C2 加氫等溫反應(yīng)器催化劑更換策略

逯永強(qiáng)

（中國(guó)石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江 大慶 163000）

乙烯的生產(chǎn)過程中C2加氫是非常重要的工藝流程，而催化加氫被廣泛應(yīng)用在裂解產(chǎn)物中的炔烴脫除過程中。此過程應(yīng)用的反應(yīng)器主要是等溫反應(yīng)器和絕熱反應(yīng)器。等溫反應(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)反應(yīng)溫度的有效控制，在較低的反應(yīng)溫度條件下能夠激發(fā)催化劑的活性、提升催化劑的選擇性，運(yùn)行周期也逐漸延長(zhǎng)。但在長(zhǎng)期應(yīng)用后，炔烴的轉(zhuǎn)化率不斷降低，并會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器出現(xiàn)漏炔，甚至出現(xiàn)乙烯產(chǎn)品不合格等現(xiàn)象，此時(shí)說明催化劑已失去了催化性能。如果催化劑通過再生方法仍不能恢復(fù)其性能，則必須及時(shí)進(jìn)行催化劑更換。

1 C2 加氫工藝概述

某公司裂解車間E1裝置針對(duì)裂解氣進(jìn)行分離處理的過程中主要應(yīng)用的是后加氫工藝流程，在整個(gè)C2加氫系統(tǒng)中主要使用2 臺(tái)等溫反應(yīng)器及3臺(tái)絕熱反應(yīng)器，生產(chǎn)中采取的是其中1臺(tái)等溫反應(yīng)器與其它2臺(tái)絕熱反應(yīng)器進(jìn)行串聯(lián)使用。

等溫反應(yīng)器主要以管式反應(yīng)器的方式存在，在其管內(nèi)部放置催化劑，在整個(gè)生產(chǎn)過程中主要依靠反應(yīng)器殼程內(nèi)部的汽化丁烷帶走大量的反應(yīng)熱，以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的恒溫運(yùn)行狀態(tài)，并進(jìn)一步提高催化劑在反應(yīng)過程中的選擇性。

在反應(yīng)過程中，C2組分從反應(yīng)器頂部進(jìn)入，通過管內(nèi)與催化劑充分接觸發(fā)生反應(yīng)，并通過與殼程的丁烷不斷換熱，實(shí)現(xiàn)保持合理的反應(yīng)溫度，整個(gè)過程遵循自上而下的順序，最終物料會(huì)在等溫反應(yīng)器中順利將其中70%的炔烴脫除出來，剩下的部分炔烴會(huì)利用后續(xù)的絕熱反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)脫除，經(jīng)過反應(yīng)后保證出口超過5×10-6，以滿足乙烯產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。在整個(gè)生產(chǎn)過程中通過冷劑罐來實(shí)現(xiàn)多余反應(yīng)熱的控制，并通過冷凝作用保證反應(yīng)床處于恒溫狀態(tài)［1~3］。

等溫反應(yīng)器催化劑應(yīng)用至2015 年時(shí)，已不能發(fā)揮出較高活性，選擇性也較差。等溫反應(yīng)器運(yùn)行過程中，當(dāng)入口溫度達(dá)到72 ℃、氫炔比達(dá)到1.65的時(shí)候，床層并沒有出現(xiàn)明顯的反應(yīng)溫升現(xiàn)象，炔烴的轉(zhuǎn)化率甚至不能達(dá)到50%，在此情況下，生產(chǎn)負(fù)荷就會(huì)全部轉(zhuǎn)移到絕熱床上，同時(shí)整個(gè)生產(chǎn)過程中反應(yīng)器發(fā)生漏炔的風(fēng)險(xiǎn)更加嚴(yán)重，甚至?xí)斐梢蚁┊a(chǎn)品質(zhì)量不能達(dá)標(biāo)。此時(shí)催化劑已達(dá)到使用壽命，不能繼續(xù)應(yīng)用，為了提升乙烯產(chǎn)品質(zhì)量必須盡快更換催化劑。裂解車間分別在2015 年、2016年對(duì)現(xiàn)場(chǎng)2臺(tái)等溫反應(yīng)器催化劑進(jìn)行了更換。

