摘要：本文通過齊魯苯乙烯裝置對新型脫氫催化劑GS11的應(yīng)用情況及使用過程中的具體操作進(jìn)行分析，提出了技術(shù)改造后工藝操作中注意的幾個關(guān)鍵點，對苯乙烯裝置的生產(chǎn)實踐以及提高苯乙烯產(chǎn)量有一定的實際意義。

　　關(guān)鍵詞：苯乙烯,催化劑,轉(zhuǎn)化率,水比,溫度,化工論文投稿

　　一、前言

　　齊魯苯乙烯裝置是在原6萬噸/年裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行改造建成的，建設(shè)規(guī)模為20萬噸/年。原裝置采用的是美國Lummus/Monsanto技術(shù)，本次改造保留了原裝置6萬噸/年的乙苯脫氫單元，新建20萬噸/年乙苯單元、14萬噸/年乙苯脫氫單元和20萬噸/年的苯乙烯精餾單元，裝置采用國內(nèi)技術(shù)進(jìn)行建設(shè)。

　　二、乙苯脫氫反應(yīng)流程簡介

　　原料乙苯在流量控制下與水蒸汽混合加熱溫度達(dá)到615℃以上后進(jìn)入反應(yīng)器R301催化劑床層，乙苯在負(fù)壓絕熱條件下發(fā)生脫氫反應(yīng)。由于乙苯脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，第一反應(yīng)器R301流出物溫度降至530℃左右。經(jīng)歷了第一階段脫氫反應(yīng)的物流繼而進(jìn)入位于第二脫氫反應(yīng)器R302頂部的中間再熱器之管程，同殼程來自蒸汽過熱爐約815℃過熱蒸汽換熱，管程的反應(yīng)物料溫度升至617℃以上，進(jìn)入第二脫氫反應(yīng)器R302的催化劑床層，實現(xiàn)第二階段負(fù)壓絕熱脫氫反應(yīng)。

　　GS-11新型脫氫催化劑于2010年8月GS-11在齊魯20萬噸/年苯乙烯裝置上開始工業(yè)應(yīng)用，水比由原1.45最低降至1.38，可節(jié)約蒸汽約5000t/a，應(yīng)用效果良好。

　　三、GS11脫氫催化劑工業(yè)應(yīng)用情況分析

　　2010年齊魯苯乙烯脫氫催化劑兩套乙苯脫氫全部更換為GS11型脫氫催化劑，下面就GS11催化劑的使用狀況進(jìn)行簡要分析：

　　1.溫度的影響

　　由于脫氫反應(yīng)是強吸熱可逆反應(yīng)，升高溫度可加快反應(yīng)速度，且有利于苯乙烯的生成，有利于轉(zhuǎn)化率的提高。當(dāng)溫度提高后，轉(zhuǎn)化率得到提高，但吸熱的副反應(yīng)也將加劇。

　　高溫使生成苯乙烯的選擇性降低，同時也增加了能耗的上升，所以反應(yīng)溫度不宜過高，在保證苯乙烯單程收率的前提下盡量采用較低的反應(yīng)溫度。實際生產(chǎn)中一般控制在600～645℃。在實際的生產(chǎn)過程中，通過調(diào)整蒸汽過熱爐的燃料來穩(wěn)定反應(yīng)器的床層溫度，并使之波動嚴(yán)格控制在？2℃內(nèi)。運行初期，因催化劑活性不穩(wěn)定，反應(yīng)溫度提升較快，6個月后催化劑開始進(jìn)入活性穩(wěn)定期，溫升速度趨緩，平均每月溫升小于1℃。

