工藝條件對碳二前加氫催化劑性能的影響

車春霞，程琳，谷麗芬，韓偉，頡偉，錢穎，譚都平，常曉昕，張峰

（1. 蘭州大學 甘肅省有色金屬化學與資源利用重點實驗室， 甘肅 蘭州 730060；2. 中國石油石油化工研究院 蘭州化工研究中心， 甘肅 蘭州 730060）

根據分離流程的不同，乙烯裝置分為兩種工藝：碳二后加氫除炔工藝及碳二前加氫除炔工藝[1]。近年來，國內新建的大型乙烯裝置絕大部分采用碳二前加氫工藝，目前國內采用碳二前加氫工藝的乙烯裝置達到17套，總產能達1 174萬t/a，而目前該類催化劑絕大部分依賴進口，急需開發自主品牌碳二前加氫催化劑[2]。由于在碳二前加氫工藝中存在較多的副反應，同時，其H2、CO含量高、波動大，容易造成裝置的飛溫或漏炔，因此，該催化劑技術開發難度大[3,4]。在前加氫這種工藝中，乙炔前加氫反應器穩定性是整個乙烯裝置平穩運行的關鍵問題，影響反應器的主要因素有入口溫度、進料中CO含量、空速[5,6]。本文采用兩種進口催化劑和兩種自制催化劑，考察了就以上因素對催化劑性能的影響。

1 實驗數據分析

1.1 入口溫度對催化劑性能的影響

催化劑乙炔轉化率、MAPD轉化率、乙烯增量隨入口溫度變化趨勢見圖 1-4。結果表明：隨入口溫度增高，催化劑轉化率逐漸提高，乙烯增量呈先增高后降低的趨勢。催化劑在一定的溫度范圍使用可以得到最高的乙烯增量。通過考察入口溫度對催化劑性能的影響，確定催化劑較佳的使用溫度。進口催化劑1、自制催化劑1、2最佳入口溫度65～70℃；進口催化劑2催化劑為70～75 ℃。

1.2 空速對催化劑性能的影響

催化劑乙炔轉化率、入口溫度隨空速變化趨勢見圖5-8。結果表明：空速7 000～18 000 h-1時，為保證70%左右炔烴轉化，如果提高空速，則需要提高入口溫度才能實現，進口催化劑1入口溫度需從60 ℃升高至65 ℃，自制催化劑1入口溫度需從58℃升至60 ℃，自制催化劑2入口溫度需從58 ℃升至62 ℃，進口催化劑2入口溫度需從 66 ℃升至75 ℃。

圖1 進口催化劑1轉化率及乙烯增量Fig.1 Conversion and ethylenen's increment of imported catalyst 1

圖2 自制催化劑1轉化率及乙烯增量Fig.2 Conversion and ethylenen's increment of prepared catalyst 1

圖3 進口催化劑2轉化率及乙烯增量Fig.3 Conversion and ethylenen's increment of imported catalyst 2

圖4 自制催化劑2轉化率及乙烯增量Fig.4 Conversion and ethylenen's increment of prepared catalyst 2

圖5 進口催化劑1乙炔轉化率、入口溫度隨空速變化Fig.5 Conversion and entrance temperature of imported catalyst 1 change with space velocity

圖6 自制催化劑1乙炔轉化率、入口溫度隨空速變化Fig.6 Conversion and entrance temperature of prepared catalyst 1 change with space velocity

圖7 進口催化劑2乙炔轉化率、入口溫度隨空速變化Fig.7 Conversion and entrance temperature of Imported catalyst 2 change with space velocity

圖8 自制催化劑2乙炔轉化率、入口溫度隨空速變化Fig.8 Conversion and entrance temperature of prepared catalyst 2 change with space velocity

1.3 CO對催化劑性能的影響

催化劑乙炔轉化率、入口溫度隨CO含量變化見圖9-12。結果表明：隨CO含量升高，炔烴轉化率維持在80%左右時，需要通過提高入口溫度來實現：CO含量從400 μL/L提高至1 300 μL/L，單床炔烴轉化率維持在76%～77%左右時， 進口催化劑1入口溫度需從56 ℃提高至67 ℃（9 ℃），自制催化劑 1入口溫度需從 56 ℃提高至 67 ℃（11℃），自制催化劑2入口溫度需從53 ℃提高至62 ℃（9 ℃），而進口催化劑 2達到 64%的轉化率時，入口溫度需從70 ℃提高至83 ℃（13 ℃）。

圖9 進口催化劑1乙炔轉化率、入口溫度隨CO含量變化Fig.9 Conversion and entrance temperature of Imported catalyst 1 change with CO content

圖10 自制催化劑1乙炔轉化率、入口溫度隨CO含量變化Fig.10 Conversion and entrance temperature of prapared catalyst 1 change with CO content

圖11 進口催化劑2乙炔轉化率、入口溫度隨CO含量變化Fig.11 Conversion and entrance temperature of Imported catalyst 2 change with CO content

圖12 自制催化劑2乙炔轉化率、入口溫度隨CO含量變化Fig.12 Conversion and entrance temperature of prapared catalyst 2 change with CO content

3 結 論

考察了入口溫度、空速和CO含量對催化劑性能的影響，結果表明：

（1）提高入口溫度，乙炔轉化率、MAPD轉化率升高，乙烯增量先增加后降低。在保證催化劑具有較高活性的同時，還有較高的乙烯增量，則自制催化劑1、2和進口催化劑1最佳入口溫度為 65～70℃，進口催化劑2催化劑為70～75℃。

（2）和入口溫度相比，空速對催化劑性能的影響稍小。空速在7 000～18 000 h-1時，增大空速，為確保70%炔烴轉化，進口催化劑1入口溫度需從60℃升至65 ℃；自制催化劑1需從58 ℃升至60 ℃；自制催化劑2需從58 ℃升至62 ℃；進口催化劑2需從66 ℃升至75 ℃。

（3）CO含量對催化劑性能影響較大。CO含量升高時，為確保80%的炔烴轉化， 進口催化劑1入口溫度需從56 ℃升至67 ℃；自制催化劑1需從56 ℃升至67 ℃；自制催化劑2需從53 ℃升至62℃；進口催化劑2需從70 ℃升至83 ℃。

［1］ 宋芙蓉，戴偉，楊元一. 世界乙烯工業發展述評[J]. 石油化工，2004，33 ( 12) : 1117-1123．

［2］ 王振維, 盛在行. 乙烯裝置分離順序選擇及前脫丙烷技術[J]. 乙烯工業, 2008,20（4）：52-58

［3］ 孫晶磊. 乙烯裝置碳二前加氫工藝技術及運行穩定性研究[J]. 廣東化工，2005（9）:77-80．

［4］ 吳啟龍, 陳育輝. 乙烯裝置碳二前加氫工藝技術分析[J]. 廣東化工，1999 (4):40-42.

［5］ 張謙溫. 前脫丙烷前加氫催化劑的開發[J]. 乙烯工業，1998增刊:353-356．

［6］ 孔凡貴, 王一民, 黃殿利. KL7741B- T型乙炔前加氫催化劑在乙烯裝置上的應用[J]. 石油化工, 2009，38(5)：546-550．