C3反應(yīng)器采用1段加氫的應(yīng)用

孫鵬

（中國(guó)石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶163714）

分離單元定期對(duì)所有循環(huán)水換熱器進(jìn)行排查，避免丙烯進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)造成COD偏高，在排查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)C3加氫1段出口冷卻器EH475A存在內(nèi)漏的情況，該換熱器為獨(dú)生子換熱器，無(wú)法進(jìn)行切換操作，只能將其切除進(jìn)行檢修，為避免C3系統(tǒng)全面停車，產(chǎn)生大量不合格丙烯，因此對(duì)C3加氫系統(tǒng)局部停車采用1段加氫方式進(jìn)行充分研究［1］。

此試驗(yàn)研究主要是C3加氫進(jìn)料泵EP-470A/B把原料從脫丙烷塔回流罐（EV-442）中抽出，提壓后送至C3加氫1段反應(yīng)器，出口直接改進(jìn)丙烯汽提塔，將1段出口冷卻器、循環(huán)緩沖罐、緩沖罐的液相泵、2段反應(yīng)器切除，在反應(yīng)器入口缺少1股C3稀釋量情況下，通過(guò)提高在線反應(yīng)器入口溫度、氫炔比等方式，保證丙烯產(chǎn)品合格［2～4］。

1 C3加氫系統(tǒng)流程

來(lái)自脫丙烷塔塔頂?shù)囊合郈3餾分經(jīng)過(guò)入口預(yù)熱器EH-475C加熱至50℃，進(jìn)入C3加氫水聚結(jié)器（EV-475）分離水份，并在液面控制器LC-1454的控制下，將水送往2段排出罐EV-303。

物料中含有低于20×10-6的游離水。然后將液相C3餾分用循環(huán)C3稀釋，進(jìn)行液相催化加氫，以脫除甲基乙炔和丙二烯（MA/PD）。

C3加氫系統(tǒng)設(shè)有4臺(tái)絕熱反應(yīng)器（ER-475A/B、ER-476A/B），但正常時(shí)只有2臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)在線運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)是：MA/PD的進(jìn)料濃度最高為5.3%。經(jīng)過(guò)甲烷化的H2進(jìn)入2個(gè)串聯(lián)操作的反應(yīng)器中，每股都是用流量比例控制，使用FF-1456和FF-1461控制。

C3加氫進(jìn)料泵EP-470A/B把原料從脫丙烷塔回流罐中抽出，在2.9～3.1 MPa壓力下，經(jīng)FC-1457控制送入加氫系統(tǒng)的流量。

原料用循環(huán)C3稀釋，用FF-1458控制流量比例，以保證混合后的MA/PD濃度在2.4%左右，然后將混合后的物料送往ER-475A/B的頂部。在反應(yīng)器里，將會(huì)有50%～60%的MA/PD被轉(zhuǎn)化成丙烯或丙烷。

由于反應(yīng)是放熱反應(yīng)，將引起一些液相物料被汽化，反應(yīng)器出口的混合物料通入C3加氫冷卻器EH-475A，并進(jìn)入C3加氫循環(huán)緩沖罐EV-476。

在緩沖罐里C3液相和不凝氣進(jìn)行分離，循環(huán)緩沖罐的溫度用TC-1536控制進(jìn)入C3加氫冷卻器（EH-475A）的冷卻水流量。緩沖罐的液相用泵EP-475A/B送到2段反應(yīng)器ER-476A/B，反應(yīng)器的背壓由PC-1454控制。加氫系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。

圖1 C3加氫系統(tǒng)流程

2 存在問(wèn)題

2.1 加氫反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率

加氫反應(yīng)所需氫氣量由C3餾分進(jìn)料量和進(jìn)料中MA/PD含量決定，通常1段加氫反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率為50%～60%，剩余部分在2段加氫反應(yīng)器中進(jìn)行。裝置平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，1段反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率為65.3%左右，2臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)運(yùn)行總轉(zhuǎn)化率為100%。

加氫反應(yīng)所需的氫氣來(lái)自甲烷化單元，根據(jù)MAPD含量按照一定配比注入混合C3進(jìn)料管線，隨著氫氣量增加，反應(yīng)速率增加，放熱量也隨之增加，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提高，但反應(yīng)選擇性降低，過(guò)量氫氣會(huì)與丙烯進(jìn)一步加氫生成丙烷，隨著氫氣量增加，反應(yīng)器出口MA/PD含量會(huì)不斷降低［5］。

雖然E1裝置從未嘗試過(guò)1臺(tái)C3反應(yīng)器單獨(dú)運(yùn)行，局部停車之前無(wú)法確認(rèn)加氫后的效果，但可參考2011年1段床催化劑失活時(shí)，2段床加氫后丙烯產(chǎn)品也能夠達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，因此認(rèn)定通過(guò)優(yōu)化調(diào)整反應(yīng)器入口溫度、氫炔比，1臺(tái)反應(yīng)器在線運(yùn)行時(shí)理論上應(yīng)該能夠滿足生產(chǎn)需要。同時(shí)，為降低C3加氫1臺(tái)反應(yīng)器在線時(shí)的負(fù)荷，局部停車之前先把裂解爐負(fù)荷降低，前冷進(jìn)料量降至70 t/h左右，C3加氫反應(yīng)器進(jìn)料量平均為17.3 t/h左右。

