C3反应器采用1段加氢的应用

孙鹏

（中国石油大庆石化公司化工一厂，黑龙江大庆163714）

分离单元定期对所有循环水换热器进行排查，避免丙烯进入循环水系统造成COD偏高，在排查过程中发现C3加氢1段出口冷却器EH475A存在内漏的情况，该换热器为独生子换热器，无法进行切换操作，只能将其切除进行检修，为避免C3系统全面停车，产生大量不合格丙烯，因此对C3加氢系统局部停车采用1段加氢方式进行充分研究［1］。

此试验研究主要是C3加氢进料泵EP-470A/B把原料从脱丙烷塔回流罐（EV-442）中抽出，提压后送至C3加氢1段反应器，出口直接改进丙烯汽提塔，将1段出口冷却器、循环缓冲罐、缓冲罐的液相泵、2段反应器切除，在反应器入口缺少1股C3稀释量情况下，通过提高在线反应器入口温度、氢炔比等方式，保证丙烯产品合格［2～4］。

1 C3加氢系统流程

来自脱丙烷塔塔顶的液相C3馏分经过入口预热器EH-475C加热至50℃，进入C3加氢水聚结器（EV-475）分离水份，并在液面控制器LC-1454的控制下，将水送往2段排出罐EV-303。

物料中含有低于20×10-6的游离水。然后将液相C3馏分用循环C3稀释，进行液相催化加氢，以脱除甲基乙炔和丙二烯（MA/PD）。

C3加氢系统设有4台绝热反应器（ER-475A/B、ER-476A/B），但正常时只有2台反应器串联在线运行。系统设计是：MA/PD的进料浓度最高为5.3%。经过甲烷化的H2进入2个串联操作的反应器中，每股都是用流量比例控制，使用FF-1456和FF-1461控制。

C3加氢进料泵EP-470A/B把原料从脱丙烷塔回流罐中抽出，在2.9～3.1 MPa压力下，经FC-1457控制送入加氢系统的流量。

原料用循环C3稀释，用FF-1458控制流量比例，以保证混合后的MA/PD浓度在2.4%左右，然后将混合后的物料送往ER-475A/B的顶部。在反应器里，将会有50%～60%的MA/PD被转化成丙烯或丙烷。

由于反应是放热反应，将引起一些液相物料被汽化，反应器出口的混合物料通入C3加氢冷却器EH-475A，并进入C3加氢循环缓冲罐EV-476。

在缓冲罐里C3液相和不凝气进行分离，循环缓冲罐的温度用TC-1536控制进入C3加氢冷却器（EH-475A）的冷却水流量。缓冲罐的液相用泵EP-475A/B送到2段反应器ER-476A/B，反应器的背压由PC-1454控制。加氢系统流程见图1。

图1 C3加氢系统流程

2 存在问题

2.1 加氢反应器的转化率

加氢反应所需氢气量由C3馏分进料量和进料中MA/PD含量决定，通常1段加氢反应器转化率为50%～60%，剩余部分在2段加氢反应器中进行。装置平稳运行时，1段反应器的转化率为65.3%左右，2台反应器串联运行总转化率为100%。

加氢反应所需的氢气来自甲烷化单元，根据MAPD含量按照一定配比注入混合C3进料管线，随着氢气量增加，反应速率增加，放热量也随之增加，反应转化率提高，但反应选择性降低，过量氢气会与丙烯进一步加氢生成丙烷，随着氢气量增加，反应器出口MA/PD含量会不断降低［5］。

虽然E1装置从未尝试过1台C3反应器单独运行，局部停车之前无法确认加氢后的效果，但可参考2011年1段床催化剂失活时，2段床加氢后丙烯产品也能够达到合格标准，因此认定通过优化调整反应器入口温度、氢炔比，1台反应器在线运行时理论上应该能够满足生产需要。同时，为降低C3加氢1台反应器在线时的负荷，局部停车之前先把裂解炉负荷降低，前冷进料量降至70 t/h左右，C3加氢反应器进料量平均为17.3 t/h左右。

