低碳高效丙烯腈技术开发及工业应用

2026年度绿色技术创新案例

申报单位：中石化（上海）石油化工研究院有限公司

一、案例背景

丙烯腈是合成腈纶、ABS树脂、碳纤维等关键材料的重要有机化工原料，与国计民生紧密相关，截至2026年我国产能已超556万吨/年。目前全球丙烯腈生产主要采用流化床丙烯氨氧化工艺，其反应过程易发生丙烯深度氧化，大量生成CO和CO2，工艺面临严重的碳排放问题。在“双碳”战略深入推进的背景下，本案例聚焦丙烯氨氧化工艺的降碳难题，以催化剂体系创新为核心，通过催化剂晶格氧结构的精准调控，有效提升了催化剂的丙烯腈收率并抑制了丙烯深度氧化，从源头上降低了丙烯氨氧化工艺碳排放，并通过工艺流程优化进一步降低了反应过程的能耗、物耗，实现了低碳高效的丙烯腈技术，有力支撑了丙烯腈行业的绿色低碳转型。

丙烯腈生产过程中，丙烯深度氧化导致的碳排放问题已成为制约行业绿色发展的核心瓶颈，企业面临“双碳”战略下日益严苛的降碳压力。现有工艺反应过程易发生深度氧化，导致原料丙烯消耗高，且生成大量CO和CO2，工艺碳排放效应显著；同时，现有催化剂在丙烯腈选择性和长周期稳定运行方面存在明显技术瓶颈，增加了催化剂的物耗并产生大量固废。因此，生产企业对工艺降碳的需求日益迫切，亟需从技术源头推动工艺向低碳方向转型。

二、主要做法

针对目前国内丙烯腈技术面临的实际问题，本案例聚焦催化剂体系创新，从丙烯氨氧化反应机理入手，以提高多元催化剂氧化还原性能为导向，着重开展催化剂关键活性相的分析和优化，在大幅提升丙烯腈收率的同时，有效抑制丙烯深度氧化，同时开展丙烯氨氧化工艺流程技术创新，显著降低反应过程的能耗、物耗及碳排放强度，为丙烯腈行业绿色低碳转型提供关键技术支撑。

（一）催化剂体系创新。项目团队结合先进的脉冲反应-同步辐射原位谱学表征技术，阐明了五元钼酸盐分散相结构调控及其促进晶格氧传递、提升反应性能的新机制，发明高结晶度钼酸铋相复合杂原子同晶取代稳定钼酸铁技术，成功创制了晶格氧结构优化的高效丙烯氨氧化催化材料，使丙烯氨氧化催化材料有效晶格氧提升近30%，高负荷条件丙烯腈收率较已有技术提升2.5个百分点，达81.9%。此外，针对流化床催化剂成型中存在活性组分分散不均的技术难题，首创静电/配位锚定的活性相分散成型工艺，显著提高催化剂活性相分散度、球形度并改善粒径分布，工业催化剂稳定性提升一倍以上，并针对补加型催化剂易因活性组分流失导致催化剂失活的问题，控制关键活性组分失活速率，显著提升了补加型催化剂的应用效果，进一步延长了工业催化剂的长周期运行效果，最终创制了具有高活性及稳定性的低碳新型高效丙烯腈催化剂。

（二）反应工艺流程创新。项目团队开展20万吨级大型丙烯腈流化床反应器开发，通过优化反应器与旋风分离器结构，有效降低催化剂跑损率20%，有效减少了日常固废生成量。同时开展丙烯腈换热网络深度优化，采用多级预热流程，减少装置除氧器消耗蒸汽7吨/小时以上，并显著减少装置循环水用量约840吨/小时。此外，开展乙腈单元加减压共沸塔进行热集成，减少乙腈单元低压蒸汽4吨/小时以上，节省冷却水循环水耗量约200吨/小时，有效减少了成套装置运行过程中的蒸汽消耗和水耗，进一步提升了丙烯氨氧化工艺的资源利用效率与清洁生产水平。

