新型碳三液相加氫催化劑工業側線評價

朱寶興，李來風，林 宏，韓 偉，譚都平，張 峰

（1中國石油四川石化公司，四川 彭州 611900；2中國石油蘭州石化公司，甘肅 蘭州 730060；3中國石油蘭州化工研究中心，甘肅 蘭州 730060）

應用技術

新型碳三液相加氫催化劑工業側線評價

朱寶興1，李來風2，林 宏3，韓 偉3，譚都平3，張 峰3

（1中國石油四川石化公司，四川 彭州 611900；2中國石油蘭州石化公司，甘肅 蘭州 730060；3中國石油蘭州化工研究中心，甘肅 蘭州 730060）

以蘭州石化24萬噸乙烯車間裂解料為原料，模擬工業裝置工況，LY-C3-A與對比催化劑1000 h活性和穩定性試驗結果表明：在其它工藝相同條件下，LY-C3-A入口溫度比對比劑低5～8℃、床層溫升高2.3 ℃，LY-C3-A丙烯轉化率優于對比劑4個百分點，且LY-C3-A催化劑丙烯選擇性高于對比劑10個百分點。評價結果證明LY-C3-A綜合性能優于對比劑且達到工業裝置應用要求。

碳三餾分；選擇加氫；加氫催化劑

乙烯工業裝置上烴類裂解產生的裂解氣中含有乙炔0.1%～0.5%（質量分數，下同），甲基乙炔（MA）和丙二烯（PD）0.2%～0.9%。在裂解氣分離過程中，乙炔富集于C2餾分，甲基乙炔和丙二烯（MAPD）富集于C3餾分，且C3餾分中的MAPD摩爾分數為1%～5%。為獲得聚合級丙烯，須將MAPD脫除至要求指標，且工業生產中對聚合級丙烯中所含的MAPD的限制日益嚴格[1]。

工業上大多采用催化選擇加氫以脫除MAPD。這一過程分為氣相加氫和液相加氫2 種工藝。液相加氫具有較多優點：工藝流程簡單，反應溫度低，能耗低，綠油生成量低，催化劑使用壽命長并節省建設投資[2]。20世紀80年代國內外很多新建的乙烯裝置都采用美國Lummus 公司與北京化工研究院合作開發的單段床液相加氫工藝，蘭州石化24萬噸乙烯裝置也采用該加氫工藝，其所用催化劑是德國南方化學公司開發的G-68HX。

近年來，隨著乙烯裝置技術水平的提高和國內外乙烯廠的改擴建，其處理能力提高了30%～110%，裂解深度加大，C3餾分中雜質MAPD含量增大至4.0%～6.0%，甚至可高達7.0%～10.0%，遠遠高于單段床工藝的要求（即反應器進口MAPD含量為2%）。當前工業操作上的解決方案是不斷增加循環量，稀釋C3餾分中MAPD的濃度，滿足工藝要求，從而維持正常運轉。不過也需要擴大反應器容積和物料管線尺寸，這樣不但增加催化劑用量，提高了投資成本，而且加大了裝置能耗。因此，有必要從C3餾分液相選擇加氫工藝（單段床）和相應C3液相加氫催化劑兩方面尋找突破口，以適應乙烯裝置技術的不斷創新。

中國石油石油化工研究院以乙酸鈀為活性組分前體，采用新型制備工藝，開發出了C3液相加氫催化劑LY-C3-A。該劑1000 h側線評價結果表明：入口MAPD質量分數為3.5%～5.5%，LY-C3-A催化劑綜合性能優于對比劑，LY-C3-A催化劑丙烯選擇性50%～85%，MAPD轉化率75%～99%，具備工業應用條件。

1 試驗部分

1.1 試驗裝置及催化劑裝填

側線試驗在300 mL絕熱床評價裝置上進行。LY-C3-A裝填于反應器中，裝填量均為200 mL。為了便于控制反應溫升，裝填前采用100 mL惰性瓷球將催化劑均勻稀釋。工藝流程如圖1所示。

1.2 催化劑制備

圖1 試驗裝置工藝流程圖

以乙酸鈀為活性組分前體進行催化劑制備；采用等體積法進行助劑浸漬，后經干燥、焙燒制得C3液相加氫催化劑LY-C3-A。

1.3 催化劑物性

用于裂解C3餾分加氫性能考察側線試驗的催化劑為石油化工研究院研制開發的裂解C3餾分加氫催化劑LY-C3-A和工業用裂解C3餾分加氫催化劑（對比劑）。催化劑的物化性質對比如表1所示。

表1 LY-C3-A和對比劑催化劑物化性質對比

1.4 分析儀器與方法

使用安捷倫7900型氣相色譜儀進行物料分析，分析方法為百分比歸一法，標氣為裂解氣（大連特種氣體有限公司）。

2 結果與討論

2.1 入口溫度對比

入口溫度是衡量催化劑加氫活性優劣的一個重要指標，在達到相同產品指標要求的情況下，入口溫度越低表明催化劑加氫活性越高，入口溫度提升幅度越慢表明催化劑穩定性越好。LY-C3-A和對比劑入口溫度對比如圖2所示。LY-C3-A起始入口溫度為28 ℃，30天后升為33 ℃；對比劑起始入口溫度為33 ℃，20天后升為40 ℃。

圖2 LY-C3-A與對比劑入口溫度對比

由圖2可以看出LY-C3-A催化劑運轉入口溫度較對比催化劑低5～8 ℃，具有更好的低溫加氫活性。同時在催化劑運轉期間，對比劑提溫時間早于LY-C3-A10天左右，且提溫幅度高于LY-C3-A 7 ℃，說明LY-C3-A催化劑比對比劑有更高的初活性，且活性穩定性優于對比劑。

