新型丁烯異構(gòu)化催化劑在中原石化的應(yīng)用

閆志永 ， 唐 軍

(中國石化中原石油化工有限責(zé)任公司 ， 河南 濮陽 457000)

0 前言

中國石化中原石油化工有限責(zé)任公司(以下簡稱中原石化)的3萬t/a異構(gòu)化工業(yè)裝置是國內(nèi)首套2-丁烯經(jīng)異構(gòu)化反應(yīng)生產(chǎn)1-丁烯的工業(yè)裝置。該裝置作為中原石化1-丁烯裝置的一個聯(lián)合單元，采用中國石化上海石油化工研究院(以下簡稱上海石化院)開發(fā)的成套技術(shù)并提供工藝包，實現(xiàn)增產(chǎn)1-丁烯的目的。第一代催化劑(SBI-1)及成套工藝技術(shù)于2009年1月在中原石化首次成功工業(yè)實施后，于2021年1月起開展了新型異構(gòu)化催化劑(SBI)工業(yè)試驗研究。2021年1月25日順利投料開車，1月26日產(chǎn)品切入1-丁烯裝置，生產(chǎn)出合格1-丁烯產(chǎn)品。

裝置處理能力：設(shè)計規(guī)模，3萬t/a反應(yīng)器進料(含循環(huán)料)；操作彈性，60%～110%；年操作時數(shù)，8 000 h。主要產(chǎn)品：一定濃度的粗1-丁烯經(jīng)過1-丁烯裝置提純后得到1-丁烯產(chǎn)品。

1 工藝簡述

工藝流程如圖1所示。異構(gòu)化反應(yīng)系統(tǒng)包括進料汽化、進出料換熱、進料加熱、異構(gòu)化反應(yīng)等部分。來自碳四裝置第二精餾塔的2-丁烯作為本裝置的原料進入原料緩充罐D(zhuǎn)501，與1-丁烯提濃塔塔釜返回的C4混合，經(jīng)進料蒸發(fā)器E502加熱后送入進出料換熱器E501回收反應(yīng)熱，進入電加熱器F501進一步加熱到反應(yīng)溫度后進入反應(yīng)器R501進行異構(gòu)化反應(yīng)。

圖1 工藝流程圖

反應(yīng)器出口氣體進入到E501回收部分熱能和降溫后，進入1-丁烯提濃塔C501進行精餾分離，塔頂?shù)玫胶?4%左右的粗1-丁烯返回到碳四精制單元進行精餾分離出1-丁烯。塔釜得到的重組分2-丁烯，一部分循環(huán)回原料緩沖罐，一部分送至成品罐區(qū)外售。

2 分析方法

①通過分析反應(yīng)器進、出口物料組成，計算1-丁烯單程收率：

式中：Y，反應(yīng)單程收率，%；y進口，反應(yīng)器進口物料中2-丁烯濃度總和，%；x出口，反應(yīng)器出口物料中1-丁烯濃度，%。

②取樣頻次。反應(yīng)器進口取樣頻次1次/天，反應(yīng)器出口取樣頻次2次/天，提濃塔塔頂出料取樣頻次2次/天，塔釜出料取樣頻次1次/天。

③主要記錄數(shù)據(jù)。反應(yīng)器的溫度、壓力、新鮮進料量和循環(huán)進料量，反應(yīng)器進出口物料組成。

④工藝要求。數(shù)據(jù)采集原則上按100%負荷進行，主要工藝條件必須逐步調(diào)整到位，穩(wěn)定后進行數(shù)據(jù)采集。

3 反應(yīng)器運行條件

新型異構(gòu)化催化劑(SBI)運行數(shù)據(jù)采集期間，反應(yīng)器R-501主要操作參數(shù)如下：反應(yīng)壓力0.42 MPa，反應(yīng)溫度290 ℃，反應(yīng)空速5.9 h-1。

4 催化劑型號、規(guī)格及裝填數(shù)量

一代異構(gòu)化催化劑(SBI-1)自2009年1月投用到現(xiàn)在，沒有更換新劑，使用性能沒有衰減。新型異構(gòu)化催化劑(SBI)自2021年1月使用，使用條件和一代異構(gòu)化催化劑使用條件要求一樣，從現(xiàn)有使用情況看，性能、收率穩(wěn)定。兩種催化劑型號、規(guī)格和裝填數(shù)量如表1所示。

表1 異構(gòu)化催化劑規(guī)格和裝填數(shù)量對比

5 物料組成數(shù)據(jù)及分析

5.1 新型催化劑標(biāo)定數(shù)據(jù)

反應(yīng)器進料為新鮮進料和提濃塔塔釜循環(huán)物料的混合物，組成如表2所示。其中新鮮進料1 000 kg/h左右，提濃塔塔釜返回物料2 500 kg/h左右。由于碳四裝置為抽余碳四運行模式，原料中有效反應(yīng)組分順-2-丁烯和反-2-丁烯含量不高。反應(yīng)器出口組成見表3。

表2 反應(yīng)器入口組成(質(zhì)量分數(shù))

表3 反應(yīng)器出口組成(質(zhì)量分數(shù))

5.2 新型催化劑標(biāo)定工藝條件數(shù)據(jù)

標(biāo)定期間新鮮原料及反應(yīng)器進出口物料分析數(shù)據(jù)均值(3天平均值)，如表4、表5所示。

表4 標(biāo)定平均數(shù)據(jù)

表5 反應(yīng)器床層溫度

新型丁烯異構(gòu)化催化劑1-丁烯單程收率為18.54%。

6 兩代催化劑性能指標(biāo)對比

第一代催化劑(SBI-1)標(biāo)定技術(shù)指標(biāo)：反應(yīng)溫度330 ℃，反應(yīng)壓力0.42 MPa，空速3 h-1條件下，基于進料中2-丁烯含量，1-丁烯的單程收率>16.5%，異丁烯<700×10-6，1,3-丁二烯為69×10-6。兩種催化劑性能對比如表6所示。

表6 催化劑性能對比

7 結(jié)論

數(shù)據(jù)采集期間裝置運行平穩(wěn)，新型異構(gòu)化催化劑(SBI)在負荷100%，反應(yīng)溫度290 ℃，反應(yīng)壓力0.42 MPa，空速5.9 h-1條件下，運行情況如下：①裝置1-丁烯的單程收率18.54%，異丁烯含量為430×10-6，1,3-丁二烯為4×10-6，產(chǎn)品1-丁烯滿足聚乙烯裝置共聚單體質(zhì)量要求，結(jié)果遠優(yōu)于一代催化劑(SBI-1)技術(shù)指標(biāo)。②催化劑反應(yīng)活性更高，在控制相同轉(zhuǎn)化率的條件下，基于新型催化劑優(yōu)異的催化性能，進一步提高反應(yīng)空速，反應(yīng)溫度則由原工藝的330 ℃下降至280 ℃，大幅降低了電加熱器負荷，節(jié)能效果顯著。③產(chǎn)物選擇性更高，采用新型催化劑，1-丁烯產(chǎn)品中影響下道聚合工藝的關(guān)鍵雜質(zhì)異丁烯、1,3-丁二烯等含量降低50%以上，有效提升了1-丁烯產(chǎn)品質(zhì)量。④新型異構(gòu)化催化劑(SBI)投料過程更平穩(wěn)，反應(yīng)器床層溫度波動小，無吸附熱等引起突然升溫，開車過程更安全，優(yōu)于一代催化劑(SBI-1)。新型異構(gòu)化催化劑的投用不僅提高了主產(chǎn)品的收率，同時實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的安全和節(jié)能，有效提升了裝置安全和經(jīng)濟性。