工艺条件对碳二前加氢催化剂性能的影响

车春霞，程琳，谷丽芬，韩伟，颉伟，钱颖，谭都平，常晓昕，张峰

（1. 兰州大学 甘肃省有色金属化学与资源利用重点实验室， 甘肃 兰州 730060；2. 中国石油石油化工研究院 兰州化工研究中心， 甘肃 兰州 730060）

根据分离流程的不同，乙烯装置分为两种工艺：碳二后加氢除炔工艺及碳二前加氢除炔工艺[1]。近年来，国内新建的大型乙烯装置绝大部分采用碳二前加氢工艺，目前国内采用碳二前加氢工艺的乙烯装置达到17套，总产能达1 174万t/a，而目前该类催化剂绝大部分依赖进口，急需开发自主品牌碳二前加氢催化剂[2]。由于在碳二前加氢工艺中存在较多的副反应，同时，其H2、CO含量高、波动大，容易造成装置的飞温或漏炔，因此，该催化剂技术开发难度大[3,4]。在前加氢这种工艺中，乙炔前加氢反应器稳定性是整个乙烯装置平稳运行的关键问题，影响反应器的主要因素有入口温度、进料中CO含量、空速[5,6]。本文采用两种进口催化剂和两种自制催化剂，考察了就以上因素对催化剂性能的影响。

1 实验数据分析

1.1 入口温度对催化剂性能的影响

催化剂乙炔转化率、MAPD转化率、乙烯增量随入口温度变化趋势见图 1-4。结果表明：随入口温度增高，催化剂转化率逐渐提高，乙烯增量呈先增高后降低的趋势。催化剂在一定的温度范围使用可以得到最高的乙烯增量。通过考察入口温度对催化剂性能的影响，确定催化剂较佳的使用温度。进口催化剂1、自制催化剂1、2最佳入口温度65～70℃；进口催化剂2催化剂为70～75 ℃。

1.2 空速对催化剂性能的影响

催化剂乙炔转化率、入口温度随空速变化趋势见图5-8。结果表明：空速7 000～18 000 h-1时，为保证70%左右炔烃转化，如果提高空速，则需要提高入口温度才能实现，进口催化剂1入口温度需从60 ℃升高至65 ℃，自制催化剂1入口温度需从58℃升至60 ℃，自制催化剂2入口温度需从58 ℃升至62 ℃，进口催化剂2入口温度需从 66 ℃升至75 ℃。

图1 进口催化剂1转化率及乙烯增量Fig.1 Conversion and ethylenen's increment of imported catalyst 1

图2 自制催化剂1转化率及乙烯增量Fig.2 Conversion and ethylenen's increment of prepared catalyst 1

图3 进口催化剂2转化率及乙烯增量Fig.3 Conversion and ethylenen's increment of imported catalyst 2

图4 自制催化剂2转化率及乙烯增量Fig.4 Conversion and ethylenen's increment of prepared catalyst 2

图5 进口催化剂1乙炔转化率、入口温度随空速变化Fig.5 Conversion and entrance temperature of imported catalyst 1 change with space velocity

图6 自制催化剂1乙炔转化率、入口温度随空速变化Fig.6 Conversion and entrance temperature of prepared catalyst 1 change with space velocity

图7 进口催化剂2乙炔转化率、入口温度随空速变化Fig.7 Conversion and entrance temperature of Imported catalyst 2 change with space velocity

图8 自制催化剂2乙炔转化率、入口温度随空速变化Fig.8 Conversion and entrance temperature of prepared catalyst 2 change with space velocity

1.3 CO对催化剂性能的影响

催化剂乙炔转化率、入口温度随CO含量变化见图9-12。结果表明：随CO含量升高，炔烃转化率维持在80%左右时，需要通过提高入口温度来实现：CO含量从400 μL/L提高至1 300 μL/L，单床炔烃转化率维持在76%～77%左右时， 进口催化剂1入口温度需从56 ℃提高至67 ℃（9 ℃），自制催化剂 1入口温度需从 56 ℃提高至 67 ℃（11℃），自制催化剂2入口温度需从53 ℃提高至62 ℃（9 ℃），而进口催化剂 2达到 64%的转化率时，入口温度需从70 ℃提高至83 ℃（13 ℃）。

图9 进口催化剂1乙炔转化率、入口温度随CO含量变化Fig.9 Conversion and entrance temperature of Imported catalyst 1 change with CO content

图10 自制催化剂1乙炔转化率、入口温度随CO含量变化Fig.10 Conversion and entrance temperature of prapared catalyst 1 change with CO content

图11 进口催化剂2乙炔转化率、入口温度随CO含量变化Fig.11 Conversion and entrance temperature of Imported catalyst 2 change with CO content

图12 自制催化剂2乙炔转化率、入口温度随CO含量变化Fig.12 Conversion and entrance temperature of prapared catalyst 2 change with CO content

3 结 论

考察了入口温度、空速和CO含量对催化剂性能的影响，结果表明：

（1）提高入口温度，乙炔转化率、MAPD转化率升高，乙烯增量先增加后降低。在保证催化剂具有较高活性的同时，还有较高的乙烯增量，则自制催化剂1、2和进口催化剂1最佳入口温度为 65～70℃，进口催化剂2催化剂为70～75℃。

（2）和入口温度相比，空速对催化剂性能的影响稍小。空速在7 000～18 000 h-1时，增大空速，为确保70%炔烃转化，进口催化剂1入口温度需从60℃升至65 ℃；自制催化剂1需从58 ℃升至60 ℃；自制催化剂2需从58 ℃升至62 ℃；进口催化剂2需从66 ℃升至75 ℃。

（3）CO含量对催化剂性能影响较大。CO含量升高时，为确保80%的炔烃转化， 进口催化剂1入口温度需从56 ℃升至67 ℃；自制催化剂1需从56 ℃升至67 ℃；自制催化剂2需从53 ℃升至62℃；进口催化剂2需从70 ℃升至83 ℃。

［1］ 宋芙蓉，戴伟，杨元一. 世界乙烯工业发展述评[J]. 石油化工，2004，33 ( 12) : 1117-1123．

［2］ 王振维, 盛在行. 乙烯装置分离顺序选择及前脱丙烷技术[J]. 乙烯工业, 2008,20（4）：52-58

［3］ 孙晶磊. 乙烯装置碳二前加氢工艺技术及运行稳定性研究[J]. 广东化工，2005（9）:77-80．

［4］ 吴启龙, 陈育辉. 乙烯装置碳二前加氢工艺技术分析[J]. 广东化工，1999 (4):40-42.

［5］ 张谦温. 前脱丙烷前加氢催化剂的开发[J]. 乙烯工业，1998增刊:353-356．

［6］ 孔凡贵, 王一民, 黄殿利. KL7741B- T型乙炔前加氢催化剂在乙烯装置上的应用[J]. 石油化工, 2009，38(5)：546-550．