PDH裝置反應器漏催化劑的現象及影響

金勇威，隋秀鵬

（浙江紹興三錦石化有限公司，浙江紹興 312000）

丙烯是一種重要的有機化工原料，其工業用量僅次于乙烯，除用于生產聚丙烯外，還是生產苯酚、丙酮、丙二醇、丙烯腈、環氧丙烷、丙烯酸、丁醇、辛醇以及異丙醇等產品的主要原料[1-2]。

目前已工業化的丙烷脫氫制丙烯工藝技術主要有UOP公 司 的Oleflex工 藝、Lummus公 司Catofin工 藝、Krupp Uhdewcng公司的STAR工藝和Linde-BASF-Statoil共同開發的PDH工藝等[3-4]。

我公司采用UOP丙烷脫氫制丙烯工藝，Oleflex 工藝催化劑是以氧化鋁作為載體的Pt系催化劑，以連續再生的方式來保持活性；反應器采用四個移動床反應器串聯，以冷箱循環氫氣作為丙烷稀釋劑來抑制過反應，使得丙烷脫氫反應程度按照期望進行。丙烷經過原料預處理、脫氫反應、壓縮、低溫分離、選擇性加氫、脫乙烷、丙烷-丙烯分離等過程生產高純度丙烯[5]。此次漏劑現象發生在反應單元，即裝置的核心區域，首先發現問題的是在連續再生單元的緩沖料斗（Surge Hopper）中催化劑料位有持續下降，同時在壓縮工段的入口分離器里面含有催化劑。相關流程見圖1、圖2。

圖1 催化劑連續再生流程圖

圖2 產品氣壓縮機流程

1 催化劑連續再生流程簡介

我公司丙烷脫氫制丙烯裝置采用UOP催化劑移動床技術，催化劑在參與催化脫氫反應過程中會積累焦炭，為確保催化劑始終保持良好的催化活性，4#反應器（Reactor No.4）中待生催化劑被提升、除塵后進入再生器（Regeneration Tower）中進行燒焦、干燥、氧氯化，再生后催化劑經流量控制料斗（Flow Control Hopper）、緩沖料斗（Surge Hopper）、2號閉鎖料斗（Lock Hopper #2）、5號提升器（Lift Engager #5）進行冷卻置換成氫烴環境后被重新提升回1#反應器頂部（Reduction Zone）進行還原，還原后的催化劑活性將恢復到較高水平，活性催化劑在4個反應器之間提升流動。

在每個反應器的下部均設置了一個催化劑收集器（Catalyst Collector），催化劑從反應器中經重力流入收集器中，經過干氣對收集器中的催化劑進行吹掃冷卻。在1、2、3號收集器下部設置對應的提升器（Lift Engager），完成催化劑在各反應器之間的提升。

催化劑在反應器中處于氫烴環境，所以LE1、LE2、LE3用干氣進行提升，而催化劑在再生器中為有氧環境，為隔絕氧氣與氫烴接觸實現安全再生，裝置配備了1號閉鎖料斗（Lock Hopper #1）與2號閉鎖料斗（Lock Hopper #2），從而實現環境安全轉變。LH1處于4號收集器與LE4之間，實現催化劑氫烴環境至氮氣環境的轉變。LE4用氮氣進行提升，從而實現氫烴環境的待生劑完全轉變為氮氣環境。催化劑循環速率由位于再生器下部的流量控制料斗（Flow Control Hopper）來控制。流量控制料斗下部設置有緩沖料斗，緩沖料斗下部有循環水盤管，對再生塔內的高溫催化劑進行冷卻，緩沖料斗底部通一股N2，對含氧催化劑進行吹掃。

在緩沖料斗冷卻后的氧化態催化劑將被重新提升回至1#反應器頂部的還原區，將從氧氣環境回到氫烴環境之中，所以在LE5的上部設置了2號閉鎖料斗來實現環境的安全轉換。

2 現象及影響

1）緩沖料斗料位的快速變化意味著反應區域及催化劑連續再生區域總的催化劑藏量在減少，為了驗證料位計的準確性，后期加入1t的催化劑發現料位有上漲，確認催化劑有流失，見表1。

表1 緩沖料斗相應料位與時間關系表

2）反應壓縮工段產品氣壓縮機工藝參數變化，包括產品氣壓縮機（REC）入口罐壓力、一段入口溫度、二段入口溫度、三段入口溫度、三段出口溫度的變化，見表2。期間由于入口壓力過低及級間入口溫度升高，降低REC轉速及開大級間冷卻器循環水量。

表2 產品氣壓縮機工藝參數與時間關系表

3）由于PDH丙烷脫氫反應存在一定副反應，部分副反應會產生一些膠類物質黏在水冷器上影響換熱效果，UOP設計有注溶劑系統對反應器出口水冷器即反應產品氣入口水冷器及反應產品氣壓縮機各級間水冷器進行定期在線洗滌。為了驗證催化劑跑入REC入口罐，在進行洗滌過程中，發現REC入口罐回液過程中溶劑回液泵過濾器有堵塞現場，現場清理出2大桶催化劑。

4）為了確認確實是反應器內有催化劑損失跑至REC入口罐，在確認停車前進行了停止催化劑循環下的各反應器料位跟蹤，結果如表3所示。

表3 各反應器還原/緩沖區料位與時間關系表

考慮到催化劑流動性對料位的影響，最終判斷4號反應器緩沖區料位異常下降，基本確認4號反應器外網內漏導致跑劑至REC入口罐。并根據料位下降速度及設備尺寸基本確認催化劑每小時損失量，經公司決定進行停車處理，停車后檢查4號反應器外網，確認外網有環向焊接裂縫約2m。

3 處理措施及建議

在發現緩沖料斗料位比正常速度下降快時，需警惕催化劑的意外損失，由于催化劑的跑失可能會導致反應后系統產品氣溫度、壓力的變化，如入口壓力的持續下降，級間換熱器出口溫度的持續上漲，此時不易緊急停車造成不必要的損失，首先調整REC工況，確保REC運行正常，然后判斷所有可能損失催化劑的情況，估算催化劑每小時損失量，進行核算，同時可以通過洗溶劑的方式將泄漏至REC入口罐的催化劑洗滌出來。由于反應器網漏導致的催化劑跑劑現場國內外其他裝置也有發生，為防止此類事故再發生，建議做好以下幾點：

1）定期核算催化劑藏量，確認催化劑沒有異常損失。

2）定期進行溶劑洗滌，可檢查催化劑有無漏出。

3）每日定時對工藝參數進行記錄，積極發現問題隱患。

4）及時采購催化劑并備用，保持緩沖料斗料位在可測量位置。