三、主要成效

（一）规模应用成效显著。自2020年以来，该项目技术已在国内外共9套大型丙烯腈装置成功应用，整体性能指标先进，有力推动了我国丙烯腈产业的清洁化、绿色化高质量发展。项目开发的低碳高效丙烯腈催化剂于2020年和2021年先后成功应用于山东科鲁尔两套13万吨/年工业装置并运行至今，I期13万吨/年装置平均丙烯腈收率81.9%，平均丙烯消耗1012 kg/吨丙烯腈；II期13万吨/年装置平均丙烯腈收率81.5%，平均丙烯消耗1002 kg/吨丙烯腈，两套装置的丙烯腈收率、丙烯消耗均达到国际先进水平，有效降低了企业生产成本，提升了企业的抗风险能力和市场竞争能力。2021年4月，该催化剂作为补加催化剂在安庆石化13万吨/年丙烯腈装置实现应用。安庆石化13万吨/年丙烯腈装置使用SANC-08催化剂，2013年2月开车，至更换补加剂时已运行8年，催化剂性能下降明显。更换该项目开发的高效催化剂作为补加剂后，装置丙烯腈收率由77.8%提升至80.7%，显著提升2.9个百分点，避免了催化剂的整体更换，有效减少了催化剂消耗和危险固废产生量；催化剂至今已累计运行超13年，创国产丙烯腈催化剂运行寿命最长记录。

（二）重大装置突破。2025年6月，同时应用该项目新型催化剂和优化反应工艺新建的全球最大规模的镇海炼化40万吨/年丙烯腈装置一次开车成功，催化剂运行至今状态稳定良好。标定结果显示装置100%负荷下丙烯腈收率83.3%，三氰收率90.7%，产物收率创行业新高，反应丙烯单耗为984 kg/吨丙烯腈、氨单耗为471 kg/吨丙烯腈，装置丙烯腈+乙腈单元能耗44.77 kg标油/吨丙烯腈，反应物耗、能耗数据创行业新低，综合性能达到国际领先水平。该装置与国外先进丙烯氨氧化工艺相比，丙烯消耗可减少35 kg/吨丙烯腈以上，平均可降低丙烯腈生产过程二氧化碳排放约110 kg/吨丙烯腈，按照100%产能计算，装置每年可减少二氧化碳排放约4.4万吨，节能减排效果显著。

（三）知识产权与成果建设成效。截至目前，围绕本技术，已申请包括催化剂及制备方法、催化剂再生、催化剂补加及反应工艺等关键技术的中国专利共52件，都已获得授权且处有效状态；获授权美国、日本、韩国、欧亚等国家和地区境外专利21件，另形成专有技术5项，相关产品已通过备案1项（备案号20263100000546.0），建立了完善的知识产权保护体系。其中10件核心专利包括：具有高稳定性且高副产乙腈的丙烯氨氧化制丙烯腈催化剂及其制法和应用（ZL 202311542085.1）、丙烯氨氧化制丙烯腈催化剂及其制备方法和应用（ZL 202010592265.0）、一种氨氧化催化剂颗粒、其制造方法及其应用（ZL 201910248162.X）、一种丙烯氨氧化制丙烯腈催化剂及其制备方法和应用（ZL 202111302061.X）、氨氧化催化剂及其制备方法和生产腈类化合物的方法（ZL 202111308571.8）、一种用于丙烯腈生产的补加催化剂、制法及应用（ZL 202010590862.X）、乙腈精制方法（ZL 201510052243.4）、丙烯腈组合物及制备丙烯腈组合物的方法（ZL 201811235059.3）、一种撤热水管、流化床反应器及其在丙烯腈制造中的应用（ZL 202110382764.1）、一种撤热水管、流化床反应器及其在丙烯腈制造中的应用（ZL 202210305903.5）。项目相关成果曾获2023年度中国石化科技进步奖二等奖、2025年度上海市技术发明奖二等奖等荣誉。中石化科技部对该项目开发的技术鉴定，专家组鉴定意见认为：“该催化剂具有低温活性高、耐压性和稳定性好的特点。生产清洁性好，催化剂综合性能达到国际领先水平。建议进一步加快推广应用。”

四、典型意义

该技术市场前景广阔，现有丙烯腈装置均可通过更换补加催化剂等方式降低丙烯消耗，实现企业的节能减排和提质增效。以目前全国556万吨/年丙烯腈产能计算，若全部应用本项目相关技术每年可减少全国丙烯腈装置二氧化碳排放超60万吨，相当于每年减少标准煤消耗约23万吨，可有力推进丙烯腈行业绿色低碳转型。

（本文依据申报单位填报材料整理编写，未对其中数据、事实及表述的真实性、准确性和完整性进行独立核实，相关内容以申报单位填报材料为准）