煤制乙二醇加氫催化劑不鈍化無氧卸出的研究

宋憲生鄭衛(wèi)(．安陽永金化工投資管理有限公司， 河南 鄭州 450000；．安陽永金化工有限公司， 河南 安陽 45533)

煤制乙二醇加氫催化劑不鈍化無氧卸出的研究

宋憲生1鄭衛(wèi)2(1．安陽永金化工投資管理有限公司， 河南 鄭州 450000；2．安陽永金化工有限公司， 河南 安陽 455133)

乙二醇，又稱甘醇，是一種非常重要的工業(yè)原料，在很多的化工生產(chǎn)方面都會用到。傳統(tǒng)的乙二醇生產(chǎn)方法有環(huán)氧乙烷水合法、乙烯直接水合法以及二氯乙烷水解法。這些傳統(tǒng)的方法存在自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但是現(xiàn)在有更加先進(jìn)的技術(shù)煤制乙二醇方法。所謂的煤制乙二醇指的是一氧化碳偶聯(lián)合生成草酸酯，生成的草酸酯又通過加氫工藝生成乙二醇的過程。這種方法在帶來好處的同時也存在這一些需要改進(jìn)的方面。加氫的過程是需要催化劑參加的，但是反應(yīng)過后催化劑的處理很復(fù)雜，而且需要的時間比較長。本文就將根據(jù)工作中的經(jīng)驗(yàn)，介紹一種新型的催化劑處理辦法，提高工藝的效率和安全系數(shù)，并間接的提高經(jīng)濟(jì)效益。

煤制乙二醇;催化劑;不鈍化

1 概述

1.1 乙二醇的概述

乙二醇，又稱甘醇，在一般的情況下，乙二醇為無色透明的液體，具有一定的黏度，帶有一定的甜味。乙二醇的吸濕能力比較好，揮發(fā)性差，閃點(diǎn)比較高，易燃。

乙二醇因?yàn)榫哂辛己玫奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)，所以是制造很多化工產(chǎn)品的原材料。比如，很多的防凍液中都有乙二醇。乙二醇作為一種有機(jī)物，是一種很好的有機(jī)溶劑。乙二醇可以溶解很多的纖維和樹脂等材料。

1.2 乙二醇傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝

傳統(tǒng)的乙二醇生產(chǎn)工藝有環(huán)氧乙烷水合法、乙烯直接水合法以及二氯乙烷水解法這三種常見的辦法。其中，環(huán)氧乙烷水合法耗能太高，不利于節(jié)能降耗。乙烯直接水合法中選擇的催化劑具有一定的腐蝕性，對于設(shè)備的要求比較高。最后，二氯乙烷水解法的生產(chǎn)過程也會帶有一定的腐蝕性，而且副產(chǎn)物的分離比較困難，這三種方法都面臨著淘汰。

2 目前該技術(shù)的發(fā)展水平及現(xiàn)狀

煤制乙二醇已經(jīng)是一種趨勢，他具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢?，F(xiàn)在化工廠普遍采用的辦法是將反應(yīng)分為兩部分來進(jìn)行。第一步，首先把一氧化碳通過偶聯(lián)的辦法合成草酸酯。第二步是將第一步反應(yīng)生成的草酸酯在加入催化劑的條件下生成最后的成品乙二醇。

(1)在催化劑的選擇方面，生產(chǎn)中使用的是銅系催化劑。該催化劑的反應(yīng)效率比較高，但是在催化加氫的過程結(jié)束以后，需要對催化劑進(jìn)行鈍化處理。催化劑表面會有還原性的物質(zhì)，空氣中有大量的氧氣存在。如果催化劑的表面在卸出的過程中沒有進(jìn)行鈍化處理，催化劑的表面物質(zhì)會和空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。這種化學(xué)反應(yīng)劇烈的時候會發(fā)生燃燒，產(chǎn)生的熱量短時間無法擴(kuò)散，這些熱量會對周圍的工人和設(shè)備造成非常嚴(yán)重的傷害。

(2)按照目前的工藝，催化劑在卸出的過程中需要進(jìn)行鈍化處理。鈍化催化劑采用的設(shè)備為往復(fù)式壓縮機(jī)。鈍化催化劑的過程是一體化進(jìn)行的，即對三組加氫反應(yīng)器的催化劑同時進(jìn)行鈍化處理。但是在同時鈍化的過程中也有一個前后的順序，鈍化處理是按照從前到后的順序進(jìn)行的。這樣的鈍化過程也是需要改進(jìn)的，因?yàn)檫@個過程存在一定的弊端。該方法在鈍化的過程中，加氫的循環(huán)量并不充足，氣體在反應(yīng)器內(nèi)存在偏流現(xiàn)象，而且有時比較嚴(yán)重。氣體的偏流會導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)的熱量不能及時的導(dǎo)出，或者熱量分布不均勻。熱量在某個地方集中而且又不能很好的散熱就會導(dǎo)致發(fā)生局部過熱的現(xiàn)象。局部過熱會對反應(yīng)設(shè)備的本身產(chǎn)生很大的傷害，影響設(shè)備的壽命，嚴(yán)重的話會產(chǎn)生安全生產(chǎn)的事故。

