碳二加氫影響因素及應(yīng)對(duì)措施獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

碳二加氫影響因素及應(yīng)對(duì)措施獲獎(jiǎng)科研報(bào)告本文采取了文獻(xiàn)調(diào)查法以及觀察法，以大慶石化新建60萬(wàn)噸/年乙烯裝置為基礎(chǔ)，分析碳二加氫反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行的影響因素并針對(duì)碳四、一氧化碳含量、空速、以及反應(yīng)溫度等影響因素。

關(guān)鍵詞：碳二加氫反應(yīng)器;影響因素;優(yōu)化;操作;乙烯

引言

乙烯可生產(chǎn)出大量重要的化工產(chǎn)品，但其生產(chǎn)裝置耗能大、流程繁雜且生產(chǎn)過(guò)程通常存有參數(shù)未知性、突發(fā)性、純滯性等特點(diǎn)。乙烯生產(chǎn)工藝流程中的重要設(shè)備即碳二加氫反應(yīng)器，該設(shè)備運(yùn)行好壞會(huì)直接影響乙烯產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。所以本次研究分析影響碳二加氫反應(yīng)器運(yùn)行因素對(duì)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行及乙烯生產(chǎn)質(zhì)量等后續(xù)操作和管理起著積極的促進(jìn)作用，為后續(xù)工藝改進(jìn)提供一定幫助。

一、碳二加氫反應(yīng)器簡(jiǎn)介

1、碳二加氫裝置原理

大慶石化新建60萬(wàn)噸/年乙烯裝置采用前脫丙烷前加氫流程，使用的是殼牌的鈀系催化劑，碳二加氫反應(yīng)器ER-3425有三段催化劑床層串聯(lián)，反應(yīng)器各床層之間設(shè)有中間冷卻器。

在加氫催化劑存在下，其反應(yīng)原理為：

主反應(yīng)：C2H2+H2=C2H4

副反應(yīng)：C2H2+2H2=C2H6

C2H4+H2=C2H6

mC2H2+nH2=低聚物（綠油）

2、本文研究?jī)?nèi)容

本文以大慶石化化工一廠(chǎng)乙烯車(chē)間碳二加氫裝置作為研究對(duì)象，開(kāi)展對(duì)碳二加氫裝置影響因素的研究。主要內(nèi)容如下：

（1）分析碳二加氫裝置的基本原理，依據(jù)查閱知識(shí)以及工作經(jīng)驗(yàn)，研究碳二加氫裝置的影響因素。

（2）依據(jù)分析的結(jié)果，主要研究碳四、一氧化碳含量、空速、以及反應(yīng)溫度對(duì)該裝置的影響。

二、碳二加氫反應(yīng)器運(yùn)行影響因素

1、反應(yīng)溫度的影響

（1）入口溫度的影響

碳二加氫反應(yīng)器的入口溫度對(duì)催化劑性能的發(fā)揮是至關(guān)重要的，只有催化劑達(dá)到初始反應(yīng)溫度，催化劑才能進(jìn)行乙炔加氫除炔反應(yīng)。隨著催化劑使用時(shí)間的增長(zhǎng)，催化劑活性的下降，需要相應(yīng)的提高操作溫度，彌補(bǔ)其活性的下降，從而達(dá)到催化劑長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，保證碳二加氫反應(yīng)器出口產(chǎn)品合格。

提高溫度會(huì)使催化劑選擇性下降，有利于副反應(yīng)的發(fā)生，乙炔選擇性加氫希望產(chǎn)生乙烯，這樣既脫除了乙炔，又增加了乙烯。如果發(fā)生其他副反應(yīng)會(huì)造成乙烯損失，高溫生成的綠油分子鏈增長(zhǎng)，使之更易附在催化劑表面而使其失活提高反應(yīng)溫度，生成低聚物的反應(yīng)還會(huì)影響催化劑性能。

