摘要：丙烯腈是生产丁腈橡胶、ABS塑料、AS塑料和生产腈纶纤维（PAN）的重要原料，同时可用于合成聚丙烯腈纤维、丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等多种化工原料。目前国内丙烯腈供不应求，每年都需要大量进口来满足市场的需求。在此前提下，本文以国内大多数公司生产丙烯腈的装置为例，探讨丙烯腈生产工艺的现状，并对现状提出相应的节能降耗措施。
关键词：丙烯腈；生产工艺；节能降耗；措施
一、丙烯腈生产工艺的能耗现状
丙烯腈是一种在化学加工原料中十分有用的有机合成物，具有易燃、无色等特点，并伴随有刺激性气味的液体，丙烯腈所蒸发形成的蒸气可与大气结合形成爆炸性混合物。丙烯腈与强酸、强碱、氧化剂等具有高腐蚀性的化学药品混合会产生剧烈反应。丙烯腈于1893年在实验室内合成得来，并与1930年在工业上被用于合成耐油丁腈橡胶；丙烯腈属高毒物质，并与2017年被世界卫生组织列入2B类致癌物质清单之中。
目前国际国内采用最多的是丙烯氨氧化法，这种方法因其化学反应简单，成本较低，操作方便以及最具有化学工业生产价值等优点被广泛采用，具体反应过程为：以丙烯、氨、空气为原料，按照氨/丙烯（摩尔进料比）：1.15～1.25、空气/丙烯（摩尔进料比）9～10进入420-445℃流化床床反应器，随后在40KPa的大气压下加入固定剂量的催化剂，生产出丙烯腈。该过程中所产生的的气体经反应器气体冷却器，在急冷塔中再用硫酸除去尚未完全反应的过剩氨气体，最后进入吸收塔形成富含丙烯腈、氢氰酸、乙腈等有机物的富水，在回收塔中，萃取分离出来得到乙腈，在脱氰塔顶分离出96%氢氰酸，用于生产甲甲酯，最后在成品塔中分离出轻、重组份从40板得到丙烯腈产品，其原料回收率可高达96%。
尽管丙烯氨氧化法的生产工艺比起乙炔法、氰乙醇法的生产转化率更高，但在目前国内出于环保性和对人体健康影响性上的权衡上，大部分装置的提取效率上升空间尚有很大。
二、丙烯腈生产工艺能耗损失原因分析
（一）、装置折损消耗
当下我国用于生产丙烯腈的装置均由美国的BP公司所提供的专利技术进行研发生产的。在装置生产过程中，吸收塔内填料的污染率会随着时间的延长而升高，而污染的程度越高，后续生产丙烯腈的效率也依次递减。与此同时，随着吸收塔内器件的污染，导致吸收塔操作压差的增大，进一步影响丙烯腈的转化率和收率。当污染率超过50%时，吸收水冷却器换热面积不足，导致吸收水水温升高，吸收水量不足。上述因素的产生导致装置丙烯腈折损严重，丙烯腈的转化率在使用设备年限内出现了不同层次的折损，且损失较大。
（二）、水能消耗
在反应过程的急速冷却阶段，装置内的急冷塔会对生产出来的丙烯腈进行冷却，而目前从急冷塔的情况来看，在控制水的汽化相变过程中，水要吸收大量热，急冷反应生成物，这意味着急冷汽化要带走大量的水蒸气，从而需要更多的补加水，来保证丙烯腈的冷却温度，从而产生了较大的水能损失。
（三）、电能消耗
大功率设备的长时间运转在工作期间存在对物料在加热过程，而BP公司的丙烯氨蒸发器在装置内部返回急冷塔、吸收塔进行水温控制的时候，就存在效果变差现象，塔内的温度无法急速冷却，因此产生了大量的电能消耗。长时间空转无用功的产生，也对电能产生了影响。长期循环往复导致的装置内部传热、传质效果差导致电能的白白浪费。
（四）、原料消耗
在生产丙烯腈过程中，由于催化剂的效果不同，反应程度不同和种类也不同，随着使用时间的增加催化剂活性下降反应生成丙烯腈收率下降，在此过程中的原料损耗比较严重；生产丙烯腈所产生的含氰废水属于国家规定的必须高温焚烧处理的有毒物质，也产生了一定的燃料消耗；长期使用过程中装置内产生的聚合物杂质也会对丙烯腈回收不利，增加原料单耗。
三、丙烯腈生产工艺节能降耗措施
（一）、反应系统的调整与改进
采用新型高效催化剂，丙烯腈、氢氰酸、乙腈收率高，杂质少，原料丙烯等消耗低。采用新型结构的大型流化床反应器，可提高丙烯腈收率，传热传质效率高，温度分布均匀且易控制，内设冷却盘管撤热，并副产高压过热蒸汽驱动空压机、制冷机透平，透平背压蒸汽供装置使用，使能源得到合理利用。
（二）、废水回收处理利用
按照我国的相关规定，该过程产生的含氰化合物废水本就应进行高温持续焚烧处理，而废水的回收则可以在此过程中将反应生成水、废料、急冷塔补充剩余水一同进入四效蒸发系统，凝液回收再利用，残液进废水炉焚烧，并产生4.0MPa蒸汽用于透平驱动，见下图水平衡示意图：
图二：水平衡示意图
从图二中可以了解到，经过高温焚烧处理的水质由以下几个稳定的因素决定： 空气中带入装置的水；急冷却塔中用于急冷和冲洗除去聚合物的水；由四效蒸发器中蒸发出来的水；反应器产生的水。
（三）、吸收塔采用规整填料结构
吸收塔采样规整填料结构，增加气液接触面积，降低了吸收塔压力，从而降低了反应器的压力，提高了丙烯腈收率，采用低温吸收水，提高了丙烯腈等有机物的吸收效果，降低了吸收水量，后续系统负荷降低。
（四）、改善生产工艺过程合理优化水利用
丙烯腈装置反应单元生成水，在吸收和回收单元以水作为吸收剂和萃取剂。在整个流程中充分利用反应单元生成水，不加入新鲜水，既利用了反应生成水，又使水在装置内循环，排除的废水经四效处理回收利用，减少生化处理的废水量及焚烧处理的废水量。对吸收塔排放的尾气和装置产生的废水废液采用焚烧处理，减少对环境的污染，并进行余热回收，使排放满足环境保护要求的同时，达到节能降耗的目的
四、结语
综上所述，随着我国可持续发展战略的不断推进，丙烯腈这类对于化工行业具有重要价值，但同时又对环境会造成一定影响的化学物质的生产，如何进行有效的节能减耗就显得至关重要。通过对生产装置的改进、原料能耗的控制、高效催化剂的研制等不断调整，在实现提高丙烯腈的生产收率的同时，又达到了节能减耗的目的。
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