煤制乙二醇加氢催化剂压差问题的探讨与分析

煤制乙二醇加氢催化剂压差问题的探讨与分析

聂飞鹏,刘祥璞

商丘国龙新材料有限公司  河南商丘 476000

摘要：为了解决煤制乙二醇加氢催化剂压差问题，本文首先阐述存在的煤制乙二醇加氢催化剂压差问题，随后对影响问题的影响因素进行分析，发现提纯过程中含有杂质、氢酯比、孔道被堵塞、催化剂自身问题以及汽化效果皆会带来一定的不良影响，因此本文针对上述分析其解决方法，最后使煤制乙二醇加氢催化剂压差控制在合理范围内，希望能够给相关人员带来一些帮助

关键词：煤制乙二醇；加氢催化剂；压差问题

前言：煤制乙二醇是用煤取代室友乙烯制成乙二醇的一项技术，由中科院附件物质结构研究所与其他企业联手发明而出，全称为万吨级CO气相催化合成草酸酯和草酸酯催化加氢合成乙二醇成套技术。该成果代表着我国在全球范围内领先达到了煤制乙二醇技术路线和工业化应用的领域，是一项拥有自主知识产权的世界首创技术。在工业生产中应用煤制乙二醇已经成为必然趋势，不过在实际应用中添加加氢催化剂时还存在着压差问题，需要进一步地进行优化升级，否则将影响实际应用效果。

1煤制乙二醇加氢催化剂压差问题

在进行草酸二甲酯与氢气的反应时，一般会用到固定床列管式反应器，在其所用的催化剂中，活性成分是金属铜，在催化剂成型过程中，主要分为两种，一种是挤出条，另一种是压片。现在，这两种成型方法都被广泛地运用，而且都有着各自的优点和缺点。但是，由于对催化剂进行持续的更新和改进，再加上用户对工艺运行参数的深刻理解，因此，压片成型的加氢催化剂在用户中得到了更多的认可，并逐步成为用户的主流[1]。在过去的工作中，由于压力差值的持续升高，导致加氢制得的循环流量低，热点高，必须及时进行换料。且在较长时间里，即便是在连续平稳运转的情况下，压力也会逐渐上升，如果发生突发事件，重新开始，压力上升的速率会变得更快。

2煤制乙二醇加氢催化剂压差问题分析与解决

2.1煤制乙二醇加氢催化剂压差问题分析

2.1.1提纯过程中含有杂质

2塔蒸馏法净化了加氢制得的草酸二甲酯，并将其中的甲醇和碳酸二甲酯等轻组分进行分离。采用2塔分离甲醇，3塔分离碳酸二甲酯，4塔采用真空抽提，将碳酸二甲酯从2塔中分离出来，并在3塔中直接使用高沸点的草酸二甲酯，最后提纯后，其纯度可达99.5%，但仍有一些重组份，例如草酸二乙酯，在该部分提纯时，与草酸二甲酯沸点高的草酸二乙酯一同流入加氢。

2.1.2氢酯比带来的影响

某厂的乙二醇加氢设备原本的设计循环量为60万 Nm/h，但是在实际操作中，其循环量远远低于设定值，导致循环氢气量不足、反应过程中的加氢不充分、热量去除能力不足、停留时间长等问题，进而对催化剂的应用产生不良影响[2]。特别是在高负荷的情况下，氢气和草酸二甲酯的摩尔比非常的低，只能保持在70左右，这很容易导致酒精酸甲酯、碳酸乙烯酯等杂质的形成，特别是酒精酸甲酯熔点很高，很容易被吸收到催化剂的表面及孔道中，从而导致催化剂的结焦、堵塞、失活。

2.1.3孔道被堵塞后产生的影响

在加氢站场的空闲时间，通过现场取样，由一家企业的专家小组，在含氮条件下，对所选材料进行取样。通过调节真空泵抽出压力，对0.8 m.1.2 m.1.7m、2.1 m高度处抽出的催化剂展开分析，并使用内窥镜对各高度点层面的催化剂颗粒分散情况及列管内壁清洁情况展开观察，结果显示，在上层1.2 高度处的催化剂附着焦状物较显著，部分列管还存在结焦成块现象，由此可以判定，催化剂床层压差的上升主要集中在上层0.5~1 m高度处。对其比表面积进行了测定，结果表明，炭颗粒的比表面积只有80㎡/g左右，而新加载的催化剂的比表面积一般均大于500㎡/g，说明其存在着比较严重的孔阻塞现象。

