有机合成工业中的重要单体。由于其结构式上的双键使得化学性质比较活泼, 会发生自聚、共聚、水解等化学反应。在生产加工过程中,由于丙烯腈聚合的发生，一方面，导致产品收率下降；另一方面，聚合物沉积在系统内，造成换热器、塔盘及工艺管道的阻塞, 所以在生产过程中必须加入一定量的阻聚剂来抑制丙烯腈聚合的发生。

目前,国内外的AN生产装置均采用对苯二酚（HQ）作为防止AN 以及其他烯烃类杂质聚合的阻聚剂[1-3]。多年来的生产实践表明,HQ虽有一定阻聚效果,但由于阻聚效率低,不能有效阻止聚合的发生，由于聚合物的存在,严重影响了塔的分离效率、换热器的换热效率等，为了清理聚合物， 就不得不经常切换再沸器， 甚至停塔对塔盘进行清理，使装置无法实现长周期运行[4-7]。本文介绍了通用电气水处理公司开发的20Y3100型丙烯腈阻聚剂，在齐鲁丙烯腈装置上采用部分替代HQ的技术方案，来提升脱氰塔（T-106）的操作效率。实验证明：HQ与20Y3100型阻聚剂搭配使用可发挥1+1>2的协同效应, 能够有效阻止AN聚合反应发生，比单独使用HQ效果更为显著。

1 丙烯腈聚合及阻聚的机理

丙烯腈，在加热和含有铁份的状况下极易产生自发性聚合，此聚合反应为自由基链反应。自由基链反应依次包括三个步骤：链引发反应、链增长反应和链终止反应。在链引发阶段，较高的温度或接触金属会催化生成自由基，这些自由基被称为链引发剂，会通过两种方式加速聚合反应进程，取决于介质中是否存在氧或过氧化物。

链引发反应：

如果存在氧或过氧化物，链引发剂将会快速地和氧反应生成过氧化自由基；过氧化自由基将会进一步和单体反应从而产生更多的自由基。这种氧参与的链增长通常被称为自动氧化反应（auto-oxidation），对于这种场合，需要抗氧化剂来抑制聚合物的生成。

在无氧的条件下，链反应引发剂和单体反应生成新的自由基，该过程会不断进行，和更多的单体结合，直至链反应被终止。链终止反应通常通过和活性自由基之间的反应生成不具有活性的分子来达到的。

聚合反应速度受诸多因素影响。首先，反应温度的升高将会加快聚合反应的速度。其次，诸如自由基和单体的反应物种的浓度也决定着聚合物反应速度。此外，如果反应体系中存在某种杂质，将会对聚合反应产生影响。

2 20Y3100型丙烯腈阻聚剂与对苯二酚(HQ)搭配使用方案

产品名称：丙烯腈阻聚剂20Y3100。

注入量：50×10-6注加量（基于每吨丙烯腈计算）。

注入点：回收塔(T-104)塔顶之工艺管线,相邻于目前HQ的注加位置。丙烯腈阻聚剂20Y3100与HQ需分别注加入工艺管线内。20Y3100型丙烯腈阻聚剂加入位置见图1。

注入方式：连续加入到工艺管线中。

在注加丙烯腈阻聚剂20Y3100后,建议HQ的使用量由目前的 150×10-6左右(即 0.2 kg/t,丙烯腈)降为75×10-6左右，且维持目前HQ的注加方式及位置。

图1 20Y3100型丙烯腈阻聚剂加入位置Fig.1 Feed position of 20Y3100 type acrylonitrile inhibitor

3 试验结果与讨论

齐鲁丙烯腈装置自2007年7月24日正式开始试用20Y3100型阻聚剂，到11月22日停止加入该阻聚剂，试用了近4个月。

由于技术保密的原因，通用电气水处理公司未提供新型阻聚剂分析方法，本次试验，采用控制系统内对苯二酚（HQ）残留量，调整HQ的配制量（月度均值）以及添加20Y3100型阻聚剂前后装置HQ消耗情况，来分析20Y3100型阻聚剂的阻聚性能。按照通用电气水处理公司要求，定量向系统内添加20Y3100型阻聚剂（0.28 L/h），分析添加了新型阻聚剂后，T-104塔顶分层器（V-111）与T-106塔釜 HQ的残存量变化情况，观察 T-106塔再沸器（E-116A/S）的堵塞情况及T-106塔的运行情况。

3.1 20Y3100型阻聚剂与HQ混合使用情况

装置于2007年7月24日正式添加20Y3100型阻聚剂，于 11月 22日停止加入，共计 4个月。20Y3100型阻聚剂与HQ混合使用前后装置HQ消耗情况，T-104塔顶分层器（V-111）与T-106塔釜HQ含量变化情况见表1。

表1 2007年5～12月份装置HQ消耗及V-111、T-106釜HQ含量情况Table 1 HQ consumption and HQ contents in V-111,T-106 kettle in 2007 .5～2007.12

由表1可知，加入20Y3100型阻聚剂后，V-111中 HQ含量比不加时平均降低 42.56%，T-106釜HQ含量平均降低 42.47%，基本上达到方案降低50%左右的要求。在试验期间，装置运行稳定，从T-106塔进料泵P-111和釜液泵P-118入口过滤器的清理情况看，聚合物明显减少，说明20Y3100型阻聚剂与HQ混合使用阻聚效果显著。

