甲醇制烯烴裝置DME反應器投料過程問題分析及優(yōu)化

徐金華

摘要： 文章介紹了某甲醇制烯烴裝置DME反應器開車投料過程，對開車投料過程中的重點、難點問題進行了詳細分析，并提出改進優(yōu)化措施。通過DME反應器開車投料過程改進優(yōu)化，縮短了開車投料時間，降低了開車投料成本。

Abstract： This paper introduces the feeding process of the DME reactor of a methanol to olefins plant， analyzes the key and difficult problems in the feeding process in detail and puts forward the improved optimization measures. Through the improvement and optimization of the feeding process of DME reactor， the time of feeding process is shortened and the cost of feeding process is reduced.

關鍵詞： MTP；甲醇制烯烴；DME反應器；投料；飛溫

Key words： MTP；methanol to olefins；DME reactor；feeding；temperature runaway

中圖分類號：TQ649.4+2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）32-0164-02

0 引言

甲醇制烯烴裝置采用德國魯奇（Lurgi）的MTP（Methanol To Propylene）工藝，開辟了甲醇經二甲醚（DME）制烯烴的新工藝路線，是現代煤化工領域的新興產業(yè)。DME反應器是該裝置的關鍵設備之一，為單級絕熱式固定床反應器，主要用途是在催化劑的作用下將甲醇轉化為DME。由于DME反應器催化劑床層較厚，床層內部反應溫升疊加效應非常明顯，在開車投料過程中極易發(fā)生床層超溫、飛溫情況，導致催化劑損壞。針對上述問題，本文從DME反應器投料前準備，投料過程中進料量、進料溫度、床層壓差等工藝參數的控制，投料前后工藝蒸汽進量的調整等方面分別進行了原因分析和改進優(yōu)化，不僅消除了DME反應器投料過程中超溫、飛溫情況的發(fā)生，同時大幅縮短了投料時間，降低了投料成本，對同類裝置及其他甲醇脫水制DME裝置反應器開車投料具有重要的指導參考意義。

1 工藝流程介紹

甲醇制烯烴裝置中原料甲醇最終經甲醇過熱器加熱后進入DME反應器，在氧化鋁基催化劑作用下生成DME，同時在反應器入口設有工藝蒸汽進料流程，在反應器出口設有去低壓火炬流程，設計為投料、事故等非正常運行工況時使用。簡易流程如圖1所示。

2 原有投料過程簡述及存在問題

根據專利商所提供設計說明及裝置操作手冊，DME反應器設計投料過程主要步驟見表1。

從表1可以看出，DME反應器原有投料過程存在以下問題：

①催化劑（特別是新鮮催化劑）接受甲醇進料前缺少蒸汽預加載步驟。未經工藝蒸汽預加載（即鈍化處理）的催化劑，活性過強，在接受甲醇進料后反應強度大、溫升高、反應過程不易控制，同時由于干燥狀態(tài)的催化劑表面吸附性很強，甲醇直接進料后會出現吸附熱與反應熱疊加的情況，而使催化劑床層溫度更加難以有效控制。

②甲醇投料過程催化劑床層入口溫度控制偏低。DME催化劑起活溫度一般在250℃左右，但由于催化劑制造過程中的個體差異以及開車階段進料甲醇中含水量較高等原因，在250℃的進料溫度下，床層局部會出現部分甲醇未發(fā)生有效反應而是積累在催化劑床層內部的情況，當床層溫度在反應熱的推動下整體升高時，這部分甲醇達到反應條件會迅速且集中的發(fā)生反應，從而導致催化劑床層發(fā)生超溫甚至飛溫情況。

③甲醇投料過程步驟偏多，導致投料過程時間較長。由于DME反應器投料時甲醇轉化率是由低向高逐漸提升的，因此整個投料過程中DME反應器出口物料不能進入后系統，都必須從低壓火炬進行排放，因而投料時間的延長將大大增加DME反應器投料成本。

④甲醇投料過程20t/h的起始進量偏低。DME反應器原有投料過程起始甲醇進量偏低，使得催化劑床層無法及時建立并保持較大空速，導致甲醇在催化劑表面停留時間增長、反應強度增大、反應放熱增加，但又缺乏足夠的物料空速將催化反應產生的反應熱及時帶走，從而使進料調整效果的反饋難以準確把握，導致催化劑床層溫度控制難度大大增加。

⑤甲醇投料過程中無工藝蒸汽進料參與。DME反應器原有投料過程投料開始時將入口工藝蒸汽切出，這將使得整個投料過程特別是投料前期操作難度增加，緊急情況（如催化劑床層發(fā)生飛溫等）下催化劑床層溫度控制缺乏有效手段，導致DME反應器甲醇投料過程風險增大。

