OCT反應器運行操作優化

戚云輝

（浙江興興新能源科技有限公司，浙江嘉興 314200）

OCT反應器運行操作優化

戚云輝

（浙江興興新能源科技有限公司，浙江嘉興 314200）

OCT反應器是烯烴轉化裝置（OCU）的核心設備，其內氣相n-丁烯和乙烯在加熱條件下吸附于催化劑上發生歧化反應生成丙烯。反應溫度、進料組成等因素對反應器的運行周期和轉化率有很大的影響，因此對各運行參數進行分析和優化操作，從而達到經濟效益最大化。

OCU；烯烴轉化；反應溫度；進料組成；歧化反應

1 OCT概述

OCT反應器是烯烴轉化裝置（OCU）的核心設備，其內氣相n-丁烯和乙烯在加熱條件下吸附于催化劑上發生歧化反應生成丙烯。同時，副反應生成一些C5-C7、OCT反應在固定床催化反應器里發生，催化劑是由載于氧化鋁之上的氧化鎂和載于二氧化硅之上的氧化鎢共同構成的，發生的反應基本上是等溫反應。OCT反應器轉化率主要受催化劑活性、反應溫度、進料組成和化學反應平衡影響，催化劑會隨反應的進行而結焦，催化劑活性、單程轉化率將逐漸下降。當這種情況發生后，反應不再受化學平衡控制，而是受化學熱力學控制。因此,反應溫度、進料組成等因素對反應器的運行周期和轉化率有很大的影響。

1.1 OCT反應原理

OCT反應器內的主要反應為乙烯和2-丁烯在催化劑上發生歧化反應，生成丙烯。副反應也會生成一些副產品，主要是C5至C7，還有焦炭（C8+）。

OCT反應器R-3301A/B含有兩個催化劑層。頂層為純氧化鎂（MgO）催化劑，會引起1-丁烯向2-丁烯的異構化反應，同時它還具有吸附雜質的能力，這些雜質會使歧化反應催化劑失活。底層為摻雜有硅土氧化鎂催化劑可促使歧化反應，包括生成丙烯的反應。

1.2 OCT反應器催化劑

OCT反應器設有兩臺反應器，一臺在線操作一臺備用或再生。正常運行時氣相物料自上而下，再生時物料方向也自上而下。

OCT反應器R-3301A/B設有兩層催化劑，上層包含純的氧化鎂，下層為載于二氧化硅上的氧化鎂和氧化鎢混合物，質量比為3∶1。上層的氧化鎂催化劑發生異構化反應，1-丁烯向2-丁烯轉化，同時將少量的雜質在此床層吸附脫除，這些雜質會使歧化反應催化劑中毒。下層混合催化劑促進歧化反應發生，生成丙烯。常見的催化劑毒物包括氧化物、羥基化合物、醇類、硫化物、水和氨，這些雜質會使催化劑中毒而失去活性必須要對物料預處理，脫除這些有害雜質。需要在進反應器的物料前加裝脫除毒物的處理器，用來吸附這些毒物，保證OCT反應器的安全運行，一旦催化劑中毒輕則對生產負荷造成降低的影響，重則將導致催化劑報廢，所以要實時對進反應器的物料進行監控，一般應在進反應器的物料前加裝化驗分析儀表，監控這些雜質的含量，這對正常生產是必要的。

