新型加氢催化剂在煤制乙二醇工业化装置中的应用

新型加氢催化剂在煤制乙二醇工业化装置中的应用

吴有奇 李丹 孟宪雷 柴锡宽 温慧丽

商丘国龙新材料有限公司 河南商丘 476000

摘要：乙二醇作为一项重要的有机化工原料，在聚酯纤维、橡胶以及表面活性剂生产等方面具有重要的作用。本文以H市某化工企业20万t/a煤制乙二醇装置作为研究对象，对新型加氢氧化剂在该设备中的运行情况进行分析，并阐述了该设备加氢工段的技术特点，包括新型加氢催化剂的制备、装填以及还原情况，利用设备生产过程中的工艺参数以及质量情况对新型加氢催化剂的应用效果进行评价，旨在进一步提高新型加氢氧化剂在煤制乙二醇工业化装置的中的应用效果。

关键词：新型加氢催化剂；煤制乙二醇；工业装置；具体应用；评价分析

在当前化工生产行业中，传统的乙二醇生产方法主要是按照石油化工生产技术路线进行，但是随着石油资源的短缺问题逐渐严重，以石油化工方式生产乙二醇会增加石油资源消耗，所以需要探索新型生产技术路线。因为当前我国能源结构以煤为主，所以发展以碳—化合物为原料的乙二醇制作技术，对于优化我国能源结构具有重要作用，能够减少对石油资源的依赖，从而降低石油资源使用，保障我国能源安全，是当前乙二醇制备的重要发展方向。

1.煤制乙二醇工业化装置的特点分析

1.1工业化装置流程

H市某化工企业20万t/a煤制乙二醇工业化装置在2020年1月开始使用，该装置以煤制合成气体为原料，利用合成气体的净化和分离后得到一氧化碳气体和氢气，之后合成乙醇，合成过程为：煤气化→粗煤气→一氧化碳/氢气→一氧化碳羰基合成→草酸二甲酯→氢气加氢与草酸二甲酯生成乙二醇^[1]。

加氢工段的工艺流程为：氢气循环压缩机出口气体与加氢反应器出口气体经过换热处理后，与加热后的草酸二甲酯混合气化，之后进入加氢反应器中，在催化剂的影响下完成加氢反应；反应后气液混合物经过换热处理、冷却处理以及分离处理后，气体进入氢气循环压缩机中，经过冷凝处理后的液相经过气液分离设备进入粗成品槽；氢气循环压缩机后其他气体经过净化设备，将加氢系统循环气体中的杂质进行吸附，之后进入氢气循环压缩机出口管道中。

1.2新型加氢催化剂的制备分析

利用均相沉淀沉积方法制备新型加氢催化剂，按照铜负载量的差异，称取一定量的硝酸铜和三个水分子溶于一定量的去离子水中，在充分溶解后称取一定量的氨气和水溶液加入溶液中，并对其进行充分搅拌，制作成铜氨溶液；将硅胶溶液滴入配置完成的铜氨溶液中，充分搅拌4个小时；升高到指定温度后再次进行搅拌，将游离的氨蒸除到pH值为6.5；融合会从最开始的深蓝色逐渐沉淀变为浅蓝色悬浊液，之后采用过滤、水洗以及干燥处理制成催化剂粉末，在设定温度条件下焙烧4小时后即可得到新型加氢催化剂成品。

2.催化剂装填和还原分析

2.1催化剂装填流程

在安装前，需要将反应器进行清理，避免出现新型加氢催化剂泄漏、堵塞等问题，从而会影响设备运行性能。技术人员在弹簧和瓷球安装完成后，每个列管安装直径为10mm的瓷球150mL左右，并检验是否合格；专业装填人员开展加氢催化剂的装填工作，将加氢催化剂从内到外逐一进行安装，温度孔位置需要提前做好编辑，并将其覆盖堵住，在列管安装接受将测温套管插入温度孔内安装；催化剂装填结束后需要对其进行检测，避免出现少装、漏装等问题；还原前需要对反应器进行试压和试漏处理，压力标准为3MPa^[2]。

