新型丁烯异构化催化剂在中原石化的应用

闫志永 ， 唐 军

(中国石化中原石油化工有限责任公司 ， 河南 濮阳 457000)

0 前言

中国石化中原石油化工有限责任公司(以下简称中原石化)的3万t/a异构化工业装置是国内首套2-丁烯经异构化反应生产1-丁烯的工业装置。该装置作为中原石化1-丁烯装置的一个联合单元，采用中国石化上海石油化工研究院(以下简称上海石化院)开发的成套技术并提供工艺包，实现增产1-丁烯的目的。第一代催化剂(SBI-1)及成套工艺技术于2009年1月在中原石化首次成功工业实施后，于2021年1月起开展了新型异构化催化剂(SBI)工业试验研究。2021年1月25日顺利投料开车，1月26日产品切入1-丁烯装置，生产出合格1-丁烯产品。

装置处理能力：设计规模，3万t/a反应器进料(含循环料)；操作弹性，60%～110%；年操作时数，8 000 h。主要产品：一定浓度的粗1-丁烯经过1-丁烯装置提纯后得到1-丁烯产品。

1 工艺简述

工艺流程如图1所示。异构化反应系统包括进料汽化、进出料换热、进料加热、异构化反应等部分。来自碳四装置第二精馏塔的2-丁烯作为本装置的原料进入原料缓充罐D501，与1-丁烯提浓塔塔釜返回的C4混合，经进料蒸发器E502加热后送入进出料换热器E501回收反应热，进入电加热器F501进一步加热到反应温度后进入反应器R501进行异构化反应。

图1 工艺流程图

反应器出口气体进入到E501回收部分热能和降温后，进入1-丁烯提浓塔C501进行精馏分离，塔顶得到含34%左右的粗1-丁烯返回到碳四精制单元进行精馏分离出1-丁烯。塔釜得到的重组分2-丁烯，一部分循环回原料缓冲罐，一部分送至成品罐区外售。

2 分析方法

①通过分析反应器进、出口物料组成，计算1-丁烯单程收率：

式中：Y，反应单程收率，%；y进口，反应器进口物料中2-丁烯浓度总和，%；x出口，反应器出口物料中1-丁烯浓度，%。

②取样频次。反应器进口取样频次1次/天，反应器出口取样频次2次/天，提浓塔塔顶出料取样频次2次/天，塔釜出料取样频次1次/天。

③主要记录数据。反应器的温度、压力、新鲜进料量和循环进料量，反应器进出口物料组成。

④工艺要求。数据采集原则上按100%负荷进行，主要工艺条件必须逐步调整到位，稳定后进行数据采集。

3 反应器运行条件

新型异构化催化剂(SBI)运行数据采集期间，反应器R-501主要操作参数如下：反应压力0.42 MPa，反应温度290 ℃，反应空速5.9 h-1。

4 催化剂型号、规格及装填数量

一代异构化催化剂(SBI-1)自2009年1月投用到现在，没有更换新剂，使用性能没有衰减。新型异构化催化剂(SBI)自2021年1月使用，使用条件和一代异构化催化剂使用条件要求一样，从现有使用情况看，性能、收率稳定。两种催化剂型号、规格和装填数量如表1所示。

表1 异构化催化剂规格和装填数量对比

5 物料组成数据及分析

5.1 新型催化剂标定数据

反应器进料为新鲜进料和提浓塔塔釜循环物料的混合物，组成如表2所示。其中新鲜进料1 000 kg/h左右，提浓塔塔釜返回物料2 500 kg/h左右。由于碳四装置为抽余碳四运行模式，原料中有效反应组分顺-2-丁烯和反-2-丁烯含量不高。反应器出口组成见表3。

表2 反应器入口组成(质量分数)

表3 反应器出口组成(质量分数)

5.2 新型催化剂标定工艺条件数据

标定期间新鲜原料及反应器进出口物料分析数据均值(3天平均值)，如表4、表5所示。

表4 标定平均数据

表5 反应器床层温度

新型丁烯异构化催化剂1-丁烯单程收率为18.54%。

6 两代催化剂性能指标对比

第一代催化剂(SBI-1)标定技术指标：反应温度330 ℃，反应压力0.42 MPa，空速3 h-1条件下，基于进料中2-丁烯含量，1-丁烯的单程收率>16.5%，异丁烯<700×10-6，1,3-丁二烯为69×10-6。两种催化剂性能对比如表6所示。

表6 催化剂性能对比

7 结论

数据采集期间装置运行平稳，新型异构化催化剂(SBI)在负荷100%，反应温度290 ℃，反应压力0.42 MPa，空速5.9 h-1条件下，运行情况如下：①装置1-丁烯的单程收率18.54%，异丁烯含量为430×10-6，1,3-丁二烯为4×10-6，产品1-丁烯满足聚乙烯装置共聚单体质量要求，结果远优于一代催化剂(SBI-1)技术指标。②催化剂反应活性更高，在控制相同转化率的条件下，基于新型催化剂优异的催化性能，进一步提高反应空速，反应温度则由原工艺的330 ℃下降至280 ℃，大幅降低了电加热器负荷，节能效果显著。③产物选择性更高，采用新型催化剂，1-丁烯产品中影响下道聚合工艺的关键杂质异丁烯、1,3-丁二烯等含量降低50%以上，有效提升了1-丁烯产品质量。④新型异构化催化剂(SBI)投料过程更平稳，反应器床层温度波动小，无吸附热等引起突然升温，开车过程更安全，优于一代催化剂(SBI-1)。新型异构化催化剂的投用不仅提高了主产品的收率，同时实现了生产过程的安全和节能，有效提升了装置安全和经济性。