PDH装置反应器漏催化剂的现象及影响

金勇威，隋秀鹏

（浙江绍兴三锦石化有限公司，浙江绍兴 312000）

丙烯是一种重要的有机化工原料，其工业用量仅次于乙烯，除用于生产聚丙烯外，还是生产苯酚、丙酮、丙二醇、丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸、丁醇、辛醇以及异丙醇等产品的主要原料[1-2]。

目前已工业化的丙烷脱氢制丙烯工艺技术主要有UOP公 司 的Oleflex工 艺、Lummus公 司Catofin工 艺、Krupp Uhdewcng公司的STAR工艺和Linde-BASF-Statoil共同开发的PDH工艺等[3-4]。

我公司采用UOP丙烷脱氢制丙烯工艺，Oleflex 工艺催化剂是以氧化铝作为载体的Pt系催化剂，以连续再生的方式来保持活性；反应器采用四个移动床反应器串联，以冷箱循环氢气作为丙烷稀释剂来抑制过反应，使得丙烷脱氢反应程度按照期望进行。丙烷经过原料预处理、脱氢反应、压缩、低温分离、选择性加氢、脱乙烷、丙烷-丙烯分离等过程生产高纯度丙烯[5]。此次漏剂现象发生在反应单元，即装置的核心区域，首先发现问题的是在连续再生单元的缓冲料斗（Surge Hopper）中催化剂料位有持续下降，同时在压缩工段的入口分离器里面含有催化剂。相关流程见图1、图2。

图1 催化剂连续再生流程图

图2 产品气压缩机流程

1 催化剂连续再生流程简介

我公司丙烷脱氢制丙烯装置采用UOP催化剂移动床技术，催化剂在参与催化脱氢反应过程中会积累焦炭，为确保催化剂始终保持良好的催化活性，4#反应器（Reactor No.4）中待生催化剂被提升、除尘后进入再生器（Regeneration Tower）中进行烧焦、干燥、氧氯化，再生后催化剂经流量控制料斗（Flow Control Hopper）、缓冲料斗（Surge Hopper）、2号闭锁料斗（Lock Hopper #2）、5号提升器（Lift Engager #5）进行冷却置换成氢烃环境后被重新提升回1#反应器顶部（Reduction Zone）进行还原，还原后的催化剂活性将恢复到较高水平，活性催化剂在4个反应器之间提升流动。

在每个反应器的下部均设置了一个催化剂收集器（Catalyst Collector），催化剂从反应器中经重力流入收集器中，经过干气对收集器中的催化剂进行吹扫冷却。在1、2、3号收集器下部设置对应的提升器（Lift Engager），完成催化剂在各反应器之间的提升。

催化剂在反应器中处于氢烃环境，所以LE1、LE2、LE3用干气进行提升，而催化剂在再生器中为有氧环境，为隔绝氧气与氢烃接触实现安全再生，装置配备了1号闭锁料斗（Lock Hopper #1）与2号闭锁料斗（Lock Hopper #2），从而实现环境安全转变。LH1处于4号收集器与LE4之间，实现催化剂氢烃环境至氮气环境的转变。LE4用氮气进行提升，从而实现氢烃环境的待生剂完全转变为氮气环境。催化剂循环速率由位于再生器下部的流量控制料斗（Flow Control Hopper）来控制。流量控制料斗下部设置有缓冲料斗，缓冲料斗下部有循环水盘管，对再生塔内的高温催化剂进行冷却，缓冲料斗底部通一股N2，对含氧催化剂进行吹扫。

在缓冲料斗冷却后的氧化态催化剂将被重新提升回至1#反应器顶部的还原区，将从氧气环境回到氢烃环境之中，所以在LE5的上部设置了2号闭锁料斗来实现环境的安全转换。

2 现象及影响

1）缓冲料斗料位的快速变化意味着反应区域及催化剂连续再生区域总的催化剂藏量在减少，为了验证料位计的准确性，后期加入1t的催化剂发现料位有上涨，确认催化剂有流失，见表1。

表1 缓冲料斗相应料位与时间关系表

2）反应压缩工段产品气压缩机工艺参数变化，包括产品气压缩机（REC）入口罐压力、一段入口温度、二段入口温度、三段入口温度、三段出口温度的变化，见表2。期间由于入口压力过低及级间入口温度升高，降低REC转速及开大级间冷却器循环水量。

表2 产品气压缩机工艺参数与时间关系表

3）由于PDH丙烷脱氢反应存在一定副反应，部分副反应会产生一些胶类物质黏在水冷器上影响换热效果，UOP设计有注溶剂系统对反应器出口水冷器即反应产品气入口水冷器及反应产品气压缩机各级间水冷器进行定期在线洗涤。为了验证催化剂跑入REC入口罐，在进行洗涤过程中，发现REC入口罐回液过程中溶剂回液泵过滤器有堵塞现场，现场清理出2大桶催化剂。

4）为了确认确实是反应器内有催化剂损失跑至REC入口罐，在确认停车前进行了停止催化剂循环下的各反应器料位跟踪，结果如表3所示。

表3 各反应器还原/缓冲区料位与时间关系表

考虑到催化剂流动性对料位的影响，最终判断4号反应器缓冲区料位异常下降，基本确认4号反应器外网内漏导致跑剂至REC入口罐。并根据料位下降速度及设备尺寸基本确认催化剂每小时损失量，经公司决定进行停车处理，停车后检查4号反应器外网，确认外网有环向焊接裂缝约2m。

3 处理措施及建议

在发现缓冲料斗料位比正常速度下降快时，需警惕催化剂的意外损失，由于催化剂的跑失可能会导致反应后系统产品气温度、压力的变化，如入口压力的持续下降，级间换热器出口温度的持续上涨，此时不易紧急停车造成不必要的损失，首先调整REC工况，确保REC运行正常，然后判断所有可能损失催化剂的情况，估算催化剂每小时损失量，进行核算，同时可以通过洗溶剂的方式将泄漏至REC入口罐的催化剂洗涤出来。由于反应器网漏导致的催化剂跑剂现场国内外其他装置也有发生，为防止此类事故再发生，建议做好以下几点：

1）定期核算催化剂藏量，确认催化剂没有异常损失。

2）定期进行溶剂洗涤，可检查催化剂有无漏出。

3）每日定时对工艺参数进行记录，积极发现问题隐患。

4）及时采购催化剂并备用，保持缓冲料斗料位在可测量位置。