2 催化劑運(yùn)行性能分析

加氫催化選擇性是衡量催化劑性能的重要指標(biāo)。裂解車間E1 裝置使用的催化劑為L(zhǎng)Y-C2-02，該催化劑是裝填在等溫反應(yīng)器管束內(nèi)部，整體的裝填量較大；該催化劑具有較好的活性，選擇性也較強(qiáng)，還能夠表現(xiàn)出更好的抗毒性能［4］。

C2加氫反應(yīng)機(jī)理是乙炔經(jīng)過擴(kuò)散到達(dá)催化劑表面進(jìn)行物理吸附，當(dāng)遇到催化劑活性中心則進(jìn)行活化吸附。吸附活化的反應(yīng)物分子與活化吸附的活性氫接觸而被氫化，生成乙烯。LY-C2-02催化劑的特點(diǎn)之一就是乙烯增量高，亦即大部分乙炔都被轉(zhuǎn)化為乙烯而不是乙烷［5］。

3 催化劑更換策略

卸除催化劑前，首先必須保證反應(yīng)器已完成整個(gè)燒焦置換工作（N2置換合格，N2含量大于99.5%）；其次就是經(jīng)測(cè)爆合格后聯(lián)系施工單位打開反應(yīng)器人孔，進(jìn)行自然通風(fēng)。經(jīng)測(cè)氧、測(cè)爆合格后開始拆卸反應(yīng)器內(nèi)件，將拆出的零部件做好標(biāo)記并妥善保管，并對(duì)整個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行嚴(yán)格清理，準(zhǔn)備好盛裝催化劑所需的各種器具［6,7］。

3.1 催化劑卸出方案

3.1.1 準(zhǔn)備工作催化劑卸出前首先要將催化劑更換整個(gè)作業(yè)過程中所需要的防護(hù)設(shè)施、篩網(wǎng)、漏斗、壓差測(cè)試儀、精密壓力表、軟管（提前做好尺寸標(biāo)記，3 420 mm/3 430 mm 處用彩色筆做好標(biāo)記，以便測(cè)量瓷球裝填高度）、小蓋子（美紋紙貼在小蓋中心處，將小蓋編號(hào)，以便記錄壓差）、吸塵器等相關(guān)的設(shè)備準(zhǔn)備妥當(dāng)，與此同時(shí)還要落實(shí)配合的操作人員及施工卸料人員。

3.1.2 卸料步驟具體實(shí)施卸料作業(yè)的過程中，首先要在整個(gè)反應(yīng)器頂部搭設(shè)起遮雨棚，避免卸料作業(yè)過程中，雨水等進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部；其次，將反應(yīng)器頂部的彎頭拆卸下來，讓反應(yīng)器進(jìn)行通風(fēng)，在此過程中要在管口的位置加裝擋板。作業(yè)人員從反應(yīng)器的頂部進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，拆除管束上面設(shè)置的篦子板（附篩網(wǎng)），建議對(duì)每塊篦子板與原位置進(jìn)行編號(hào)，以便后續(xù)回裝；最后，打開反應(yīng)器下人孔，將瓷球與催化劑卸出，并裝入具有內(nèi)襯的編織袋中，取出所有的催化劑后，聯(lián)系儀表人員將床層測(cè)溫?zé)狁畈鹣拢瑢?duì)反應(yīng)器底部的柵板進(jìn)行檢查、清理［8］。

