蒲潔能化DMTO新催化劑應用研究

谷海棠 董璐璐 李大偉 毛瓊（蒲城清潔能源化工有限責任公司，陜西蒲城715500）

0 引言

蒲城180 萬噸甲醇70 萬噸聚烯烴項目是陜西煤業化工集團和中國長江三峽集團共同投資建設的新型煤化工項目，由蒲城清潔能源化工有限責任公司負責建設和運營，建設周期為2010年至2015年，項目總投資約200億元人民幣，于2014年底打通全流程，產出合格聚烯烴產品。項目主要工藝過程為：以煤為原料，經水煤漿加壓氣化制取合成氣，經變換、凈化及甲醇合成得到中間產品甲醇，采用DMTO-II 技術生產乙烯、丙烯并經聚合最終生產聚乙烯、聚丙烯產品。主要產品為：30萬噸/年聚乙烯（100 余種產品牌號）、40 萬噸/年聚丙烯（158 種產品牌號）、1.2 萬噸/年硫磺、1.43 萬噸/年混合C4 產品、0.54 萬噸/年混合C5+產品等。

本項目主要工藝技術集成應用了美國AP 公司空氣分離、GE 公司8.7MPA 水煤漿加壓氣化、林德的低溫甲醇洗、英國Davy 公司甲醇合成、陜煤化擁有自主知識產權的DMTO-Ⅱ代甲醇制烯烴、惠生公司烯烴分離、美國Univation 公司Unipol 聚乙烯，Basell 公司的Spheripol 聚丙烯等當今世界范圍先進的工藝技術。以先進技術的引進、消化、吸收、再創新和推廣應用為基礎，通過過程創新與集成創新，將高壓煤氣化與甲醇合成技術、新型甲醇制烯烴技術、新型催化劑技術、低能耗的甲醇除雜技術、污水分級處理技術、資源回收型SCR 脫硝和氨法脫硫等技術系統集成，提高了能源利用效率，降低了生產成本，減少了污染排放，完成了新一代甲醇制烯烴技術的工業化應用。

1 研究背景

為了響應公司提出的降本增效、處處有創新的方向，結合現行DMTO 裝置三劑消耗情況，DMTO 裝置采用正大能源材料有限公司生產的D803C-II01型DMTO專用催化劑，因該產品進入市場較早，目前處于壟斷地位，尚無其他類似催化劑使用的工業運行數據，且該催化劑用量較大，裝置年消耗1000余噸，費用1.8億余元，若從該催化劑著手，引入新催化劑進行替代市場的壟斷地位，催化劑價格將大幅度降低，節約成本可觀，我公司特成立“DMTO新催化劑試用研究技術創新小組”聯合陜煤化技術工程中心，提出了“DMTO新催化劑的使用研究技術創新”。

2 新催化劑特點

新型DMTO 催化劑（以下簡稱“HE催化劑”）是甲醇制烯烴專有催化劑合成領域的一項創新型催化劑，工程中心擁有該催化劑的獨立自主知識產權。2016年，HE催化劑開發成功，2017年蒲城清潔能源化工有限責任公司首次將該催化劑應用于DMTO 單元。HE 催化劑應用期間，系統運行穩定，產物分布正常，雙烯選擇性增加，催化劑消耗降低，標志著HE 催化劑成功實現了對原有催化劑的替代。

HE催化劑是甲醇制烯烴工藝專用催化劑合成領域的一項全新催化劑，該催化劑的開發使現有DMTO工業化裝置可以更加靈活的應對不同目標產品市場的變化。

HE催化劑制備技術是由工程中心自主選題、自主研發，并于2016年開發完成，工程中心擁有該項技術的獨立自主知識產權。與已工業化應用的DMTO 催化劑相比，HE 催化劑的主要優點在于：

（1）HE 催化劑應用于DMTO 工藝可以獲得更高的低碳烯烴選擇性和更高的乙烯/丙烯比例，從而有利于工業裝置根據市場對不同產品的需求得到更為靈活的產品方案，豐富了現有DMTO工藝的產品路線，使得產品附加值更高，經濟效益也更加顯著。

（2）HE催化劑具有適宜的粒度分布，較低的磨損指數和高的催化活性，物理性能指標滿足現有DMTO 工業裝置要求，可在不需要對原有裝置進行改造的基礎上直接應用，同時能夠有效降低裝置的催化劑消耗，進而降低生產成本。

