碳二加氢影响因素及应对措施

摘  要：大庆石化新建60万吨/年乙烯装置使用的是我国自主研发的首套大型乙烯成套专利技术，碳二加氢反应器是整套装置的核心部分，其运行状态直接影响到乙烯产品的质量和整套装置的稳定运行，但由于影响碳二加氢反应器稳定运行的因素较多，且相对复杂，所以碳二加氢反应器一直是制约乙烯装置长周期稳定运行的瓶颈。

本文采取了文献调查法以及观察法，以大庆石化新建60万吨/年乙烯装置为基础，分析碳二加氢反应器稳定运行的影响因素并针对碳四、一氧化碳含量、空速、以及反应温度等影响因素。

关键词：碳二加氢反应器;影响因素;优化;操作;乙烯

引言

乙烯可生产出大量重要的化工产品，但其生产装置耗能大、流程繁杂且生产过程通常存有参数未知性、突发性、纯滞性等特点。乙烯生产工艺流程中的重要设备即碳二加氢反应器，该设备运行好坏会直接影响乙烯产品的产量和质量。所以本次研究分析影响碳二加氢反应器运行因素对装置的稳定运行及乙烯生产质量等后续操作和管理起着积极的促进作用，为后续工艺改进提供一定帮助。

一、碳二加氢反应器简介

1、碳二加氢装置原理

大庆石化新建60万吨/年乙烯装置采用前脱丙烷前加氢流程，使用的是壳牌的钯系催化剂，碳二加氢反应器ER-3425有三段催化剂床层串联，反应器各床层之间设有中间冷却器。

在加氢催化剂存在下，其反应原理为：

主反应：C2H2+H2=C2H4

副反应：C2H2+2H2=C2H6

C2H4+H2=C2H6

mC2H2+nH2=低聚物（绿油）

2、本文研究内容

本文以大庆石化化工一厂乙烯车间碳二加氢装置作为研究对象，开展对碳二加氢装置影响因素的研究。主要内容如下：

（1）分析碳二加氢装置的基本原理，依据查阅知识以及工作经验，研究碳二加氢装置的影响因素。

（2）依据分析的结果，主要研究碳四、一氧化碳含量、空速、以及反应温度对该装置的影响。

二、碳二加氢反应器运行影响因素

1、反应温度的影响

（1）入口温度的影响

碳二加氢反应器的入口温度对催化剂性能的发挥是至关重要的，只有催化剂达到初始反应温度，催化剂才能进行乙炔加氢除炔反应。随着催化剂使用时间的增长，催化剂活性的下降，需要相应的提高操作温度，弥补其活性的下降，从而达到催化剂长周期稳定运行，保证碳二加氢反应器出口产品合格。

提高温度会使催化剂选择性下降，有利于副反应的发生，乙炔选择性加氢希望产生乙烯，这样既脱除了乙炔，又增加了乙烯。如果发生其他副反应会造成乙烯损失，高温生成的绿油分子链增长，使之更易附在催化剂表面而使其失活提高反应温度，生成低聚物的反应还会影响催化剂性能。

2、空速的影响

保持空速稳定对反应器平稳操作极为重要，在稳定空速条件下，催化剂床层温度的分布较为均匀。空速越高，反应深度越低，但容易导致反应器出口炔烃超标。空速低意味着反应时间长，反应深度提高，所以降低空速对于提高反应的转化率是有利的。

3、CO的影响

（1）CO浓度对碳二前加氢反应器温升的影响

碳二加氢反应器入口CO浓度是影响催化剂反应活性的重要因素。CO在碳二加氢催化剂的吸附速度要比乙炔快，过多的CO就会占据催化剂表面的活性点，抑制催化剂对乙炔加氢的催化作用，引起催化剂暂时性中毒，从而引发“漏炔”。如果CO浓度波动较大而调整不当时，不但不能避免“漏炔”还有可能造成反应器“飞温”。

其中造成裂解气中CO波动的原因有：

1）加氢裂化尾油、气相轻烃裂解炉投料前没有进行预硫化操作，导致在裂解炉辐射炉管中没有硫化剂与管材中的Cr、Ni形成完全的保护膜将炉管内壁上的焦炭与管材中的Cr、Ni隔离开，造成Cr、Ni促进CO的生成。

2）裂解炉炉管内物料流动分布不均或稀释蒸汽的量过少，个别炉管内物料停留时间过长，发生二次反应，促使CO的生成。

3）进料中醇类和醚类物质含量严重超标，造成醇类、醚类物质在裂解炉高温中分解成CO。

（2）对钯系催化剂选择性的影响

一氧化碳是乙炔加氢反应重要抑制剂，对催化剂的选择性的影响很大。乙炔加氢钯系催化剂的选择性取决于物料中各组分在催化剂表面的竞争吸附能力的大小。一些组分在钯催化剂表面的吸附能力顺序为：硫化物>乙炔>一氧化碳>丁二烯>甲基乙炔>丙二烯>乙烯>丙烯>二氧化碳。由于CO在催化剂表面的吸附能力比乙烯、甲基乙炔、丙二烯的吸附能力强，故在物料中的CO也可以抑制催化剂对乙烯的加氢催化作用。

（3）对钯系催化剂活性的影响

钯系催化剂虽然具有很强的抗CO毒害的能力，在300～2000mL/m3的CO浓度下仍具备乙炔加氢催化的活性，但物料中较高的CO浓度能导致催化劑活性大幅度降低，造成催化剂暂时性中毒的现象。所以一定量的一氧化碳对碳二加氢的选择性是有好处的。

（4）碳四组分的影响

在前脱丙烷前加氢流程中，高低压脱丙烷塔将进料中部分碳四及以上的组分分离并从塔釜采出，塔顶的碳三及以下组分进入碳二加氢反应器，高压脱丙烷塔塔顶控制微量碳四含量，防止过量碳四中的丁二烯在加氢催化剂用下，发生加氢反应生成丁烯、丁烷，并放出大量的热量，如果这些热量不能及时被带走，会导致反应器床层温度急剧上升，造成反应器升温。因此在操作中一定要严格控制高压塔顶碳四的含量。

结论

通过研究反应温度，空速、一氧化碳、碳四含量影响碳二加氢反应器稳定运行的原因，总结操作经验，优化调整方法，使得大庆石化新建60万吨/年乙烯装置碳二加氢反应器一直处于稳定运行状态。今后将根据装置原料、负荷和催化剂活性变化，进一步对影响碳二加氢反应器的因素进行分析，使装置能够在稳定状态下长周期运行，为企业创造更大的效益。

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作者简介：李岩，男，1967年02月17日，汉，黑龙江省大庆市，在大庆石化公司化工一厂乙烯车间从事分离工作。