引用本文
谭都平, 侯维, 路明, 赵汝, 叶会亮, 吴伟. LY-C2-02催化剂在两段床反应器的长周期运行 [J]. 工业催化, 2015,23(11): 904-907.
Tan Duping, Hou wei, Lu Ming, Zhao Ru, Ye Huiliang, Wu Wei. Long period running of LY-C2-02 catalyst in in-line two stage hydrogenation reactors [J]. Industrial Catalysis, 2015,23(11): 904-907.  
DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2015.11.011
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LY-C2-02催化剂在两段床反应器的长周期运行
谭都平1,*, 侯维2, 路明1, 赵汝2, 叶会亮2, 吴伟2
1.中国石油石油化工研究院兰州化工研究中心,甘肃 兰州 730060
2.中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司乙烯厂,辽宁 辽阳 111000
通讯联系人:谭都平。

作者简介:谭都平,1964年生,男,陕西省宝鸡市人,硕士,教授级高级工程师,主要从事低碳馏分选择性加氢催化剂开发与工业应用,获省部级技术进步及技术发明奖8项。

收稿日期: 2015-08-14
摘要

中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司乙烯厂220 kt·a-1乙烯装置碳二加氢采用两台直列式两段反应器。每段反应器的催化剂装填量6.6 m3,一段反应器入口物料中乙炔体积分数达到1.85%~2.30%,远高于同类装置。由于乙炔含量高,一段反应器的温升为75 ℃,致使一段反应器出口温度达到125 ℃,催化剂结焦严重,催化剂运行周期短为7个月。2010年投入应用LY-C2-02催化剂,从2012年8月至2015年5月,催化剂已连续运行超过32个月,运行状态良好,乙烯平均选择性大于45%。

关键词: 石油化学工程; LY-C2-02催化剂; 直列式两段反应器; 乙炔; 选择加氢
中图分类号:TQ426.95    文献标志码:A    文章编号:1008-1143(2015)11-0904-04
Long period running of LY-C2-02 catalyst in in-line two stage hydrogenation reactors
Tan Duping1,*, Hou wei2, Lu Ming1, Zhao Ru2, Ye Huiliang2, Wu Wei2
1.Lanzhou Chemical Research Center of PetroChina, Lanzhou 730060, Gansu, China
2.Ethylene Plant of Liaoyang Petrochemical Company, PetroChina, Liaoyang 111000, Liaoning, China
Abstract

C2 Hydrogenation unit of 220 kt·a-1 ethylene device in Ethylene Plant of Liaoyang Petrochemical Company of PetroChina is composed of two in-line two-stage reactors.The catalyst loading of each reactor was 6.6 m3,and acetylene content of the feedstock in the inlet of first stage of reactor was 1.85vol%-2.30vol%,which was much higher than that in the same type of the devices.The temperature in first stage reactor rose 75 ℃ due to the high content of acetylene,and the temperature of the reactor outlet reached 125 ℃,which resulted in serious coke deposit on the catalyst in the reactor outlet.The operation cycle of the catalyst was shorter than 7 months.The new LY-C2-02 catalyst was put into use in 2010.From August,2012 to May,2015,the catalyst had been running continuously for more than 32 months,and its running state was good.The average selectivity to ethylene was more than 45%.

Keyword: petrochemical engineering; LY-C2-02 catalyst; in-line two stage reactors; acetylene; selective hydrogenation

蒸汽裂解的碳二馏分中常含有体积分数1.0%~3.0%的乙炔, 对乙烯聚合不利, 严重影响聚合物质量。目前, 各乙烯装置均采用碳二馏分选择性加氢技术解决这一问题[1]。

按照乙炔加氢反应器的位置, 碳二加氢分为前加氢和后加氢工艺, 中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司乙烯厂为直列式两段床后加氢工艺。按照国际惯例, 碳二后加氢原料中乙炔体积分数超过1.4%时需要三段加氢反应器, 比两段加氢工艺操作灵活, 调节余地大。当切换反应器时, 直列式两段反应器因为要同时切换两个反应器, 又要保证加氢产品质量, 还要控制好床层温度, 操作难度较大, 容易造成飞温或漏炔。三段加氢工艺每次只切换一个反应器, 操作简单、平稳。中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司乙烯厂碳二加氢原料含乙炔体积分数1.85%~2.30%, 要求催化剂具有良好的活性、选择性及操作弹性。本文介绍LY-C2-02催化剂在中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司乙烯厂两段床反应器的长周期运行情况。

1 碳二加氢装置及工况
1.1 碳二加氢装置

中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司以石脑油和轻烃为裂解原料, 分离采用鲁姆斯公司顺序流程工艺, 年产乙烯220 kt。碳二加氢有A、B两条线, 每条线有两个串联反应器。2012年8月, LY-C2-02催化剂在B线投用。

1.2 碳二加氢原料

碳二加氢原料组成为φ (C2H2)=1.85%~2.30%, φ (C2H4)=80%~95%, φ (C3H6)≤ 0.03%, φ (C2H6)=5%~20%。

1.3 碳二加氢工艺参数

碳二加氢单元工艺参数如表1所示。

表 1 碳二加氢工艺参数 Table 1 Process parameters of C2 hydrogenation
2 LY-C2-02催化剂运行情况
2.1 催化剂加氢活性

2.1.1 进料负荷

碳二加氢装置正常进料量(22~26) km3· h-1, 空速(3 500~4 000) h-1, 进料量波动主要由下游装置的生产负荷变化引起。一段反应器入口进料量变化如图1所示。