2.2催化剂还原

采用氮气对加氢系统进行置换处理，直到加氢回路中φ（氧气）≤0.05%停止；在采用氢气对加氢系统中氮气进行置换后，在加氢系统中φ（氢气）≥98%时停止；采用氢气将加氢系统中的氢气压力提高到1.5MPa，之后启动氢气循环压缩机，将循环体流量体积控制在35000—45000m³/h；加入5.0MPa蒸汽，通过调节阀对循环氢气温度进行控制，使其达到催化剂制备的温度；在还原结束前10小时，向气体净化系统进行冲压，保证还原停止前净化系统稳定运行；按照还原时间、温度以及装填量对出水量进行预测，并补充足够的氢气。该还原过程的技术参数为：试压置换气φ（氮气）＞99.8%；还原气φ（氢气）＞99%；升温速率为10—20K/h；还原过程中系统压力为2.0—2.5MPa；最终还原温度为200摄氏度；恒温10小时；总还原时间为48小时

3.加氢装置运行情况分析

3.1基本运行情况

2020年1月20日新型加氢催化剂进入正常的还原程序，1月23日设备开始低负荷运行，直到2月1日运行负荷逐渐提高到90%并保持稳定运行。该新型加氢催化剂的主要技术参数如下表所示。

表1：新型加氢催化剂技术参数

通过上表的数据可以看出，在使用新型加氢催化剂后，反应压力降低、反应温度降低，从而能够降低产品生产能耗；根据原料转化率和目标产物选择性的数据可以看出，在使用新型加氢催化剂后具有一定幅度的提高，乙二醇产品优等率达到了100%，说明新型加氢催化剂能够有效提高产品性能，使得生产经济效益有所提高^[3]。

3.2新型加氢催化剂资源消耗情况

下表为采用新型加氢催化剂后资源消耗的具体数据。

表2：资源消耗技术参数

根据上述表格的数据可以看出，在新型加氢催化剂投入生产运行后，合成乙二醇的主要原料，一氧化碳、氢气以及氧气的用量都有所降低，该原料消耗比例在煤制乙二醇行业中属于领先水平；每吨产品的蒸汽消耗从6.5t降低到5.7t，每吨产品的耗电量从290kW·h降低到245kW·h；每吨产品甲醇消耗量从60kg降低到50kg，根据市场价格计算，每吨产品的直接物料消耗和能耗成本能够降低200元左右，每年生产成本可以节约4000万元左右，具有良好的经济效益。由此可见，该企业新型加氢催化剂装置的运行，具有良好的经济效益，在提高产品优等率的基础上，能够减少成本投入，是提高该企业经济效益的有效方式。

3.3效果评价

在本文的研究中，采用以铜为活性成分，利用均相沉淀沉积方法制备新型加氢催化剂，可以用于20万t/a的煤制乙二醇工业化装置中，新型加氢催化剂的性能较好，装置能够在高负荷情况下保持稳定运行；在该新型加氢催化剂装填与还原过程中，需要严格按照规范程序运行，从而保证生产质量；新型加氢催化剂的使用能够降低反应压力和反应温度，提高原料转化率和目标产物选择性，使整体反应过程更加可控，具有直观的经济效益，可以在化工行业中推广使用。

结语

综上所述，本文以H市某化工企业作为研究对象，对其新型加氢催化剂的具体应用效果进行分析，结果证明新型加氢催化剂能够有效促进煤制乙二醇工业化装置生产效果提高，具有良好的综合效益，希望能够对相关企业起到一定的借鉴和帮助作用，不断促进生产模式优化。

参考文献

[1]胡晓鸣, 梁鹏, 孙国辉. 新型加氢催化剂在煤制乙二醇工业化装置中的应用[J]. 氮肥与合成气, 2019, 47(1):3-3.

[2]钱海林. 煤制乙二醇加氢催化剂高氢还原总结[J]. 河南化工, 2020, 37(009):3-3.

[3]郑卫, 孔会娜. 煤制乙二醇加氢催化剂氮气环境卸出的研究与应用[J]. 河南化工, 2019, 36(8):3-3.