張成帥 王鵬成(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司， 寧夏 銀川 750411)

關(guān)于絕熱式固定床MTP反應(yīng)器溫度控制的探討

張成帥 王鵬成(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司， 寧夏 銀川 750411)

本文主要從實際生產(chǎn)出發(fā)，探討了當(dāng)裝置正常運(yùn)行甲醇處理量在滿負(fù)荷時控制絕熱式固定床MTP反應(yīng)器床層溫度的一些具體方法，對各種控制方法的利弊進(jìn)行分析并提出了部分建議，用于今后生產(chǎn)中的指導(dǎo)。

MTP；反應(yīng)器；進(jìn)料溫度；進(jìn)料流量；工藝蒸汽

1 引言

煤炭屬低效、高污染能源，而我國的資源條件又屬于缺油、少氣、富煤類型[1]，因此發(fā)展以煤為原料的清潔煤化工產(chǎn)業(yè)在我國切實可行，同時以煤為原料的 MTP技術(shù)可以拓寬丙烯原料來源，降低由于石油資源緊張、油價上漲所帶來的風(fēng)險。Lurgi公司基于由德國南方化學(xué)公司提供的改ZSM-5分子篩催化劑開發(fā)了一種轉(zhuǎn)化甲醇成丙烯的工藝(MTP)，采用固定床反應(yīng)器[2]。此工藝的主產(chǎn)物為丙烯，同時得到副產(chǎn)物汽油、液化石油氣(LPG)、燃料氣等以及少量乙烯[3]。

2 工藝介紹

魯奇公司甲醇制丙烯工藝中的MTP反應(yīng)器是一個多級絕熱式固定床反應(yīng)器，有六個催化劑床層，厚度自上而下依次增加。第一級床層由頂部直接進(jìn)料，進(jìn)料包括二甲醚(DME)、工藝蒸汽和由精制單元循環(huán)回的C2、C4、C5/C6組分組成的循環(huán)烴。二到六級床層除了來自上一級床層的物料，還有側(cè)線進(jìn)料用以控制床層溫度。

MTP反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的主反應(yīng)是甲醇在DME反應(yīng)器中發(fā)生脫水反應(yīng)生成的二甲醚以及少量未反應(yīng)的原料甲醇進(jìn)行的催化裂解反應(yīng)。

3 方法探討

(1)一級原料氣溫度。MTP反應(yīng)器一級進(jìn)料原料氣的溫度靠一臺原料氣加熱爐來控制，在催化劑運(yùn)行初期，活性較強(qiáng)，通常保持相對較低的進(jìn)料溫度，而在運(yùn)行后期，由于催化劑的活性下降，要適當(dāng)提高反應(yīng)器的進(jìn)料溫度以保證轉(zhuǎn)化率，尤其在運(yùn)行末期需要維持高溫度運(yùn)行以避免反應(yīng)器溫度下降導(dǎo)致出口轉(zhuǎn)化率的下降引起系統(tǒng)的波動。

由于一級進(jìn)料中含有大量的蒸汽及循環(huán)烴且一級床層較薄，其反應(yīng)劇烈程度較低，因此在反應(yīng)器每一周期運(yùn)行過程中也要根據(jù)具體情況適當(dāng)調(diào)整一級進(jìn)料溫度，原則上在二到六級床層溫度處于可控范圍內(nèi)時，應(yīng)盡量提高進(jìn)料溫度使一級床層溫度滿足工藝要求。

(2)循環(huán)烴及工藝蒸汽量。循環(huán)烴和工藝蒸汽與DME一起以氣相形態(tài)由MTP反應(yīng)器一級進(jìn)入，適當(dāng)增加循環(huán)烴的量可以抑制副反應(yīng)的進(jìn)行，且這些烴類在床層中會發(fā)生吸熱反應(yīng)，循環(huán)烴量的增加也能提高空速，減少物料在反應(yīng)器中的停留時間并使物料在床層中的分布更為均勻，有助于控制各床層的溫度。

