碳二加氫影響因素及應(yīng)對措施

摘? 要：大慶石化新建60萬噸/年乙烯裝置使用的是我國自主研發(fā)的首套大型乙烯成套專利技術(shù)，碳二加氫反應(yīng)器是整套裝置的核心部分，其運行狀態(tài)直接影響到乙烯產(chǎn)品的質(zhì)量和整套裝置的穩(wěn)定運行，但由于影響碳二加氫反應(yīng)器穩(wěn)定運行的因素較多，且相對復(fù)雜，所以碳二加氫反應(yīng)器一直是制約乙烯裝置長周期穩(wěn)定運行的瓶頸。

本文采取了文獻(xiàn)調(diào)查法以及觀察法，以大慶石化新建60萬噸/年乙烯裝置為基礎(chǔ)，分析碳二加氫反應(yīng)器穩(wěn)定運行的影響因素并針對碳四、一氧化碳含量、空速、以及反應(yīng)溫度等影響因素。

關(guān)鍵詞：碳二加氫反應(yīng)器;影響因素;優(yōu)化;操作;乙烯

引言

乙烯可生產(chǎn)出大量重要的化工產(chǎn)品，但其生產(chǎn)裝置耗能大、流程繁雜且生產(chǎn)過程通常存有參數(shù)未知性、突發(fā)性、純滯性等特點。乙烯生產(chǎn)工藝流程中的重要設(shè)備即碳二加氫反應(yīng)器，該設(shè)備運行好壞會直接影響乙烯產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。所以本次研究分析影響碳二加氫反應(yīng)器運行因素對裝置的穩(wěn)定運行及乙烯生產(chǎn)質(zhì)量等后續(xù)操作和管理起著積極的促進(jìn)作用，為后續(xù)工藝改進(jìn)提供一定幫助。

一、碳二加氫反應(yīng)器簡介

1、碳二加氫裝置原理

大慶石化新建60萬噸/年乙烯裝置采用前脫丙烷前加氫流程，使用的是殼牌的鈀系催化劑，碳二加氫反應(yīng)器ER-3425有三段催化劑床層串聯(lián)，反應(yīng)器各床層之間設(shè)有中間冷卻器。

在加氫催化劑存在下，其反應(yīng)原理為：

主反應(yīng)：C2H2+H2=C2H4

副反應(yīng)：C2H2+2H2=C2H6

C2H4+H2=C2H6

mC2H2+nH2=低聚物（綠油）

2、本文研究內(nèi)容

本文以大慶石化化工一廠乙烯車間碳二加氫裝置作為研究對象，開展對碳二加氫裝置影響因素的研究。主要內(nèi)容如下：

（1）分析碳二加氫裝置的基本原理，依據(jù)查閱知識以及工作經(jīng)驗，研究碳二加氫裝置的影響因素。

（2）依據(jù)分析的結(jié)果，主要研究碳四、一氧化碳含量、空速、以及反應(yīng)溫度對該裝置的影響。

二、碳二加氫反應(yīng)器運行影響因素

1、反應(yīng)溫度的影響

（1）入口溫度的影響

碳二加氫反應(yīng)器的入口溫度對催化劑性能的發(fā)揮是至關(guān)重要的，只有催化劑達(dá)到初始反應(yīng)溫度，催化劑才能進(jìn)行乙炔加氫除炔反應(yīng)。隨著催化劑使用時間的增長，催化劑活性的下降，需要相應(yīng)的提高操作溫度，彌補(bǔ)其活性的下降，從而達(dá)到催化劑長周期穩(wěn)定運行，保證碳二加氫反應(yīng)器出口產(chǎn)品合格。

提高溫度會使催化劑選擇性下降，有利于副反應(yīng)的發(fā)生，乙炔選擇性加氫希望產(chǎn)生乙烯，這樣既脫除了乙炔，又增加了乙烯。如果發(fā)生其他副反應(yīng)會造成乙烯損失，高溫生成的綠油分子鏈增長，使之更易附在催化劑表面而使其失活提高反應(yīng)溫度，生成低聚物的反應(yīng)還會影響催化劑性能。

2、空速的影響

保持空速穩(wěn)定對反應(yīng)器平穩(wěn)操作極為重要，在穩(wěn)定空速條件下，催化劑床層溫度的分布較為均勻。空速越高，反應(yīng)深度越低，但容易導(dǎo)致反應(yīng)器出口炔烴超標(biāo)。空速低意味著反應(yīng)時間長，反應(yīng)深度提高，所以降低空速對于提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率是有利的。

3、CO的影響

（1）CO濃度對碳二前加氫反應(yīng)器溫升的影響

碳二加氫反應(yīng)器入口CO濃度是影響催化劑反應(yīng)活性的重要因素。CO在碳二加氫催化劑的吸附速度要比乙炔快，過多的CO就會占據(jù)催化劑表面的活性點，抑制催化劑對乙炔加氫的催化作用，引起催化劑暫時性中毒，從而引發(fā)“漏炔”。如果CO濃度波動較大而調(diào)整不當(dāng)時，不但不能避免“漏炔”還有可能造成反應(yīng)器“飛溫”。

