丙烯腈生产工艺及催化剂研究进展

丙烯腈生产工艺及催化剂研究进展

周文祥 

天辰齐翔新材料有限公司

摘要：丙烯腈是化工企业需要的主要原材料，在工业当中扮演者重要的角色，丙烯腈是丙烯通过氨氧化所得到的产物，纤维、橡胶、树脂都是其衍生产品。丙烯腈分子当中具有碳碳双键和氰基这两种不饱和化学键，使得丙烯腈所具有的化学性质十分活泼。丙烯腈可以发生聚合、加成、水解等一系列的反应，丙烯腈通过聚合反应能够生产聚丙烯腈，丙烯腈通过催化水和可以制得丙烯酰胺。本文将根据丙烯腈生产工艺，对其日后的发展前景进行相关的分析，并结合当下国内外对于丙烯腈的研究，对其制取工艺和在未来化工行业上的发展进行相关的探讨。

关键词：丙烯腈；生产工艺；催化剂

1894年穆勒首次用化学脱水剂法制得到了丙烯腈,丙烯腈化学研究方法在二战之后便开始渐渐的受到许多人的广泛重视。丙烯腈的具体的制取方法有过许多种，但最受到重视的还是丙烯氨氧化法，也是当下化工企业制取丙烯腈的重要方法。制取过程中所选择的反应器一般为无挡板的流化床，制取的流程为将各种盐按照一定的比例进行配制，其次将流化床当中所需要的浆料进行合理的配制，之后进行喷雾干燥，最后对其进行焙烧。这种方式是我国近些年来经过不断的实践所研究出来的，减少了依靠国外进口丙烯腈的数量，还具有代替国外进口丙烯腈的作用，大大的降低了化工企业采购丙烯腈这种原材料的价格，同时，化工企业在使用催化剂的时候也能够得到很好的回报，提高了化工企业在未来当中的经济收益。

一、 催化剂的影响原理

    丙烯腈的钼铋系催化剂，作为最受欢迎的催化剂，在反应过程当中需要控制好影响其温度、压力、重时空速等一些因素，这样才能够确保催化剂的效率。丙烯腈钼铋系催化剂主要的催化成分为氧化钼，氧化钼能够参与到反应的循环当中，与此同时，晶格氧在其中也扮演了重要的角色，担任了化学反应当中的催化剂[2]。氧化钼在遇见高温后就会发生升华，若没有采取恰当的措施去防范氧化钼的升华就会导致反应过程的不可逆，使得催化剂的催化效率降低，进而会降低整个反应的反应速率，消耗更多的反应物，加大了原材料的使用成本[3]。反应器床层催化剂停工烧氨时，催化剂的孔容会增大，能够有更多的面积用来吸附原材料，增加氨的反应能力，提高催化反应的速率，对于内置物消耗数据会变好。但是，长时间利用反应器床层来烧氨只能够短暂的提高催化剂的催化效果，不能够长期的保持催化剂的活性。

二、制取丙烯腈催化剂方式

（一）VALON催化剂

VALON指的是钒铝氧氮化物，这种催化剂不仅具有碱性的催化功能，还具有氧化还原的催化功能。VALON在单位时间内丙烯腈生成量却远高于其他催化剂，VALON之所以能够高于其他催化剂的催化效果，是因为这类催化剂具有很高的空间收率，能够很快的适应高空速条件，高空间收率决定了催化剂的实际效率，所以，这就导致VALON有很强的催化功能。

（二）Mo-Bi-Fe系催化剂

钼-铋-铁系的催化剂,是国内经多年研制最终成功开发的催化剂，是具有行业先进水平的一种丙烯腈催化剂；该催化剂晶相的结构复杂，金属盐主要以钼酸盐的形式存在；它的优点是催化性能可靠稳定，产生的副产物少，能一定程度上保障系统内部的清洁性；该催化剂主要用于丙烯、氨氧化法制造丙烯腈的工艺中，可以提高产品丙烯腈的质量和的精制回收率，不仅有着更好的经济效益，而且能减轻员工的劳动强度、改善工作环境、降低装置安全隐患。   