2、空速的影響

保持空速穩(wěn)定對(duì)反應(yīng)器平穩(wěn)操作極為重要，在穩(wěn)定空速條件下，催化劑床層溫度的分布較為均勻?？账僭礁撸磻?yīng)深度越低，但容易導(dǎo)致反應(yīng)器出口炔烴超標(biāo)。空速低意味著反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)深度提高，所以降低空速對(duì)于提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率是有利的。

3、CO的影響

（1）CO濃度對(duì)碳二前加氫反應(yīng)器溫升的影響

碳二加氫反應(yīng)器入口CO濃度是影響催化劑反應(yīng)活性的重要因素。CO在碳二加氫催化劑的吸附速度要比乙炔快，過(guò)多的CO就會(huì)占據(jù)催化劑表面的活性點(diǎn)，抑制催化劑對(duì)乙炔加氫的催化作用，引起催化劑暫時(shí)性中毒，從而引發(fā)“漏炔”。如果CO濃度波動(dòng)較大而調(diào)整不當(dāng)時(shí)，不但不能避免“漏炔”還有可能造成反應(yīng)器“飛溫”。

其中造成裂解氣中CO波動(dòng)的原因有：

1）加氫裂化尾油、氣相輕烴裂解爐投料前沒(méi)有進(jìn)行預(yù)硫化操作，導(dǎo)致在裂解爐輻射爐管中沒(méi)有硫化劑與管材中的Cr、Ni形成完全的保護(hù)膜將爐管內(nèi)壁上的焦炭與管材中的Cr、Ni隔離開(kāi)，造成Cr、Ni促進(jìn)CO的生成。

2）裂解爐爐管內(nèi)物料流動(dòng)分布不均或稀釋蒸汽的量過(guò)少，個(gè)別爐管內(nèi)物料停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，發(fā)生二次反應(yīng)，促使CO的生成。

3）進(jìn)料中醇類(lèi)和醚類(lèi)物質(zhì)含量嚴(yán)重超標(biāo)，造成醇類(lèi)、醚類(lèi)物質(zhì)在裂解爐高溫中分解成CO。

（2）對(duì)鈀系催化劑選擇性的影響

一氧化碳是乙炔加氫反應(yīng)重要抑制劑，對(duì)催化劑的選擇性的影響很大。乙炔加氫鈀系催化劑的選擇性取決于物料中各組分在催化劑表面的競(jìng)爭(zhēng)吸附能力的大小。一些組分在鈀催化劑表面的吸附能力順序?yàn)椋毫蚧?gt;乙炔>一氧化碳>丁二烯>甲基乙炔>丙二烯>乙烯>丙烯>二氧化碳。由于CO在催化劑表面的吸附能力比乙烯、甲基乙炔、丙二烯的吸附能力強(qiáng)，故在物料中的CO也可以抑制催化劑對(duì)乙烯的加氫催化作用。

（3）對(duì)鈀系催化劑活性的影響

鈀系催化劑雖然具有很強(qiáng)的抗CO毒害的能力，在300～2000mL/m3的CO濃度下仍具備乙炔加氫催化的活性，但物料中較高的CO濃度能導(dǎo)致催化劑活性大幅度降低，造成催化劑暫時(shí)性中毒的現(xiàn)象。所以一定量的一氧化碳對(duì)碳二加氫的選擇性是有好處的。

（4）碳四組分的影響

在前脫丙烷前加氫流程中，高低壓脫丙烷塔將進(jìn)料中部分碳四及以上的組分分離并從塔釜采出，塔頂?shù)奶既耙韵陆M分進(jìn)入碳二加氫反應(yīng)器，高壓脫丙烷塔塔頂控制微量碳四含量，防止過(guò)量碳四中的丁二烯在加氫催化劑用下，發(fā)生加氫反應(yīng)生成丁烯、丁烷，并放出大量的熱量，如果這些熱量不能及時(shí)被帶走，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器床層溫度急劇上升，造成反應(yīng)器升溫。因此在操作中一定要嚴(yán)格控制高壓塔頂碳四的含量。

結(jié)論

通過(guò)研究反應(yīng)溫度，空速、一氧化碳、碳四含量影響碳二加氫反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行的原因，總結(jié)操作經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)