工艺系统专业在催化剂技术谈判中的注意事项

郭克伦 易坷 张晶 李一鸣 中国寰球工程公司 北京 100029

技术经济与市场

工艺系统专业在催化剂技术谈判中的注意事项

郭克伦*易坷 张晶 李一鸣 中国寰球工程公司 北京 100029

以碳四加氢催化剂谈判的实例，介绍工艺系统专业进行催化剂谈判时应注意的事项，包括检查土建基础条件，物料循环量，泵流量要求，活化、再生条件等问题，使选择的催化剂满足生产和设计的要求。

催化剂活化再生条件床层压降工艺系统技术谈判

反应系统在流程方案全过程开发中占重要地位［1］，反应器的设计是反应系统的核心，而合适的催化剂又是反应器能够正常工作的前提，因此催化剂技术谈判在反应系统设计中具有举足轻重的作用。催化剂的选择不仅与合适的供货商有关，而且与工艺系统的配置有关。为反应系统选择恰当的催化剂，需要设计人员了解催化剂的性能、熟悉工艺系统的设置。

常见的催化剂谈判有两种情况:①新建装置的催化剂谈判一般与详细设计同步进行，根据谈判结果调整设计内容;②老装置的催化剂更新或在施工图设计结束之后进行的新建装置的催化剂谈判，由于与反应器相关的设计工作已经结束，则要求催化剂厂家的设计方案不能超出既有设备、系统的能力。对于第二种类型的催化剂谈判，要求设计人员关注厂家方案能否满足工艺要求，核对厂家技术要求是否与现有的设计方案匹配，避免因催化剂选择不当引起操作不便或修改原设计方案，因此本文选用第二种情况。以碳四加氢反应系统的催化剂技术谈判为例(以下简称“本案例”)，介绍工艺系统专业在催化剂技术谈判中的注意事项。

1 设计基础

1.1 流程说明

本案例的流程见图1。

图1 碳四加氢反应流程图

从界区来的混合碳四进入进料罐，经进料泵升压与氢气在混合器中混合后进反应器，反应后的物料进碳四加氢分离罐除去不凝气体，经碳四循环泵和循环冷却器换热，利用聚结器除水后，一部分循环回反应器，另一部分作为产品送裂解炉裂解。由于碳四加氢属于强放热反应，通常选择的循环流量远大于新鲜进料量。在技术谈判过程中共有四家催化剂供货商参加，简称为厂家A，B，C，D(文中以此为序进行说明)。

1.2 产品规格和反应器尺寸

出口产品指标要求烯烃含量＜10 wt%(期望值为＜5 wt%)，双烯烃含量为痕量。

反应器床层允许的最大压降＜300 kPa

该反应器内径为2800mm，切线到切线距离为11200mm。

2 技术谈判注意事项

2.1 校核土建基础荷载

技术谈判中需考虑设计文件中的土建基础是否可以承载催化剂厂家要求的催化剂重量，两者出入较大时，需进行核算。对于有内件支撑(格栅、约翰逊网)的反应器，还需校核选择的催化剂重量是否超出内件的承载能力，如果超出则需催化剂厂家进行调整。本案例中无内件支撑，无需考虑此问题。

设计文件中催化剂总重量为28.7t，装填高度为9.8m，土建基础的最大催化剂承载重量为50.5t，反应器底部充满瓷球。在厂家技术文件中，B厂家装填的催化剂重量为23.56t(堆密度0.68t/ m3)，装填高度为5.64m，与原设计9.8m偏差较大，需要额外装填的瓷球高度为4.16m(堆密度2.3t/m3)，装填的催化剂和瓷球总重量为82.45t，超出基础的承载能力，要求B厂家调整，减少催化剂和瓷球的总重。经过厂家增加级配材料高度，使催化剂装填高度为7.9m，如选择普通瓷球时，其装填总重量为60t，仍超出土建基础的承载，经商讨，B厂家装填低密度瓷球(堆密度＜1.4 t/ m3)，其催化剂和瓷球总重量满足基础载荷要求。初始和最终技术文件中催化剂重量和装填高度对比结果见表1。

表1 催化剂装填重量和高度对比结果

2.2 校核换热器的换热能力

由于不同的催化剂厂家选择循环流量和进出口温度并不相同，需要根据催化剂厂家的技术文件核算换热器的加热或冷却能力，检查换热面积、循环冷却水用量、加热蒸汽用量等是否满足要求，不满足时则需催化剂厂家进行调整。在催化剂烧焦过程中，注意电加热器或工业炉是否具有足够负荷，检查厂家提供技术方案是否合理。常见问题有:开车还原时使用纯氢气，会使开车成本增加;氮气热值较低，一般升温不易过高，温度较高时需要切换为蒸汽加热。

设计文件中，反应器初期进出口温度分别为42℃、67℃，公用工程中的循环冷却水进出口温度分别为32℃、42℃。在B厂家技术文件中，要求反应器进出口温度分别为40℃、80℃，流量为350.8t/h。经核算，循环物料冷却器的换热面积满足要求，但冷却水由781t/h增加至1248.8t/h，循环冷却水供水量达不到要求，为解决此问题，要求催化剂厂家按照统一的进出口温度做技术方案，在满足产品性能要求的情况下，反应器循环物料温度不低于47℃(初期)，反应器出口温度不高于100℃(末期)，经核算厂家技术文件，换热器负荷可以满足要求，其进出口温度对比见表2。

表2 换热器进出口温度比对(℃)

