丙烯酰胺一车间制备催化剂颗粒技术论述

郭继锋

摘要：丙烯酰胺一车间使用丙烯腈和水在单质铜催化剂的作用下反应生成丙烯酰胺。车间使用催化剂可循环再利用。催化剂 的沉降速度快慢直接影响进入反应器催化剂的量，而且催化剂的颗粒如果太细小，会穿透反应器的烛式过滤器进入到浓缩、 精制系统，影响产品合格率。

关键词：催化剂颗粒；沉降速度；影响；技术

中图分类号：O643.36 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）06-0159-01

一、影响催化剂沉降速度需要控制指标

1、次磷酸钠/硫酸铜的摩尔比

丙烯酰胺生产装置制备催化剂的主要控制指标是次磷酸钠与硫

酸铜的摩尔比，操作卡片要求控制在 1.50-16.0 之间。低于 1.50： 催化剂的颜色变绿，而不是正常的黑色催化剂，同时绿色催化剂的 活性较低，沉降速度变慢。大于 1.60：得到褐色催化剂，低活性的 催化剂。

2、最高反应温度和中和反应温度

A：2CUSO4+3NaH2PO2+3H2O→2CUH+3NaH2PO3+2H2SO4

起始温度需要控制次磷酸钠和硫酸铜温度，要求在51.5℃-52℃

之间。车间在正常生产时，制备催化剂起始计量次磷酸钠和硫酸铜 时，温度控制要求在 51.6℃-51.9℃以内，这样可以在反应过程中能够达到最高反应温度范围内，如果最高反应温度达到 57℃以上，会生成低活性催化剂。

B： 2CUH+2H2SO4+4NaOH→2CU+H2+2NaSO4+4H2O

在反应过程中氢氧化钠加入量设定和氢氧化钠浓度都是制备合 格催化剂的必要条件，同时反应热的控制是重要组成部分。反应热 除去还是使用夹套循环水带走热量，保证反应温度控制在60℃-65℃。车间制备催化剂中和反应温度都能够达到控制在62℃左右防止制备

出低活性催化剂。

3、液碱浓度

制备催化剂进行至中和反应时，主要使用液碱进入到N-302 中，工艺卡片要求液碱浓度为 28%-35%，如果液碱浓度过低，将使中和 反应温度不能达到指标要求，一定要控制液碱浓度在指标范围内。车间使用的液碱是从动力厂酸碱站收取的，酸碱站化验分析合格后 才送出，所以车间对每次收液碱沒有进行分析，

但是可以通过每次计量罐的液位观察出浓度高低，（液位控制在 77%-80%）只要液碱浓度在 28%-35%，催化剂颜色和沉降速度都没有 太大变化。

4、98%硫酸的相关指标

98%硫酸与次磷酸钠同时加入N-302 中，防止次磷酸钠分解，也

防止在加入液碱前CuH分解成Cu○ 。目前车间收取的98%硫酸残渣、

浊度超标，这些都有可能是造成制备出的催化剂颗粒细小或是催化

剂出现絮状物的原因，所以车间根据上述情况联系硫酸厂家加强硫

酸质量合格率，避免出现制备的催化剂颗粒不合格的现象。为了防

止制备出不合格催化剂，大约1 年清洗T-351 硫酸罐2 次。

5、硫酸铜加入的时间

催化剂制备的过程中，N-302 最先进入的是次磷酸钠和硫酸，

然后是硫酸铜进入，硫酸铜进入需要控制在 5 分钟以内。高于 5 分

钟，影响较小，如太慢 Cu++反应速率下降，生成绿色催化剂。

低于 5 分钟，影响较小，Cu++反应速率升高，生成的催化剂活

性较低，呈闪亮铜颜色。

二、调节催化剂颗粒的方法

车间在制备催化剂的过程中，各项参数都严格控制在指标范围

内，从来没有出现超标现象，但是催化剂颗粒没有出现本质改变。 制备单质铜催化剂使用硫酸铜是起决定作用的，而且车间不能总是 溶解新硫酸铜。在长期生产运行中还是需要使用废铜催化剂来制备 硫酸铜溶液，车间决定对硫酸铜溶液开始进行试验和分析。

