甲醇制丙烯裝置催化劑再生過程中廢氣循環(huán)利用

段緒明

摘 要：甲醇制丙烯裝置催化劑再生需要大量的氮?dú)猓鴤鹘y(tǒng)的甲醇制丙烯裝置氮?dú)夤┙o量不足，催化劑再生效果一般。針對(duì)工藝缺陷，應(yīng)用氮?dú)庠傺h(huán)對(duì)再生單元工藝進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑再生過程中的氮?dú)庋h(huán)利用，減少能耗的損失，提高氮?dú)獾睦寐省?duì)反應(yīng)器催化劑再生系統(tǒng)工藝優(yōu)化，在反應(yīng)器后部分加設(shè)再生氣循環(huán)利用管線，使反應(yīng)器產(chǎn)生的廢氣通過循環(huán)管線進(jìn)入反應(yīng)器二次利用，可提高反應(yīng)器催化劑再生中時(shí)氮?dú)庋a(bǔ)給量。本文就來探討甲醇制丙醇裝置催化劑再生循環(huán)系統(tǒng)工藝的優(yōu)化改造。旨在為甲醇制丙烯生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的提升提供一些參考。

關(guān)鍵詞：甲醇;丙烯;催化劑;廢氣循環(huán)利用

引言

丙烯是重要的石油化工原料之一，在優(yōu)化化工原料生產(chǎn)煉油工業(yè)、精細(xì)化學(xué)品加工等方面應(yīng)用極其廣泛。甲醇制丙烯是獲得丙烯的重要方法。甲醇制丙烯工藝中，當(dāng)DME/MeOH進(jìn)料的總轉(zhuǎn)化率不足95%，就會(huì)因?yàn)榉磻?yīng)器中催化劑活性降低而導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低。這種情況需要再生催化劑，來恢復(fù)催化劑活性。再生過程可借助氮氧混合物來燃燒催化劑上的積碳實(shí)現(xiàn)，在借助循環(huán)管路系統(tǒng)將再生的氮?dú)鈱?dǎo)入反應(yīng)器中，從而確保甲醇制丙烯裝置能夠穩(wěn)定、持續(xù)性的運(yùn)行。甲醇制丙烯裝置催化再生過程需要對(duì)反應(yīng)器及再生單元的工藝進(jìn)行改造。中國需要3臺(tái)具有再生模式的MTP反應(yīng)器，為MTP反應(yīng)器增設(shè)低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)，由空壓站裝置和低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)送入低壓氮?dú)饧翱諝饣旌蠚怏w，再由它們對(duì)催化劑進(jìn)行催化再生。催化劑再生為了提高氮?dú)獾呐艢饬浚枰偕鶰TP反應(yīng)器與氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)構(gòu)成再生循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行壓縮后可提高催化劑的再生效率，從而縮短的催化劑再生的時(shí)間，提高了催化劑再生效率。研究甲醇制丙烯裝置催化劑再生過程中的廢氣利用，對(duì)提高甲醇制丙烯的經(jīng)濟(jì)效益有著重要的意義。

一、氮?dú)庋h(huán)再生工藝

甲醇制丙烯工藝主要包括反應(yīng)單元工藝、再生單元工藝、氣體冷卻和分離單元工藝、HC壓縮單元工藝、產(chǎn)品精制和乙烯精制單元工藝等。其中反映單元、再生單元、氣體冷卻和分離單元參與催化劑的再生過程。傳統(tǒng)的甲醇制丙烯裝置催化劑再生，催化劑再生效果不佳，再生效率低下，再生成本較高，而通過在反應(yīng)器末端增加MTP反應(yīng)器廢氣循環(huán)系統(tǒng)，將產(chǎn)生的混合空氣中的氮?dú)庠倮茫商岣叽呋瘎┰偕男屎托Ч档拖到y(tǒng)運(yùn)行的成本。

