烷基化催化劑SEB-08失活原因分析及對策

張友超

(中國石化青島煉油化工有限責任公司，山東 青島 266400)

青島煉化乙苯裝置設計年產90.1 kt/a，以催化裂化裝置的副產品催化干氣和重整裝置產品苯為原料，經烷基化反應制乙苯。乙苯裝置采用中國石化具有自主知識產權的氣相法干氣制乙苯技術(SGEB)，使用的是SEB-08催化劑，該催化劑裝填量少、裝填簡單、活性高、選擇性好、穩定性好等優點。孫洪敏等[1]考察了催化劑在運行中，進料攜帶水、堿性物質，液態苯、乙苯等會對催化劑造成結焦、中毒失活的分析數據。乙苯裝置自2011年8月建成投產，2015年6月按計劃停工檢修，達到“四年一檢修”的目標，自2015年8月18日，再生過的催化劑在一個周期內運行平穩，于2017年1月底因催化劑運行至末期而切換一次反應器，累積運行周期17個月。

1 烷基化部分概況

乙苯裝置烷基化反應采用中國石化上海石油化工學院研制的SEB-08型氣固型催化劑，基本規格指標見表1。

表1 烷基化催化劑基本規格

該烷基化催化劑設計使用溫度為310～400℃，實際使用過程中起始溫度約為330℃，該條件下能運行2～3個月，最佳操作溫度為340～360℃，該條件下運行時間一般為8～9個月；運行末期操作溫度受限于加熱爐出口溫度，并隨入口干氣流量變化，一般為360～380℃。在催化劑反應后期，通過合理控制反應器入口溫度，達到充分發揮催化劑活性、延長使用周期的目的。

為控制催化劑積碳速度，應控制合適的苯烯比，設計值為6～7，運行過程中根據生產負荷進行微調，負荷較低時可按高值6.5～7控制；高負荷時根據加熱爐負荷適當降低，但不能低于6，以保持催化劑的較高活性。另外在反應器投用干氣前，用合格的循環苯置換催化劑床層，以避免開工過程中對催化劑造成損害。

烷基化反應原料的基本指標控制如表2～4，在平時的運行操作中要嚴格控制各指標參數，以維持催化劑的活性在最優的工況。

表2 烷基化反應器操作條件

表3 催化干氣質量指標

表4 新鮮苯主要質量指標

2 影響催化劑活性的因素

2.1 原料催化干氣中攜帶水和堿性物質乙醇胺、氨水

催化干氣中攜帶的物質，隨脫后干氣進入烷基化反應器，導致乙苯轉化率下降，為避免干氣帶液至反應器，對流程進行優化，并采用加強水洗換水和脫液。乙醇胺對苯和乙烯烷基化的影響如圖1，由圖1可以看出，乙醇胺體積分數小于5 mg/kg時，對苯和乙烯烷基化反應影響不大，乙醇胺體積分數大于10 mg/kg，催化劑活性明顯下降，乙醇胺分數大于100 mg/kg時，催化劑完全失活，由于催化活性中心為酸性，堿性物質引起催化劑不可逆失活，要求控制乙醇胺體積分數控制5 mg/kg以下。

圖1 乙醇胺含量對烷基化的影響

通常情況下微量水對催化劑影響不大，通過實驗來看，在水體積分數低于500ppm時，對苯和乙烯烷基化反應的影響不大，由圖2可以看出，隨著水含量提高，選擇性降低，二甲苯及雜質含量明顯增加，因此要控制反應體系中水體積分數低于500 ppm。

圖2 微量水對烷基化的影響

2.2 苯系統帶堿性物質單乙醇胺和水

乙苯裝置原料苯來自上游重整裝置的新鮮苯，受上游裝置操作的影響，2013年5～8月出現新鮮苯帶堿現象，且因苯長期帶水，苯中攜帶的堿及水進入烷基化反應器，引起催化劑中毒，烷基化反應器A/B運行參數參見圖3、4。

由圖3可以看出，自2013年5月4日化驗分析數據出現，新鮮苯帶堿液和明水，引起在用的烷基化反應器A內的催化劑中毒，導致催化劑快速失活，乙烯轉化率在不到一個月的時間降至90%以下，裝置被迫于6月30日由在用的反應器A切至再生過的備用反應器B運行，烷基化反應器A累計運行不足九個月。因新鮮苯帶堿和水現象沒有徹底解決，B反應器的催化劑也被堿性物質污染，期間采取切斷干氣進料、用合格的循環苯置換B床層等方式恢復催化劑活性，但是效果不明顯。由圖4可以看出，烷基化反應器B運行不足7個月后，乙烯轉化率降至90%以下，遠低于設計值要求的12個月。期間多次化驗分析新鮮苯中性實驗堿性，側抽苯和新鮮苯都帶有明水，這是造成催化劑中毒失活的根本原因。