3.2 裝填方案

3.2.1 裝填前工作裝填前須完成4項(xiàng)準(zhǔn)備工作。

（1）充分保證容器內(nèi)O2含量（21.0%）；

（2）反應(yīng)器的內(nèi)壁上沒有水分存在；

（3）反應(yīng)器內(nèi)壁以及裝填過程中所選用的器材都要經(jīng)過嚴(yán)格清掃并進(jìn)行嚴(yán)格檢查，確認(rèn)合格；

（4）催化劑提前用臺(tái)秤稱好3.6 kg/份，裝入塑料袋中，以便節(jié)省裝填時(shí)間。

3.2.2 裝填步驟必須按下列10個(gè)步驟進(jìn)行裝填。

（1）對(duì)設(shè)備內(nèi)部柵板及隔板進(jìn)行檢查（并且聯(lián)系相關(guān)科室），確認(rèn)正常；

（2）聯(lián)系儀表管理人員回裝床層測(cè)溫?zé)狁睿?/p>

（3）將Ф12 mm瓷球通過下部側(cè)人孔送至反應(yīng)器的內(nèi)部，采用鐵鍬適度推動(dòng)，使瓷球移到反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)，當(dāng)裝填到用人孔已無法繼續(xù)裝填的時(shí)候，需要從反應(yīng)器頂部管口處，用提前準(zhǔn)備好的軟管（3 420 mm/3 430 mm 處標(biāo)記）繼續(xù)裝填瓷球，瓷球裝填高度為750 mm（軟管插入管束至3 430 mm 標(biāo)記處）；

（4）將下部人孔加正式墊片回裝；

（5）用軟管從管口向每根內(nèi)管裝填Ф6惰性瓷球100 mm（軟管插入管束至3 420 mm標(biāo)記處）；

（6）在底部的惰性瓷球填充完畢后，將事先稱好的催化劑（3.6 kg/袋）通過漏斗和軟管緩慢地向各個(gè)內(nèi)管填充，此操作需要控制好催化劑裝填速度，裝填時(shí)倒入催化劑速度快裝填高度相對(duì)較高，壓差相對(duì)較低，反之，速度慢裝填高度較低，壓差較高，已填充催化劑的內(nèi)管用事先準(zhǔn)備好的小蓋子蓋好，以免重復(fù)填充；

（7）用軟管測(cè)量每根內(nèi)管內(nèi)催化劑層至上部關(guān)口的距離，保證各管催化劑的裝填高度一致（偏差不超過50 mm）；

（8）使用壓力降測(cè)試裝置測(cè)量所有內(nèi)管的壓差（選用儀表風(fēng)），并按小蓋子編號(hào)記錄壓差數(shù)值（小蓋子提前已編號(hào)），然后算出平均值，保證各管壓差與平均壓差偏差在10%以內(nèi)。每根管的壓差平均在600 mm 水柱（此數(shù)據(jù)為經(jīng)驗(yàn)值，裝填時(shí)以實(shí)際測(cè)量值為準(zhǔn)），如果任何1 根內(nèi)管壓差偏差達(dá)到10%，必須用真空吸力器將催化劑從內(nèi)管中吸出，并且重新裝填（裝填速度影響壓差）；

（9）當(dāng)所有填充的內(nèi)管壓差都在10%誤差范圍以內(nèi)時(shí)，用軟管裝填帶有熱電偶的內(nèi)管，在熱電偶周圍和其它內(nèi)管裝填催化劑到一定的高度，在這個(gè)高度下顯示出的該管的壓力降在其余內(nèi)管的誤差范圍以內(nèi)即可；

（10）裝填完畢后，按事先做好的編號(hào)回裝篦子板，封各人孔，引入氮?dú)膺M(jìn)行氣密、置換、干燥，合格后待再生。

在整個(gè)裝填作業(yè)過程中要將責(zé)任進(jìn)行具體明確，嚴(yán)格進(jìn)行分工，避免造成裝填作業(yè)混亂現(xiàn)象。C2加氫等溫反應(yīng)器卸料裝填示意見圖1。

圖1 C2加氫等溫反應(yīng)器卸料裝填示意

4 結(jié)束語

該公司裂解車間E1裝置對(duì)裂解氣進(jìn)行分離處理的過程中，主要應(yīng)用后加氫工藝流程，但在長(zhǎng)期應(yīng)用過程中炔烴的轉(zhuǎn)化率不斷降低，因此必須及時(shí)更換催化劑。更換過程中必須充分做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，并對(duì)催化劑更換作業(yè)順序進(jìn)行優(yōu)化，嚴(yán)格控制裝填過程中各個(gè)環(huán)節(jié)以避免誤差。由于LY-C2-02催化劑具有較強(qiáng)的活性和選擇性，而且抗毒性也比較好，更換催化劑后能夠進(jìn)一步提升乙烯的產(chǎn)量。