二、再生系統(tǒng)廢氣循環(huán)利用的效果

（一）降低工程消耗

對(duì)混合廢氣通過循環(huán)壓縮系統(tǒng)將其中的氮?dú)馑腿敕磻?yīng)器再利用，可提高再生工藝中氮?dú)獾难h(huán)利用率。氮?dú)庋h(huán)利用系統(tǒng)的氮?dú)庵恍枰?0000～20000m3/h。在氮?dú)夤┙o不足時(shí)，5000m3/h的量也能夠滿足一臺(tái)MTP反應(yīng)器再生的需求。傳統(tǒng)甲醇制丙烯裝置，一般情況下，一臺(tái)MTP反應(yīng)器再生對(duì)氮?dú)獾男枇繛?0000～75000m3/h，而廢氣循環(huán)利用系統(tǒng)通過再生單元重復(fù)利用系統(tǒng)中的氮?dú)猓瑑膳_(tái)2300千瓦的壓縮機(jī)就可以提供40000m3/h的空氣，反應(yīng)器出口氣體冷卻和分離單元將壓縮空氣中的氮氧進(jìn)行冷卻，然后通過循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)壓縮到0.5MPa、200℃后再用于MTP反應(yīng)器中，最大限度的促進(jìn)了催化劑再生反應(yīng)的速率，使得反應(yīng)器中的熱量增加。因此，因此也大大降低了再生氣體加熱爐對(duì)氣體進(jìn)行加熱的負(fù)荷，降低對(duì)燃料氣過其他燃料的消耗。傳統(tǒng)再生工藝中再生氣加熱爐在運(yùn)行過程中具有較大的負(fù)荷，需要的不少的燃料，因此再生加熱爐在甲醇制丙烯工藝系統(tǒng)中消耗的工程能耗較大。廢氣循環(huán)利用工藝直接降低了這一部分能耗，因此降低了工程燃料的總消耗。

（二）提高催化劑再生效果

傳統(tǒng)MTP反應(yīng)器的催化劑再生效果見圖1，氮?dú)庋h(huán)利用工藝MTP反應(yīng)器的催化劑再生效果見圖2。由圖可知傳統(tǒng)甲醇制丙烯工藝中，受再生加熱爐符合影響，傳統(tǒng)工藝MTP反應(yīng)器的催化劑再生效果遠(yuǎn)不及再生系統(tǒng)優(yōu)化后的MTP反應(yīng)器，圖2的催化劑再生效果更好。傳統(tǒng)MTP反應(yīng)器催化劑再生工藝裝置受到再生反應(yīng)熱荷載的影響，對(duì)于催化劑床層的再生溫度調(diào)控難度較大。想要提高催化劑效果，只能通過延長催化時(shí)間來實(shí)現(xiàn)，耗用時(shí)間較長，總催化劑效率低下。優(yōu)化后的MTP催化劑再生工藝在的廢氣循環(huán)再利用系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器催化劑溫床溫度更加理想化的控制，通過調(diào)整反應(yīng)溫度來改變催化劑再生的效率，用時(shí)相對(duì)較短，催化劑再生效率高。

優(yōu)化后的甲醇制丙烯工藝降低了加熱爐負(fù)荷同時(shí)可以提高對(duì)催化劑的再生效率，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)荷，反應(yīng)器運(yùn)行的負(fù)荷相對(duì)降低，因而反應(yīng)器的使用壽命也會(huì)延長。這說明廢氣循環(huán)再利用有助于降低甲醇制丙烯工藝系統(tǒng)綜合運(yùn)營的成本。

（三）催化劑再生運(yùn)行費(fèi)用降低

傳統(tǒng)MTP反應(yīng)器再生裝置消耗的公用工程費(fèi)用約為3091萬元，而兩套MTP反應(yīng)器裝置增加廢氣循環(huán)利用系統(tǒng)的公用工程費(fèi)用為1901萬元。僅公用工程的運(yùn)行費(fèi)用，二者存在顯著的差異。甲醇制丙烯裝置催化再生系統(tǒng)通過增加MTP反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)廢氣循環(huán)再利用系統(tǒng)后，綜合工程消耗降低，設(shè)備的維修成本降低，使用壽命延長，因此催化劑再生運(yùn)行的費(fèi)用也整體降低。

三、結(jié)語

為甲醇制丙烯工藝的反應(yīng)器裝置末端加設(shè)催化劑再生循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)MTP反應(yīng)器催化劑再生工藝系統(tǒng)進(jìn)行改造，提升氮?dú)獾难h(huán)利用效率，有助于降低甲醇制丙烯工藝系統(tǒng)運(yùn)行的綜合成本，提高甲醇制丙烯的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還有利于延長設(shè)備及裝置的運(yùn)行壽命，減少設(shè)備投資的成本，有利于維持更長遠(yuǎn)的盈利。建議企業(yè)可采用增加MTP反應(yīng)器優(yōu)化廢氣循環(huán)利用系統(tǒng)來優(yōu)化和改造常規(guī)的甲醇制丙烯的工藝。

參考文獻(xiàn)

[1]朱玉川，趙啟輝.神華寧煤烯烴MTP反應(yīng)器再生優(yōu)化[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2014（26）：38-39.

[2]張長勝.甲醇制丙烯反應(yīng)分子篩催化材料制備新路線[D].浙江大學(xué)，2019.