張玉琪，蘇 慧

（1.國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責任公司，寧夏 銀川 750411；

2.國家能源集團寧夏煤業(yè)煤炭化學工業(yè)技術(shù)研究院，寧夏 銀川 750411）

近年來，MTP技術(shù)備受關(guān)注，已成為煤化工的重點領(lǐng)域之一。就MTP技術(shù)而言，其核心在于催化劑。魯奇MTP技術(shù)采用ZSM-5分子篩催化劑高選擇性的生產(chǎn)丙烯。但在反應過程中，含碳的物質(zhì)或其他物質(zhì)會在催化劑表面及其孔隙內(nèi)產(chǎn)生積炭，造成孔徑減小、孔道堵塞，甲醇分子無法擴散進入孔道中，從而導致催化劑的暫時失活。工業(yè)催化劑在使用一段時間后，活性、丙烯選擇性和抗積炭能力均下降，當二甲醚/甲醇轉(zhuǎn)化率低于95%時，催化劑需要進行再生。MTP催化劑的再生過程中，一般采用一定比例的氮氣和空氣的混合氣進入MTP反應器，高溫再生后的再生廢氣排入大氣，不再循環(huán)使用，這就需要消耗大量新鮮氮氣不斷補入再生系統(tǒng)[1]。

寧夏煤業(yè)烯烴公司MTP裝置再生過程中，也存在氮氣消耗量大、裝置能耗高、再生廢氣排放量大的問題。2012年9月，該公司對MTP裝置再生工藝進行了優(yōu)化改造，并于2014年12月完成改造。改造后幾年的生產(chǎn)運行中，節(jié)約了新鮮氮氣的使用量，減少了廢氣排放量，縮短了催化劑再生時間，增加了催化劑的再生深度，延長了催化劑的使用壽命，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益[1-2]，現(xiàn)介紹如下。

1 MTP反應系統(tǒng)概述

二甲醚反應器出口的氣態(tài)二甲醚及少量甲醇在MTP反應器內(nèi)經(jīng)過MTP催化劑，脫水后生成H2、CO2、C1～C9及少量C9+混合烴類。MTP反應器是六層固定床反應器，反應過程中，少量烴類聚合生成重質(zhì)烴，造成催化劑表面部分積炭，進而堵塞催化劑表面活性中心，為了減少積炭，正常生產(chǎn)過程中，在MTP反應器一級進料中加入水蒸氣一起進料。當二甲醚/甲醇進料的總轉(zhuǎn)化率低于95%時，MTP反應器催化劑必須再生。再生過程用空氣/氮氣混合燃燒燒去催化劑上積炭[1-4]。

2 催化劑的失活及再生

催化劑的失活與多種因素有關(guān)，總體來說，可以歸納為兩類：一是化學變化引起的失活，二是結(jié)構(gòu)改變引起的失活?？蓪⑵浞譃榛瘜W失活、熱失活和機械失活，也可歸納為中毒、堵塞、燒結(jié)和熱失活[5]。

根據(jù)失活原因進行催化劑的再生。對于具有熱穩(wěn)定性催化劑的結(jié)焦失活，一般采取煅燒的方法再生[6]。

魯奇工藝甲醇制丙烯催化劑失活的主要原因：（1）甲醇制丙烯催化劑在反應過程中，需要添加工藝蒸汽，以降低甲醇及產(chǎn)物分壓，抑制烯烴在酸性位上聚合形成積炭，減緩積炭速率，但是會導致ZSM-5催化劑逐漸脫鋁，對催化劑造成不可逆失活[7-8]。（2）工藝蒸汽中Na+、K+含量超標，引起催化劑中毒，并造成不可逆失活[8-9]。（3）烯烴在催化劑酸性位上聚合形成積炭，堵塞分子篩孔道，使催化劑暫時失活，選擇性和活性大幅下降[10-11]。積炭失活可采用空氣燒炭[12]對催化劑進行再生。

3 改造方案

3.1 需要解決的問題

（1）利用廢氣作為再生氣，取代補入大量新鮮氮氣：由于廢再生氣中大部分都是氮氣，需要設(shè)計流程，將再生氣重新并入再生氣管線，實現(xiàn)重復利用，節(jié)約大量新鮮氮氣。

（2）采用廢氣循環(huán)技術(shù)：由于廢再生氣基本為常壓，需要加壓設(shè)備對其進行加壓。

（3）再生技術(shù)流程：需要對甲醇制丙烯反應器再生廢氣工藝流程進行設(shè)計。

（4）再生條件：明確廢再生氣并入原再生氣主管的溫度、壓力等工藝條件。

（5）系統(tǒng)中CO和CO2濃度：MTP催化劑再生過程中，氮氣和空氣與催化劑表面積炭燃燒生成CO和CO2等組分，循環(huán)過程中會發(fā)生富集，影響再生效果以及安全且不利于催化劑燒焦，需將其與新鮮再生氣按照比例混合，以降低系統(tǒng)中的CO、CO2濃度。

（6）壓縮機運行條件：根據(jù)工藝運行條件，設(shè)計壓縮機的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。甲醇制丙烯反應器再生時，預急冷塔頂部出口再生廢氣一般溫度在190℃左右，如果對再生氣廢氣進行壓縮利用，就要對高溫再生廢氣循環(huán)壓縮機選型、流程設(shè)計等方面深入探索和研究。

