硝基苯气相加氢制苯胺装置长周期运行影响因素探讨

谭彦衍

（中国石化 南京化学工业有限公司，江苏 南京 210048）

苯胺是重要的化工原料中间体，目前，主要有气相催化加氢和液相催化加氢两种生产工艺，其中液相加氢为国外引进技术，国内自主开发是气相流化床催化加氢。

南京化学工业有限公司苯胺装置每运行4～6个月就因催化剂单程寿命到期，需要进行停车对催化剂进行再生和活化操作。每次催化剂再生停车及清理检修既增加了开停工费用，也增加了检维修费用。该公司典型工艺流程见图1。

图1 硝基苯气相催化加氢制苯胺工艺流程Fig.1 Flow chart of aminobenzene produced by nitrobenzene gas phase hydrogenation

1 影响苯胺装置长周期运行因素

该工艺的运行周期主要影响因素是因催化剂单程寿命到期，在催化剂活性下降达不到质量要求时，必须停车对催化剂进行再生，同时对系统进行清理和检修。然而同样的催化剂在不同的系统，单程寿命差距较大，通过比较运行数据和生产条件，可知影响运行周期的主要因素如下。

1.1 催化剂制造工艺的影响

铜负载在TiO2载体上的CuO/SiO2催化剂的制备工艺为硅胶扩孔、浸渍、洗涤、干燥、焙烧。催化剂制备过程中焙烧与否和活化控制有较大的关系。催化剂经过焙烧，活性组分与载体形成稳定的改性铜结构后，在活化过程中，催化剂铜晶粒不易长大，温度上升幅度约40～50℃，不会出现温度突升现象。

有实验表明，对只干燥不焙烧的或焙烧不完全Cu/SiO2催化剂，进行加热失重考察研究，在20～100℃与100～200℃时，TGA分析均有明显失重，由于失重温度不高，所以最大可能是催化剂游离水与结晶水的脱除造成的。若在马沸炉内将催化剂在400℃焙烧2h（升温速率20℃·min-1，相当于活化条件），然后再测定其失重曲线，则该催化剂在800℃下也无明显失重。该结果进一步证明了催化剂如焙烧完全后，是不会引起反应器中的催化剂失重和激烈的温度变化的。从实际生产中使用来看，不经过焙烧的催化剂在流化床内活化时出现了温度突升现象，且单程寿命短到40d。经过焙烧改进的催化剂在使用中则不存在温度突升和单程寿命异常短的问题。

1.2 催化剂生产负荷的影响

在合适的催化剂负荷下可以取得单程产量最大化而实现经济运行。对比四套系统的催化剂负荷和单程产量以及同套系统的不同催化剂负荷，可已选择合适的催化剂负荷。

表1 四套苯胺装置催化剂负荷比较Tab.1 Comparison of catalyst's load in four sets of aniline devices

从表1可以看出，低催化剂负荷有利于延长催化剂的单程使用寿命。

1.3 催化剂活化再生条件的影响

催化剂的活化再生过程的温升速度和再生维持温度对催化剂的使用寿命有关键性的影响。试验表明，过快的温升速度会导致催化剂的铜晶粒长大而使活性降低甚至失效。在使用没有经过焙烧的催化剂因在活化过程中温度突升导致寿命仅40d。

1.4 流化床运行状态的影响

不同的流化床由于设计标准和设备运行状态不同，运行参数有较大的差别，四套系统主要运行参数见表2。

表2 四套苯胺装置运行参数比较Tab.2 Comparison of operating parameters in four sets of aniline devices

1.5 跳车等异常情况影响

在实际生产运行中，会出现跳电等异常情况，如果压缩机跳停会导致流化床死床。因此，必须要有严格的联锁保护才能把死床对催化剂的影响降到最低。主要的途径就是在跳车的过程中尽可能多利用气流保持床内成流化态。从近3年来看，由于采用了联锁保护，跳车对流化床分布的影响几乎没有。以下是4#还原在没有联锁保护和有保护的情况下跳车分布器压差对比。

表3 4#还原流化床不同工况下分布器压差Tab.3 Pressure difference of distributor in different conditions in the 4th fluidized bed

从表3看出，分布器压差大说明分布器堵塞，分部不均，流化态不好，单程寿命将会缩短。

1.6 氢压缩机选择

装置长周期稳定运行对于苯胺生产的心脏设备循环氢压缩机的要求必然是长周期运行的设备。通过调研，选择了运行周期长，故障率低的螺杆压缩机。从近5年运行来看，该设备故障率低，工况要求不高，保证了系统的长周期运行。

2 结论

通过对比分析，采取技术进步，设计优化，同样的催化剂可以取得不同的运行效果。延长系统单程寿命，可以降低运行成本，提高企业效益和产品市场竞争力。主要调整途径如下：

（1）选择合适的催化剂负荷能取得经济运行，从运行对比来看，催化剂负荷0.22～0.24比较合适。

（2）保证气速合理的情况下提高氢油比，能保持良好的流化态，考虑压缩机的能耗，氢油比13～15比较合适。

（3）循环氢压缩机是装置长周期经济运行的关键设备，螺杆压缩机不怕少量带液，结构简单，运行周期长达两年，是较理想的选择。

（4）催化剂再生、活化等特殊操作的控制决定催化剂的单程寿命和循环重复使用寿命。如果控制得当，催化剂可以一直使用下去。从4#苯胺运行来看已经重复使用了7年，不需更换，只需要补充磨损逃逸的催化剂。