2.2 反应器床层温度

由于1段加氢反应器出口冷却器内漏需将其切除检修，此次试验研究过程只有1台反应器单独在线运行，同时C3加氢反应器入口没有循环返回量，无法稀释新鲜进料，反应器入口的MA/PD浓度会偏高，进料空速降低，加氢过程中床层温度存在上涨过快的可能。如果出现此种情况需立即将配氢阀切断，并将反应器出料由丙烯汽提塔改进不合格丙烯罐，丙烯精馏塔保证全回流运行。

2.3 丙烯精馏塔

由于目前C3加氢反应器入、出口没有分析仪表，无法实时监控MA/PD变化情况，如经1台反应器加氢后效果不好，出口MA/PD含量仍较多，长时间进入丙烯精馏塔将导致整塔物料被污染，为避免不合格丙烯污染丙烯产品罐，需停止采出维持全回流运转，待C3系统正常运转后，重新进入丙烯精馏塔，此种情况将严重影响开工进度并产生大量不合格丙烯，回炼将造成装置能耗大大增加，不利于装置高效运行。

3 优化调整措施

3.1 提高反应器转化率。

C3加氢系统正常运行反应器入口有C3稀释量时，1段入口MA含量平均为1.02%左右、PD含量平均为0.97%左右，见图2。

图2 正常运行时反应器入口MA/PD情况

C3加氢系统正常运行时，入口温度为50℃左右，床层最高点温度为61℃左右，入口氢炔比1.7，反应器入口流量平均为40.5 t/h左右，经过1段反应器加氢后，出口甲基乙炔含量平均为0.14%，转化率为86.3%，丙二烯含量平均为0.56%，转化率为42.3%，见图3。

图3 正常运行时反应器出口MA/PD情况

当C3加氢系统局部停车，1台反应器单独运行时，通过化验数据分析得知入口MA含量为2.02%，PD含量为1.62%，由于反应器入口没有C3稀释量，MA/PD含量相比正常运行时有所增加，但还在设计要求范围内，1台反应器加氢应该能够达到产品合格的标准，因此将反应器入口温度由50℃提升至51℃，入口氢气量由29 kg/h提至32 kg/h，由于加氢反应放热量大，反应器床层温度最高涨至70℃左右，相比于正常运行时床层温度上涨10℃左右，由于催化剂床层温度大幅度提高，反应器出口气化率增大，反应器处于气液相操作状态。

通过化验分析，1台反应器运行时出口MA含量为0.09%，转化率为95.5%，PD含量为0.17%，转化率为89.5%，总转化率为93.4%。

3.2 控制MA/PD含量。

1台反应器运行时，MA/PD转化率达不到100%，仍有部分甲基乙炔、丙二烯进入后系统，只能通过精馏塔的精馏作用控制丙烯产品中MA/PD含量。

3.3 稳定回流比

将丙烯精馏2#塔回流量由175 t/h逐渐提至200 t/h，聚丙采出量由7 t/h降至2 t/h，化丙采出量由10 t/h降至5 t/h，尽可能将塔内MA/PD控制在塔釜最终返回裂解炉，在此期间丙烯塔压差最高涨至46 kPa，但未影响到塔的正常运行。

3.4 调节塔釜再沸量

在保证急冷水塔系统正常运行的情况下，减少丙烯精馏塔塔釜急冷水用量，避免塔釜MA/PD进入塔顶，影响丙烯产品质量。

3.5 减少塔釜损失

由于回流比偏大，造成丙烯损失，换热器检修期间塔釜丙烯损失为47.15%，正常运行时损失为15%左右。由于调整控制合理，产品中MA/PD总量小于15×10-6，满足化学级丙烯产品标准。

4 结束语

此次C3加氢反应器1段出口冷却器在线检修历时16 h，如果C3加氢系统全面停车，将产生300 t左右的不合格丙烯，对原料的平衡及装置能耗造成极大影响，通过本次实验研究得出1台加氢反应器运行时，虽然反应器入口缺少C3稀释量，反应器入口MA/PD含量增加、进料空速降低存在飞温的风险，但通过合理调整反应器入口温度、氢炔比及丙烯精馏塔操作能够保证系统平稳运行并得到合格的丙烯产品。