影响天然气乙炔法合成醋酸乙烯产量因素的研究

影响天然气乙炔法合成醋酸乙烯产量因素的研究

谭必武

中国石化集团重庆川维化工有限公司重庆610054

摘要：本文针对天然气乙炔法合成醋酸乙烯的工艺进行研究，结合实际的生产情况，分析多种因素对天然气乙炔法固定床工艺合成醋酸乙烯（VAc）产量的影响情况，主要的研究内容有催化剂的影响情况、撤热能力和撤热速度的影响情况以及工艺条件的影响情况。并依据各种影响因素的作用关系，提出能够提高VAc产量的有效方法，以供参考。

关键词：天然气乙炔法；醋酸乙烯合成；VAc产量；影响因素

引言：利用天然气乙炔通过固定床工艺合成醋酸乙烯的方法是现今化工生产醋酸乙烯的常见方法之一。这种生产技术是将天然气进行部分氧化得到的乙炔和醋酸作为原材料，利用相应的催化剂进行反应，采用固定床气相工艺进行醋酸乙烯的生产。在国际整体油价居高不下的形势下，我国因具有较为丰富的天然气资源，这种使用天然气乙炔法生产醋酸乙烯的生产技术就凸显出较高的优势和广阔的发展前景。由此，必须对影响天然气乙炔法合成VAc产量的因素加大重视力度，采用合理的措施，提高醋酸乙烯的产量，尽可能实现经济效益最大化。

1.催化剂对VAc产量的影响情况

1.1载体

在影响催化剂活性的因素中，活性炭载体的质量情况是较为关键的因素之一。其影响情况主要有两种表现：第一，活性炭的成分并不是单纯的单质碳，在其生产制造的过程中，会加入适当的氧、氢元素，从而在活性炭的表面会存在部分含氧官能团。这些含氧官能团的数量存在是造成活性炭载体与其他不同载体催化剂性能区别的关键因素，也就是说活性炭载体的表面官能团的数量对催化剂的活性性能有着一定的影响；第二，载体的孔径和比表面积。乙炔法合成醋酸乙烯的过程是在常压下进行，内扩散速度能够控制其反应的速度，而内控制速度与催化剂的孔径和比表面积有着紧密的联系。因此，在催化剂载体选择时，要选取同时具有大孔和小孔结构的活性炭载体，大孔能够减少物理阻力，小孔能提高载体的比表面积。通过研究发现，孔径为2～40nm，比表面积在1000m2/g以上催化剂的活性性能较好[1]。

1.2活性组分

催化剂的活性组分也能直接影响催化剂的质量性能，在现阶段，一般情况下乙炔法合成VAc使用的催化剂活性组分都是醋酸锌。并且在醋酸锌活性组分对催化剂性能的影响中，会因活性炭的不同造成不同的影响程度。每一种活性炭的醋酸锌单层负载量并不相同，其都有着最佳的醋酸锌含量。而针对活性组分对催化剂性能影响的研究，不同学者的见解有着一定的差异，可以分成两种，一部分学者认为只有与载体接触的单层醋酸锌才具有催化活性；另一种认为，当多层醋酸锌覆盖在单层醋酸锌之上时，无论单层醋酸锌还是多层醋酸锌都能提高催化剂活性[2]。

1.3催化剂配制和干燥方式

催化剂的配制和干燥方式也能够对催化剂的性能带来一定的影响。现阶段关于催化剂的配制方法有很多，建议选用过量溶液浸渍法进行催化剂的配置。针对干燥方式而言，利用热循环氮气在反应器中将催化剂的顺和少量醋酸蒸发，一定要注意对升温速度的控制，保证醋酸锌能够在载体表面均匀分布。

1.4导致催化剂失活的原因

导致催化剂失活的主要原因有四点：首先，醋酸锌的分解速度和再生速度存在差异，导致醋酸锌活性组分的流失，从而引起催化剂失活；其次，合成过程中，乙炔气体中带入的其他气体会在高温的影响下，形成聚合物造成活性炭孔洞堵塞，减小了载体的比表面积，导致催化剂失活；再次，乙炔合成VAc的生产过程是放热反应，一旦反应中参数的控制存在误差，引起催化剂床层局部过热就会导致催化剂失活；最后，在生产反应中，原料气和导热油管流量分布不均匀会导致放热速率加快，反应温度不同，引起催化剂失活[3]。

2.工艺条件对VAc产量的影响情况

在影响乙炔法合成VAc产量的因素中，还有一项影响程度较高的因素，就是生产中的工艺条件，其主要的影响情况有以下几点：第一，反应温度。因乙炔合成VAc的反应是强反应，对于温度的变化异常敏感，必须要对反应过程中的温度进行严格控制，避免局部过热，造成催化剂失活，从而提升VAc的产量；第二，反应压力。在反应中，反应器的前后压力差也能够影响催化剂的活性性能，必须结合具体情况对反应压力进行合理的控制，从而提升VAc的产量，反应压力一般控制在0.02～0.045MPa之间最为合适；第三，乙炔和醋酸的摩尔比例。在反应过程中，合理的增加乙炔和醋酸的摩尔比能够提升反应速率，提高VAc产量，但要注意增加的比例在适当的范围之内，一般控制在5～8之间[4]。

3.撤热能力和撤热速度对VAc产量的影响情况

在进行乙炔合成VAc的反应过程中，因该反应是强放热反应，会生出大量的热量，一旦发生热量过高的情况就会在导致产物中带有较多的杂志，一定程度上降低VAc的产量。因此，生产过程中，撤热能力和撤热速度也是影响VAc产量的一大影响因素，在使用乙炔法进行醋酸乙烯的合成时，必须加强反应系统的撤热能和撤热速度，降低反应器温度、减小反应器的径向温差，避免出现催化剂床温度过高的情况，或者高温造成的催化剂烧毁，防止安全事故的发生[5]。

4.结语

综上所述，在进行天然气乙炔法合成醋酸乙烯的生产操作中，催化剂是影响VAc产量的关键因素，在操作时，必须严格把控催化剂的活性，并且优化催化反应结构，从而实现提高VAc产量的目的。其次，对原材料质量、撤热能力以及生产工艺条件进行有效的把控也能提高VAc的产量。在实际生产中，要结合具体情况，选取最为合适的方法，提高天然气乙炔法合成醋酸乙烯的生产效率，降低成本浪费，为化工企业带来更高的经济收益。

参考文献：

[1]李保华.工业醋酸乙烯合成工艺及反应器模拟与优化[D].湘潭大学，2006.

[2]朱成文，邱发礼.影响天然气乙炔法合成醋酸乙烯产量因素的研究[J].石油与天然气化工，2006（02）：90-92+5.

[3]胡丞.乙炔法合成醋酸乙烯酯催化剂活性影响因素分析及措施[J].现代化工，2006，26（9）：52-54.

[5]谌虹.天然气乙炔法合成醋酸乙烯的冷凝吸收新工艺[J].重庆理工大学学报（自然科学），1998（5）：100-104.