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眾所周知，乙烯年產(chǎn)量和裝置規(guī)模是衡量一個國家石油化工行業(yè)發(fā)展水平的重要標志。在乙烯裝置中，氣相選擇加氫除炔技術(shù)是生產(chǎn)聚合級乙烯的關(guān)鍵，催化劑更是扮演著舉足輕重的角色。

近日，由中國石油石油化工研究院、北京石油化工學院、中國石油蘭州石化共同完成的“乙炔選擇加氫生成乙烯催化劑關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項目通過了由中國石油和化工自動化應(yīng)用協(xié)會組織的科技成果鑒定。

(相關(guān)資料圖)

對此，筆者聯(lián)系了北京石油化工學院教授、博士生導師張謙溫。他以該項目總體思路設(shè)計者與執(zhí)行者的視角，對該項目進行了進一步的介紹。

技術(shù)積淀近20年 開發(fā)氣相加氫除炔催化劑

“乙烯裝置中的氣相產(chǎn)物碳二餾分，需經(jīng)選擇加氫脫除乙炔后，才能作為基本有機化工原料進行后續(xù)利用。因此，氣相加氫除炔是制備聚合級乙烯的關(guān)鍵技術(shù)，加氫除炔技術(shù)水平關(guān)系著乙烯裝置的整體經(jīng)濟效益?！睆堉t溫介紹說，2005年前后，我國自主研發(fā)出乙炔選擇加氫貴金屬鈀催化劑，打破了國外壟斷。

自2008年石化院向北京石油化工學院拋來橄欖枝開始，張謙溫課題組結(jié)合近20年來對乙烯生產(chǎn)裝置中乙炔選擇加氫技術(shù)的研究經(jīng)驗，在現(xiàn)有催化劑的基礎(chǔ)上展開了性能提升的研究。

隨后，項目團隊針對原有乙烯生產(chǎn)工藝催化劑載體孔內(nèi)擴散系數(shù)小、乙炔加氫催化劑活性組分分散度低、催化劑乙炔加氫生成乙烯的活性及選擇性不足和催化劑運行周期短等技術(shù)難題展開攻關(guān)，開發(fā)出系列氣相加氫除炔催化劑，可滿足不同加氫工況及原料的要求，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全系列產(chǎn)品。

降低乙炔含量 選擇性使用壽命顯著改善

張謙溫表示，項目團隊開發(fā)的催化劑在選擇性和使用壽命上較上一代都有了顯著改善。

根據(jù)乙烯裝置分離流程及加氫反應(yīng)器位置的不同，氣相加氫除炔工藝可分為碳二后加氫、碳二前加氫和乙烯加氫精制三個工藝。據(jù)此，項目團隊開發(fā)了三項新技術(shù)和一個新型載體。

一是載體表面原位合成活性組分的層狀前驅(qū)體技術(shù)，應(yīng)用于碳二后加氫催化劑，活性組分分散度由36%提升至48%，乙烯選擇性由65%提升至71%，反應(yīng)器出口乙炔含量低于0.1微升/升。

二是基于“鈀和銀絡(luò)合接枝到高分子鏈”的鈀—銀合金化制備技術(shù)，應(yīng)用于碳二前加氫催化劑，乙烯選擇性由74%提高至96%，反應(yīng)器出口乙炔含量低于1.0微升/升。

三是基于反應(yīng)器段間設(shè)置疊合反應(yīng)單元將碳四烯烴疊合分離的反應(yīng)器段間副產(chǎn)物分離技術(shù)，應(yīng)用于碳二后加氫工藝裝置，催化劑不再生運行時間由12個月延長至44個月。

此外，項目團隊還研制了雙峰孔徑分布的氧化鋁催化劑載體，擴散系數(shù)由0.168平方厘米/秒提升至0.188平方厘米/秒，為催化劑制備提供了高性能材料。

鑒定結(jié)果顯示，該成果整體技術(shù)達到了國際先進水平，其中載體表面原位合成活性組分的層狀前驅(qū)體技術(shù)和基于“鈀和銀絡(luò)合接枝到高分子鏈”的鈀—銀合金化制備技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。

替代進口產(chǎn)品 讓乙烯工藝走向世界前沿

項目團隊自主開發(fā)的系列化氣相加氫除炔催化劑，已應(yīng)用于不同類型及不同工況的乙烯裝置，替代了進口產(chǎn)品，大幅提高了中國石油乙烯技術(shù)的自主化程度。

2010~2022年，該技術(shù)成果在中國石油蘭州石化、遼陽石化、大慶石化、吉林石化、獨山子石化和國能包頭煤化工有限責任公司等10套乙烯裝置上持續(xù)應(yīng)用，包括6套后加氫乙烯裝置、3套前加氫乙烯裝置和1套乙烯精制裝置。數(shù)據(jù)顯示，截至2022年年底，該類催化劑累計銷售超200噸，增產(chǎn)乙烯14.29萬噸，經(jīng)濟與社會效益顯著。

張謙溫指出：“這是因為基于新技術(shù)開發(fā)的氣相加氫除炔催化劑的選擇性大幅度提高，應(yīng)用于蒸汽裂解乙烯裝置乙烯后精制時，提高了乙烯產(chǎn)品純度；應(yīng)用于MTO裝置時，減少了乙烯損失。這使得乙烯裝置在不增加投資的情況下，產(chǎn)出更多乙烯，因此提升了經(jīng)濟效益。”

“與此同時，該催化劑還把被視為‘毒物’的乙炔更高效地轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物乙烯，降低反應(yīng)器出口乙炔含量的同時，使工廠在產(chǎn)出與從前相同數(shù)量的乙烯時，顯著減少石油原料消耗，實現(xiàn)節(jié)能降碳?！睆堉t溫表示。

未來，張謙溫表示，課題組計劃從材料微觀入手，進一步降低催化劑成本，開發(fā)自有乙烯技術(shù)工藝包，并利用動力學指導工業(yè)裝置設(shè)計和裝置運行操作，讓中國乙烯技術(shù)走向世界前沿。