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苯法顺酐催化剂的性能单管小试评价比较
来源:常州新日催化剂有限公司作者:小试中心 王康军 邹红旭

摘要  

目前市场可供选择的催化剂,从各厂家宣传上及装置实用上得到的性能差异较大,提供给用户的信息比较混乱,且之前国内还没有标准单管测试条件,无法进行可靠的平行测试,通过本测试方案对市场上典型的苯法顺酐催化剂的性能进行测试,向用户提供一个初始标准条件下的性能比较。

关键词 苯法顺酐催化剂  单管测试  性能比较

Ø引言

 苯法顺酐催化剂,在近二三十年技术发展过程中,市场大部一直由进口催化剂垄断,但进口催化剂技术一直保持在稳定的水平,没有更新一步的发展。国产催化剂一直在努力地改进以接近进口催化剂的性能,由于催化剂开发的技术水平及催化剂生产的工艺路线的不同,应该说至今仍未全面地超越进口催化剂的水平。目前国内又一家催化剂公司—常州新日催化剂有限公司成功地推出了新一代高收率苯法顺酐催化剂,为顺酐生产厂家提供了新的选择。现在市场上可供选择的催化剂有四种:进口催化剂、国产A催化剂、国产B催化剂、常州新日催化剂,但从用户的反馈来看,常常出现宣传与实用的性能差异较大,相同催化剂在不同的用户或在不同的装置上的使用的效果都有很大的差异。用户面对的信息比较混乱,且之前国内还没有标准单管测试条件,无法进行可靠的平行测试。常州新日催化剂有限公司,引用先进的技术建立了国际先进水平的小试中心,具备了对市场上各种苯法顺酐催化剂的平行测试条件,通过标准单管小试评价装置对目前市场上这四种苯法顺酐催化剂的初始性能的测试比较,给用户提供一个初始的横向比较信息作为参考。

Ø测试原理

 本单管小试评价装置完全模拟顺酐工业装置反应管设计,管长3600mm,内径21mm,测试催化剂的装填量和装填高度与工业装置一致。小试评价工艺基本按工业装置工艺设计, 具体流程如下:

1.苯罐;2.带控制进料泵;3.压缩机;4.空苯混合加热器;5.标准单管反应器;6.吸收瓶;7.酸水收集罐;8.尾气焚烧器

    苯通过进料泵2控制流量并打入空苯混合加热器中,被来自经调节流量并加热至150-180℃的压缩风一起带入单管反应器5中,5为标准单管反应器,管程装有催化剂和测温热偶,壳程为循环熔盐,熔盐通过电加热控制其温度,正常运行由循环熔盐提供和带出反应热。苯在反应器管程内发生催化氧化反应,生成气经管道冷却后进入两级水洗瓶6,经水吸收为顺酸水溶液,再定期排放至酸水收集罐7中,尾气经焚烧器8焚烧后放空。通过分析酸水含量及称量酸水重量和苯重量,计算单位时间生成的酐量,与单位时间的投苯量相比,从而计算出氧化的重量收率。在反应器进出口分别安装在线分析色谱,分析苯浓度、转化率、CO/CO2,计算理论收率做为参考。

Ø样品测试及测试数据

抽取市场上目前典型的四种型号催化剂样品,按照其在工业装置上的装填条件装填,开车运行参数按照常州新日催化剂有限公司的催化剂小试评价开车表操作,下表为各种型号催化剂单管小试测试结果数据,该数据是在多个测试样品中剔除失败样品各自选取最具典型性的一组。

