徐金華

摘要： 文章介紹了某甲醇制烯烴裝置DME反應(yīng)器開車投料過(guò)程，對(duì)開車投料過(guò)程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出改進(jìn)優(yōu)化措施。通過(guò)DME反應(yīng)器開車投料過(guò)程改進(jìn)優(yōu)化，縮短了開車投料時(shí)間，降低了開車投料成本。

Abstract： This paper introduces the feeding process of the DME reactor of a methanol to olefins plant， analyzes the key and difficult problems in the feeding process in detail and puts forward the improved optimization measures. Through the improvement and optimization of the feeding process of DME reactor， the time of feeding process is shortened and the cost of feeding process is reduced.

關(guān)鍵詞： MTP；甲醇制烯烴；DME反應(yīng)器；投料；飛溫

Key words： MTP；methanol to olefins；DME reactor；feeding；temperature runaway

中圖分類號(hào)：TQ649.4+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）32-0164-02

0 引言

甲醇制烯烴裝置采用德國(guó)魯奇（Lurgi）的MTP（Methanol To Propylene）工藝，開辟了甲醇經(jīng)二甲醚（DME）制烯烴的新工藝路線，是現(xiàn)代煤化工領(lǐng)域的新興產(chǎn)業(yè)。DME反應(yīng)器是該裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，為單級(jí)絕熱式固定床反應(yīng)器，主要用途是在催化劑的作用下將甲醇轉(zhuǎn)化為DME。由于DME反應(yīng)器催化劑床層較厚，床層內(nèi)部反應(yīng)溫升疊加效應(yīng)非常明顯，在開車投料過(guò)程中極易發(fā)生床層超溫、飛溫情況，導(dǎo)致催化劑損壞。針對(duì)上述問(wèn)題，本文從DME反應(yīng)器投料前準(zhǔn)備，投料過(guò)程中進(jìn)料量、進(jìn)料溫度、床層壓差等工藝參數(shù)的控制，投料前后工藝蒸汽進(jìn)量的調(diào)整等方面分別進(jìn)行了原因分析和改進(jìn)優(yōu)化，不僅消除了DME反應(yīng)器投料過(guò)程中超溫、飛溫情況的發(fā)生，同時(shí)大幅縮短了投料時(shí)間，降低了投料成本，對(duì)同類裝置及其他甲醇脫水制DME裝置反應(yīng)器開車投料具有重要的指導(dǎo)參考意義。

1 工藝流程介紹

甲醇制烯烴裝置中原料甲醇最終經(jīng)甲醇過(guò)熱器加熱后進(jìn)入DME反應(yīng)器，在氧化鋁基催化劑作用下生成DME，同時(shí)在反應(yīng)器入口設(shè)有工藝蒸汽進(jìn)料流程，在反應(yīng)器出口設(shè)有去低壓火炬流程，設(shè)計(jì)為投料、事故等非正常運(yùn)行工況時(shí)使用。簡(jiǎn)易流程如圖1所示。

2 原有投料過(guò)程簡(jiǎn)述及存在問(wèn)題

根據(jù)專利商所提供設(shè)計(jì)說(shuō)明及裝置操作手冊(cè)，DME反應(yīng)器設(shè)計(jì)投料過(guò)程主要步驟見(jiàn)表1。

從表1可以看出，DME反應(yīng)器原有投料過(guò)程存在以下問(wèn)題：

①催化劑（特別是新鮮催化劑）接受甲醇進(jìn)料前缺少蒸汽預(yù)加載步驟。未經(jīng)工藝蒸汽預(yù)加載（即鈍化處理）的催化劑，活性過(guò)強(qiáng)，在接受甲醇進(jìn)料后反應(yīng)強(qiáng)度大、溫升高、反應(yīng)過(guò)程不易控制，同時(shí)由于干燥狀態(tài)的催化劑表面吸附性很強(qiáng)，甲醇直接進(jìn)料后會(huì)出現(xiàn)吸附熱與反應(yīng)熱疊加的情況，而使催化劑床層溫度更加難以有效控制。