(3)催化劑的表面附著物會影響催化劑的鈍化過程。在催化加氫的反應(yīng)過程中，催化的表面會附著一定量的焦油，有機(jī)化合物還有一些其他的黏度比較大的物質(zhì)。這些物質(zhì)會一直跟隨催化劑到鈍化處理的過程中。催化劑鈍化處理的過程會放出大量的熱量，這些熱量會使催化劑的溫度升高很多，這在高溫的狀態(tài)下，催化劑表面的這些附著物會很容易的變成氣態(tài)或者液態(tài)。隨后，這些物質(zhì)會隨著氣體的循環(huán)帶出反應(yīng)器。在出反應(yīng)器的過程中，隨著熱量的降低，這些物質(zhì)的狀態(tài)會隨著溫度的降低而變得粘稠。最終，這些物質(zhì)會附著在循環(huán)氣壓縮機(jī)入口或者壓縮機(jī)內(nèi)部以及壓縮機(jī)氣閥的位置。一旦這些粘稠的物質(zhì)堵塞重要位置，就會防礙壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。壓縮機(jī)是催化劑鈍化過程中非常重要的設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障，催化劑的鈍化過程會受到很大的影響。壓縮機(jī)的進(jìn)氣量減小會延長鈍化的周期，經(jīng)濟(jì)效益也會受到一定程度的影響。

(4)在催化劑鈍化的過程中會有結(jié)焦的物質(zhì)生成。在上邊提到的，催化劑的表面會有一些有機(jī)物質(zhì)的殘留。殘留的這部分焦油和有機(jī)化合物在高熱量高溫的條件下會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這個化學(xué)反應(yīng)生成的物質(zhì)會在管道的表面生成一定的結(jié)焦物質(zhì)。為了不影響下次的生產(chǎn)過程，在每次卸出催化劑的過程中都需要一個清洗過程，即用高壓水槍對管道的表面進(jìn)行清洗，目的就是為了清除那些結(jié)焦的物質(zhì)，避免對下一個生產(chǎn)過程產(chǎn)生影響。為了清洗這些結(jié)焦物質(zhì)，大約需要耗費(fèi)7天的時間，這就大大的降低了化工廠的經(jīng)濟(jì)效益。

(5)根據(jù)傳統(tǒng)的工藝?yán)碚?，一個完整的催化劑卸出過程需要經(jīng)歷催化劑鈍化過程，卸出經(jīng)過鈍化處理的催化劑的過程，清洗反應(yīng)容器過程，然后就是下一個周期的裝填催化劑的過程。按照這個周期計算，每一個催化劑的卸出周期至少需要20天的時間，這樣的生產(chǎn)效率需要改進(jìn)。只有把生產(chǎn)周期縮短才能在一定的時間內(nèi)生產(chǎn)更多的產(chǎn)品。

2．6 因?yàn)閭鹘y(tǒng)的鈍化工藝會導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低，所以在改進(jìn)生產(chǎn)工藝的過程中就嘗試了催化器無氧卸出的方法。隨著實(shí)驗(yàn)的不斷進(jìn)行，該技術(shù)已經(jīng)取得了一定的效果。經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)的隊(duì)伍已經(jīng)可以穩(wěn)定可靠的把不經(jīng)過鈍化處理的催化劑從反應(yīng)器中卸出來。實(shí)現(xiàn)催化劑無氧卸出以后，整個生產(chǎn)周期的時間可以減少7天左右。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和催化劑的包裝技術(shù)有很大的關(guān)系。在1988年，國外已經(jīng)有人發(fā)明了專門用于裝載催化劑的集裝箱。一般來講，催化劑的包裝采用的是袋裝或者鐵桶。但是這兩種方法和催化劑集裝箱相比還是存在一定的不足。催化劑集裝箱更加的安全可靠，而且還有環(huán)保高效的特點(diǎn)。因?yàn)樗菫檠b載催化劑量身定做的，所以它的最大的優(yōu)點(diǎn)在于密封性。新型的催化劑集裝箱不僅增大了有效的裝載容量，而且在運(yùn)輸和儲存的過程中還可以表現(xiàn)的更加靈活。