工藝蒸汽的加入有利于烯烴的脫附，防止低碳烯烴聚合，并可以作為熱載體帶走反應(yīng)生成的熱量，而且根據(jù)碳?xì)涑貦C(jī)理，在反應(yīng)中水的生成有利于減緩積碳的生成，因此向反應(yīng)器中通入過熱蒸汽可以降低床層溫度和減緩積碳生成；但水蒸汽的存在同時也會影響催化劑的穩(wěn)定性和壽命，所以在生產(chǎn)過程中，要根據(jù)實際情況作出取舍，在催化劑初期，活性較強(qiáng)，反應(yīng)較為劇烈，可適當(dāng)增加工藝蒸汽量以達(dá)到控制床層溫度的目的；在催化劑后期，活性逐漸下降，反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率下降，出口產(chǎn)物中二甲醚含量上升，此時應(yīng)減少蒸汽量以控制出口二甲醚的上漲速度，便于裝置生產(chǎn)的整體統(tǒng)籌。

(3)側(cè)線進(jìn)料流量及溫度。MTP反應(yīng)器的側(cè)線進(jìn)料包括氣相進(jìn)料和液相進(jìn)料，氣相進(jìn)料由全程熱進(jìn)料和半程冷進(jìn)料組成，兩股進(jìn)料混合后進(jìn)入反應(yīng)器的二到六級；液相進(jìn)料主要為經(jīng)過冷卻的液態(tài)水及少量甲醇和二甲醚，由單獨(dú)管路通入反應(yīng)器的二到六級。側(cè)線氣相進(jìn)料溫度通過冷熱進(jìn)料的配比來調(diào)節(jié)，液相物料的溫度通過空冷器冷卻到65℃以下。

氣液相的調(diào)整原則應(yīng)該是優(yōu)先通過控制氣相進(jìn)料的流量及溫度來調(diào)整反應(yīng)器床層溫度，在氣相無調(diào)整余地時再向反應(yīng)器中通入冷的液相物料。氣相的流量一般在反應(yīng)器上線時就基本確定了，進(jìn)料時優(yōu)先使用全程熱物料，當(dāng)溫度難以控制時通過增加半程冷物料來調(diào)整物料混合后的溫度，以降低側(cè)線進(jìn)料溫度達(dá)到降低床層溫度的目的。當(dāng)催化劑到運(yùn)行后期時反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率降低，此時應(yīng)優(yōu)先關(guān)閉液相進(jìn)料，然后通過調(diào)整氣相冷熱物料配比提高混合后溫度以適當(dāng)提高床層溫度，如仍不能達(dá)到理想控制溫度及穩(wěn)定準(zhǔn)化率的目的，最后可通過適當(dāng)減少側(cè)線氣相流量的方法進(jìn)行進(jìn)一步控制。

(4)側(cè)線控溫蒸汽。MTP反應(yīng)器側(cè)線蒸汽流程是由一條蒸汽總管通過單獨(dú)配支管將蒸汽分別接到二到六級的氣相進(jìn)料管線上，與側(cè)線氣相物料一起進(jìn)入各級床層，實現(xiàn)對每一床層溫度的精確控制。由于在運(yùn)行中存在液相管路膨脹節(jié)損壞液相偏流以及液相噴嘴堵塞導(dǎo)致的液相流量不足等問題，側(cè)線蒸汽的作用主要是在液相出現(xiàn)以上問題時代替液相進(jìn)料來實現(xiàn)控制床層溫度的目的，原則上液相進(jìn)料狀況良好時優(yōu)先使用液相。

4 結(jié)論

對于絕熱式固定床MTP反應(yīng)器的床層溫度控制要從多方面考慮，既要考慮到產(chǎn)品收率，也要考慮裝置運(yùn)行的具體統(tǒng)籌情況，對一級原料氣溫度、循環(huán)烴及工藝蒸汽量、側(cè)線進(jìn)料流量及溫度、側(cè)線控溫蒸汽四種控制方法權(quán)衡利弊，全面考慮，選擇最有利于裝置運(yùn)行的控制方式。

[1]唐宏青.現(xiàn)代煤化工新技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.10.

[2]張殿奎.大型煤氣化合成制丙烯(MTP)是我國煤化工的發(fā)展趨勢[J].化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2007,25(1):1-4.

[3]何海軍，韓金蘭，王乃計,等.Lurgi MTP工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].煤質(zhì)技術(shù)，2006,3：45-47.