C2 加氫等溫反應器催化劑更換策略

逯永強

（中國石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江 大慶 163000）

乙烯的生產過程中C2加氫是非常重要的工藝流程，而催化加氫被廣泛應用在裂解產物中的炔烴脫除過程中。此過程應用的反應器主要是等溫反應器和絕熱反應器。等溫反應器能夠實現對反應溫度的有效控制，在較低的反應溫度條件下能夠激發催化劑的活性、提升催化劑的選擇性，運行周期也逐漸延長。但在長期應用后，炔烴的轉化率不斷降低，并會導致反應器出現漏炔，甚至出現乙烯產品不合格等現象，此時說明催化劑已失去了催化性能。如果催化劑通過再生方法仍不能恢復其性能，則必須及時進行催化劑更換。

1 C2 加氫工藝概述

某公司裂解車間E1裝置針對裂解氣進行分離處理的過程中主要應用的是后加氫工藝流程，在整個C2加氫系統中主要使用2 臺等溫反應器及3臺絕熱反應器，生產中采取的是其中1臺等溫反應器與其它2臺絕熱反應器進行串聯使用。

等溫反應器主要以管式反應器的方式存在，在其管內部放置催化劑，在整個生產過程中主要依靠反應器殼程內部的汽化丁烷帶走大量的反應熱，以實現反應器的恒溫運行狀態，并進一步提高催化劑在反應過程中的選擇性。

在反應過程中，C2組分從反應器頂部進入，通過管內與催化劑充分接觸發生反應，并通過與殼程的丁烷不斷換熱，實現保持合理的反應溫度，整個過程遵循自上而下的順序，最終物料會在等溫反應器中順利將其中70%的炔烴脫除出來，剩下的部分炔烴會利用后續的絕熱反應器來實現脫除，經過反應后保證出口超過5×10-6，以滿足乙烯產品的生產需求。在整個生產過程中通過冷劑罐來實現多余反應熱的控制，并通過冷凝作用保證反應床處于恒溫狀態［1~3］。

等溫反應器催化劑應用至2015 年時，已不能發揮出較高活性，選擇性也較差。等溫反應器運行過程中，當入口溫度達到72 ℃、氫炔比達到1.65的時候，床層并沒有出現明顯的反應溫升現象，炔烴的轉化率甚至不能達到50%，在此情況下，生產負荷就會全部轉移到絕熱床上，同時整個生產過程中反應器發生漏炔的風險更加嚴重，甚至會造成乙烯產品質量不能達標。此時催化劑已達到使用壽命，不能繼續應用，為了提升乙烯產品質量必須盡快更換催化劑。裂解車間分別在2015 年、2016年對現場2臺等溫反應器催化劑進行了更換。

2 催化劑運行性能分析

加氫催化選擇性是衡量催化劑性能的重要指標。裂解車間E1 裝置使用的催化劑為LY-C2-02，該催化劑是裝填在等溫反應器管束內部，整體的裝填量較大；該催化劑具有較好的活性，選擇性也較強，還能夠表現出更好的抗毒性能［4］。

C2加氫反應機理是乙炔經過擴散到達催化劑表面進行物理吸附，當遇到催化劑活性中心則進行活化吸附。吸附活化的反應物分子與活化吸附的活性氫接觸而被氫化，生成乙烯。LY-C2-02催化劑的特點之一就是乙烯增量高，亦即大部分乙炔都被轉化為乙烯而不是乙烷［5］。

3 催化劑更換策略

卸除催化劑前，首先必須保證反應器已完成整個燒焦置換工作（N2置換合格，N2含量大于99.5%）；其次就是經測爆合格后聯系施工單位打開反應器人孔，進行自然通風。經測氧、測爆合格后開始拆卸反應器內件，將拆出的零部件做好標記并妥善保管，并對整個作業現場進行嚴格清理，準備好盛裝催化劑所需的各種器具［6,7］。

3.1 催化劑卸出方案

3.1.1 準備工作催化劑卸出前首先要將催化劑更換整個作業過程中所需要的防護設施、篩網、漏斗、壓差測試儀、精密壓力表、軟管（提前做好尺寸標記，3 420 mm/3 430 mm 處用彩色筆做好標記，以便測量瓷球裝填高度）、小蓋子（美紋紙貼在小蓋中心處，將小蓋編號，以便記錄壓差）、吸塵器等相關的設備準備妥當，與此同時還要落實配合的操作人員及施工卸料人員。