圖3 烷基化反應器A運行參數

圖4 烷基化反應器B運行參數

2.3 液態水、苯、乙苯

當操作上出現波動，會導致液態水、苯、乙苯進入反應器，這些液態物質受熱汽化會導致催化劑破損，引起催化劑的活性降低。液態水吸附在催化劑活性中心表面，導致反應的接觸面減少，導致活性降低。液態的乙苯進入反應會在引起反應器內催化劑的結焦。

2.4 循環苯系統帶乙苯等雜質

在正常的操作中不會出現側抽苯的質量問題，但是當循環苯塔出現進料量中重組分較多，塔底溫度過高、回流量中斷等特殊情況的時，因調節不及時會造成循環苯中帶乙苯超標，乙苯會隨苯進入反應器，乙苯會促進和苯進行烷基化反應生成二苯基乙烷，二苯基乙烷是重組分，會堵塞催化劑微孔，造成催化劑失活，反應的方程式如下：

C6H5C2H3+C6H6→C6H5C2H4C6H5

同時乙苯含量的增多降低了反應器的轉化率，也增加了乙苯與部分乙烯反應生成多乙苯的幾率，從而導致重組分增加，催化劑結焦速度加快，反應如下式：

C6H5C2H3+C2H4→C6H5(C2H5)2

C6H5(C2H5)2+C2H4→C6H5(C2H5)3

C6H5(C2H5)3+C2H4→C6H5(C2H5)4

在整個反應過程中還有少量的1,1-二苯基乙苯生成。因此要嚴格控制循環苯塔的操作，防止非芳烴、乙苯等雜質[2]進入反應器。

3 對策和效果

(1)加強催化干氣的脫液，班組加強對脫后干氣的脫液，D101水洗罐低液位水洗，D120脫液罐2 h一次脫液，盡可能的減少脫后干氣帶水和乙醇胺進入反應器，造成催化劑中毒失活。

(2)加強新鮮苯的跟蹤分析，保證苯原料的分析數據合格，加強與上游裝置的溝通，在其操作波動時，停收苯，帶分析合格后再收苯。苯原料質量合格后，烷基化催化劑的失活現象得到延緩，避免其與原料毒物接觸導致催化劑永久失活。做好化驗數據分析及中性實驗，加強苯儲罐的脫液。

(3)嚴格操作，根據反應器床層的溫度變化，調整各段干氣的進料量，維持床層溫升均勻。根據反應器的轉化率，調整反應溫度、苯烯比、空速、降低反應器的結焦，優化催化劑的活性。

(4)優化循環苯塔的操作，保證側抽苯的純度，防止重組分進入塔頂，隨循環苯進入反應系統。

通過以上優化操作，反應器A中再生過的催化劑累計運行17個月，期間催化劑保持很高活性，遠超設計壽命一個周期12個月的目標。具體運行數據如圖5。

圖5 催化劑具體運行數據

由圖5可以看出，只要杜絕出現原料帶堿性物質，優化操作，催化劑可以在一個周期內維持高負荷的運行，累計運行周期17個月，考慮到催化劑的下個周期，對于新催化劑一般穩定周期在17個月就進行再生，以確保再生周期的平穩運行。

4 結論

由于SEB-08為固體酸催化劑，堿性物質會引起催化劑不可逆失活，因此運行過程中應加強原料的管理，避免堿性物質進入催化劑床層造成催化劑的快速失活，加強苯罐的脫液，監控新鮮苯的微量水，以及中性實驗，防止重整苯帶堿進入苯罐，同時注意優化操作，以延長催化劑的使用壽命。

[1]孫洪敏,張 斌,宦明耀,等.SEB-08稀乙烯制乙苯催化劑反應性能的研究//[C].全國工業催化信息站.第六屆全國工業催化技術及應用年會論文集.西安:[出版社不詳],2009:321-325.

[2]成飛龍,岳寶榮,張 才,等.液相分子篩制乙苯催化劑活性影響因素分析[J].石化技術及應用,2009,27(5):452-456.