2.1.4催化剂自身的影响

当前，乙二醇的加氢制乙烯装置普遍存在着寿命不长的问题，通常只有1年左右的时间。伴随着催化剂的使用周期的延长，催化剂载体的丢失和压差的增大，通常情况下，在经过7—8个月的运转之后，会抽出反应器上层的催化剂的积炭，从而来减少床层阻力。但是，在进行操作的过程中，有可能会发生因为列管内催化剂抽取过多的情况，从而造成列管内催化剂过少或者是空管，这样在加氢进料后， DMO不能完成转化，从而导致 DMO渗透到催化剂床层，使得在粗乙二醇中的 DMO含量有所上升。

2.1.5汽化效果带来的影响

前期研究表明，加热器的进口管板面和进口管内壁上都有一定积炭，而且，在加热器的三个单元中，有很强的积炭特征，由此推测，循环中的液状草酸二甲酯与氢发生了气液两相间的混杂，而在该体系中，有一些残渣会随着水蒸气发生聚合和积炭，从而粘附到加热器的管壁上，一些积炭则随着气态气体加入而粘附到催化剂上。

2.2煤制乙二醇加氢催化剂压差问题解决

2.2.1降低提纯过程中的杂质

通过在加氢反应器入口增加过滤装置，并在其内填充氧化铝陶瓷球体及鲍尔环，实现对积碳物质的吸附、拦截及分离，进而实现原料成分的提纯，降低原料成分中含有的杂质对催化性能的影响。

2.2.2做好氢酯比控制工作

针对原有的2台反应器串联技术方式展开改造，保证2台反应器能够独自，在确保总体循环氢气流量不会出现变化的前提下，减少每个反应器中液相草酸二甲酯的进料量，能够给加氢反应、消除热量带来更好的环境，以此降低生成物给催化剂带来的不良影响，确保其处于最佳状态。

2.2.3避免孔道被堵塞

在前期研究基础上，针对草酸二甲酯与碳酸二甲酯两种不同类型的酯基化合物，在3塔与4塔均将塔内的反应温度降到低于150℃的条件下，在此基础上，将3塔与4塔的反应温度均降到150℃，既可有效地减小反应温度对草酸二甲酯质量的影响，又可有效地降低反应产物中多聚杂组分的形成，又可进一步提高反应产物的质量；同时，还可利用低水平调控的技术，缩短反应产物在反应产物中的滞留时间，减小反应产物的温度对反应产物质量的作用，达到反应产物高质量的目的。

2.2.4加大力度保护催化剂

在进行抽吸操作时，应保证充氮量超过真空泵抽吸能力。当系统在停机时，应进行氮的完全置换，并尽可能使氧气含量低于0.2%。在停机过程中，要做好催化剂的充氮防护工作，由专门人员监测，并做好相应的监测工作，如充氮压力，床温等，并做好相关的工作；维护孔处应与触媒有效隔绝[3]。在加氢过程中，前部和后部分别进行了不同的供气方式，使加氢过程中的空速有所增加，但 DMO在加氢过程中的滞留时间有所缩短。

2.2.5优化汽化效果

增加草酸二甲酯的进料压力，对草酸二甲酯在循环水中的喷射方式进行调整和改进，对提升喷雾进行优化，使管路和预热器底部液体相层流动，从而降低积碳形成。将预热器前端的喷嘴从DN80改为DN50，并在预热器后方增设DN50，将一部分草酸二甲酯原料送入已预加热的高循环气，与前预热器共同承担热负载，并使一部分草酸二甲酯在较高的温度下被完全气化，最后经由进口加热器将其升高到所要求的反应温度，再次送入反应器。

结束语：综上所述，本文在对压差上升的成因进行了深入剖析后，有目的地提出了一套切实有效的对策，从而有效地消除催化剂压差上升的问题，并提高加氢催化剂的使用寿命，为装置长周期稳定运行奠定坚实基础。

参考文献

[1]贾现伟. 影响煤制乙二醇加氢催化剂使用寿命的因素及应对措施分析[J]. 化肥设计,2021,59(5):38-41.

[2]李国君,汤建锋,王一飞,王贺.煤制乙二醇加氢催化剂DMO穿透问题及处理措施[J].化肥设计,2022,60(5):34-37

[3]南金华.煤制乙二醇加氢催化剂稳定运行研究[J].中国石油和化工标准与质量,2022,42(16):127-129