　　2.空速的影響

　　在相同的條件下，乙苯氣體空速增大，物料在反應(yīng)器中停留時間縮短，其轉(zhuǎn)化率下降。對一套固定的生產(chǎn)裝置來說，調(diào)整空速主要是通過改變進(jìn)料量來實現(xiàn)的，正常生產(chǎn)情況下，空速不做大的調(diào)整。因為如果調(diào)整空速，一般須調(diào)整溫度來滿足生產(chǎn)需求，溫度的頻繁波動對脫氫催化劑使用不利，每一批次催化劑都有一個空速極限值，超過極限值轉(zhuǎn)化率將大幅下降。

　　3.水比的影響

　　在恒定的溫度、壓力、空速下，提高水比會提高乙苯轉(zhuǎn)化率和選擇性。水蒸汽作為熱載體為乙苯脫氫提供熱量。在實際生產(chǎn)中，受到允許壓降和能耗兩個因素的制約，當(dāng)水比增大到一定程度，對轉(zhuǎn)化率及選擇性影響不大。

　　GS11是低水比型催化劑，在使用過程中對其進(jìn)行了低水比實驗：

　　可以看出：隨著水比的降低，轉(zhuǎn)化率呈下降趨勢，當(dāng)水比降到1.30以下，轉(zhuǎn)化率下降較快，不能滿足生產(chǎn)需求，實際生產(chǎn)中水比控制在1.35-1.45比較合適，粗甲苯產(chǎn)率基本穩(wěn)定在33～34kg/t左右，低水比催化劑較進(jìn)口的催化劑還是有一定的差距。

　　4.壓力的影響

　　脫氫反應(yīng)是體積增大的可逆反應(yīng)，降低壓力有利于苯乙烯的生成。因此，降低壓力有利于提高轉(zhuǎn)化率和選擇性，且對選擇性的影響較大。

　　齊魯苯乙烯裝置采用螺桿式透平壓縮機來降低脫氫反應(yīng)的壓力。壓力如果不穩(wěn)定，會導(dǎo)致乙苯蒸發(fā)不穩(wěn)定，反應(yīng)溫度不穩(wěn)定，系統(tǒng)產(chǎn)生波動，從而加速催化劑粉化與流失，降低了催化劑的選擇性和活性，加速了副反應(yīng)。在其他條件不變的情況下，壓力每降低0.01MPa，乙苯轉(zhuǎn)化率將提高2%以上，苯乙烯選擇性也有一定程度的提高。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制反應(yīng)壓力的平穩(wěn)，壓縮機入口控制在0.026-0.029MPaA比較有利。

　　另外由于脫氫催化劑的吸水性很強，吸水后其強度大為下降，在壓降的影響下從而使催化劑極易粉化而失活，壽命下降，并且結(jié)塊堵塞床層，增大床層壓降，導(dǎo)致物料流動不均勻，嚴(yán)重降低反應(yīng)效果。因此，必須避免催化劑和游離水接觸。因此要求在儲運時要嚴(yán)防催化劑受潮，避免在陰雨天裝填催化劑。

　　四、GS11催化劑生產(chǎn)使用期間裝置出現(xiàn)的問題以及改進(jìn)措施

　　1.組合換熱器E301殼程不能達(dá)到設(shè)計溫度要求的500℃，因此需要提高主蒸汽的攝入量以滿足R301、R302反應(yīng)所需要的溫度，這樣在保證乙苯蒸發(fā)穩(wěn)定的同時使得水比提高到1.55-1.6之間。因此能耗物耗比設(shè)計值增加。通過技術(shù)改造，將E301加長，增加了換熱面積，使E301的殼程出口溫度能夠達(dá)到500℃，水比和燃料的消耗都有較大降低。

　　2.乙苯蒸發(fā)器蒸發(fā)不穩(wěn)定：在超過20%液位時容易帶液，導(dǎo)致E301出口溫度降低；在低液位操作時蒸發(fā)波動較大引起R301入口溫度隨之波動。經(jīng)過改造將乙苯蒸發(fā)器出口管線提高，增加除沫網(wǎng)，并使管線坡向E304，目前要求液位控制在5-10%，乙苯蒸發(fā)比較穩(wěn)定。