表1 主要反應的反應熱

2 OCT反應器優化

2.1 歧化反應溫度優化

歧化反應為等溫反應，經生產研究表明，丁烯轉化率隨著反應溫度的增加而變大，丙烯選擇性在260～280℃時幾乎不變[2]，如圖1所示。

圖1 反應溫度對歧化反應的影響

在SOR階段，化學反應在較低溫度時對轉化率和選擇性影響很小，把進料溫度控制在260～280℃，此時反應主要受化學平衡控制，n-丁烯平衡轉化率可以維持在70%～75%，丙烯選擇性也達到最高。隨著生產的持續，催化劑會逐漸結焦，催化劑活性、單程轉化率將逐漸下降，當這種情況發生時，化學反應不再受化學平衡控制，而是受化學熱力學控制。在此操作模式下，轉化率隨著反應溫度升高而升高，可以把反應溫度適當提高一些，根據實際經驗，會逐步把溫度提高至280℃，此時反應的結焦將急劇增加，高溫度高轉化率將導致催化劑壽命縮短，因此并沒有丙烯產品凈增加，n-丁烯轉化率高是由于結焦反應的增加引起的。所以根據專利方的建議在反應末期EOR把反應溫度提高至304℃并不可取，只會縮短催化劑的使用周期，并沒有丙烯產品的明顯增加，所以一般我們實際生產時把反應溫度最高維持在260～280℃。同時適當的降低操作溫度，降低了催化劑結焦的速率，使反應器的運行周期從專利商提供的15～30天延長至4～5個月，這對生產相當有利，主要有以下幾個好處：（1）更低的溫度下，前序加熱爐的負荷可以相應的降低，從而減少了燃料氣的使用量，節約了生產成本；（2）更長的運行周期下，反應器再生的次數降低，降低了能耗，同時減少了催化劑由于再生而引起的物理磨損，延長了催化劑的使用壽命；（3）更低的操作溫度，可以使反應器本體的材料在高溫下的蠕變速率降低，延長了反應器設備的使用年限，而且還降低了運行風險，提高了運行的可靠性。

圖2 乙烯和丁烯混合液泡點壓力圖

2.2 反應壓力優化

歧化反應和異構化反應均為等摩爾反應，壓力不影響這兩個反應。綜合脫除雜質的預處理器和脫乙烯塔分離兩個方面的因素，操作壓力設定為3.0～3.5MPa，預處理器雜質的脫除需要在液相處理的情況下，常溫下乙烯和丁烯保持液相的壓力為4.25MPa，如圖2所示。

歧化反應的壓力不直接參與反應的控制，而是隨下游脫乙烯塔的操作壓力變動而變動。根據實際生產經驗，脫乙烯塔的操作壓力控制在2.595MPa，主要目的是可以在較低的壓力下分離未反應的乙烯和丙烯、碳四產品。在確保合格的前提下降低能耗。由于反應器至脫乙烯塔的實際管道壓力降并不大，大概只有0.2MPa，在實際生產中，我們可以把反應器壓力由原先設計的3.097MPa降至2.8MPa，降低的壓力可以保證系統的安全，同時降低了系統的風險，減少泄漏的可能，延長了反應器的力學性能。

每臺反應器均應設置壓差指示器，反應器SOR階段根據實際生產統計，壓差一般為0.01MPa，這個壓降主要是由反應器內催化劑支撐板以及裝填的瓷球和催化劑床層阻力決定的，所以在裝填催化劑時一定要按要求嚴格進行，瓷球的裝填一定要達到規定的厚度，不僅有利于反應氣的分布，而且對催化劑的支撐起重要作用，避免催化劑的泄漏對后系統管道造成堵塞和磨損，對下游塔盤的清潔也很重要。隨著反應器運行時間的增加，催化劑床層結焦逐漸增加導致反應器壓降逐漸增大，如果反應器壓降達到最大允許值0.2MPa，反應器需要再生。△P不允許超過最大允許值得原因是壓降過大會增加催化劑的磨損，影響催化劑總的使用周期。

2.3 進料組成優化

反應器進料中含有超過化學反應要求的乙烯量，過量的乙烯可以促進主反應的發生，即乙烯和2-丁烯生產丙烯，同時抑制副反應的發生。但乙烯不能無限制的過量，主要是考慮以下兩個因素：（1）乙烯水力學水平，主要的限制因素在于下游脫乙烯塔塔頂冷凝器的冷凝負荷，必須結合設備投資和操作費用，取兩者的最優點；（2）乙烯的高溫分解反應，過量的乙烯（在摩爾含量超過75%時）在高溫的預熱爐和反應器中將會高溫分解，反應將失控，嚴重危及設備和裝置安全，所以乙烯的流量需要嚴格控制。