2.2 催化劑出口溫度對比

相同原料時，催化劑的出口溫度代表了催化劑的加氫活性。出口溫度越高則表示其加氫反應熱越多，因此其加氫活性也越高。催化劑出口溫度對比見圖3，可見LY-C3-A起始出口溫度為57.4 ℃，30天后升為59.6 ℃左右；對比劑起始出口溫度為55.2℃，20天后升為57.5℃左右。

圖3 LY-C3-A與對比劑出口溫度對比

2.3 催化劑表征及機理分析

2.3.1 載體酸度表征

在MAPD選擇性加氫過程中，將不可避免地生成“綠油”。產生“綠油”的主要原因為催化劑中含有一定量的活性酸中心，酸中心可使MAPD生成半氫化狀態的自由基，進而與相鄰的MAPD反應生成“綠油”。吡啶紅外分析譜圖及酸量如圖4和表2所示。

圖4 催化劑LY-C3-A與對比劑吡啶紅外分析譜圖

表2 催化劑LY-C3-A與對比劑總酸量對比表

由圖4和表2可以看出，催化劑LY-C3-A較對比劑有較低的酸度，其總酸量約為對比劑的65%。較低的酸量可使催化劑在“綠油”生成量降低的同時，具有較好的丙烯選擇性。

2.3.2 催化劑TPR表征

在催化劑制備過程中，通過加入助劑形成新的鈀合金型活性中心，使催化劑在保持較高活性的同時提高了催化劑的丙烯選擇性。圖5為催化劑LY-C3-A的TPR表征譜圖。

圖5 催化劑TPR表征譜圖

由圖5可以看出兩種氧化物的還原形成單峰，表明Pd和Ag兩種金屬形成了合金，Ag進入Pd的晶格中，增加了Pd原子之間的間距，改變了Pd的空間結構，減少了強吸附物種的形成，提高了催化劑的選擇性。

2.4 催化劑1000h側線評價結果

催化劑側線評價裝置安裝于蘭州石化24萬噸乙烯車間內部，原料直接來源于工業原料管線，C3原料組成及催化劑評價工藝操作條件分別如表3、表4所示，結果見圖6、圖7。

表3 C3原料組成

表4 評價工藝操作條件

圖6 催化劑LY-C3-A側線評價丙烯選擇性變化趨勢

圖7 催化劑LY-C3-A側線評價MAPD轉化率變化趨勢

催化劑LY-C3-A 于2011年4月15日裝劑還原，4月16日開車。4月20日由于烯烴車間出現設備故障停車20天，5月11日重新開車。在1000h側線評價期間，LY-C3-A催化劑丙烯平均選擇性65%～75%，MAPD平均轉化率90%左右。由于車間C3原料中MAPD含量波動較大（2.4%～3.8%），致使氫炔比范圍變化較寬（0.8～1.5）。當氫炔比在1.4～1.5時，丙烯選擇性在50%以下，但此時的MAPD轉化率接近100%；當氫炔比在0.8～1.1時，MAPD轉化率在70%左右，但此時的丙烯選擇性在85%以上。在1000h側線評價期間，LY-C3-A催化劑產品指標達到車間工業要求，且性能優于對比劑，具體數據見表5。

表5 LY-C3-A與對比劑1000h實驗數據對比

3 結 論

中國石油石油化工研究院開發的新型C3液相選擇加氫催化劑LY-C3-A經1000 h側線評價結果表明：LY-C3-A催化劑在入口MAPD含量為2.4%～3.8%，氫炔比為1.0～1.5時，平均丙烯選擇性為65%～75%，MAPD平均轉化率＞85%，綜合性能優于對比劑，達到工業應用要求。

[1] 王松漢，何細藕.乙烯工藝與技術[M]. 北京：中國石化出版社，2000：501-545.

[2] 張世忠，戴偉，等. 新型C3液相選擇加氫催化劑的工業應用[J].化工進展，2008，27（3）：464-467.

Industrial sideline evaluation of a new catalyst for C3fraction liquid phase selective hydrogenation

ZHU Baoxing1，LI Laifeng2，LIN Hong3，HAN Wei3，TAN Douping3，ZHANG Feng3
（1Petrochina Sichuan Petrochemical Co.，Ltd.，Pengzhou 611900，Sichuan，China；2Petrochina Lanzhou Petrochemical Co.，Ltd.，Lanzhou 730060，Gansu，China；3Lanzhou Petrochemical Research Center of PetroChina，Lanzhou 730060，Gansu，China）

A new catalyst used for C3fraction liquid phase of Lanzhou Petrochemical Company 240 thousand annual ethylene workshop and industrial equipment conditions were simulated. The results of stability and 1000h activity of LY-C3-A and contrast-catalyst show that the bed temperature is 2.3 ℃higher than that of contrast-catalyst even under the condition that inlet temperature of LY-C3-A is 5—8 ℃lower than that of contrast-catalyst. The results indicate that selective hydrogenation effect of LY-C3-A is better than that of contrast-catalyst. Comprehensive properties of LY-C3-A are superior to that of contrast-catalyst and the catalyst teaches the requirements industrial application.

C3fraction；selective hydrogenation；hydrogenation catalyst

TE 65

A

1000-6613（2012）06-1379-04

2012-03-13；修改稿日期：2012-04-05。

朱寶興（1960—），男，高級工程師，主要從事石油化工研究。聯系人：張峰，博士，主要從事C3餾分加氫研究。E-mail zhangfeng81@petrochina.com.cn。