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)，探討了當裝置正常運行甲醇處理量在滿負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；進料溫度；進料流量；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險。Lurgi公司基于由德國南方化學公司提供的改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料，進料包括二甲醚(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)器一級進料原料氣的溫度靠一臺原料氣加熱爐來控制，在催化劑運行初期，活性較強，通常保持相對較低的進料溫度，而在運行后期，由于催化劑的活性下降，要適當提高反應(yīng)器的進料溫度以保證轉(zhuǎn)化率，尤其在運行末期需要維持高溫度運行以避免反應(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)器每一周期運行過程中也要根據(jù)具體情況適當調(diào)整一級進料溫度，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)器一級進入，適當增加循環(huán)烴的量可以抑制副反應(yīng)的進行，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)碳氫池機理，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，反應(yīng)較為劇烈，可適當增加工藝蒸汽量以達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)線進料流量及溫度。MTP反應(yīng)器的側(cè)線進料包括氣相進料和液相進料，氣相進料由全程熱進料和半程冷進料組成，兩股進料混合后進入反應(yīng)器的二到六級；液相進料主要為經(jīng)過冷卻的液態(tài)水及少量甲醇和二甲醚，由單獨管路通入反應(yīng)器的二到六級。側(cè)線氣相進料溫度通過冷熱進料的配比來調(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，進料時優(yōu)先使用全程熱物料，當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)線進料溫度達到降低床層溫度的目的。當催化劑到運行后期時反應(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提高床層溫度，如仍不能達到理想控制溫度及穩(wěn)定準化率的目的，最后可通過適當減少側(cè)線氣相流量的方法進行進一步控制。

(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配支管將蒸汽分別接到二到六級的氣相進料管線上，與側(cè)線氣相物料一起進入各級床層，實現(xiàn)對每一床層溫度的精確控制。由于在運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料來實現(xiàn)控制床層溫度的目的，原則上液相進料狀況良好時優(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，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)濟分析[J].煤質(zhì)技術(shù)，2006,3：45-47.