众所周知，乙烯年产量和装置规模是衡量一个国家石油化工行业发展水平的重要标志。在乙烯装置中，气相选择加氢除炔技术是生产聚合级乙烯的关键，催化剂更是扮演着举足轻重的角色。
近日，由中国石油石油化工研究院、北京石油化工学院、中国石油兰州石化共同完成的“乙炔选择加氢生成乙烯催化剂关键技术与应用”项目通过了由中国石油和化工自动化应用协会组织的科技成果鉴定。
对此，笔者联系了北京石油化工学院教授、博士生导师张谦温。他以该项目总体思路设计者与执行者的视角，对该项目进行了进一步的介绍。
技术积淀近20年 开发气相加氢除炔催化剂
“乙烯装置中的气相产物碳二馏分，需经选择加氢脱除乙炔后，才能作为基本有机化工原料进行后续利用。因此，气相加氢除炔是制备聚合级乙烯的关键技术，加氢除炔技术水平关系着乙烯装置的整体经济效益。”张谦温介绍说，2005年前后，我国自主研发出乙炔选择加氢贵金属钯催化剂，打破了国外垄断。
自2008年石化院向北京石油化工学院抛来橄榄枝开始，张谦温课题组结合近20年来对乙烯生产装置中乙炔选择加氢技术的研究经验，在现有催化剂的基础上展开了性能提升的研究。
随后，项目团队针对原有乙烯生产工艺催化剂载体孔内扩散系数小、乙炔加氢催化剂活性组分分散度低、催化剂乙炔加氢生成乙烯的活性及选择性不足和催化剂运行周期短等技术难题展开攻关，开发出系列气相加氢除炔催化剂，可满足不同加氢工况及原料的要求，形成具有自主知识产权的全系列产品。
降低乙炔含量 选择性使用寿命显著改善
张谦温表示，项目团队开发的催化剂在选择性和使用寿命上较上一代都有了显著改善。
根据乙烯装置分离流程及加氢反应器位置的不同，气相加氢除炔工艺可分为碳二后加氢、碳二前加氢和乙烯加氢精制三个工艺。据此，项目团队开发了三项新技术和一个新型载体。
一是载体表面原位合成活性组分的层状前驱体技术，应用于碳二后加氢催化剂，活性组分分散度由36%提升至48%，乙烯选择性由65%提升至71%，反应器出口乙炔含量低于0.1微升/升。
二是基于“钯和银络合接枝到高分子链”的钯—银合金化制备技术，应用于碳二前加氢催化剂，乙烯选择性由74%提高至96%，反应器出口乙炔含量低于1.0微升/升。
三是基于反应器段间设置叠合反应单元将碳四烯烃叠合分离的反应器段间副产物分离技术，应用于碳二后加氢工艺装置，催化剂不再生运行时间由12个月延长至44个月。
此外，项目团队还研制了双峰孔径分布的氧化铝催化剂载体，扩散系数由0.168平方厘米/秒提升至0.188平方厘米/秒，为催化剂制备提供了高性能材料。
鉴定结果显示，该成果整体技术达到了国际先进水平，其中载体表面原位合成活性组分的层状前驱体技术和基于“钯和银络合接枝到高分子链”的钯—银合金化制备技术处于国际领先水平。
替代进口产品 让乙烯工艺走向世界前沿
项目团队自主开发的系列化气相加氢除炔催化剂，已应用于不同类型及不同工况的乙烯装置，替代了进口产品，大幅提高了中国石油乙烯技术的自主化程度。
2010~2022年，该技术成果在中国石油兰州石化、辽阳石化、大庆石化、吉林石化、独山子石化和国能包头煤化工有限责任公司等10套乙烯装置上持续应用，包括6套后加氢乙烯装置、3套前加氢乙烯装置和1套乙烯精制装置。数据显示，截至2022年年底，该类催化剂累计销售超200吨，增产乙烯14.29万吨，经济与社会效益显著。
张谦温指出：“这是因为基于新技术开发的气相加氢除炔催化剂的选择性大幅度提高，应用于蒸汽裂解乙烯装置乙烯后精制时，提高了乙烯产品纯度；应用于MTO装置时，减少了乙烯损失。这使得乙烯装置在不增加投资的情况下，产出更多乙烯，因此提升了经济效益。”
“与此同时，该催化剂还把被视为‘毒物’的乙炔更高效地转化为目标产物乙烯，降低反应器出口乙炔含量的同时，使工厂在产出与从前相同数量的乙烯时，显著减少石油原料消耗，实现节能降碳。”张谦温表示。
未来，张谦温表示，课题组计划从材料微观入手，进一步降低催化剂成本，开发自有乙烯技术工艺包，并利用动力学指导工业装置设计和装置运行操作，让中国乙烯技术走向世界前沿。