2.3 校核泵的能力

由于催化剂厂家要求的循环物料量不同，需要校核泵满足循环量要求时的流量是否低于泵厂家的最小流量，当流量与正常流量偏差较大时，应检查泵的性能曲线，校核泵的扬程，检查泵是否处于最佳工作点;当扬程变化较大，需要检查管路中调节阀压降是否合适;当泵严重偏离最佳工作点时，需催化剂厂家调整循环物料量。

已经订货的碳四循环泵，其流量为1360.6m3/ h，扬程为301m，在泵厂技术文件中，其最小流量为660m3/h(外送产品流量为62 m3/h)。在技术文件中，D厂家的最小循环流量为400m3/h，泵流量为462m3/h，低于泵的最小流量要求，D厂家经过计算修改最小循环流量为802m3/h。经检查碳四循环泵的性能曲线，发现其性能曲线较平滑，泵的扬程变化较小，可正常工作。最终泵流量对比结果见表3。

2.4 校核活化、再生工况的氢气、蒸汽用量及步骤

工业应用中，催化剂常以氧化态或预还原钝化态的形式供货，使用前须用氢气还原，恢复其活性［2］。当出口产品指标达不到要求或床层阻力降大于规定值时，则需对催化剂进行再生，即利用蒸汽和氧气的混合物燃烧掉其上聚集的聚合物或者焦炭沉积物。

表3 泵流量对比结果(m/h)

技术谈判过程中，需要重视活化、再生步骤，检查系统设置是否满足还原、活化再生的要求。注意开车还原阶段需要的还原氢气用量，当外供氢气量不足时，建议通过延长还原时间达到还原要求;注意催化剂厂家对催化剂还原、再生合格的要求，系统设计中是否有相应检验手段。本案例统一采用氮气和氢气作为活化气体，中压蒸汽作为烧焦升温介质，由于系统设计时未考虑检验催化剂活化再生合格的手段，在规定保证还原/再生气体中的氢气/氧气含量的前提下，通过设定时间来保证催化剂还原、再生合格。

2.5 校核反应器床层压降

催化剂的粒径、装填方式、强度和结焦等性能会影响反应器床层压降［3］，设计文件中通过规定最大允许压降，避免催化剂床层压降过大。本案例允许的催化剂床层最大压降小于300kPa。在技术谈判中应校核催化剂厂家保证的压降是否满足设计要求，由于各催化剂厂家提供的催化剂装填量和循环量都不同，其床层压降和系统压降也不同，需要逐一核算压降是否满足设计要求，同时考虑初期/末期的反应器床层压降。对于本案例，各催化剂厂家的压降保证值均满足设计要求，其反应器内流量和压降对比见表4。

表4 循环量和床层压降对比

2.6 其他

涉及到催化剂装填时，要求工艺系统设计人员考虑装填方案是否方便施工，需注意厂家的特殊要求。本案例中，A厂家要求催化剂采用密相装填，其余厂家则采取布袋装填，如选用A厂家，则要求施工单位具有相应能力，且全厂只有此反应器采用密相装填，给施工带来不便。在谈判中可要求厂家免费提供装填机具，并指导装填。

施工图阶段已经确定反应器床层测温点分布，由于B厂家的催化剂装填量较少，底部1.9m的空间装满瓷球，有两层热电偶不起作用，一旦选用，还需工艺系统设计人员修改逻辑控制。

当循环流量较低时，需要检查分布器的分布效果，避免出现沟流，偏流现象，核对本案例中各家技术文件，发现D厂家要求的循环流量最小，为377t/h，此时反应器入口流量为原设计值的57%，需分布器厂家核算，经核算该分布器能够正常工作。

设计文件中，已有催化剂正常和再生工作时的报警值和连锁值，实际谈判中仍需厂家根据其催化剂特性提供报警值和联锁值，并将此数据交仪表专业组态，此外还需催化剂厂家提供方便开展后续工作的文件，如惰性球规格、催化剂的安全数据表等。

3 结语

对于本案例，经综合分析，认为厂家A提供的催化剂能较好地满足土建基础、内件载荷、泵流量、床层压降等的技术要求。对于完成施工图设计的新装置和老厂催化剂更新的谈判，要在设备和原设计方案不发生变动或者较小改动的情况下进行，检查现有系统设置能否满足厂家要求;对于在详细设计阶段开展的催化剂谈判，可通过调整土建基础、内件强度、泵的流量等来满足催化剂厂家要求。

总之，在技术谈判中，需要工艺系统设计人员仔细检查、及时发现问题，防止在后期出现工艺系统设置不满足催化剂技术方案要求的情况，在谈判中需逐项确认，避免遗漏，在催化剂性能满足产品各项指标的基础上，使选择的催化剂确保反应系统稳定运行。

1 王保国，王春艳，李慧泉，石磊译．化工过程设计［M］．北京:化学工业出版社，2002．

2 黄仲涛．工业催化剂手册［M］．北京:化学工业出版社，2004．

3 付自岳．汽油加氢反应器床层压降升高的原因及对策［J］．河南化工，2008(5):34－36．

By the instance of technical negotiation for C4 hydrogenation catalyst，introduce the points for attention in technical negotiation of catalyst by process system discipline，including check the conditions of the civil foundation，materialscirculationrate，pumpflowrequirements，activation and regeneration conditions and other issues，in order to make the selected catalyst meet the production and design requirements．

Attentions to Process System Discipline in Catalyst Technical Negotiation

Guo Kelun，et al
(China Huanqiu Contracting＆Engineering Corporation，Beijing 100029)

catalystactivationregeneration conditionsbed pressure dropprocess systemtechnical negotiation

*郭克伦:工程师。2008年毕业天津大学化学工程专业。从事乙烯装置的工艺设计工作。联系电话:13810556587，E－mail:guokelun @hqcec.com。

2011－11－02)