其中造成裂解氣中CO波動的原因有：

1）加氫裂化尾油、氣相輕烴裂解爐投料前沒有進(jìn)行預(yù)硫化操作，導(dǎo)致在裂解爐輻射爐管中沒有硫化劑與管材中的Cr、Ni形成完全的保護(hù)膜將爐管內(nèi)壁上的焦炭與管材中的Cr、Ni隔離開，造成Cr、Ni促進(jìn)CO的生成。

2）裂解爐爐管內(nèi)物料流動分布不均或稀釋蒸汽的量過少，個別爐管內(nèi)物料停留時間過長，發(fā)生二次反應(yīng)，促使CO的生成。

3）進(jìn)料中醇類和醚類物質(zhì)含量嚴(yán)重超標(biāo)，造成醇類、醚類物質(zhì)在裂解爐高溫中分解成CO。

（2）對鈀系催化劑選擇性的影響

一氧化碳是乙炔加氫反應(yīng)重要抑制劑，對催化劑的選擇性的影響很大。乙炔加氫鈀系催化劑的選擇性取決于物料中各組分在催化劑表面的競爭吸附能力的大小。一些組分在鈀催化劑表面的吸附能力順序為：硫化物>乙炔>一氧化碳>丁二烯>甲基乙炔>丙二烯>乙烯>丙烯>二氧化碳。由于CO在催化劑表面的吸附能力比乙烯、甲基乙炔、丙二烯的吸附能力強(qiáng)，故在物料中的CO也可以抑制催化劑對乙烯的加氫催化作用。

（3）對鈀系催化劑活性的影響

鈀系催化劑雖然具有很強(qiáng)的抗CO毒害的能力，在300～2000mL/m3的CO濃度下仍具備乙炔加氫催化的活性，但物料中較高的CO濃度能導(dǎo)致催化劑活性大幅度降低，造成催化劑暫時性中毒的現(xiàn)象。所以一定量的一氧化碳對碳二加氫的選擇性是有好處的。

（4）碳四組分的影響

在前脫丙烷前加氫流程中，高低壓脫丙烷塔將進(jìn)料中部分碳四及以上的組分分離并從塔釜采出，塔頂?shù)奶既耙韵陆M分進(jìn)入碳二加氫反應(yīng)器，高壓脫丙烷塔塔頂控制微量碳四含量，防止過量碳四中的丁二烯在加氫催化劑用下，發(fā)生加氫反應(yīng)生成丁烯、丁烷，并放出大量的熱量，如果這些熱量不能及時被帶走，會導(dǎo)致反應(yīng)器床層溫度急劇上升，造成反應(yīng)器升溫。因此在操作中一定要嚴(yán)格控制高壓塔頂碳四的含量。

結(jié)論

通過研究反應(yīng)溫度，空速、一氧化碳、碳四含量影響碳二加氫反應(yīng)器穩(wěn)定運行的原因，總結(jié)操作經(jīng)驗，優(yōu)化調(diào)整方法，使得大慶石化新建60萬噸/年乙烯裝置碳二加氫反應(yīng)器一直處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。今后將根據(jù)裝置原料、負(fù)荷和催化劑活性變化，進(jìn)一步對影響碳二加氫反應(yīng)器的因素進(jìn)行分析，使裝置能夠在穩(wěn)定狀態(tài)下長周期運行，為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。

參考文獻(xiàn)

[l]? 董祥明.大慶石化碳二加氫反應(yīng)器運行影響因素分析[J].江西化工，2014（2）：85-88.

[2]? 沈基顯，劉亮.武漢乙烯裝置碳二加氫系統(tǒng)運行狀況分析[J].乙烯工業(yè)，2015（3）：16-19.

[3]? 王飛.乙烯裝置中碳二加氫反應(yīng)器的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)建模與優(yōu)化 [D].華東理工大學(xué)，2012

[4]? 王松漢.乙烯裝置技術(shù)與運行[M].中國石化出版社，2009.

[5]? 孫晶磊.乙烯裝置碳二前加氫工藝技術(shù)與運行穩(wěn)定性研究[J].廣東化工，2005，（9）：86.

[6]? 陳濱.乙烯工業(yè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

[7]? 王平.乙烯裝置碳二前加氫催化劑運行探討[J].乙烯工業(yè)，2010，22（2）：24.

[8]? 肖樹萌.碳四組分對碳二加氫系統(tǒng)的影響[J].乙烯工業(yè)2005，17（2）：58.

[3]? 車春霞，程琳，谷麗芬，等.工藝條件對碳二前加氫催化劑性能的影響[J].當(dāng)代化工，2013，42（9）：1207-1209.

[9]? GobboR，SoaresRP，LansarinMA，etal.Modeling，simulationandoptimizationofafront-endsystemforacetylenehydrogenationreactors[J].BrazJChemEng，2004，21（4）：545-556.

[10]李立新.乙炔前加氫反應(yīng)器運行穩(wěn)定性的研究[J].化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，2004，20（1）：47-53.

作者簡介：李巖，男，1967年02月17日，漢，黑龍江省大慶市，在大慶石化公司化工一廠乙烯車間從事分離工作。