3.2 再沸器E-116A/S的运行情况

20Y3100型阻聚剂与 HQ混合使用前后，E-116A/S运行周期统计见表2。

表2 E-116A/S运行周期统计表Table 2 E-116A/S operation cycle

由表2可知，在没有使用20Y3100型阻聚剂时，再沸器E-116的最长使用周期为87天，平均40天左右与设计的42天基本吻合[3]。使用20Y3100型阻聚剂后，E-116的运行周期达到119天和99天，再沸器的运行周期延长1倍以上。

3.3 T-106塔的运行情况

T-106塔在丙烯腈精制过程中，是聚合最严重的也是运行周期最短的塔系[3]，据丙烯腈行业统计资料显示，运行周期一般在6～8个月左右，齐鲁丙烯腈装置T-106塔的运行周期也只有9个月左右，因此，T-106塔成为制约装置长周期运行的关键设备之一。齐鲁丙烯腈装置采用20Y3100型阻聚剂部分取代HQ后，T-106塔运行周期达到17个月，创造了全行业最好水平。20Y3100型阻聚剂与HQ混合使用，大幅度提升T106塔的操作效率。单独使用HQ时T-106塔盘聚合情况见图2，20Y3100型阻聚剂与HQ混合使用后T-106塔盘聚合情况见图3。

图2 单独使用HQ时T-106塔盘聚合情况Fig.2 Polymerization condition on tray while using single HQ T – 106

3.3 经济效益评价

按丙烯腈装置1个运行周期17个月计算，520天左右。

（1）1个周期内再沸器E116大概需切换清理10次，如加入20Y3100型阻聚剂切换清理可减少5次，再沸器E116切换清理1次的成本为6 000元左右，则可减少维修费用3.0万元；

（2）1个周期内对苯二酚(HQ)的用量减少300×17=5 100（kg）, 对苯二酚（HQ）单价约为38元/ kg，则减少的费用为5 100×38=19.38（万元）；

（3）1个周期内T-106塔减少1次停车清理，可以减少回收物料损失及维修费合计5.0万元；

图3 20Y3100型阻聚剂与HQ混合使用后T-106塔盘聚合Fig.3 Polymerization condition on tray while using 20Y3100 type inhibitor and HQ T – 106 together

（4）如加入20Y3100型阻聚剂1个周期需3 t左右，则需增加费用为3×80 000 = 24.0（万元）。

丙烯腈装置1个运行周期内成本将会降低：19.38 + 5.0 + 3.0－24.0 = 3.38（万元）

由上面的成本计算可知20Y3100型阻聚剂不但可以提高阻聚效果，而且可以降低生产成本。

4 结 论

（1）实验证明20Y3100型阻聚剂与HQ二者搭配使用可发挥协同效应，能够有效阻止丙烯腈聚合反应发生，提升脱氰塔（T-106）的操作效率，比单独使用HQ效果更为显著。

（2）20Y3100型阻聚剂与HQ混合使用，不但可以延长T-106塔和E-116运行周期，而且可以降低生产成本。

[1] 韩国梁.丙烯腈阻聚剂简介[J].兰化科技，1990，7（1）：25-30.

[2] 金耀琴,严盛宏.仿丙烯腈生产过程研究ZC - 01阻聚剂的阻聚效果[J].石化技术与应用，2004,22（1）：35-37.

[3] 孙永敏.对脱氢氰酸塔聚合问题的分析[J].沈阳化工，1992，（4）：28-31.

[4] 金英顺，刘春玲，王晓光.丙烯腈车间成品塔及脱氰塔再沸器清洗的探讨[J].科技情报，1998（2）：16-19.

[5] 张沛存.丙烯腈精制损失机理分析及其改进措施[J].齐鲁石油化工,2000,28（4）:287-290.

[6] 张辉,甘永胜,方永成.丙烯腈生产急冷新工艺[J].石油化工,2003,32（7）:596-598.

[7] 张沛存.pH值对丙烯腈生产过程的影响分析及对策[J].齐鲁石油化工,2010,38（1）:43-47.

Industrial Test of 20Y3100 Type Acrylonitrile Polymerization Inhibitor

ZHANG Pei-cun
（SINOPEC Acrylic Qilu Branch Fiber Plant，Shandong Zibo 255040, China）

20Y3100 type acrylonitrile polymerization inhibitor developed by general electric water processing company was introduced, and the inhibitor was used to partially replace hydroquinone（HQ) used in Qilu acrylonitrile unit to enhance operating efficiency of decyanation tower（T – 106）. Experimental results show that: combined use of hydroquinone（HQ） and 20Y3100 type acrylonitrile inhibitor can exert synergistic effect, can effectively prevent acrylonitrile polymerization reaction, and polymerization inhibition effect is better than that of single HQ.

Acrylonitrile；Polymerization inhibitor；Inhibitor effect；20Y3100 type

TQ 226.61，TQ 314. 24+4

A

1671-0460（2011）07-0739-04

2011-05-12

张沛存（1965-），男，山东鱼台人，教授级高工，工程硕士，2002年毕业于大连理工大学动力工程专业，研究方向：从事丙烯腈及腈纶的生产、技术管理及开发工作。E-mail：zpcqlan@tom.com。