3 新催化劑應用情況

陜西煤化工技術工程中心有限公司研發的HE 催化劑（高乙烯選擇性催化劑），經中試數據可靠，前提2016 年8 月，烯烴中心、生產部前往工程中心對中試運行數據進行考察，2017年3月完成了該催化劑的技術協議談判工作，對逐步替換方案進行了審查，2017 年4 月，將現有催化劑由V1101 罐轉至V1102 罐內，對正大催化劑進行了數據分析整理，形成摻混前的數據。

2017 年4 月開始對工程中心HE 催化劑進行摻混反應，2017年4月21首批催化劑到貨開始加入系統，每天加入催化劑量控制在2.1t，按照小型加料器每20分鐘加劑30kg開始加入系統進行置換。

第一階段：由4 月21 日開始加劑至5 月1 日，累計加劑約22t，裝置運行未見異常，乙烯、丙烯收率基本維持穩定，烷烴未見上漲，甲醇及二甲醚與原加劑置換前無變化，甲醇進料維持至262t/h，105%的負荷，反應溫度控制在480-485℃，反應壓力控制在95-120KPa，反應運行平穩。

第二階段，5月運行至6月初，運行1個月來，催化劑加入量71噸左右，置換比例大約25%，從操作條件來看，該新催化劑對系統無大影響，裝置運行平穩，環保指標正常，從水洗塔頂反應氣全組分在線和離線分析來看，雙烯選擇性(乙烯+丙烯)增加約0.4 個百分點，乙烯選擇性增加約0.7 個百分點，乙烯選擇性明顯提高，氣體組分中設計乙烯組分＞47.08%mol，丙烯大于37.55%mol，實際運行中乙烯組分達到49.6%mol，丙烯31.9%mol左右。

第三階段，運行至10月15日檢修時候（其中8月份因停車檢修停車6天），工程中心HE催化劑加入量約為300余噸，催化劑加入量占比達到52%左右，系統累計運行170 天，系統運行平穩，產物分布良好，基本實現對原催化劑的置換。根據1-3月份催化劑消耗來看，噸烯烴催化劑的消耗基本在0.89～0.94kg/t，因8 月份進行了檢修，催化劑跑損較多，排出外界因素，正常操作期間噸烯烴催化劑單耗基本和正大持平，水洗塔頂在線和離線產物組成分析來看，隨著丁烯HE 催化劑加入占比增大，其中雙烯（乙烯+丙烯）選擇性相比較原正大催化劑有所增加，H2和甲烷變化不大，乙烷和丙烷選擇性降低，C4+選擇性基本沒變，生焦慮稍有降低。根據裝置能耗分析，僅僅置換催化劑階段，裝置其余能耗均未因為催化劑的變化而發生變化。

4 結語

加入HE催化劑置換7個月以來，總體運行平穩，未發送因催化劑原因導致的重大事故事件。該催化劑目前系統匹配性較高，可以進一步使用。因2017年裝置在8月份引催化劑向二再跑劑進行了停車檢修，10月份進行了系統大檢修，裝置催化劑的消耗較正大催化劑無重大增多或減少，從催化劑的磨損指數和粒度分布與正大催化劑相當。定性方面來說，HE 催化劑在置換過程中，乙烯選擇性明顯提高，乙烯+丙烯收率有所提高，生焦率降低不明顯。三劑成本方面，因HE催化劑采購費用低于正大催化劑，原料成本明顯降低。5、建議對工程中心催化劑繼續在使用一段時間直至置換達到90%，且連續穩定運行30天以上在進行評價分析。

2017 年蒲城清潔能源化工有限責任公司首次在其180 萬噸/年甲醇制烯烴裝置DMTO 單元應用HE 催化劑，截止12 月，HE 催化劑實際加入反應器420噸。HE 催化劑加入后，系統運行穩定，產物分布中的乙烯+丙烯選擇性（碳基）和同類催化劑相比增加1個百分點以上，按照2017年產品平均價格計算，綜合考慮催化劑成本降低因素與產品增效因素，HE 催化劑應用后，為企業增加經濟效益約1355萬元。

HE 催化劑在蒲城清潔能源化工有限責任公司的穩定運行，充分驗證了該催化劑的可靠性、穩定性和先進性，標志著該催化劑成功走向產業化，它的廣泛應用將會有力提升甲醇制烯烴行業的整體經濟效益，有力推動行業的科技進步。