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      輕汽油醚化裝置催化劑的國產(chǎn)化工業(yè)應(yīng)用

      2020-07-17 07:27:54滿玉元周洪濤
      煉油與化工 2020年2期
      關(guān)鍵詞:進(jìn)料汽油轉(zhuǎn)化率

      滿玉元,王 晉,周洪濤

      (中化泉州石化有限公司,福建泉州362103)

      某輕汽油醚化裝置采用LUMMUS 公司催化蒸餾醚化技術(shù)。輕汽油組分經(jīng)水洗塔水洗后,與甲醇混合,進(jìn)入醚化反應(yīng)器A/B,發(fā)生醚化反應(yīng);未醚化的活性異戊烯進(jìn)入醚化分餾塔及醚化后反應(yīng)器,進(jìn)一步發(fā)生醚化反應(yīng);未反應(yīng)的C5與甲醇依次進(jìn)入甲醇萃取塔、甲醇回收塔,C5抽余油與醚化汽油混合后送出裝置;回收后的甲醇循環(huán)使用[1]。

      1 汽油醚化裝置

      CDEthers 醚化工藝是基于三步反應(yīng)的設(shè)計(jì),包括1 個(gè)固定床預(yù)反應(yīng)器,1 個(gè)催化蒸餾塔和1 個(gè)后反應(yīng)器。在固定床反應(yīng)器中使用散堆酸性離子交換樹脂催化劑,在催化蒸餾塔中使用CDModules催化劑。反應(yīng)機(jī)理是在強(qiáng)酸性催化劑作用下,由異戊烯和甲醇反應(yīng)生成甲基叔戊基醚(TAME)[2]。

      國內(nèi)某輕汽油醚化裝置首次開工反應(yīng)器采用進(jìn)口散堆醚化催化劑A-35 酸性離子交換樹脂,醚化蒸餾塔采用LUMMUS 公司的CDModules 模塊催化劑。該裝置開車后的24 個(gè)月,總轉(zhuǎn)化率一直保持在93%~95%,預(yù)反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率保持在70%,醚化蒸餾塔模塊轉(zhuǎn)化率保持在70%~80%。2016 年初,醚化反應(yīng)器進(jìn)料溫度自初期的40 ℃提高至65 ℃。至2016 年末,預(yù)反轉(zhuǎn)化率下降到60%。2016 年8月,醚化蒸餾塔頂壓自0.30 MPa 提至0.34 MPa,下床層溫度由 75 ℃提至 80~85 ℃,基本維持 C320 轉(zhuǎn)化率48%~60%。工業(yè)應(yīng)用顯示,醚化反應(yīng)器及醚化塔內(nèi)催化劑已無法滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。

      2 D005-Ⅱs催化劑應(yīng)用及對(duì)比

      在大檢修過程中將醚化反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)口醚化催化劑A-35 更換為國產(chǎn)醚化催化劑D005-Ⅱs。D005-Ⅱs 催化劑工業(yè)應(yīng)用顯示,預(yù)反進(jìn)出口溫差約13 ℃,轉(zhuǎn)化率達(dá)68.62%,與進(jìn)口醚化催化劑A-35 初期轉(zhuǎn)化率70%相當(dāng)。但是D005-Ⅱs 催化劑初始活性溫度約50 ℃,較進(jìn)口醚化催化劑A-35初始活性溫度高5 ℃;同時(shí)穩(wěn)定期進(jìn)料溫度45 ℃,較進(jìn)口醚化催化劑A-35穩(wěn)定期進(jìn)料溫度高5 ℃。該溫度差距是因D005-Ⅱs催化劑在出廠前進(jìn)行了預(yù)處理,降低了催化劑初始活性,直接達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的初始溫度[3]。工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)(2016年)見表1~3。

      表1 醚化反應(yīng)器操作參數(shù)

