张道祥，郭海滨
（四川正达凯新材料有限公司，四川 宣汉635000）
［摘 要］某200 kt/a煤制乙二醇装置采用两步法生产工艺，自2012年初建成投产以来，DMO（草酸二甲酯）加氢系统出现过加氢催化剂床层阻力上涨较快、床层热点温度高、副产物多等问题。梳理前期运行数据，经分析与研究，认为主要原因在于加氢系统氢酯比低、加氢反应器连接方式不合理、DMO进料品质差。为此，实施了一系列工艺优化改进，包括优化加氢反应器连接方式与DMO进料方式、加氢反应器进口增设杂质分离罐、优化DMO进料条件等。优化改进后，提高了催化剂选择性与利用效率，延长了催化剂的使用寿命，提高了乙二醇产品产量与质量，解决了DMO加氢系统运行的瓶颈问题，大幅降低了生产成本，实现了乙二醇装置的安、稳、长、满、优运行。
［关键词］煤制乙二醇装置；运行问题；原因分析；氢酯比；加氢反应器连接方式；DMO进料品质；优化改进；运行情况
［中图分类号］TQ223.16+2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）01-0062-04
0 引 言
某200 kt/a煤制乙二醇装置采用两步法生产工艺，主要包括酯化系统、羰化系统、DMO（草酸二甲酯）精馏系统、DMO加氢系统和乙二醇精馏等系统：酯化系统的主要任务是用原料NO、CH3OH和O2生产中间产物亚硝酸甲酯（MN），主要反应为4NO+O2+4CH3OH====4CH3ONO+2H2O；羰化系统的主要任务是MN和CO在Pd催化剂作用下生产中间产品DMO，羰化过程主要反应式为2CO+2CH3ONO====CH3OOCCOOCH3+2NO；DMO精馏系统的主要任务是对羰化系统生产的粗DMO进行精馏提纯，为后续DMO加氢系统提供优质的原料；DMO加氢系统的主要任务是将原料DMO和H2在Cu系催化剂作用下生成乙二醇（EG）并副产甲醇，主要反应式为CH3OOCCOOCH3+4H2====HOCH2CH2OH+2CH3OH；乙二醇精馏系统的主要任务是对加氢系统生产的乙二醇和甲醇进行精馏提纯，最终达到聚酯级品质的乙二醇产品送至罐区，精馏后的甲醇返回酯化系统回收利用。该乙二醇装置自2012年初建成投产以来，DMO加氢系统出现过加氢催化剂床层阻力上涨较快、床层热点温度高、副产物多等问题——设计使用寿命1 a的加氢催化剂实际使用寿命约6个月，加氢催化剂床层热点温度达到200 ℃左右（指标≤185 ℃），产品乙二醇中乙醇含量高达0.75%（指标≤0.4%，质量分数；下同）、1,2-丁二醇含量高达0.60%（指标≤0.3%），最终由于床层阻力大系统被迫停车更换加氢催化剂。
由于当时国内煤（或合成气）制乙二醇工业化装置较少，此前仅有通辽金煤化工有限公司200 kt/a煤制乙二醇装置实现了工业化生产，可借鉴的长周期、高负荷运行经验较少。该公司通过梳理前期运行数据，分析与研究系统存在的问题，提出了相应的解决方案，通过实施一系列优化改进，解决了DMO加氢系统安全、稳定、长周期、高负荷运行的瓶颈问题，取得了良好的效果。以下对有关情况作一介绍。
1 原因分析
1.1 加氢系统氢酯比低
氢酯比是指DMO加氢系统中氢气与DMO的摩尔比，氢酯比是DMO加氢系统非常重要的指标，一般要求不低于80；一定温度下，随着氢酯比的增大，DMO转化率提升。DMO加氢反应中，由于乙醇酸甲酯再加氢反应生成乙二醇的平衡常数最小，为使反应正常进行，提高乙醇酸甲酯的转化率，增加反应物氢气的量是一种可行的方法。增加氢气量可保证DMO单程转化率达100%，防止DMO“穿透”催化剂床层而在下游与水反应生成草酸腐蚀设备[1]。
该乙二醇装置运行时随着负荷的不断提升，DMO进料量逐步增加，而氢气总循环量基本不变——约500 km3/h（标态，下同），导致DMO加氢系统氢酯比逐渐下降，系统70%负荷时氢酯比已达79.08%（见表1），已不能满足氢酯比≥80的要求。氢酯比降低后，DMO在系统内的分压升高，导致DMO饱和温度升高，相同温度下，DMO不能完全汽化，未完全汽化的DMO随着循环气进入加氢反应器，在加氢催化剂内部进行反应生成乙二醇或其他聚合物[2]；且DMO加氢反应属于强放热反应，加氢催化剂内部进行的反应会对催化剂形成局部热冲击，会对催化剂内部孔道造成不可逆破坏及催化剂孔道堵塞，导致加氢反应器进出口压差增大，即催化剂床层阻力上涨[3]。此外，DMO加氢系统中氢酯比较低时，表明氢气补入量少，加氢反应进行不彻底，中间产物中乙醇酸甲酯的转化率降低，大量的乙醇酸甲酯会在催化剂内孔道及表面发生聚合反应，反应产物多属于分子量大、沸点高和黏度大的聚合物，这些聚合物在高温下结焦附着在催化剂上，影响催化剂的活性，久而久之，催化剂会被这些聚合物完全覆盖，反应通道被堵塞，催化剂床层阻力上涨[4]。
1.2 加氢反应器连接方式不合理
该乙二醇装置刚运行时，6台DMO加氢反应器设计为“三并两串”模式（前系列反应器A、C、E并联运行，后面分别串联后系列反应器B、D、F，后3台反应器亦为并联），从生产数据来看，在前3台并联的反应器中DMO已基本上完成加氢反应，3台并联的反应器后面串联的3台反应器由于进料少，导致加氢催化剂的利用率降低。简言之，系统负荷没有平均分配到反应器中，使得前3台并联的反应器（反应器A、C、E）负荷大，其催化剂过度使用，反应热聚集导致床层热点温度高，需采取必要手段移热，以防催化剂床层“飞温”、催化剂烧结而缩短催化剂使用寿命；后面串联的3台反应器因空速低而移热效果变差，且由于负荷低，催化剂活性没有得到有效发挥而使用寿命较长，当前3台并联的反应器需要更换催化剂时后3台反应器也须停运，整体上加氢催化剂没有达到最佳利用效率。
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