乙苯脱氢催化剂性能对比

刘国柱 （天津大沽化工股份有限公司临港分厂 天津 300452)

0 引言

苯乙烯是重要的有机化工原料，广泛用于塑料、橡胶和树脂等的生产。目前，世界上生产苯乙烯的方法主要有两种，一种是乙苯脱氢法，另一种是乙苯共氧化法。工业上90%的苯乙烯产品是通过乙苯脱氢法生产的。[1]

某工厂苯乙烯装置开车以来，乙苯脱氢催化剂已更换一次，至今新催化剂已使用12个月。工厂乙苯脱氢反应采用两级串联的固定床径向流脱氢反应器，[2]分别为反应器A和反应器B（以下简称“A反”和“B反”）。乙苯脱氢催化剂是其极为关键的催化剂，各项性能指标对装置的物耗、能耗影响都非常大。为了更深入了解当前所使用乙苯脱氢催化剂的性能以及催化剂的使用状况，特针对当前乙苯脱氢催化剂进行此次测试工作，并将测试结果与第一批催化剂进行对比，以得出两种催化剂性能的异同。

1 测试要求

此次测试结果将与第一批乙苯脱氢催化剂进行对比，以下将第一批乙苯脱氢催化剂简称催化剂A，第二批乙苯脱氢催化剂简称催化剂B。

相对比的两组数据需满足催化剂理论的负荷、水油比、空速及反应器出口压力。

此次测试每24小时取一组平均值，并将所得结果与催化剂A的数据进行对比。此测试持续3天，获得3组平行数据，取平均值作为测试对比数据。

2 测试数据对比

2.1 工艺条件对比

两组催化剂需满足工艺运行条件对比见表1。对比可得：催化剂A的空速较之催化剂B低0.01hr-1；两组催化剂需满足的水油比相同；催化剂B的B反出口压低较之催化剂A低0.009kg/cm2；催化剂B的平均入口温度较之催化剂A低9℃。

结论：由空速对比可得催化剂B较之催化剂A活性较高，处理能力更好；由水油比对比可得两催化剂在蒸汽消耗方面相当；由B反出口压力及平均入口温度对比可得催化剂B较之催化剂A更加节省能耗。

表1 需满足条件参数对比

2.2 运行参数对比

2.2.1 流股项 此次测试保证了流股项数据与所需工艺条件相符，在此情况下对其他参数加以对比，见表2。

表2 流股项参数对比

2.2.2 温度项 两组催化剂温度项参数对比见表3，对比可得：对于A反，催化剂B较之催化剂A入口温度低9℃，温差低11.5℃，出口温度高2.5℃；对于B反，催化剂B较之催化剂A入口温度低13℃，温差低4.5℃，出口温度低8.5℃；催化剂B中再加热温度低于催化剂A15.5℃。

结论：相比两组催化剂相差1℃的理论末期温度，催化剂B较低的操作温度说明，此催化剂使用寿命在一定程度上将会超过催化剂A，使用寿命较长。催化剂B较低的反应温差说明，较之催化剂A需要较低的反应压力，这与表4中的压力项数据相对应。针对温度相数据催化剂B较之催化剂A更加节省能耗。

2.2.3 压力项 两组催化剂压力项参数对比见表4，对比可得：对于A反，催化剂B较之催化剂A入口压力低70.5mbar，压差低11.5mbar，出口压力低59mbar；对于B反，催化剂B较之催化剂A入口压力低41.5mbar，压差低33mbar，出口压力低8.5mbar；催化剂B中再加热器的压差低于催化剂A 17.5mbar。

表3 温度项参数对比

结论：催化剂B中较低的反应压力可在一定程度上导致其温度项低于催化剂A，而较低的反应器压差说明催化剂B粉化程度较低，完整性较好，更有利于乙苯脱氢反应的进行。而催化剂B较低的反应压力也致使其在压力项方面所需能耗更高。

表4 压力项参数对比

2.2.4 进料组成 在对进料乙苯的质量要求方面，催化剂A同催化剂B所需相差不大，见表5。在进料组成如此相近的情况下，更能有力地说明两组催化剂在其所需工艺参数方面的差异。

结论：两组数据中的进料乙苯组成基本相同，排除了进料组成不同对后续计算参数的影响。

表5 进料组成对比

2.2.5 A反的转化率与选择性 两组催化剂A反中的转化率与选择性对比见表6，对比可得：催化剂B较之催化剂A，乙苯的转化率低0.63%，苯的选择性低0.74mol.%，甲苯的选择性低0.1mol.%，苯乙烯选择性高0.83mol.%。

结论：在两种催化剂满足其理论参数的情况下，催化剂B转化率较低，但其选择性更高，且副反应较少，更加节省物耗。

2.2.6 B反的转化率与选择性 两组催化剂B反中的转化率与选择性对比见表7，对比可得：催化剂B较之催化剂A，乙苯转化率高1.16%，苯的选择性低1.1mol.%，甲苯的选择性低0.27mol.%，苯乙烯选择性高1.37mol.%；B反出口乙苯转化率高0.36%，苯乙烯选择性高1.02wt.%。

表6 A反的转化率与选择性对比

结论：催化剂B在B反中性能要高于催化剂A；整体考虑，催化剂B性能要优于催化剂A且副反应更少，更加节省物耗。

表7 B反的转化率与选择性对比

2.2.7 总转化率与选择性 两组催化剂DM罐中总转化率与选择性对比见表8，对比可得：催化剂B较之催化剂A，乙苯转化率低0.08%，苯选择性低0.53mol.%，甲苯选择性低0.06mol.%，苯乙烯选择性高0.59mol.%，苯乙烯产量高0.02t/hr。

结论：通过对DM罐液相进行分析计算，所得参数表明催化剂B整体性能优于催化剂A。

表8 总转化率与选择性对比

3 结论

此次测试对比中，两组数据均满足催化剂理论的工艺运行参数。催化剂B较之催化剂A理论末期A反入口温度低1℃，而此时催化剂B的入口温度较之催化剂A低9℃，可得催化剂B使用寿命较长，且能耗较低。催化剂B相比催化剂A所需反应压力更低，考虑到压缩机需要有能力达到两种催化剂所需的压力要求，催化剂B在此方面所需能耗较高，而较低的反应器压差说明当前催化剂B粉化程度非常低，机械强度非常好，会有效延长催化剂的寿命。催化剂B较之催化剂A乙苯转化率相差不多，但苯乙烯选择性却更高，苯和甲苯的选择性更低，得到产品更多，更加节省物耗。总体来说，催化剂B的性能要优于催化剂A。■

[1]赵万臣，陈得荣，王彦斌.乙苯脱氢催化剂在苯乙烯装置中的应用[J].炼油与化工，2006（4）：32-33.