3.1.2 卸料步驟具體實施卸料作業的過程中，首先要在整個反應器頂部搭設起遮雨棚，避免卸料作業過程中，雨水等進入反應器內部；其次，將反應器頂部的彎頭拆卸下來，讓反應器進行通風，在此過程中要在管口的位置加裝擋板。作業人員從反應器的頂部進入反應器內部，拆除管束上面設置的篦子板（附篩網），建議對每塊篦子板與原位置進行編號，以便后續回裝；最后，打開反應器下人孔，將瓷球與催化劑卸出，并裝入具有內襯的編織袋中，取出所有的催化劑后，聯系儀表人員將床層測溫熱耦拆下，對反應器底部的柵板進行檢查、清理［8］。

3.2 裝填方案

3.2.1 裝填前工作裝填前須完成4項準備工作。

（1）充分保證容器內O2含量（21.0%）；

（2）反應器的內壁上沒有水分存在；

（3）反應器內壁以及裝填過程中所選用的器材都要經過嚴格清掃并進行嚴格檢查，確認合格；

（4）催化劑提前用臺秤稱好3.6 kg/份，裝入塑料袋中，以便節省裝填時間。

3.2.2 裝填步驟必須按下列10個步驟進行裝填。

（1）對設備內部柵板及隔板進行檢查（并且聯系相關科室），確認正常；

（2）聯系儀表管理人員回裝床層測溫熱耦；

（3）將Ф12 mm瓷球通過下部側人孔送至反應器的內部，采用鐵鍬適度推動，使瓷球移到反應器的內側，當裝填到用人孔已無法繼續裝填的時候，需要從反應器頂部管口處，用提前準備好的軟管（3 420 mm/3 430 mm 處標記）繼續裝填瓷球，瓷球裝填高度為750 mm（軟管插入管束至3 430 mm 標記處）；

（4）將下部人孔加正式墊片回裝；

（5）用軟管從管口向每根內管裝填Ф6惰性瓷球100 mm（軟管插入管束至3 420 mm標記處）；

（6）在底部的惰性瓷球填充完畢后，將事先稱好的催化劑（3.6 kg/袋）通過漏斗和軟管緩慢地向各個內管填充，此操作需要控制好催化劑裝填速度，裝填時倒入催化劑速度快裝填高度相對較高，壓差相對較低，反之，速度慢裝填高度較低，壓差較高，已填充催化劑的內管用事先準備好的小蓋子蓋好，以免重復填充；

（7）用軟管測量每根內管內催化劑層至上部關口的距離，保證各管催化劑的裝填高度一致（偏差不超過50 mm）；

（8）使用壓力降測試裝置測量所有內管的壓差（選用儀表風），并按小蓋子編號記錄壓差數值（小蓋子提前已編號），然后算出平均值，保證各管壓差與平均壓差偏差在10%以內。每根管的壓差平均在600 mm 水柱（此數據為經驗值，裝填時以實際測量值為準），如果任何1 根內管壓差偏差達到10%，必須用真空吸力器將催化劑從內管中吸出，并且重新裝填（裝填速度影響壓差）；

（9）當所有填充的內管壓差都在10%誤差范圍以內時，用軟管裝填帶有熱電偶的內管，在熱電偶周圍和其它內管裝填催化劑到一定的高度，在這個高度下顯示出的該管的壓力降在其余內管的誤差范圍以內即可；

（10）裝填完畢后，按事先做好的編號回裝篦子板，封各人孔，引入氮氣進行氣密、置換、干燥，合格后待再生。

在整個裝填作業過程中要將責任進行具體明確，嚴格進行分工，避免造成裝填作業混亂現象。C2加氫等溫反應器卸料裝填示意見圖1。

圖1 C2加氫等溫反應器卸料裝填示意

4 結束語

該公司裂解車間E1裝置對裂解氣進行分離處理的過程中，主要應用后加氫工藝流程，但在長期應用過程中炔烴的轉化率不斷降低，因此必須及時更換催化劑。更換過程中必須充分做好相應的準備工作，并對催化劑更換作業順序進行優化，嚴格控制裝填過程中各個環節以避免誤差。由于LY-C2-02催化劑具有較強的活性和選擇性，而且抗毒性也比較好，更換催化劑后能夠進一步提升乙烯的產量。