乙苯脫氫催化劑性能對(duì)比

劉國(guó)柱 （天津大沽化工股份有限公司臨港分廠 天津 300452)

0 引言

苯乙烯是重要的有機(jī)化工原料，廣泛用于塑料、橡膠和樹(shù)脂等的生產(chǎn)。目前，世界上生產(chǎn)苯乙烯的方法主要有兩種，一種是乙苯脫氫法，另一種是乙苯共氧化法。工業(yè)上90%的苯乙烯產(chǎn)品是通過(guò)乙苯脫氫法生產(chǎn)的。[1]

某工廠苯乙烯裝置開(kāi)車(chē)以來(lái)，乙苯脫氫催化劑已更換一次，至今新催化劑已使用12個(gè)月。工廠乙苯脫氫反應(yīng)采用兩級(jí)串聯(lián)的固定床徑向流脫氫反應(yīng)器，[2]分別為反應(yīng)器A和反應(yīng)器B（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“A反”和“B反”）。乙苯脫氫催化劑是其極為關(guān)鍵的催化劑，各項(xiàng)性能指標(biāo)對(duì)裝置的物耗、能耗影響都非常大。為了更深入了解當(dāng)前所使用乙苯脫氫催化劑的性能以及催化劑的使用狀況，特針對(duì)當(dāng)前乙苯脫氫催化劑進(jìn)行此次測(cè)試工作，并將測(cè)試結(jié)果與第一批催化劑進(jìn)行對(duì)比，以得出兩種催化劑性能的異同。

1 測(cè)試要求

此次測(cè)試結(jié)果將與第一批乙苯脫氫催化劑進(jìn)行對(duì)比，以下將第一批乙苯脫氫催化劑簡(jiǎn)稱(chēng)催化劑A，第二批乙苯脫氫催化劑簡(jiǎn)稱(chēng)催化劑B。

相對(duì)比的兩組數(shù)據(jù)需滿足催化劑理論的負(fù)荷、水油比、空速及反應(yīng)器出口壓力。

此次測(cè)試每24小時(shí)取一組平均值，并將所得結(jié)果與催化劑A的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。此測(cè)試持續(xù)3天，獲得3組平行數(shù)據(jù)，取平均值作為測(cè)試對(duì)比數(shù)據(jù)。

2 測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

2.1 工藝條件對(duì)比

兩組催化劑需滿足工藝運(yùn)行條件對(duì)比見(jiàn)表1。對(duì)比可得：催化劑A的空速較之催化劑B低0.01hr-1；兩組催化劑需滿足的水油比相同；催化劑B的B反出口壓低較之催化劑A低0.009kg/cm2；催化劑B的平均入口溫度較之催化劑A低9℃。

結(jié)論：由空速對(duì)比可得催化劑B較之催化劑A活性較高，處理能力更好；由水油比對(duì)比可得兩催化劑在蒸汽消耗方面相當(dāng)；由B反出口壓力及平均入口溫度對(duì)比可得催化劑B較之催化劑A更加節(jié)省能耗。

表1 需滿足條件參數(shù)對(duì)比

2.2 運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

2.2.1 流股項(xiàng) 此次測(cè)試保證了流股項(xiàng)數(shù)據(jù)與所需工藝條件相符，在此情況下對(duì)其他參數(shù)加以對(duì)比，見(jiàn)表2。

表2 流股項(xiàng)參數(shù)對(duì)比

2.2.2 溫度項(xiàng) 兩組催化劑溫度項(xiàng)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表3，對(duì)比可得：對(duì)于A反，催化劑B較之催化劑A入口溫度低9℃，溫差低11.5℃，出口溫度高2.5℃；對(duì)于B反，催化劑B較之催化劑A入口溫度低13℃，溫差低4.5℃，出口溫度低8.5℃；催化劑B中再加熱溫度低于催化劑A15.5℃。

結(jié)論：相比兩組催化劑相差1℃的理論末期溫度，催化劑B較低的操作溫度說(shuō)明，此催化劑使用壽命在一定程度上將會(huì)超過(guò)催化劑A，使用壽命較長(zhǎng)。催化劑B較低的反應(yīng)溫差說(shuō)明，較之催化劑A需要較低的反應(yīng)壓力，這與表4中的壓力項(xiàng)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)。針對(duì)溫度相數(shù)據(jù)催化劑B較之催化劑A更加節(jié)省能耗。

2.2.3 壓力項(xiàng) 兩組催化劑壓力項(xiàng)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表4，對(duì)比可得：對(duì)于A反，催化劑B較之催化劑A入口壓力低70.5mbar，壓差低11.5mbar，出口壓力低59mbar；對(duì)于B反，催化劑B較之催化劑A入口壓力低41.5mbar，壓差低33mbar，出口壓力低8.5mbar；催化劑B中再加熱器的壓差低于催化劑A 17.5mbar。

