乙炔加氫催化劑在甲醇裝置上的長周期應用

李必文

(中國石化重慶川維化工有限公司，重慶 401254)

中國石化重慶川維化工有限公司引進德國BASF公司技術，采用天然氣部分氧化裂解制乙炔。副產的乙炔尾氣中含有大量的H2和CO，是合成甲醇、二甲醚、氨以及合成油的良好原料。由于尾氣中還含有微量硫化物、乙炔、乙烯和氧等雜質，會影響下游催化劑使用壽命及產品品質，因此，需對其進行凈化處理。工業實踐表明采用加氫轉化技術脫除乙炔，具有經濟高效、運行安全，投資少，操作方便等優點。

西安元創化工科技股份有限公司研究開發的JT-101型乙炔加氫催化劑[1-2]先后成功應用于重慶馳源化工有限公司、四川天華股份有限公司、青海鹽湖工業集團股份有限公司、新疆美克化工股份有限公司等廠家。本文主要介紹JT-101型乙炔加氫催化劑在中國石化重慶川維化工有限公司800kt·a-1乙炔尾氣制甲醇工業裝置上的長周期應用情況。

1 乙炔尾氣加氫工藝流程

天然氣裂解制乙炔副產的尾氣中含有少量的乙炔、微量硫等，對甲醇合成催化劑具有毒害作用。來自前工序的乙炔尾氣，經加壓后，進入脫硫工段，采用西安元創化工科技股份有限公司的T306氧化鋅脫硫劑將乙炔尾氣中的硫化物脫除至0.1×10-6以下，經加熱器加熱到一定溫度后進入加氫轉化反應器，在JT-101型乙炔加氫催化劑作用下，將乙炔、部分氧轉化為乙烷和水。由于乙炔會與銅基催化劑形成乙炔銅，乙炔銅為易爆化合物，所以要求加氫凈化后的原料氣，其乙炔含量小于5×10-6。凈化后的原料氣經冷凝后送入合成甲醇裝置。

2 JT-101型乙炔加氫催化劑工業應用

2.1 催化劑物化性能及工藝操作指標

JT-101型加氫催化劑具有加氫凈化度高、操作彈性大、使用壽命長等特點。該催化劑可用于焦爐氣、電石爐氣、乙炔尾氣等富一氧化碳工業尾氣的加氫轉化過程。對氣體中的乙炔、乙烯和氧等雜質同時具有較高的加氫轉化能力。其物化指標見表1，工藝操作指標見表2。

表1 催化劑物化性能Table 1 Physical-chemical parameters of the catalysts

表2 主要工藝操作指標Table 2 Main process operation parameters

2.2 催化劑的裝填與還原

JT-101型乙炔加氫催化劑在整個裝填過程中要求催化劑床層平整、均勻，防止粉碎，受潮，勿在催化劑上直接踩踏。加氫反應器分兩層裝填，每層裝填耐火球1.6m3,高度100 mm，加氫催化劑27.75 m3，裝填高度3 450 mm。共裝填耐火球3.2 m3，加氫催化劑55.5 m3。

按催化劑廠家提供的還原方案進行還原，還原結束后，投料運行，由于該催化劑比較容易還原，且床層溫升不明顯，因此采用氫氮混合氣進行了還原，還原過程比較平穩。催化劑升溫還原條件見表3。

表3 催化劑升溫還原操作指標Table 3 Operating parameters of temperature-programmed reduction of catalyst

2.3 應用結果

2.3.1 加氫凈化效果

乙炔尾氣加氫凈化裝置于2011年7月正式投入運行，其運行數據見表4。由表4可以看出，JT-101型乙炔加氫催化劑已運行10多年，遠超合同規定使用壽命不小于4年的要求，且加氫轉化及穩定性良好，由于此催化劑價格昂貴，長周期運行節省了大量更換催化劑的費用；在反應條件下，原料氣中乙炔出口含量始終小于1×10-6，完全滿足乙炔原料尾氣加氫后出口乙炔含量小于5×10-6的技術指標要求；催化劑采用特殊制備工藝，貴金屬與載體結合力強，催化劑表面活性組份隨氣流沖刷摩擦流失少，因此，催化劑始終保持了很高的加氫活性。

表4 JT-101乙炔加氫催化劑運行結果Table 4 Operating results of acetylene hydrogenation catalyst JT-101

2.3.2 加氫催化劑床層溫度變化趨勢

JT-101型乙炔加氫催化劑床層溫度隨時間變化趨勢見圖1。

圖1 催化劑床層溫度隨時間變化趨勢Figure 1 Variation trend of catalyst bed temperature with time

從圖1可以看出，催化劑已累計運行129月，催化劑最高反應溫度為175.5 ℃，催化劑提溫比較平穩，溫度波動不大，每月提溫約0.313 ℃，離最高使用溫度200 ℃還有一定提溫空間，表現出很高的結構穩定性。

2.3.3 加氫催化劑床層壓差

JT-101型乙炔加氫催化劑床層壓差隨時間變化趨勢見圖2。由圖2可知，運行前40月，催化劑床層壓力降逐步上升，可能的原因是原料氣流沖擊床層，催化劑下移變的密實，床層空隙率變小；運行40月至129月，床層壓力降比較穩定，說明催化劑機械強度較高，沒有破碎粉化現象，顯示出催化劑具有良好的機械穩定性。

圖2 催化劑床層壓差隨時間變化趨勢Figure 2 Variation trend of catalyst bed pressure drop with time

3 結 論

JT-101乙炔加氫催化劑在中國石化重慶川維化工有限公司已使用10多年，由于整體精細平穩操作，保證了裝置的平穩運行，至今凈化后的乙炔尾氣中乙炔含量小于1×10-6，達到小于5×10-6技術要求，床層壓差低，催化劑提溫比較平穩，表明催化劑具有良好的加氫轉化能力和結構穩定性，操作彈性大，催化劑使用壽命長，為我廠節省了兩千多萬元催化劑更換費用，運行成本低，完全能滿足天然氣裂解制乙炔副產尾氣加氫制甲醇裝置安全穩定長周期運行，為企業創造了良好的經濟效益。