图 1 一段反应器入口进料量变化Figure 1 Variety of feedstock quantity in the inlet of first stage reactor

由图1可见, 第1个月进料量为23 km3· h-1, 第12个月降至17 km3· h-1, 第18~23个月, 进料量为(16~17) km3· h-1, 不到正常负荷的70%, 第27个月进料量下降也较大, 第29个月装置进料量逐渐恢复, 其余时间进料量约20 km3· h-1。

2.1.2 一段反应器入口乙炔含量

一段反应器入口乙炔含量如图2所示。

图 2 一段反应器入口乙炔含量Figure 2 Contents of acetylene in the inlet of first stage reactor

由图2可见, 一段反应器入口乙炔体积分数最低1.78%, 最高2.16%。目前, 国内碳二后加氢装置中, 除中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司外, 碳二加氢物料中乙炔体积分数大部分为1.5%~1.8%, 个别装置最高达到1.85%。

2.1.3 一段反应器出口温度

一段反应器出口温度如图3所示。

图 3 一段反应器出口温度随运行时间变化曲线Figure 3 The temperatures in the outlet of first stage reactor vs. running time

由图3可见, 从第1个月开始, 一段反应器出口温度呈逐渐上升趋势, 第6个月, 反应器出口温度升至110 ℃以上; 第13个月, 反应器出口温度升至115 ℃; 第19~22个月, 反应器出口温度连续超过120 ℃; 第27个月, 反应器出口温度曾接近120 ℃。

2.1.4 一段反应器出口乙炔含量

一段反应器出口乙炔体积含量和乙炔转化率随运行时间变化曲线如图4所示。

图 4 一段反应器出口乙炔体积含量和乙炔转化率随运行时间变化曲线Figure 4 Contents and conversion of acetylene in the outlet of first stage reactor vs. running time

从图4可以看出, 一段反应器出口乙炔含量基本可以分为3个阶段。第一阶段:第1~4个月, 一段反应器出口乙炔含量逐渐降低, 原因是在反应器切换过程中一段反应器部分区域温度过高(超过140 ℃), 反应器中生成了聚合物, 从而影响一段反应器催化剂活性。随着聚合物的排出, 一段反应器的催化剂活性逐渐升高, 乙炔完全转化; 第4~12个月, 一段反应器出口乙炔体积分数上升, 但未超过0.2%。第二阶段:第13~22个月, 一段反应器出口乙炔体积分数在0.4 %以下。第三阶段:第23个月后, 反应器出口乙炔体积分数大幅上升, 最高达到0.55%。

结合图3和图4可以看出, 当反应器出口温度超过120 ℃, 反应器出口乙炔含量必然上升; 出口温度超过120 ℃的时间越长, 反应器出口乙炔含量上升幅度越大。造成此现象的原因是反应器出口温度只要超过120 ℃, 床层中聚合物生成反应加剧[1], 一方面是乙烯可能聚合, 另一方面是绿油的聚合速率也会加快, 生成的聚合物覆盖了催化剂活性中心, 导致催化剂活性降低。

2.2 催化剂加氢选择性

2.2.1 一段加氢乙烯选择性及总乙烯选择性

一段加氢乙烯选择性及总乙烯选择性随运行时间变化曲线如图5所示。

图 5 一段加氢乙烯选择性及总乙烯选择性随运行时间变化曲线Figure 5 Selectivity to ethylene in first stage reactor and total selectivity to ethylene vs. running time

从图5可以看出, 一段加氢乙烯选择性75%~90%。运行12个月后, 选择性逐渐降低; 运行25个月, 选择性最低, 随后选择性逐渐升高; 运行30个月时, 选择性达83%。总乙烯选择性低于一段加氢乙烯选择性是因为二段加氢原料(一段出口产品)乙炔含量低于一段入口原料, 为确保二段反应器出口乙炔含量小于1.0 μ L· L-1, 必须提高乙炔加氢推动力, 二段入口温度和氢炔比比一段高, 导致乙烯加氢生成乙烷的反应速率增大, 总乙烯选择性降低, 平均乙烯选择性大于45%。

2.2.2 总乙烯增量

总乙烯增量随运行时间变化曲线如图6所示。

图 6 总乙烯增量随运行时间变化曲线Figure 6 Total ethylene increment vs. running time

由图6可以看出, 乙烯增量最低0.47%, 最高1.08%, 平均大于0.9%, 表明LY-C2-02催化剂具有良好的加氢选择性。

3 结 论

(1) LY-C2-02催化剂加氢产品乙炔含量小

于1.0 μ L· L-1, 满足中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司要求。

(2) LY-C2-02催化剂具有良好的加氢活性和稳定性, 提温速率慢、幅度小, 满足中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司碳二加氢装置负荷波动大、原料乙炔含量高和采用两段加氢的工艺要求。

(3) LY-C2-02催化剂加氢产品总乙烯增量平均大于0.9%, 平均乙烯选择性大于45%, 具有良好的加氢选择性。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 谭都平, 王宏军, 车春霞, 等, C2选择加氢催化剂结焦成因及对策[J]. 工业催化, 2009, 17(3): 38-41.
Tan Duping, Wang Hongjun, Che Chongxia, et al. Causes for coke formation on C2 hydrogenation catalysts and its countermeasures[J]. Industrial Catalysis, 2009, 17(3): 38-41. [本文引用:2]