型号

序号

风量NCM/h

负荷g/h

盐温℃

热点℃

转化率%

收率%

色谱收率%

进口   催化剂

1

2.33

87.7

351.5

377

99.8

92.0

94.0

2

2.64

111.8

351.1

407

99.6

91.3

93.5

3

2.79

127.6

350.0

422

99.2

90.8

93.0

4

2.79

131.1

348.9

433

98.2

91.0

93.0

5

2.79

130.9

350.4

435

98.2

91.2

93.0

6

2.79

137.3

350.4

440

98.4

90.5

92.0

7

2.79

143.6

349.6

440

98.2

90.5

92.0

8

2.79

147.1

350.2

442

98.3

90.3

92.1

9

2.79

147.2

349.5

440

98.1

89.6

91.5

国产A   催化剂

1

1.85

61.5

362.5

381

99.1

84.3

94.1

2

2.10

76.0

369.6

395

98.7

87.8

92.7

3

2.34

81.9

369.9

393

98.7

89.9

92.7

4

2.35

87.9

370.0

400

98.4

87.8

93.0

5

2.50

100.0

370.0

411

98.0

90.0

92.8

6

2.66

110.0

369.9

427

98.0

90.7

92.7

7

2.79

121.0

369.9

433

98.0

90.2

93.7

8

2.79

124.0

369.9

435

98.5

90.4

90.9

9

2.79

131.9

369.6

442

98.3

89.9

92.0

国产B  催化剂

1

2.36

89.7

352.9

401

99.7

77.3

82.2

2

2.67

108.6

346.8

396

98.9

81.0

90.4

3

2.85

126.0

347.5

426

99.0

81.8

91.0

4

2.34

95.5

353.4

404

99.9

79.6

90.0

5

2.65

108.2

351.1

417

99.6

85.7

88.0

6

2.85

127.8

348.8

431

98.9

87.6

91.0

7

2.82

132.4

346.5

433

98.9

84.6

87.0

新日   催化剂

1

2.34

89.8

348.8

397

99.5

93.9

95.7

2

2.65

111.7

351.4

418

99.0

95.6

97.2

4

2.79

116.6

350.7

417

98.4

95.0

97.7

5

2.79

124.9

350.5

421

98.1

94.4

98.1

6

2.79

129.4

351.1

424

98.1

94.5

97.9

7

2.83

135.1

352.1

441

98.1

93.8

97.0

8

2.79

138.0

352.9

440

98.3

93.2

96.2

9

2.78

140.8

352.6

436

98.0

92.9

95.1

Ø数据分析与测试评价

关于收率的一点讨论:

色谱收率普遍比实物滴定收率高,这与系统设计和测量的系统偏差有关。滴定收率又比工业装置测算的收率略低,可能与小试的吸收效率有一定关系,特别是当进料浓度升高的时候,滴定收率都是降低的,一方面和吸收效率有关,但另一方面趋势上也是符合装置的实际情况的,同样的一批催化剂,负荷越高,其相应的收率是下降的。作为本次小试单管的平行比较评价,我们更关心的是相对的差别。

通过对以上测试数据的整理可以看出:

(1) 进口催化剂负荷较高,活性适中,盐温在350度左右,收率比较稳定,130g/h以下收率在91左右,负荷提高到135g/h以上,收率在89-91之间。这与多年来各装置的使用情况是相符的。

(2)国产A催化剂,活性较差,盐温在370度左右,因操作条件不同,起始开车收率偏低,但是经过调整后,负荷提到130g/h之前,收率能稳定在90%左右,负荷在100-110g/h之间,收率最高能达到91.5%;130g/h以上收率低于90%。

(3)国产B催化剂,活性较好,但在此评价工艺条件下,收率很不稳定,最高收率只有87.6%。经多次测试,仍不理想,具体原因不明确。

(4) 常州新日高收率标准型催化剂负荷较高,活性适中,盐温也在350度左右,收率较高,130g/h前收率稳定在94%-95%之间,130g/h以上仍然可以保持在92%-94%之间。

(5)具体的性能情况见以下各型号催化剂的性能曲线。

Ø结论

本次测试只针对催化剂初始的活性、负荷、收率等性能进行测试,对于使用寿命,小试评价在短时间内是无法完成的。

由以上评价结果可以看出,以进口的催化剂作为参照标准,国产A催化剂在较低负荷下的收率接近进口催化剂,但在较高负荷下的收率低于进口催化剂,同时活性较差,盐温较高;新日催化剂在负荷上及活性上与进口催化剂相当,但在相同负荷下的收率上比进口催化剂高2-3百分点。由此可见,常州新日催化剂的性能已经突破性的领先于进口催化剂的性能。

相对应的,从工业装置上,如附表中常州亚邦化学有限公司顺酐装置历年来使用进口催化剂与近一年使用常州新日高收率催化剂在消耗上的比较,可以确认,高收率催化剂在工业装置上运行下平均至少比进口催化剂收率高两到三个百分点。

附表:常州亚邦化学有限公司历年顺酐装置消耗曲线(自2005年至2012年11月末)

(注:该公司分别在2012年1、2、9、10月份用高收率催化剂更换了四套装置,目前约占装置总量的80%为常州新日催化剂有限公司的高收率催化剂)

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