3 主要的技術(shù)改進(jìn)以及效果

本次實(shí)踐的化工廠為永金公司的一家化工廠，在實(shí)踐之前，公司和催化劑處理的專業(yè)公司進(jìn)行了深入的技術(shù)交流，對技術(shù)的探索和一些保護(hù)措施以及一些應(yīng)急處理措施都進(jìn)行了深入的溝通。最后雙方詳細(xì)的研究了永金公司的實(shí)際情況，根據(jù)永金公司催化加氫制乙二醇的生產(chǎn)設(shè)備制定了具體的實(shí)踐方案。該方案的目的是通過實(shí)現(xiàn)加氫催化劑不經(jīng)過鈍化的過程，在無氧的狀態(tài)下，真空卸出生產(chǎn)過程中已經(jīng)用過的銅系催化劑。因?yàn)椴恍枰獙⒋呋瘎┾g化了，所以可以節(jié)省鈍化催化劑這一時間段。經(jīng)過相關(guān)的計算，通過該工藝的催化劑卸出方案，可以在每個生產(chǎn)周期中節(jié)省7天的時間，大大提高了生產(chǎn)的效率。而且因?yàn)槭钦婵諣顟B(tài)下的卸出，所以不會把帶有污染性的物質(zhì)排放到大氣中，也實(shí)現(xiàn)了環(huán)保的目的。另外，因?yàn)榇呋瘎]有了鈍化的過程，也就沒有了清洗的過程，節(jié)省時間的同時，也避免了清洗反應(yīng)器過程中因?yàn)闊崃康木植考袔淼奈ｋU，對于安全生產(chǎn)也有非常重要的意義。

另外，永金公司還做了產(chǎn)業(yè)的延伸。催化劑卸出以后并沒有結(jié)束。永金公司和催化劑廢棄處理廠也做出了很好的合作。卸出的沒有經(jīng)過鈍化的催化劑直接用封閉的催化劑專用集裝箱進(jìn)行封存。該集裝箱是專門為催化劑設(shè)計的，和傳統(tǒng)的封裝相比，儲存效率和安全密封性上都有了很大的提高。使用該集裝箱進(jìn)行儲存和運(yùn)輸，在安全方面可以有很好的保障。卸出的催化劑經(jīng)過催化劑集裝箱的密封運(yùn)輸之后到達(dá)催化劑處理廠，在處理廠可以進(jìn)行妥善的處理，經(jīng)過一定的技術(shù)處理還可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)價值。

在實(shí)踐結(jié)束之后，永金公司和催化劑處理公司進(jìn)行了綜合的評估。通過記錄和計算，通過本次的技術(shù)改進(jìn)，生產(chǎn)乙二醇所用的催化劑更新周期至少縮短10天，有效的增加了產(chǎn)能和產(chǎn)值，具有非常積極的意義。

4 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測分析

以永金公司化工廠的生產(chǎn)為例，按照以前的生產(chǎn)工藝，卸出催化劑之前需要停車，用金屬置換出催化劑，將催化劑進(jìn)行鈍化處理，卸出催化劑，清洗反應(yīng)器的管道，裝填新的催化劑，加熱升溫。該過程是不僅操作繁瑣，而且還存在周期長，效率低的特點(diǎn)。經(jīng)過本次的技術(shù)改進(jìn)，節(jié)省了鈍化催化劑，卸出催化劑和清洗管道的時間。以往的工藝每次檢修至少需要25天的時間，但是現(xiàn)在每個周期15天就足夠了。按照目前的市場價格，乙二醇的加工為6500/噸。所以換算下來，永金公司每年的生產(chǎn)總值額外增加3150萬元。效果非常明顯。

4 操作中的一些注意事項(xiàng)

(1)催化劑在無氧卸出的過程需要有人進(jìn)入到反應(yīng)器的內(nèi)部，對于進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部的工人的安全一定要妥善的安排，一定要保障工人的安全。

(2)催化劑卸出過程中還是會產(chǎn)生一定量的廢水和灰塵等污染物，對于這些污染物一定要妥善的處理，不能對周圍的環(huán)境產(chǎn)生危害。

(3)催化劑在無氧卸出的過程中是通過氮?dú)獍模詫τ诘獨(dú)獾男枨罅勘容^巨大，一定要保障氮?dú)獾墓?yīng)，否則一旦出現(xiàn)氮?dú)獠蛔愕那闆r，催化劑就會和空氣中的氧氣結(jié)合。在結(jié)合的過程中會發(fā)生燃燒的事故。所以一定要保障氮?dú)獾墓?yīng)。另外，催化劑卸出過程中離不開電氣設(shè)備，所以電力的供應(yīng)一定要安排好，必要的時候要有備用的電源。否則可能出現(xiàn)危險事故。

(4)雖然說催化劑集裝箱的性能很可靠，但是卸出的催化劑還是危險品。在運(yùn)輸和儲存的過程中還要制定相關(guān)的安全措施，避免發(fā)生危險。

(5)催化劑還是需要后期處理的，所以一定要做好和催化劑處理廠無縫對接的工作，切實(shí)把催化劑處理好。

6 結(jié)語

以上就是煤制乙二醇催化劑不鈍化無氧卸出的全部內(nèi)容。以往的生產(chǎn)工藝雖然具有使用的價值，但是技術(shù)還是需要不斷改進(jìn)的。經(jīng)過改進(jìn)的工藝，生產(chǎn)效率和安全系數(shù)有了很大的改善，化工生產(chǎn)的工藝改進(jìn)是一個永遠(yuǎn)在路上的事情。

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[4]張駿馳.天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化改造制乙二醇合成氣方案的研究[J].煉油技術(shù)與工程,2015，(03).

宋憲生(1963- ),男,本科,河南林州人,高級工程師,研究方向：煤制乙二醇。