乙炔加氫催化劑在甲醇裝置上的長周期應(yīng)用

李必文

(中國石化重慶川維化工有限公司，重慶 401254)

中國石化重慶川維化工有限公司引進(jìn)德國BASF公司技術(shù)，采用天然氣部分氧化裂解制乙炔。副產(chǎn)的乙炔尾氣中含有大量的H2和CO，是合成甲醇、二甲醚、氨以及合成油的良好原料。由于尾氣中還含有微量硫化物、乙炔、乙烯和氧等雜質(zhì)，會(huì)影響下游催化劑使用壽命及產(chǎn)品品質(zhì)，因此，需對(duì)其進(jìn)行凈化處理。工業(yè)實(shí)踐表明采用加氫轉(zhuǎn)化技術(shù)脫除乙炔，具有經(jīng)濟(jì)高效、運(yùn)行安全，投資少，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

西安元?jiǎng)?chuàng)化工科技股份有限公司研究開發(fā)的JT-101型乙炔加氫催化劑[1-2]先后成功應(yīng)用于重慶馳源化工有限公司、四川天華股份有限公司、青海鹽湖工業(yè)集團(tuán)股份有限公司、新疆美克化工股份有限公司等廠家。本文主要介紹JT-101型乙炔加氫催化劑在中國石化重慶川維化工有限公司800kt·a-1乙炔尾氣制甲醇工業(yè)裝置上的長周期應(yīng)用情況。

1 乙炔尾氣加氫工藝流程

天然氣裂解制乙炔副產(chǎn)的尾氣中含有少量的乙炔、微量硫等，對(duì)甲醇合成催化劑具有毒害作用。來自前工序的乙炔尾氣，經(jīng)加壓后，進(jìn)入脫硫工段，采用西安元?jiǎng)?chuàng)化工科技股份有限公司的T306氧化鋅脫硫劑將乙炔尾氣中的硫化物脫除至0.1×10-6以下，經(jīng)加熱器加熱到一定溫度后進(jìn)入加氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，在JT-101型乙炔加氫催化劑作用下，將乙炔、部分氧轉(zhuǎn)化為乙烷和水。由于乙炔會(huì)與銅基催化劑形成乙炔銅，乙炔銅為易爆化合物，所以要求加氫凈化后的原料氣，其乙炔含量小于5×10-6。凈化后的原料氣經(jīng)冷凝后送入合成甲醇裝置。

2 JT-101型乙炔加氫催化劑工業(yè)應(yīng)用

2.1 催化劑物化性能及工藝操作指標(biāo)

JT-101型加氫催化劑具有加氫凈化度高、操作彈性大、使用壽命長等特點(diǎn)。該催化劑可用于焦?fàn)t氣、電石爐氣、乙炔尾氣等富一氧化碳工業(yè)尾氣的加氫轉(zhuǎn)化過程。對(duì)氣體中的乙炔、乙烯和氧等雜質(zhì)同時(shí)具有較高的加氫轉(zhuǎn)化能力。其物化指標(biāo)見表1，工藝操作指標(biāo)見表2。

表1 催化劑物化性能Table 1 Physical-chemical parameters of the catalysts

表2 主要工藝操作指標(biāo)Table 2 Main process operation parameters

2.2 催化劑的裝填與還原

JT-101型乙炔加氫催化劑在整個(gè)裝填過程中要求催化劑床層平整、均勻，防止粉碎，受潮，勿在催化劑上直接踩踏。加氫反應(yīng)器分兩層裝填，每層裝填耐火球1.6m3,高度100 mm，加氫催化劑27.75 m3，裝填高度3 450 mm。共裝填耐火球3.2 m3，加氫催化劑55.5 m3。

按催化劑廠家提供的還原方案進(jìn)行還原，還原結(jié)束后，投料運(yùn)行，由于該催化劑比較容易還原，且床層溫升不明顯，因此采用氫氮混合氣進(jìn)行了還原，還原過程比較平穩(wěn)。催化劑升溫還原條件見表3。

表3 催化劑升溫還原操作指標(biāo)Table 3 Operating parameters of temperature-programmed reduction of catalyst

2.3 應(yīng)用結(jié)果

2.3.1 加氫凈化效果

乙炔尾氣加氫凈化裝置于2011年7月正式投入運(yùn)行，其運(yùn)行數(shù)據(jù)見表4。由表4可以看出，JT-101型乙炔加氫催化劑已運(yùn)行10多年，遠(yuǎn)超合同規(guī)定使用壽命不小于4年的要求，且加氫轉(zhuǎn)化及穩(wěn)定性良好，由于此催化劑價(jià)格昂貴，長周期運(yùn)行節(jié)省了大量更換催化劑的費(fèi)用；在反應(yīng)條件下，原料氣中乙炔出口含量始終小于1×10-6，完全滿足乙炔原料尾氣加氫后出口乙炔含量小于5×10-6的技術(shù)指標(biāo)要求；催化劑采用特殊制備工藝，貴金屬與載體結(jié)合力強(qiáng)，催化劑表面活性組份隨氣流沖刷摩擦流失少，因此，催化劑始終保持了很高的加氫活性。

表4 JT-101乙炔加氫催化劑運(yùn)行結(jié)果Table 4 Operating results of acetylene hydrogenation catalyst JT-101

2.3.2 加氫催化劑床層溫度變化趨勢(shì)

JT-101型乙炔加氫催化劑床層溫度隨時(shí)間變化趨勢(shì)見圖1。

圖1 催化劑床層溫度隨時(shí)間變化趨勢(shì)Figure 1 Variation trend of catalyst bed temperature with time

從圖1可以看出，催化劑已累計(jì)運(yùn)行129月，催化劑最高反應(yīng)溫度為175.5 ℃，催化劑提溫比較平穩(wěn)，溫度波動(dòng)不大，每月提溫約0.313 ℃，離最高使用溫度200 ℃還有一定提溫空間，表現(xiàn)出很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.3.3 加氫催化劑床層壓差

JT-101型乙炔加氫催化劑床層壓差隨時(shí)間變化趨勢(shì)見圖2。由圖2可知，運(yùn)行前40月，催化劑床層壓力降逐步上升，可能的原因是原料氣流沖擊床層，催化劑下移變的密實(shí)，床層空隙率變?。贿\(yùn)行40月至129月，床層壓力降比較穩(wěn)定，說明催化劑機(jī)械強(qiáng)度較高，沒有破碎粉化現(xiàn)象，顯示出催化劑具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性。

圖2 催化劑床層壓差隨時(shí)間變化趨勢(shì)Figure 2 Variation trend of catalyst bed pressure drop with time

3 結(jié) 論

JT-101乙炔加氫催化劑在中國石化重慶川維化工有限公司已使用10多年，由于整體精細(xì)平穩(wěn)操作，保證了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，至今凈化后的乙炔尾氣中乙炔含量小于1×10-6，達(dá)到小于5×10-6技術(shù)要求，床層壓差低，催化劑提溫比較平穩(wěn)，表明催化劑具有良好的加氫轉(zhuǎn)化能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，操作彈性大，催化劑使用壽命長，為我廠節(jié)省了兩千多萬元催化劑更換費(fèi)用，運(yùn)行成本低，完全能滿足天然氣裂解制乙炔副產(chǎn)尾氣加氫制甲醇裝置安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。