乙苯脫氫催化劑性能對比

劉國柱 （天津大沽化工股份有限公司臨港分廠 天津 300452)

0 引言

苯乙烯是重要的有機化工原料，廣泛用于塑料、橡膠和樹脂等的生產。目前，世界上生產苯乙烯的方法主要有兩種，一種是乙苯脫氫法，另一種是乙苯共氧化法。工業上90%的苯乙烯產品是通過乙苯脫氫法生產的。[1]

某工廠苯乙烯裝置開車以來，乙苯脫氫催化劑已更換一次，至今新催化劑已使用12個月。工廠乙苯脫氫反應采用兩級串聯的固定床徑向流脫氫反應器，[2]分別為反應器A和反應器B（以下簡稱“A反”和“B反”）。乙苯脫氫催化劑是其極為關鍵的催化劑，各項性能指標對裝置的物耗、能耗影響都非常大。為了更深入了解當前所使用乙苯脫氫催化劑的性能以及催化劑的使用狀況，特針對當前乙苯脫氫催化劑進行此次測試工作，并將測試結果與第一批催化劑進行對比，以得出兩種催化劑性能的異同。

1 測試要求

此次測試結果將與第一批乙苯脫氫催化劑進行對比，以下將第一批乙苯脫氫催化劑簡稱催化劑A，第二批乙苯脫氫催化劑簡稱催化劑B。

相對比的兩組數據需滿足催化劑理論的負荷、水油比、空速及反應器出口壓力。

此次測試每24小時取一組平均值，并將所得結果與催化劑A的數據進行對比。此測試持續3天，獲得3組平行數據，取平均值作為測試對比數據。

2 測試數據對比

2.1 工藝條件對比

兩組催化劑需滿足工藝運行條件對比見表1。對比可得：催化劑A的空速較之催化劑B低0.01hr-1；兩組催化劑需滿足的水油比相同；催化劑B的B反出口壓低較之催化劑A低0.009kg/cm2；催化劑B的平均入口溫度較之催化劑A低9℃。

結論：由空速對比可得催化劑B較之催化劑A活性較高，處理能力更好；由水油比對比可得兩催化劑在蒸汽消耗方面相當；由B反出口壓力及平均入口溫度對比可得催化劑B較之催化劑A更加節省能耗。

表1 需滿足條件參數對比

2.2 運行參數對比

2.2.1 流股項 此次測試保證了流股項數據與所需工藝條件相符，在此情況下對其他參數加以對比，見表2。

表2 流股項參數對比

2.2.2 溫度項 兩組催化劑溫度項參數對比見表3，對比可得：對于A反，催化劑B較之催化劑A入口溫度低9℃，溫差低11.5℃，出口溫度高2.5℃；對于B反，催化劑B較之催化劑A入口溫度低13℃，溫差低4.5℃，出口溫度低8.5℃；催化劑B中再加熱溫度低于催化劑A15.5℃。

結論：相比兩組催化劑相差1℃的理論末期溫度，催化劑B較低的操作溫度說明，此催化劑使用壽命在一定程度上將會超過催化劑A，使用壽命較長。催化劑B較低的反應溫差說明，較之催化劑A需要較低的反應壓力，這與表4中的壓力項數據相對應。針對溫度相數據催化劑B較之催化劑A更加節省能耗。

2.2.3 壓力項 兩組催化劑壓力項參數對比見表4，對比可得：對于A反，催化劑B較之催化劑A入口壓力低70.5mbar，壓差低11.5mbar，出口壓力低59mbar；對于B反，催化劑B較之催化劑A入口壓力低41.5mbar，壓差低33mbar，出口壓力低8.5mbar；催化劑B中再加熱器的壓差低于催化劑A 17.5mbar。

表3 溫度項參數對比

結論：催化劑B中較低的反應壓力可在一定程度上導致其溫度項低于催化劑A，而較低的反應器壓差說明催化劑B粉化程度較低，完整性較好，更有利于乙苯脫氫反應的進行。而催化劑B較低的反應壓力也致使其在壓力項方面所需能耗更高。

表4 壓力項參數對比

2.2.4 進料組成 在對進料乙苯的質量要求方面，催化劑A同催化劑B所需相差不大，見表5。在進料組成如此相近的情況下，更能有力地說明兩組催化劑在其所需工藝參數方面的差異。

結論：兩組數據中的進料乙苯組成基本相同，排除了進料組成不同對后續計算參數的影響。

表5 進料組成對比

2.2.5 A反的轉化率與選擇性 兩組催化劑A反中的轉化率與選擇性對比見表6，對比可得：催化劑B較之催化劑A，乙苯的轉化率低0.63%，苯的選擇性低0.74mol.%，甲苯的選擇性低0.1mol.%，苯乙烯選擇性高0.83mol.%。

結論：在兩種催化劑滿足其理論參數的情況下，催化劑B轉化率較低，但其選擇性更高，且副反應較少，更加節省物耗。

2.2.6 B反的轉化率與選擇性 兩組催化劑B反中的轉化率與選擇性對比見表7，對比可得：催化劑B較之催化劑A，乙苯轉化率高1.16%，苯的選擇性低1.1mol.%，甲苯的選擇性低0.27mol.%，苯乙烯選擇性高1.37mol.%；B反出口乙苯轉化率高0.36%，苯乙烯選擇性高1.02wt.%。

表6 A反的轉化率與選擇性對比

結論：催化劑B在B反中性能要高于催化劑A；整體考慮，催化劑B性能要優于催化劑A且副反應更少，更加節省物耗。

表7 B反的轉化率與選擇性對比

2.2.7 總轉化率與選擇性 兩組催化劑DM罐中總轉化率與選擇性對比見表8，對比可得：催化劑B較之催化劑A，乙苯轉化率低0.08%，苯選擇性低0.53mol.%，甲苯選擇性低0.06mol.%，苯乙烯選擇性高0.59mol.%，苯乙烯產量高0.02t/hr。

結論：通過對DM罐液相進行分析計算，所得參數表明催化劑B整體性能優于催化劑A。

表8 總轉化率與選擇性對比

3 結論

此次測試對比中，兩組數據均滿足催化劑理論的工藝運行參數。催化劑B較之催化劑A理論末期A反入口溫度低1℃，而此時催化劑B的入口溫度較之催化劑A低9℃，可得催化劑B使用壽命較長，且能耗較低。催化劑B相比催化劑A所需反應壓力更低，考慮到壓縮機需要有能力達到兩種催化劑所需的壓力要求，催化劑B在此方面所需能耗較高，而較低的反應器壓差說明當前催化劑B粉化程度非常低，機械強度非常好，會有效延長催化劑的壽命。催化劑B較之催化劑A乙苯轉化率相差不多，但苯乙烯選擇性卻更高，苯和甲苯的選擇性更低，得到產品更多，更加節省物耗?？傮w來說，催化劑B的性能要優于催化劑A。■

[1]趙萬臣，陳得榮，王彥斌.乙苯脫氫催化劑在苯乙烯裝置中的應用[J].煉油與化工，2006（4）：32-33.