②甲醇投料過(guò)程催化劑床層入口溫度控制偏低。DME催化劑起活溫度一般在250℃左右，但由于催化劑制造過(guò)程中的個(gè)體差異以及開車階段進(jìn)料甲醇中含水量較高等原因，在250℃的進(jìn)料溫度下，床層局部會(huì)出現(xiàn)部分甲醇未發(fā)生有效反應(yīng)而是積累在催化劑床層內(nèi)部的情況，當(dāng)床層溫度在反應(yīng)熱的推動(dòng)下整體升高時(shí)，這部分甲醇達(dá)到反應(yīng)條件會(huì)迅速且集中的發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致催化劑床層發(fā)生超溫甚至飛溫情況。

③甲醇投料過(guò)程步驟偏多，導(dǎo)致投料過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)。由于DME反應(yīng)器投料時(shí)甲醇轉(zhuǎn)化率是由低向高逐漸提升的，因此整個(gè)投料過(guò)程中DME反應(yīng)器出口物料不能進(jìn)入后系統(tǒng)，都必須從低壓火炬進(jìn)行排放，因而投料時(shí)間的延長(zhǎng)將大大增加DME反應(yīng)器投料成本。

④甲醇投料過(guò)程20t/h的起始進(jìn)量偏低。DME反應(yīng)器原有投料過(guò)程起始甲醇進(jìn)量偏低，使得催化劑床層無(wú)法及時(shí)建立并保持較大空速，導(dǎo)致甲醇在催化劑表面停留時(shí)間增長(zhǎng)、反應(yīng)強(qiáng)度增大、反應(yīng)放熱增加，但又缺乏足夠的物料空速將催化反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱及時(shí)帶走，從而使進(jìn)料調(diào)整效果的反饋難以準(zhǔn)確把握，導(dǎo)致催化劑床層溫度控制難度大大增加。

⑤甲醇投料過(guò)程中無(wú)工藝蒸汽進(jìn)料參與。DME反應(yīng)器原有投料過(guò)程投料開始時(shí)將入口工藝蒸汽切出，這將使得整個(gè)投料過(guò)程特別是投料前期操作難度增加，緊急情況（如催化劑床層發(fā)生飛溫等）下催化劑床層溫度控制缺乏有效手段，導(dǎo)致DME反應(yīng)器甲醇投料過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)增大。

3 投料過(guò)程改進(jìn)和優(yōu)化

①DME反應(yīng)器升溫結(jié)束、甲醇投料前，使用工藝蒸汽對(duì)催化劑進(jìn)行3-4小時(shí)恒溫預(yù)加載（溫度控制在250℃左右），以工藝蒸汽穿透整個(gè)催化劑床層且床層溫度均勻分布為預(yù)加載完成的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)工藝蒸汽預(yù)加載，對(duì)催化劑進(jìn)行鈍化處理，讓工藝蒸汽適當(dāng)占據(jù)催化劑表面部分活性位，降低甲醇投料后反應(yīng)器床層內(nèi)催化反應(yīng)發(fā)生的密度，而是在投料之后由甲醇逐漸置換取代工藝蒸汽并在催化劑床層內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，從而使催化劑活性更趨于“溫和”，催化劑床層溫度更為可控。

②在DME反應(yīng)器整個(gè)投料過(guò)程特別是投料前期保持工藝蒸汽的通入，通過(guò)調(diào)節(jié)工藝蒸汽的通入量，不僅可以實(shí)現(xiàn)催化劑活性的有序激發(fā)，還可以彌補(bǔ)投料前期催化劑床層壓差偏低、空速不足的問(wèn)題，待投料中后期催化劑床層反應(yīng)狀況趨于穩(wěn)定后，再逐漸將工藝蒸汽退出，保持催化劑床層內(nèi)部反應(yīng)穩(wěn)步可控，從而防止DME反應(yīng)器發(fā)生超溫或飛溫情況。需要注意的一點(diǎn)是，當(dāng)DME反應(yīng)器甲醇投料結(jié)束后，應(yīng)視催化劑床層反應(yīng)狀況及時(shí)將工藝蒸汽撤出，以防止催化劑因過(guò)度鈍化而導(dǎo)致反應(yīng)活性激發(fā)緩慢。

