SDT-508Q型脫炔氫催化劑在SGPE聚乙烯裝置中的應(yīng)用

楊俊春 繆廷春 王輝

(1.中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232092；2.大連圣得環(huán)保新材料有限公司，遼寧 大連 116011)

0 引言

近些年，聚乙烯需求量快速增加，聚乙烯生產(chǎn)原料呈現(xiàn)多元化、低成本趨勢(shì)。我國聚乙烯產(chǎn)能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是“以油為主，以煤為輔”，相比油制烯烴，煤制烯烴優(yōu)勢(shì)在于煤炭成本低，尤其是在富煤地區(qū)；同時(shí)結(jié)合國家 “富煤少油”的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，發(fā)展煤化工既可以清潔高效利用煤炭資源，也可以保障國家能源安全。中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司的煤制170萬噸/年甲醇及轉(zhuǎn)化烯烴項(xiàng)目是以淮南朱集西煤礦生產(chǎn)的煤為原料，經(jīng)甲醇合成進(jìn)一步轉(zhuǎn)化制取聚丙烯和聚乙烯。其中35萬噸/年線型低密度聚乙烯裝置(簡(jiǎn)稱LLDPE裝置)采用了中石化氣相法聚乙烯工藝技術(shù)(簡(jiǎn)稱SGPE工藝)，可以生產(chǎn)密度范圍為916～965kg/m3的全密度聚乙烯樹脂。SGPE工藝最大特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、靈活、經(jīng)濟(jì)、安全。

由煤基生產(chǎn)的低碳烯烴中會(huì)含有少量的乙炔，乙烯中少量的乙炔會(huì)降低聚合催化劑的活性，使聚合物的物理性能變差，影響乙烯聚合反應(yīng)的正常進(jìn)行。為獲取符合聚合級(jí)規(guī)格的聚乙烯，通常采用脫炔催化技術(shù)，將乙烯中的乙炔脫除至2ppm以下[1]。本裝置乙烯脫炔床(D-2104)脫炔催化劑采用的是大連圣得環(huán)保新材料有限公司生產(chǎn)的SDT-508Q型脫炔氫催化劑。大連圣得環(huán)保新材料有限公司是一家新興的專業(yè)生產(chǎn)凈化催化劑的廠家，其生產(chǎn)的脫炔氫催化劑，具有脫炔選擇性好，乙烯損失率低，活性高、穩(wěn)定性好，殘余氫氣含量低，使用壽命長等特點(diǎn)，在中石化多家同類聚乙烯裝置中有使用業(yè)績(jī)，且使用效果良好。

1 乙烯精制流程

LLDPE裝置中的催化劑對(duì)某些雜質(zhì)敏感，當(dāng)雜質(zhì)濃度達(dá)到一定程度時(shí)，可能與催化劑活性中心反應(yīng)甚至取代活性中心，從而導(dǎo)致催化劑的活性降低或樹脂性能發(fā)生改變。因此必須對(duì)原料進(jìn)行精制以除去反應(yīng)器進(jìn)料中的有害雜質(zhì)。

如圖1所示，來自界區(qū)外的乙烯經(jīng)預(yù)熱器(E-2101)與來自界區(qū)的高壓精制氫氣混合后進(jìn)入乙烯脫炔器(D-2104)，脫除微量的乙炔，經(jīng)換熱器(E-2105A/B)和預(yù)熱器(E-2106)將氣體預(yù)熱至100℃后，進(jìn)入脫CO器(D-2108)和脫氧反應(yīng)器(D-2110)，脫除微量的CO和O2。脫除CO和O2后的乙烯經(jīng)換熱器(E-2105A/B)冷卻后進(jìn)入乙烯干燥器(D-2112A/B)，脫除水分、甲醇等極性雜質(zhì)。

圖1 乙烯精制工藝流程圖

2 脫炔反應(yīng)機(jī)理

SDT-508Q型脫炔氫催化劑的選擇性加氫反應(yīng)機(jī)理如下[2]：

乙炔加氫反應(yīng)主要分3步進(jìn)行。 第一步：乙炔和氫氣擴(kuò)散到催化劑表面，并吸附在活性中心上；第二步：在活性中心上吸附的乙炔分子再吸附一個(gè)氫分子進(jìn)行反應(yīng)，或活性中心上吸附的氫分子再吸附一個(gè)乙炔分子進(jìn)行反應(yīng)，生成乙烯； 第三步：由于乙烯在活性中心上的吸附能力遠(yuǎn)比乙炔小，一旦乙炔轉(zhuǎn)化成乙烯，便很快脫附，不能及時(shí)脫附的乙烯還有可能進(jìn)一步加氫生成乙烷然后再脫附，活性中心再進(jìn)行下一個(gè)乙炔分子的加氫反應(yīng)。吸附在活性中心上的乙烯和氫氣也可進(jìn)行加氫反應(yīng)，生成乙烷[3]。

SDT-508Q型脫炔氫催化劑在選擇加氫脫除乙炔反應(yīng)中，吸附在催化劑表面的乙炔很容易通過加氫二聚反應(yīng)生成1,3-丁二烯等不飽和C4烴，而這些1,3-丁二烯等不飽和C4烴與乙炔、乙烯等其他不飽和烴繼續(xù)反應(yīng)，生成綠油。在反應(yīng)過程中，生成的這些綠油粘附在脫炔氫催化劑表面上，進(jìn)而導(dǎo)致催化劑的加氫活性和選擇性逐漸降低，縮短使用周期，影響催化劑的使用壽命。[4]隨反應(yīng)時(shí)間的延長，當(dāng)出口乙炔含量超標(biāo)時(shí)，應(yīng)及時(shí)停止設(shè)備運(yùn)行，完成催化劑的更換工作。

3 工業(yè)運(yùn)用

3.1 SDT-508Q型脫炔氫催化劑的技術(shù)參數(shù)

如表1所示。

表1 SDT-508Q型脫炔氫催化劑的技術(shù)參數(shù)表

3.2 裝填

2019年6月按照乙烯脫炔床的裝填方案，完成了乙烯脫炔床D-2104的裝填及吹掃工作，共裝填SDT-508Q型脫炔氫催化劑約11噸，整個(gè)裝填過程無異常現(xiàn)象，如圖2所示。

3.3 工藝操作條件

原料氣指標(biāo)如表2所示。

圖2 催化劑裝填示意圖

表2 原料氣指標(biāo)

脫炔床入口溫度：35～45℃；工作壓力：3.5MPa；氫炔比(mol)3～5；床層壓降：<20kPa；加氫原料為來自界區(qū)的高壓精制氫氣。

3.4 運(yùn)行結(jié)果

2019年7月D-2104乙烯脫炔床引入乙烯原料，正式投入使用。目前乙烯脫炔床已運(yùn)行了近1年時(shí)間，如表3所示，從精制床后炔含量的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，精制中乙炔含量≤0.1ppm，精制后的原料中乙炔含量滿足工藝卡片對(duì)乙烯中乙炔含量的要求，聚乙烯催化反應(yīng)單元運(yùn)行正常。

表3 精制床后炔含量的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

SDT-508Q型脫炔氫催化劑可有效的脫除乙烯中微量的乙炔，反應(yīng)活性高，常溫下即可脫除乙烯中微量的乙炔；穩(wěn)定性好，脫炔深度高，完全滿足中安聯(lián)合SGPE技術(shù)LLDPE裝置工業(yè)生產(chǎn)需要。