2.2 反應(yīng)器床層溫度

由于1段加氫反應(yīng)器出口冷卻器內(nèi)漏需將其切除檢修，此次試驗(yàn)研究過(guò)程只有1臺(tái)反應(yīng)器單獨(dú)在線運(yùn)行，同時(shí)C3加氫反應(yīng)器入口沒(méi)有循環(huán)返回量，無(wú)法稀釋新鮮進(jìn)料，反應(yīng)器入口的MA/PD濃度會(huì)偏高，進(jìn)料空速降低，加氫過(guò)程中床層溫度存在上漲過(guò)快的可能。如果出現(xiàn)此種情況需立即將配氫閥切斷，并將反應(yīng)器出料由丙烯汽提塔改進(jìn)不合格丙烯罐，丙烯精餾塔保證全回流運(yùn)行。

2.3 丙烯精餾塔

由于目前C3加氫反應(yīng)器入、出口沒(méi)有分析儀表，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控MA/PD變化情況，如經(jīng)1臺(tái)反應(yīng)器加氫后效果不好，出口MA/PD含量仍較多，長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)入丙烯精餾塔將導(dǎo)致整塔物料被污染，為避免不合格丙烯污染丙烯產(chǎn)品罐，需停止采出維持全回流運(yùn)轉(zhuǎn)，待C3系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，重新進(jìn)入丙烯精餾塔，此種情況將嚴(yán)重影響開(kāi)工進(jìn)度并產(chǎn)生大量不合格丙烯，回?zé)拰⒃斐裳b置能耗大大增加，不利于裝置高效運(yùn)行。

3 優(yōu)化調(diào)整措施

3.1 提高反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率。

C3加氫系統(tǒng)正常運(yùn)行反應(yīng)器入口有C3稀釋量時(shí)，1段入口MA含量平均為1.02%左右、PD含量平均為0.97%左右，見(jiàn)圖2。

圖2 正常運(yùn)行時(shí)反應(yīng)器入口MA/PD情況

C3加氫系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，入口溫度為50℃左右，床層最高點(diǎn)溫度為61℃左右，入口氫炔比1.7，反應(yīng)器入口流量平均為40.5 t/h左右，經(jīng)過(guò)1段反應(yīng)器加氫后，出口甲基乙炔含量平均為0.14%，轉(zhuǎn)化率為86.3%，丙二烯含量平均為0.56%，轉(zhuǎn)化率為42.3%，見(jiàn)圖3。

圖3 正常運(yùn)行時(shí)反應(yīng)器出口MA/PD情況

當(dāng)C3加氫系統(tǒng)局部停車，1臺(tái)反應(yīng)器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)化驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得知入口MA含量為2.02%，PD含量為1.62%，由于反應(yīng)器入口沒(méi)有C3稀釋量，MA/PD含量相比正常運(yùn)行時(shí)有所增加，但還在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，1臺(tái)反應(yīng)器加氫應(yīng)該能夠達(dá)到產(chǎn)品合格的標(biāo)準(zhǔn)，因此將反應(yīng)器入口溫度由50℃提升至51℃，入口氫氣量由29 kg/h提至32 kg/h，由于加氫反應(yīng)放熱量大，反應(yīng)器床層溫度最高漲至70℃左右，相比于正常運(yùn)行時(shí)床層溫度上漲10℃左右，由于催化劑床層溫度大幅度提高，反應(yīng)器出口氣化率增大，反應(yīng)器處于氣液相操作狀態(tài)。

通過(guò)化驗(yàn)分析，1臺(tái)反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)出口MA含量為0.09%，轉(zhuǎn)化率為95.5%，PD含量為0.17%，轉(zhuǎn)化率為89.5%，總轉(zhuǎn)化率為93.4%。

3.2 控制MA/PD含量。

1臺(tái)反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)，MA/PD轉(zhuǎn)化率達(dá)不到100%，仍有部分甲基乙炔、丙二烯進(jìn)入后系統(tǒng)，只能通過(guò)精餾塔的精餾作用控制丙烯產(chǎn)品中MA/PD含量。

3.3 穩(wěn)定回流比

將丙烯精餾2#塔回流量由175 t/h逐漸提至200 t/h，聚丙采出量由7 t/h降至2 t/h，化丙采出量由10 t/h降至5 t/h，盡可能將塔內(nèi)MA/PD控制在塔釜最終返回裂解爐，在此期間丙烯塔壓差最高漲至46 kPa，但未影響到塔的正常運(yùn)行。

3.4 調(diào)節(jié)塔釜再沸量

在保證急冷水塔系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，減少丙烯精餾塔塔釜急冷水用量，避免塔釜MA/PD進(jìn)入塔頂，影響丙烯產(chǎn)品質(zhì)量。

3.5 減少塔釜損失

由于回流比偏大，造成丙烯損失，換熱器檢修期間塔釜丙烯損失為47.15%，正常運(yùn)行時(shí)損失為15%左右。由于調(diào)整控制合理，產(chǎn)品中MA/PD總量小于15×10-6，滿足化學(xué)級(jí)丙烯產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

此次C3加氫反應(yīng)器1段出口冷卻器在線檢修歷時(shí)16 h，如果C3加氫系統(tǒng)全面停車，將產(chǎn)生300 t左右的不合格丙烯，對(duì)原料的平衡及裝置能耗造成極大影響，通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)研究得出1臺(tái)加氫反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)，雖然反應(yīng)器入口缺少C3稀釋量，反應(yīng)器入口MA/PD含量增加、進(jìn)料空速降低存在飛溫的風(fēng)險(xiǎn)，但通過(guò)合理調(diào)整反應(yīng)器入口溫度、氫炔比及丙烯精餾塔操作能夠保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行并得到合格的丙烯產(chǎn)品。