③DME反應(yīng)器甲醇投料過(guò)程中將床層入口溫度控制稍高于催化劑起活溫度。投料過(guò)程中在甲醇進(jìn)量及工藝蒸汽進(jìn)量調(diào)整變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)甲醇過(guò)熱器加熱負(fù)荷，將床層入口溫度保持在255℃左右，較催化劑起活溫度提高5℃，這將有效減少催化劑床層內(nèi)部未反應(yīng)甲醇物料的積累，防止因床層溫度整體升高后甲醇發(fā)生集中劇烈反應(yīng)而導(dǎo)致催化劑床層飛溫，但需要注意的是，入口溫度的提升也不宜過(guò)高，否則會(huì)因催化劑活性的過(guò)分激發(fā)而導(dǎo)致床層發(fā)生飛溫。

④DME反應(yīng)器開始甲醇投料時(shí)，在保持工藝蒸汽進(jìn)量及床層入口溫度穩(wěn)定的前提下，可直接將甲醇進(jìn)量增加至80t/h，以迅速在催化劑床層內(nèi)建立并保持一定空速，防止因甲醇在催化劑表面停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致劇烈反應(yīng)，同時(shí)還可大幅度縮短DME反應(yīng)器甲醇投料所需時(shí)間（由之前平均8小時(shí)縮短至2小時(shí)以內(nèi)）。

⑤由于甲醇脫水制DME的反應(yīng)平衡不受操作壓力的影響，因此在DME反應(yīng)器甲醇投料前，可將DME反應(yīng)器出口放低壓火炬閥門全開，以盡可能的降低催化劑床層背壓、增加催化劑床層壓差，可使甲醇在投料時(shí)保持當(dāng)前最大空速，減少床層出現(xiàn)超溫的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)在整個(gè)投料過(guò)程中，還可根據(jù)催化劑床層反應(yīng)狀況調(diào)節(jié)DME反應(yīng)器出口放低壓火炬閥門開度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑床層壓差及空速的調(diào)節(jié)，從而起到輔助調(diào)節(jié)催化劑床層內(nèi)反應(yīng)強(qiáng)度的作用。

4 經(jīng)濟(jì)效益

DME反應(yīng)器投料過(guò)程改進(jìn)及優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益主要包含以下兩個(gè)方面（DME反應(yīng)器投料按照2次/年計(jì)算）：

①降低催化劑使用成本。據(jù)催化劑供應(yīng)商提供數(shù)據(jù)，DME反應(yīng)器投料過(guò)程中催化劑床層發(fā)生飛溫情況（溫度超過(guò)550℃，持續(xù)時(shí)間超過(guò)10分鐘）對(duì)催化劑壽命的影響在1%左右，DME反應(yīng)器催化劑設(shè)計(jì)裝填量為108t，參考DME催化劑市場(chǎng)價(jià)格9.36萬(wàn)元/t，則每年在降低催化劑使用成本方面可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約20.22萬(wàn)元。

②降低物料放火炬損失。DME反應(yīng)器投料過(guò)程改進(jìn)優(yōu)化后所需時(shí)間由之前平均8小時(shí)縮短至2小時(shí)以內(nèi)，投料過(guò)程甲醇泄放量平均值為60t/h，參考甲醇市場(chǎng)價(jià)格1500元/t，則每年在降低物料放火炬損失方面可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約108萬(wàn)元。

5 結(jié)束語(yǔ)

DME反應(yīng)器投料過(guò)程改進(jìn)優(yōu)化，大幅降低了甲醇制烯烴裝置DME反應(yīng)器開車操作難度，提升了DME反應(yīng)器開車操作空間，從根本上杜絕了DME反應(yīng)器甲醇投料過(guò)程中床層超溫及飛溫情況的發(fā)生，確保了催化劑運(yùn)行安全，不僅降低了裝置生產(chǎn)成本，也提升了裝置開車效率，保證了裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)甲醇制烯烴工藝的發(fā)展具有積極的意義。

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