（三）Mo-V-Te-Nb-O催化剂

这类催化剂是在Bi-Mo-V-O催化剂的基础上添加了Nb和Te，在丙烷氨氧化当中，可以当做催化剂使其快速的生成丙烯腈。这种催化剂之所以具有很强的催化功能，主要是依靠其所具有的四种元素组分，在这四种元素组分当中，有三种组分能够实现快速的“氧化-还原”循环，同时Mo、V、Te、Nb这四种元素所组成的组分从而形成催化剂具有良好的催化效率，因为这四种组分具有协同作用[4]。钼能够为氨基基团插入到丙烯当中提供活性位；钒能够帮助甲烷去除其亚甲基上的氢，进而帮助甲烷形成异丙基自由基；碲元素能够在孤电子对的作用下使异丙基自由基更加活化，让α-H从丙烷当中脱除，使其能够形成丙烯；铌元素能够让结构变得更加稳定，在五氧化二铌当中，其中的铌元素还能够去帮助失活的催化剂恢复活性，使金属氧化物的氧化还原反应更好的进行下去[5]。Mo-V-Te-Nb-O催化剂由M1相和M2相组成，M1相和M2相都能够让丙烯转化成丙烯腈，在进行催化的过程当中M1相的优势大于M2相，在进行氨氧化的过程当中，M2相的优势大于M1相。但是，Mo-V-Te-Nb-O催化剂在遇到高温的时候就会升华，所以在使用的过程当中，要使用惰性气体对其进行保护，这样才能够保证丙烯腈的生成。

三、丙烯腈未来发展前景展望

丙烯腈是制作各种化工品的原材料，前些年我国对于丙烯腈的生产较国外还有很大的不足，每年所生产的丙烯腈经常会出现供不应求的现象，导致我国需要每年大量的向外国进口丙烯腈。但是近些年，我国研究出了利用流化床反应器来制取丙烯腈，该种方式具有很高的研究价值，还能够代替进口，减少我国每年多外进口丙烯腈的数量，大大的降低了各个企业采购丙烯腈的价格，降低了各种以丙烯腈为原材料商品的价格，使其在市场当中具有了更大的竞争力。丙烯腈流化床催化剂在制取过程当中所使用原材料成本较低，喷雾干燥设备能够控制产品的分布范围，能够减少物料的损失，更加节约方便。该种催化剂还能够经过产品质量的重重测试，最终检测标准为合格，可以真正的利用到生产丙烯腈的生产线当中。

2022年我国使用丙烯腈的产能增长了52万吨，丙烯腈产能增幅16%，其主要需求仍然集中在制作树脂、橡胶、纤维方面的物品，在化工行业中使用的频率较高。2022年我国丙烯腈的产量为300万吨，较2021年增长17.8%，平均产量增长25万吨。2023年我国预计丙烯腈的产量能够较2022年增长26.6%。丙烯腈在我国的发展较为稳定，中国石化和中国石油是丙烯腈的主要制造场所，私营企业方面主要集中体现在浙江石化，江苏斯尔邦及山东科鲁尔新增的丙烯腈装置[6]。丙烯腈下游的不断发展，尤其是ABS树脂的畅销，使得丙烯腈的消费观不断增加。但是，我国大部分地区都引进了生产丙烯腈的机械设备，而丙烯腈其他的衍生产品腈纶、丙烯酰胺并没有寻找到更好的销售渠道处于不温不火的状态，在未来可能会出现供过于求的现象。

结束语：中国是世界上第一工业大国，在众多化工产业当中都有丙烯腈的身影，丙烯腈能够生产聚丙烯腈、ABS树脂、SAN树脂，与此同时，丙烯腈也是各种药物、高分子絮凝剂、化学灌浆剂、密封胶、涂料、纸张增强剂等一系列精细化工产品的原材料。在未来的世界当中，丙烯腈也将会成为化工行业必不可缺的原材料，运用丙烯来生产丙烯腈能够结余化工企业的生产成本，增加生产物品的竞争能力。但是我国目前所掌握的丙烯腈艺术还有待加强，需要从各个方面来与外国进行比较，学习外国制作丙烯腈的优势，这样才能够大大的提高我国制取丙烯腈的操作技术，节约丙烯腈的制作成本。不仅要加强制作丙烯腈的方式流程，需要引进相关的设备，产品的整体结构进行进一步的优化，使得行业整体的发展水平更上一层楼。

参考文献：

[1]汪亮,石可文,曹玉鑫. 丙烷脱氢制丙烯催化剂研究[J]. 文渊（中学版）,2021(9):3440.

[2] 宋宁. 铂系催化剂制备及丙烷脱氢反应性能研究[D]. 山东:青岛科技大学,2020.

[3]袁海琴,陈臣举,张春雷. 丙烯腈生产工艺[J]. 上海化工,2022,47(1):50-54.

[4] 钱曼玉,周婵娟,田丹,等. 二硫化钼/聚丙烯腈复合纳米纤维膜的制备及其光催化性能[J]. 印染,2021,47(8):62-66.

[5]  张静如. 丙烯腈液相催化加氢制丙腈的实验研究[J]. 石油化工技术与经济,2020,36(3):24-27,41.

[6]袁海琴,陈臣举,张春雷. 丙烯腈生产工艺[J]. 上海化工,2022,47(1):50-54.