關于絕熱式固定床MTP反應器溫度控制的探討

張成帥 王鵬成(神華寧夏煤業集團烯烴一分公司， 寧夏 銀川 750411)

關于絕熱式固定床MTP反應器溫度控制的探討

張成帥 王鵬成(神華寧夏煤業集團烯烴一分公司， 寧夏 銀川 750411)

本文主要從實際生產出發，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，用于今后生產中的指導。

MTP；反應器；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]，因此發展以煤為原料的清潔煤化工產業在我國切實可行，同時以煤為原料的 MTP技術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分子篩催化劑開發了一種轉化甲醇成丙烯的工藝(MTP)，采用固定床反應器[2]。此工藝的主產物為丙烯，同時得到副產物汽油、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反應器是一個多級絕熱式固定床反應器，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回的C2、C4、C5/C6組分組成的循環烴。二到六級床層除了來自上一級床層的物料，還有側線進料用以控制床層溫度。

MTP反應器內發生的主反應是甲醇在DME反應器中發生脫水反應生成的二甲醚以及少量未反應的原料甲醇進行的催化裂解反應。

3 方法探討

(1)一級原料氣溫度。MTP反應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，要適當提高反應器的進料溫度以保證轉化率，尤其在運行末期需要維持高溫度運行以避免反應器溫度下降導致出口轉化率的下降引起系統的波動。

由于一級進料中含有大量的蒸汽及循環烴且一級床層較薄，其反應劇烈程度較低，因此在反應器每一周期運行過程中也要根據具體情況適當調整一級進料溫度，原則上在二到六級床層溫度處于可控范圍內時，應盡量提高進料溫度使一級床層溫度滿足工藝要求。

(2)循環烴及工藝蒸汽量。循環烴和工藝蒸汽與DME一起以氣相形態由MTP反應器一級進入，適當增加循環烴的量可以抑制副反應的進行，且這些烴類在床層中會發生吸熱反應，循環烴量的增加也能提高空速，減少物料在反應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生成的熱量，而且根據碳氫池機理，在反應中水的生成有利于減緩積碳的生成，因此向反應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定性和壽命，所以在生產過程中，要根據實際情況作出取舍，在催化劑初期，活性較強，反應較為劇烈，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，反應器出口轉化率下降，出口產物中二甲醚含量上升，此時應減少蒸汽量以控制出口二甲醚的上漲速度，便于裝置生產的整體統籌。

(3)側線進料流量及溫度。MTP反應器的側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器的二到六級；液相進料主要為經過冷卻的液態水及少量甲醇和二甲醚，由單獨管路通入反應器的二到六級。側線氣相進料溫度通過冷熱進料的配比來調節，液相物料的溫度通過空冷器冷卻到65℃以下。

氣液相的調整原則應該是優先通過控制氣相進料的流量及溫度來調整反應器床層溫度，在氣相無調整余地時再向反應器中通入冷的液相物料。氣相的流量一般在反應器上線時就基本確定了，進料時優先使用全程熱物料，當溫度難以控制時通過增加半程冷物料來調整物料混合后的溫度，以降低側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器出口轉化率降低，此時應優先關閉液相進料，然后通過調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定準化率的目的，最后可通過適當減少側線氣相流量的方法進行進一步控制。

(4)側線控溫蒸汽。MTP反應器側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，與側線氣相物料一起進入各級床層，實現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損壞液相偏流以及液相噴嘴堵塞導致的液相流量不足等問題，側線蒸汽的作用主要是在液相出現以上問題時代替液相進料來實現控制床層溫度的目的，原則上液相進料狀況良好時優先使用液相。

4 結論

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

[1]唐宏青.現代煤化工新技術[M].北京：化學工業出版社，2009.10.

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

[3]何海軍，韓金蘭，王乃計,等.Lurgi MTP工藝的技術經濟分析[J].煤質技術，2006,3：45-47.