新一代乙炔選擇加氫催化劑通過鑒定——讓除炔更高效，讓乙烯更高產
眾所周知，乙烯年產量和裝置規模是衡量一個國家石油化工行業發展水平的重要標志。在乙烯裝置中，氣相選擇加氫除炔技術是生產聚合級乙烯的關鍵，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鍵技術與應用”項目通過了由中國石油和化工自動化應用協會組織的科技成果鑒定。對此，筆者聯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計者與執行者的視角，對該項目進行了進一步的介紹。
技術積淀近20年，開發氣相加氫除炔催化劑
“乙烯裝置中的氣相產物碳二餾分，需經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利用。因此，氣相加氫除炔是制備聚合級乙烯的關鍵技術，加氫除炔技術水平關系著乙烯裝置的整體經濟效益。”張謙溫介紹說 ，2005年前后 ，我國自主研發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，張謙溫課題組結合近20年來對乙烯生產裝置中乙炔選擇加氫技術的研究經驗，在現有催化劑的基礎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工藝催化劑載體孔內擴散系數小、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難題展開攻關，開發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權的全系列產品。
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。根據乙烯裝置分離流程及加氫反應器位置的不同，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。據此，項目團隊開發了三項新技術和一個新型載體。
一是載體表面原位合成活性組分的層狀前驅體技術，應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%，反應器出口乙炔含量低于0.1 微升/升。
二是基于“鈀和銀絡合接枝到高分子鏈”的鈀—銀合金化制備技術，應用于碳二前加氫催化劑，乙烯 選擇性由74% 提高至96%，反應器出口乙炔含量低于1.0 微升/升。
三是基于反應器段間設置疊合反應單元將碳四烯烴疊合分離的反應器段間副產物分離技術，應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。
鑒定結果顯示，該成果整體技術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體技術和基于“鈀和銀絡合接枝到高分子鏈”的鈀—銀合金化制備技術處于國際領先水平。
替代進口產品，讓乙烯工藝走向世界前沿
項目團隊自主開發的系列化氣相加氫除炔催化劑，已應用于不同類型及不同工況的乙烯裝置，替代了進口產品，大幅提高了中國石油乙烯技術的自主化 程度。2010~2022 年 ，該 技 術 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 套乙烯裝置上持續應用，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 。 數據顯示，截至2022年年底 ，該類催化劑累計銷售超200噸，增產乙烯14.29萬噸，經濟與社會效益顯著。
張謙溫指出：“這是因為基于新技術開發的氣相加氫除炔催化劑的選擇性大幅度提高，應用于蒸汽裂解 乙烯裝置乙烯后精制時，提高了乙烯產品純度；應用于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，產出更多乙烯，因此提升了經濟效益。”
“與此同時，該催化劑還把被視為‘毒物’的乙炔更高效地轉化為目標產物乙烯，降低反應器出口乙炔含量的同時，使工廠在產出與從前相同數量的乙烯時，顯著減少石油原料消耗，實現節能降碳。”張謙溫表示。
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，開發自有乙烯技術工藝包，并利用動力學指導工業裝置設計和裝置運行操作，讓中國乙烯技術走向世界前沿。