3.2 MTP反應器出口再生廢氣循環(huán)利用改造

甲醇制丙烯反應器催化劑的再生是煤基烯烴工程的關(guān)鍵工藝。寧夏煤業(yè)烯烴公司原采用用量為85000 m3/h的純氮氣作為催化劑再生氣體，再生后在反應器出口一次排往大氣[1-2]。為了提高甲醇制丙烯催化劑再生深度、減少再生廢氣排放，技術(shù)方案是利用部分再生放空廢氣，將其循環(huán)回反應器中，再次參與再生。

改造后的再生系統(tǒng)循環(huán)流程示意圖見圖1。在甲醇制丙烯反應器出口新增1臺冷卻器，將排放大氣的高溫再生廢氣冷卻到100℃以下，冷卻器后新增1臺過濾器，將返回系統(tǒng)的廢氣除去雜質(zhì)（部分廢氣通過放空控制閥放空），再通過壓縮機入口空冷器將溫度控制在40℃左右，進入新安裝的廢氣循環(huán)壓縮機，將壓縮氣體與補入的部分新鮮氮氣和空氣混合后，利用原有再生氣體預熱器和加熱爐加熱后送入甲醇制丙烯反應器，從而構(gòu)成了廢氣循環(huán)利用回路系統(tǒng)。為防止再生廢氣中CO和CO2在循環(huán)過程中累積，將部分再生廢氣通過過濾器前放空閥排放。

圖1 改造后的再生系統(tǒng)循環(huán)流程示意圖

3.3 氮氣循環(huán)控制說明

（1）預急冷塔放空量設(shè)置溫、壓補償。

（2）再生期間，廢再生氣放空閥門常開，廢再生氣排放量為再生加熱爐出口再生氣總流量的20%。

（3）再生廢氣循環(huán)壓縮機出口壓力升高，超過了再生廢氣回收控制器設(shè)定值時，開大放空閥門。

（4）為了精準測量再生系統(tǒng)氧含量，在預急冷塔頂新增了1臺在線氧含量分析儀，測量預急冷塔塔頂氧含量，其測量值與廢氣放空及回收利用流量計測出的流量值同時輸入到空氣補充流量控制器中，計算出需要補充的氧氣流量，進而算出空氣的需求量，以保證進入反應器前的氧體積分數(shù)為10%。將10%作為反應器需要的氧氣含量設(shè)定值，此設(shè)定值可人工調(diào)節(jié)。

3.4 設(shè)計工藝參數(shù)

MTP裝置的工藝設(shè)計參數(shù)見表1。

3.5 再生廢氣循環(huán)壓縮機設(shè)計

3.5.1 再生廢氣循環(huán)壓縮機結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)

再生廢氣循環(huán)壓縮機屬于單吸入、多級、高速、雙支承、單出軸結(jié)構(gòu)，壓縮機本體由電機驅(qū)動。關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計參數(shù)見表2。

3.5.2 設(shè)備調(diào)節(jié)及保護系統(tǒng)

為了滿足再生工藝系統(tǒng)的壓力、流量等參數(shù)要求，機組設(shè)置了以下調(diào)節(jié)及自動保護系統(tǒng)。

（1）流量/壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

根據(jù)工藝要求，離心壓縮機采用等流量/等壓力控制。其流量調(diào)節(jié)用調(diào)節(jié)器給定，并和流量計的實測值比較，將差值信號送給離心壓縮機進氣調(diào)節(jié)閥，進行機組的流量調(diào)節(jié)，達到工藝運行要求；同樣也可以實現(xiàn)等壓力操作。

（2）壓縮機的防喘振調(diào)節(jié)

在壓縮機出口設(shè)置了回流防喘振調(diào)節(jié)閥，根據(jù)壓縮機的防喘振線，標定防喘振閥的控制線，進行防喘控制，保證機組運行安全。

（3）壓縮機組的監(jiān)測保護

機組設(shè)置了對潤滑油壓力、機組軸振動、軸位移等一系列參數(shù)的監(jiān)測保護。

（4）機組報警聯(lián)鎖設(shè)置

為了機組安全穩(wěn)定運行，對以下設(shè)備參數(shù)設(shè)置報警及聯(lián)鎖停機：壓縮機軸振動、壓縮機軸位移、壓縮機軸瓦溫度、齒輪箱振動、電機軸承溫度、電機定子溫度、潤滑油壓力。對潤滑油溫度、油箱溫度、油箱液位、潤滑油過濾器差壓設(shè)置報警值。

表1 MTP裝置的工藝設(shè)計參數(shù)

表2 關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計參數(shù)

4 改造后的運行效果

4.1 經(jīng)過改造，寧夏煤業(yè)烯烴公司MTP裝置催化劑再生時間由原來的7 d降至現(xiàn)在的5.5 d。再生時間的縮短，使得反應器可以很快上線運行，其他反應器可以盡快切換再生，減少了因無備用反應器、在線反應器需要再生才可投用，使得反應器出口甲醇和二甲醚含量高，產(chǎn)品LPG以及混合芳烴中甲醇、二甲醚超標現(xiàn)象發(fā)生的幾率。

4.2 改造后再生氣量是改造前的2～3倍，保證了再生的深度以及效果，延長了催化劑單周期及壽命周期。同時提高了催化劑的活性和選擇性，催化劑上線運行后，各床層溫升均有增加，丙烯、混合芳烴收率均有增長。

4.3 降低了催化劑運行單耗，減少了年再生數(shù)量，節(jié)約了人工時成本。