MTBE裝置催化劑失活原因及解決方案

胡永濤(青島安邦煉化有限公司 266111)

MTBE是進行無鉛、高辛烷值、含氧汽油生產(chǎn)的重要調(diào)和成分，其在全球的汽油添加劑中得到了廣泛的應用。同時，MTBE還是一種重要的化工原料，例如在制備高純異丁烯中就有應用。通常，在制作MTBE的過程中，通常是將甲醇、異丁烯等作為原料，使用酸性催化劑最終得到。其中，工業(yè)中使用最多的催化劑是樹脂催化劑。而在實際的生產(chǎn)過程中，因為催化劑失活或者破碎而導致生產(chǎn)裝置減產(chǎn)。因此，有必要分析導致MTBE催化劑失活的原因，并針對具體的實際需要提出解決措施。

一、MTBE裝置催化劑失活案例分析

1.案例概況

某裝置需要的碳四原料是通過氣體分餾裝置提供的，其中所需要的甲醇原料由甲醇裝置直接提供，在反應之后沒有反應完全的碳四在滿足烷基化裝置進料要求的基礎(chǔ)上，將之作為烷基化裝置的生產(chǎn)原料，其生產(chǎn)能力達到20kt／a。后續(xù)為了擴大產(chǎn)能，對設備進行了檢修和擴量改造，總的生產(chǎn)能力提高到了30kt／a。在實際的生產(chǎn)過程中，因為MTBE裝置的催化劑活性與設備的生產(chǎn)效能直接相關(guān)，所以其決定了整個反應過程的轉(zhuǎn)化效率以及MTBE的總產(chǎn)量。從擴量改造之后，為了延長MTBE裝置的催化劑壽命，一直在找尋積極的措施來解決該問題。表1為該反應裝置催化劑的裝填量。

2.催化劑應用現(xiàn)狀

從理論上分析，當中斷進料之后，尤其是在甲醇中斷之后，系統(tǒng)合成MTBE的整個反應將停止工作。但是，因為異丁烯在整個反應裝置中的轉(zhuǎn)化率一般維持在80%左右，其余部分異丁烯與原料碳四、甲醇中的水反應生成叔丁醇，還有部分則通過自聚反應得到低聚物。由于這些產(chǎn)物生成之后都附著在催化劑的表層，這些非動態(tài)狀態(tài)下的垢狀物會減少催化劑的反應面積，導致催化劑失活。

二、造成催化劑失活的相關(guān)原因

1.催化劑含水量因素

催化劑在使用之前由于含水量較大，因此在使用之前必須將其中的水分充分處理干凈，否則將會導致在投入使用之后產(chǎn)生過多的副產(chǎn)物，例如TBA，造成MTBE的整體純度下降。

2.反應溫度因素

因為MTBE催化劑必須在對應的溫度下才具有對應的催化作用和催化效率，加之合成MTBE的過程屬于一個放熱反應，因此必須對溫度進行控制，通常要求溫度越低越好。隨著生產(chǎn)的持續(xù)進行，整個催化劑的工作環(huán)境溫度持續(xù)提高，一般將催化劑在初投使用的溫度控制在40-70℃之間。當反應溫度過低時，同樣會導致催化劑效率下降，影響異丁烯的轉(zhuǎn)化效率；當反應溫度過高時，則所產(chǎn)生的副產(chǎn)物過多，直接導致催化劑的使用壽命下降。

3.醇烯比因素

在生產(chǎn)過程中，必須對醇烯比進行控制，一般是通過對甲醇用量的控制來達到目標。當所使用的甲醇量過大時，會導致整個反應的溫度下降，且醚化之后的甲醇量過大，生成的二甲醚還會對MTBE的整體純度造成影響。若甲醇不足，則會導致反應溫度過高，醚化之后的異丁烯含量過高，所產(chǎn)生的副產(chǎn)物量和種類都增加，從而影響MTBE的整體純度。在實際的生產(chǎn)應用過程中，因為甲醇量的不足而導致催化劑溫度失控的問題經(jīng)常出現(xiàn)。

三、MTBE裝置催化劑失活解決方案

1.增設MTBE裝置碳四原料水洗系統(tǒng)

在改造過程中，在碳四原料的進料裝置處增加了一個用于除胺的旋流設備，將原料當中的雜質(zhì)胺去除，從而達到避免催化劑中毒問題的出現(xiàn)，有效延長催化的使用壽命。其中，將甲醇回收塔的萃取水作為旋流器中除胺的用水，不但能夠滿足原料的水洗要求，而且還能夠保證萃取水得到周期性的循環(huán)更新。從實際的應用情況來看，水洗罐中胺的濃度從改造前的0.143mg／L增加到了19.12mg／L，表明該裝置具有極強的除胺效果。同時，從實際的生產(chǎn)應用情況來看，該方法還使得過濾器的更換周期得到延長，流程更加簡單，具有投資少、效益高的特點。

2.增設一臺一級反應器

與傳統(tǒng)的膨脹床反應設備以及低醇烯比的制備工藝路線相比，通過增設一臺一級反應器的方式，將之與兩臺一級反應器相互串聯(lián)，來提高系統(tǒng)的整體性。通常，是采用單個應用，相互備用的方式。當系統(tǒng)的處理量大時，通過并聯(lián)相連的方式來提高MTBE的整體產(chǎn)量；而當系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率較低時，則可以采用串聯(lián)使用的方式，達到提高催化劑的使用率目的。在對催化劑進行更換時，可以采用切換使用的方式讓裝置繼續(xù)生產(chǎn)應用，減少設備由于停工而導致的損失。

3.增加預反應器裝置

在實際的生產(chǎn)運行過程中，因為原料中存在的陽離子等雜質(zhì)整體含量較高，因此車間通過技術(shù)改造，在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，在物料進入反應器之前通過并聯(lián)連接的方式增加了兩臺離子過濾器，且在每一臺的離子過濾器中裝填了0.625t的催化劑。通過這種方式，即使在生產(chǎn)過程中原料中的陽離子雜質(zhì)超標之后，只會對過濾器中的樹脂產(chǎn)生影響，而不會影響到反應器中的催化劑活性。

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