      表2 D005-Ⅱs催化劑轉(zhuǎn)化率/%

      由表1~3 數(shù)據(jù)可知,選用進(jìn)口催化劑時(shí),進(jìn)料溫度控制在40~65 ℃。當(dāng)進(jìn)料溫度>65 ℃后,因醚化反應(yīng)本身為放熱反應(yīng),平衡轉(zhuǎn)化率下降,初步判斷,A-35醚化催化劑末期溫度應(yīng)在60~65 ℃。

      D005-Ⅱs 初期進(jìn)料溫度為45 ℃,實(shí)際使用時(shí)間大于2 a,相應(yīng)使用周期內(nèi)生產(chǎn)的醚化汽油總量為1 800 kt,而且反應(yīng)器入口溫度目前維持50~55 ℃,轉(zhuǎn)化率始終維持65%以上,仍未到壽命末期溫度。D005-Ⅱs 實(shí)際使用壽命與A-35 醚化催化劑相當(dāng)或更優(yōu)于進(jìn)口催化劑。

      表3 D005-Ⅱs催化劑與A-35催化劑應(yīng)用效果對(duì)比

      3 催化劑模塊應(yīng)用及對(duì)比

      大檢修期間將醚化蒸餾塔進(jìn)口醚化催化劑模塊更換為CDM-系列開窗導(dǎo)流式催化精餾模塊。將催化劑裝填在開窗導(dǎo)流填料之間,用絲網(wǎng)包裹、縫合使催化劑不外露,再與結(jié)構(gòu)特殊的開窗導(dǎo)流填料混裝,組成CDM-系列催化精餾模塊。開窗導(dǎo)流填料具有良好的徑向擴(kuò)散能力,可提高催化反應(yīng)中的氣液傳質(zhì)能力[4]。工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)見表4。

      表4 模塊催化劑應(yīng)用效果對(duì)比

      更換國產(chǎn)醚化催化劑模塊后,在控制操作壓力0.3 MPa 時(shí),醚化塔下床層溫度75 ℃,醚化塔轉(zhuǎn)化率達(dá)85%,總轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%,滿足工業(yè)要求。

      通過工業(yè)應(yīng)用對(duì)比,在處理量不同而醚化塔操作條件類似的情況下,應(yīng)用國產(chǎn)模塊催化劑后轉(zhuǎn)化率較進(jìn)口模塊高約9%,總轉(zhuǎn)化率約高1%。開工初期,因罐區(qū)來甲醇水含量0.65%(要求≤0.3%),循環(huán)甲醇水含量6.4%(要求≤0.5%),導(dǎo)致醚化塔轉(zhuǎn)化率下降至35%,使用進(jìn)口劑未發(fā)生類似情況。綜合分析判斷,進(jìn)口模塊催化劑選擇性優(yōu)于國產(chǎn)劑,但國產(chǎn)劑成本遠(yuǎn)低于進(jìn)口劑。

      新模塊催化劑含40%水份,使用前須用甲醇進(jìn)行循環(huán)噴淋置換[5]。進(jìn)口醚化催化劑模塊對(duì)噴淋用循環(huán)甲醇水含量要求需≤4%,而國產(chǎn)催化劑模塊對(duì)噴淋用甲醇水含量要求≤10%即可。

      4 結(jié)論

      (1)醚化散堆催化劑應(yīng)用國產(chǎn)劑和進(jìn)口劑時(shí),其轉(zhuǎn)化率基本一致,使用壽命國產(chǎn)劑略優(yōu),但是國產(chǎn)劑初始溫度較高。

      (2)國產(chǎn)模塊活性明顯優(yōu)于進(jìn)口模塊,但催化劑選擇性略差。但是,國產(chǎn)劑預(yù)處理時(shí)對(duì)循環(huán)甲醇水水含量要求較寬松,能有效縮短開工時(shí)間。

      (3)醚化催化劑國產(chǎn)化的成功應(yīng)用可有效降低投資成本,對(duì)模塊催化劑國產(chǎn)化具有重要意義。

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