根據實際經驗乙烯和丁烯的比例達到一定值以后，乙烯的增加對丙烯收率的影響將變的很小[2]，這個值一般最高維持E/B摩爾比為2.6。綜合考慮乙烯塔的冷負荷，實際生產時，乙烯的循環量維持不變，這樣就可以使后續脫乙烯塔的操作維持相對穩定。隨著操作周期延長，由于催化劑床層結焦，轉化率不再受化學平衡影響，而受化學動力學主導，為了保持丙烯產品穩定和彌補丁烯一次轉化率降低，需要對未反應的丁烯進行二次反應，把后系統未反應的丁烯循環至反應器里重新反應，所以反應器進料中的丁烯總量會逐漸提高，到反應末期時，E/B會逐漸下降至2.0，裝置水力學設計n-丁烯單程轉化率為55%，當達到這個丁烯循環量后，反應器負荷將不能提高，反應器需要離線再生。

2.4 OCT反應器再生

（1）通過OCT反應器進料處理器D-3301A/B帶來的雜質污染催化劑；（2）反應器副反應生成的重組分大量生成后結焦；（3）催化劑多次再生時物理摩擦損失。

反應器的再生是利用氮氣/空氣對催化劑進行燒焦而再生的，再生溫度控制在400～500℃，然后在400℃時用氮氣、氫氣混合物還原催化劑，最后在550℃下利用氮氣解吸去除水分。

再生注意事項:（1）不要使氫氣和空氣混合，容易在高溫下發生爆炸，所以操作前要確認兩者不可同時進入反應器；（2）燒焦空氣應該排放大氣，不能放入火炬系統，因為火炬系統平時有可燃氣體排放，空氣進入容易發生爆炸；（3）控制燒焦空氣的濃度和流量，一般應經過低O2濃度燒焦，高O2濃度燒焦，全空氣燒焦三個階段，過量的空氣通入會導致燒焦過度而損壞催化劑和設備；（4）持續監測床層溫度變化曲線和再生過程中床層壓降曲線。

3 結論

（1）反應溫度控制在260～280℃對OCT反應器的穩定、長周期運行至關重要，實際操作溫度比催化劑供應商提供的參數要低一些，這樣做不僅可以減少結焦速度，延長操作周期，而且降低了能耗。

（2）反應壓力對OCT反應器影響不大，主要取決于預處理器和脫乙烯塔操作壓力。

（3）進料組成對OCT反應有很大影響，高的乙烯比可以使反應往主反應進行，但不能超過75%，同時要考慮后續分離系統的冷負荷。

（4）操作時應注意反應器壓降變化，避免高壓降對催化劑的磨損，影響使用壽命。

[1]張惠明.甲醇制低碳烯烴工藝技術新進展[J].化學反應工程與工藝,2008,24(2):178-182.

[2]羅晴,王定博.C4烯烴與乙烯歧化反應制備丙烯[J].石油化工,2008,37(增刊):151-153.

OCT Reactor Operation Optimization

Qi Yun-hui
(Zhejiang Xingxing New Energy Technology Co.,Ltd.Zhejiang jiaxing 314200)

OCT reactor is the core of the olefins conversion unit (OCU) equipment,its gas phase n-butene adsorbed on the catalyst and ethylene under heating conditions on disproportionation reaction generated propylene.Factors such as reaction temperature,feed composition on the reactor operation cycle and the conversion rate has a great influence,so to analyze the running parameters and optimizing operation,so as to achieve maximum economic benefits.

OCU;olefins conversion;Reaction temperature;Material composition Disproportionation reaction

TE966

A

2096-0387（2017）05-0033-04

戚云輝（1984—），男，浙江嘉興人，大專，工藝技術員，研究方向：甲醇制烯烴（DMTO）、烯烴分離。