表3 溫度項(xiàng)參數(shù)對(duì)比

結(jié)論：催化劑B中較低的反應(yīng)壓力可在一定程度上導(dǎo)致其溫度項(xiàng)低于催化劑A，而較低的反應(yīng)器壓差說(shuō)明催化劑B粉化程度較低，完整性較好，更有利于乙苯脫氫反應(yīng)的進(jìn)行。而催化劑B較低的反應(yīng)壓力也致使其在壓力項(xiàng)方面所需能耗更高。

表4 壓力項(xiàng)參數(shù)對(duì)比

2.2.4 進(jìn)料組成 在對(duì)進(jìn)料乙苯的質(zhì)量要求方面，催化劑A同催化劑B所需相差不大，見(jiàn)表5。在進(jìn)料組成如此相近的情況下，更能有力地說(shuō)明兩組催化劑在其所需工藝參數(shù)方面的差異。

結(jié)論：兩組數(shù)據(jù)中的進(jìn)料乙苯組成基本相同，排除了進(jìn)料組成不同對(duì)后續(xù)計(jì)算參數(shù)的影響。

表5 進(jìn)料組成對(duì)比

2.2.5 A反的轉(zhuǎn)化率與選擇性 兩組催化劑A反中的轉(zhuǎn)化率與選擇性對(duì)比見(jiàn)表6，對(duì)比可得：催化劑B較之催化劑A，乙苯的轉(zhuǎn)化率低0.63%，苯的選擇性低0.74mol.%，甲苯的選擇性低0.1mol.%，苯乙烯選擇性高0.83mol.%。

結(jié)論：在兩種催化劑滿足其理論參數(shù)的情況下，催化劑B轉(zhuǎn)化率較低，但其選擇性更高，且副反應(yīng)較少，更加節(jié)省物耗。

2.2.6 B反的轉(zhuǎn)化率與選擇性 兩組催化劑B反中的轉(zhuǎn)化率與選擇性對(duì)比見(jiàn)表7，對(duì)比可得：催化劑B較之催化劑A，乙苯轉(zhuǎn)化率高1.16%，苯的選擇性低1.1mol.%，甲苯的選擇性低0.27mol.%，苯乙烯選擇性高1.37mol.%；B反出口乙苯轉(zhuǎn)化率高0.36%，苯乙烯選擇性高1.02wt.%。

表6 A反的轉(zhuǎn)化率與選擇性對(duì)比

結(jié)論：催化劑B在B反中性能要高于催化劑A；整體考慮，催化劑B性能要優(yōu)于催化劑A且副反應(yīng)更少，更加節(jié)省物耗。

表7 B反的轉(zhuǎn)化率與選擇性對(duì)比

2.2.7 總轉(zhuǎn)化率與選擇性 兩組催化劑DM罐中總轉(zhuǎn)化率與選擇性對(duì)比見(jiàn)表8，對(duì)比可得：催化劑B較之催化劑A，乙苯轉(zhuǎn)化率低0.08%，苯選擇性低0.53mol.%，甲苯選擇性低0.06mol.%，苯乙烯選擇性高0.59mol.%，苯乙烯產(chǎn)量高0.02t/hr。

結(jié)論：通過(guò)對(duì)DM罐液相進(jìn)行分析計(jì)算，所得參數(shù)表明催化劑B整體性能優(yōu)于催化劑A。

表8 總轉(zhuǎn)化率與選擇性對(duì)比

3 結(jié)論

此次測(cè)試對(duì)比中，兩組數(shù)據(jù)均滿足催化劑理論的工藝運(yùn)行參數(shù)。催化劑B較之催化劑A理論末期A反入口溫度低1℃，而此時(shí)催化劑B的入口溫度較之催化劑A低9℃，可得催化劑B使用壽命較長(zhǎng)，且能耗較低。催化劑B相比催化劑A所需反應(yīng)壓力更低，考慮到壓縮機(jī)需要有能力達(dá)到兩種催化劑所需的壓力要求，催化劑B在此方面所需能耗較高，而較低的反應(yīng)器壓差說(shuō)明當(dāng)前催化劑B粉化程度非常低，機(jī)械強(qiáng)度非常好，會(huì)有效延長(zhǎng)催化劑的壽命。催化劑B較之催化劑A乙苯轉(zhuǎn)化率相差不多，但苯乙烯選擇性卻更高，苯和甲苯的選擇性更低，得到產(chǎn)品更多，更加節(jié)省物耗。總體來(lái)說(shuō)，催化劑B的性能要優(yōu)于催化劑A?！?/p>

[1]趙萬(wàn)臣，陳得榮，王彥斌.乙苯脫氫催化劑在苯乙烯裝置中的應(yīng)用[J].煉油與化工，2006（4）：32-33.