　　五、GS11型催化劑生產(chǎn)操作經(jīng)驗

　　在苯乙烯生產(chǎn)過程中，必須從各方面綜合考慮其影響因素，在保證催化劑的高活性和高選擇性的前提下優(yōu)化反應(yīng)條件，嚴(yán)格工藝參數(shù)控制，從而優(yōu)化操作，降低成本。生產(chǎn)中尤其應(yīng)關(guān)注以下幾個方面。

　　1.催化劑裝填要適量。裝填過量會增加系統(tǒng)壓降增加反應(yīng)死區(qū)面積，裝填不足會造成物料短路。催化劑正式使用前至少進(jìn)行120小時的嚴(yán)格活化，使催化劑盡早進(jìn)入穩(wěn)定使用期。

　　2.溫度控制要精細(xì)。運行初期，因催化劑活性不穩(wěn)定，反應(yīng)溫度提升較快，6個月后催化劑開始進(jìn)入活性穩(wěn)定期，溫升速度趨緩，平均每月溫升控制小于1℃；到后期6個月開始逐漸加快提溫速度以充分使用催化劑效能，直至換劑前兩反應(yīng)入口溫度為638℃左右。

　　3.在脫氫反應(yīng)的實際生產(chǎn)操作中，水蒸汽使用要注意：

　　3.1正壓時水比大于2.0，負(fù)壓時水比不能低于1.3，否則催化劑老化速度加快。

　　3.2提乙苯進(jìn)料時，應(yīng)首先把水蒸汽流量增加到所要求的水比。

　　3.3隨催化劑的使用時間延長，在生產(chǎn)末期可適當(dāng)增加水比，以保證較高的轉(zhuǎn)化率和選擇性，其最佳水比值為1.35-1.45。

　　4.原料乙苯中的雜質(zhì)含量要嚴(yán)格控制。盡量降低苯乙烯精餾單元乙苯中苯乙烯以及甲苯含量，確保乙苯脫氫過程中的負(fù)反應(yīng)降到最低程度。開車升溫時確保使用干燥氮氣吹掃升溫，并保證床層各點溫度在200℃以上時投用水蒸汽加熱升溫，反應(yīng)器出口廢熱鍋爐必須在管程入口溫度達(dá)到250℃以上方可投用。

　　5.反應(yīng)系統(tǒng)要保持在較低的壓力下穩(wěn)定操作。隨運行時間加長，空冷列管內(nèi)會有聚合物堵塞，一是影響冷卻效果，二是增加壓降；該批催化劑自開車到現(xiàn)在第二段反應(yīng)器出口壓力從46kPa上升到目前的55kPa，雖然中間檢修期間進(jìn)行了清理，但處理效果不佳，下一步應(yīng)擇機加大清理力度以降低系統(tǒng)壓力提高乙苯轉(zhuǎn)化率。在夏季來臨前清理空冷翅片灰塵，以提高冷卻效果降低苯乙烯聚合速度�？绽淙肟诩�水包回水線要確保暢通，避免積水。

　　6.找到合適水比值，既要維持催化劑高的乙苯轉(zhuǎn)化率，降低反應(yīng)溫度，保持催化劑長壽命，又要降低裝置的能耗。

　　7.要根據(jù)外界不同的情況進(jìn)行工藝操作參數(shù)的調(diào)整，從而降低裝置的能耗物耗。

　　六、小結(jié)

　　從實際生產(chǎn)應(yīng)用情況來看，GS11催化劑能夠滿足裝置需求，能耗、物耗穩(wěn)定，在中石化同類裝置競賽中名列前兩名，該催化劑對國產(chǎn)化催化劑應(yīng)用有較大意義。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]苯乙烯技術(shù)規(guī)程.

　　[2]《齊魯苯乙烯案例剖析》華東理工大學(xué)（1999）.

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