车间使用的硫酸铜分两种，一种是外购新硫酸铜，一种是在反

应器中传出废催化剂经过熟化反应制备的硫酸铜。

新硫酸铜在进行熟化反应5 个小时后，不需要调节PH 值，因为 新硫酸铜没有任何的杂质存在，制备的催化剂完全在合格指标范围 内。但是需要补充硝酸铬，因为铬离子可以提高催化剂的活性，控 制指标在 180-300PPm。铬离子高于 300 PPm 催化剂沉降速度下降，

低于180 PPm 催化剂的沉降速度变快。

丙烯酰胺装置使用的催化剂是循环再利用的，新硫酸铜补充够

量后，需要每个班在反应器转移出一定量的催化剂来制备硫酸铜。 制备过程使用 98%硫酸和废铜进行熟化反应 6 个小时。为了防止制 备出碱性硫酸铜，使用硫酸是过量的，所以需要调节PH值在1.6-1.8 之间。

三、其他因素对催化剂颗粒影响

1、催化剂制备罐使用时间催催化剂沉降速度的影响

车间制备 100 批催化剂后，在罐壁上会有很多氧化铜挂在上面，

如果没有及时清洗，铜片会混入到制备好的催化剂铜浆中，最后排 料的时候会经常堵塞BS-302 过滤器，同时影响催化剂的沉降速度。

废铜片产生较多，影响 N-302 液位计的精度，因为 N-302 液位 计使用的是单法兰是差压液位计，如果上面粘附铜片后，零点就会 漂移，。车间定期需要校定 N-302的液位计，防止液位计零点漂移后，

制备的催化剂被强行抽出，堵塞过滤器 S-301，同时损失催化剂。 同时高压清洗 N-302 和液位计校验后，都需要重新对 N-302 进行氮 气置换，可以更好的降低罐里氧含量，使制备的催化剂颗粒正常。

2、硫酸铜溶液中的杂质对催化剂沉降速度的影响

旧硫酸铜中存在一些从反应系统带出的杂质，在和硫酸反应的

过程中也不能被去除，始终存留在硫酸铜溶液中，最后参与到制备 催化剂的过程中，如果含有的杂质过多，制备的催化剂会受到影响， 首先是颗粒有可能会变细小，或是出现不均匀絮状颗粒的催化剂。 通过我们分别对新硫酸铜和旧硫酸铜进行采样观察，发现它们的透 明度不一样，新硫酸铜清澈透明，旧硫酸铜需要沉降大约 50分钟后 才能接近清澈透明，所以硫酸铜中的杂质对催化剂的颗粒影响很大。

车间分析后，将S-306 运行 15天后，再从新进行预涂一次，直到硫 酸铜溶液在试镜清澈后，恢复出料流程。通过处理后，可以减少硫 酸铜中的杂质进入到催化剂制备当中，将催化剂颗粒变细的可能性 降至最低。

3、催化剂絮状沉淀的形成对催化剂沉降速度的影响

车间使用从反应器转移出来的废催化剂，经过S-304 进行过滤，

首先过滤出丙烯酰胺溶液至 T-308 中，过滤后使用脱盐水对滤饼进 行清洗，然后再一次进行过滤，最后使用脱盐水清洗，最后排料至 N-308 中，作为制备硫酸铜原料。如果催化剂没有清洗干净，丙烯 酰胺溶液就会存在硫酸铜溶液中，最后制备的催化剂就有可能出现 絮状现象。经过车间分析后，将脱盐水清洗水量提高，由原来的 1M3 提高值2.5 M3加大清洗水量后，能够更好的将废催化剂上存留的丙 烯酰胺去除，使催化剂不再出现絮状现象。

四、结论

主要因素：经过上面的分析和论述，催化剂颗粒细小是由于制

备硫酸铜溶液的时候 PH 值低导致的，车间将硫酸铜溶液的 PH 值提 高后制备的催化剂颗粒正常，沉降速度恢复至正常的大约 45 分钟。

辅助因素：硫酸铜溶液中的杂质的去除，和粘附在催化剂表面 的丙烯酰胺被更好的清除，也是使制备的催化剂颗粒恢复正常的辅 助因素。