3 投料過程改進和優(yōu)化

①DME反應器升溫結束、甲醇投料前，使用工藝蒸汽對催化劑進行3-4小時恒溫預加載（溫度控制在250℃左右），以工藝蒸汽穿透整個催化劑床層且床層溫度均勻分布為預加載完成的標準。通過工藝蒸汽預加載，對催化劑進行鈍化處理，讓工藝蒸汽適當占據催化劑表面部分活性位，降低甲醇投料后反應器床層內催化反應發(fā)生的密度，而是在投料之后由甲醇逐漸置換取代工藝蒸汽并在催化劑床層內發(fā)生反應，從而使催化劑活性更趨于“溫和”，催化劑床層溫度更為可控。

②在DME反應器整個投料過程特別是投料前期保持工藝蒸汽的通入，通過調節(jié)工藝蒸汽的通入量，不僅可以實現催化劑活性的有序激發(fā)，還可以彌補投料前期催化劑床層壓差偏低、空速不足的問題，待投料中后期催化劑床層反應狀況趨于穩(wěn)定后，再逐漸將工藝蒸汽退出，保持催化劑床層內部反應穩(wěn)步可控，從而防止DME反應器發(fā)生超溫或飛溫情況。需要注意的一點是，當DME反應器甲醇投料結束后，應視催化劑床層反應狀況及時將工藝蒸汽撤出，以防止催化劑因過度鈍化而導致反應活性激發(fā)緩慢。

③DME反應器甲醇投料過程中將床層入口溫度控制稍高于催化劑起活溫度。投料過程中在甲醇進量及工藝蒸汽進量調整變化時，通過調節(jié)甲醇過熱器加熱負荷，將床層入口溫度保持在255℃左右，較催化劑起活溫度提高5℃，這將有效減少催化劑床層內部未反應甲醇物料的積累，防止因床層溫度整體升高后甲醇發(fā)生集中劇烈反應而導致催化劑床層飛溫，但需要注意的是，入口溫度的提升也不宜過高，否則會因催化劑活性的過分激發(fā)而導致床層發(fā)生飛溫。

④DME反應器開始甲醇投料時，在保持工藝蒸汽進量及床層入口溫度穩(wěn)定的前提下，可直接將甲醇進量增加至80t/h，以迅速在催化劑床層內建立并保持一定空速，防止因甲醇在催化劑表面停留時間過長而導致劇烈反應，同時還可大幅度縮短DME反應器甲醇投料所需時間（由之前平均8小時縮短至2小時以內）。

⑤由于甲醇脫水制DME的反應平衡不受操作壓力的影響，因此在DME反應器甲醇投料前，可將DME反應器出口放低壓火炬閥門全開，以盡可能的降低催化劑床層背壓、增加催化劑床層壓差，可使甲醇在投料時保持當前最大空速，減少床層出現超溫的風險，同時在整個投料過程中，還可根據催化劑床層反應狀況調節(jié)DME反應器出口放低壓火炬閥門開度，以實現對催化劑床層壓差及空速的調節(jié)，從而起到輔助調節(jié)催化劑床層內反應強度的作用。

4 經濟效益

DME反應器投料過程改進及優(yōu)化的經濟效益主要包含以下兩個方面（DME反應器投料按照2次/年計算）：

①降低催化劑使用成本。據催化劑供應商提供數據，DME反應器投料過程中催化劑床層發(fā)生飛溫情況（溫度超過550℃，持續(xù)時間超過10分鐘）對催化劑壽命的影響在1%左右，DME反應器催化劑設計裝填量為108t，參考DME催化劑市場價格9.36萬元/t，則每年在降低催化劑使用成本方面可產生經濟效益約20.22萬元。

②降低物料放火炬損失。DME反應器投料過程改進優(yōu)化后所需時間由之前平均8小時縮短至2小時以內，投料過程甲醇泄放量平均值為60t/h，參考甲醇市場價格1500元/t，則每年在降低物料放火炬損失方面可產生經濟效益約108萬元。

5 結束語

DME反應器投料過程改進優(yōu)化，大幅降低了甲醇制烯烴裝置DME反應器開車操作難度，提升了DME反應器開車操作空間，從根本上杜絕了DME反應器甲醇投料過程中床層超溫及飛溫情況的發(fā)生，確保了催化劑運行安全，不僅降低了裝置生產成本，也提升了裝置開車效率，保證了裝置安全平穩(wěn)運行，對甲醇制烯烴工藝的發(fā)展具有積極的意義。

參考文獻：

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