甲醇制丙烯装置催化剂烧焦再生系统优化华国伟--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

甲醇制丙烯装置催化剂烧焦再生系统优化华国伟

发表时间：2020/9/29 来源：《基层建设》2020年第17期作者：吴克荣华国伟

[导读] 摘要：甲醇制丙烯(MTP)装置运行过程中，当DME/MeOH进料的总转化率低于95%时，MTP反应器催化剂必须再生。

        南京诚志清洁能源有限公司江苏南京 210047
        摘要：甲醇制丙烯(MTP)装置运行过程中，当DME/MeOH进料的总转化率低于95%时，MTP反应器催化剂必须再生。再生过程用氧气/氮气混合燃烧烧去催化剂上积碳。为保证装置的连续运行，装置采用3台MTP反应器二开一备(或再生)的运行模式。本文对甲醇制丙烯装置催化剂烧焦再生系统优化进行分析。
        关键词：甲醇制丙烯装置；催化剂烧焦；再生系统；优化
        1催化剂的失活及再生
        催化剂的失活与多种因素有关，总体来说，可以归纳为两类：一是化学变化引起的失活，二是结构改变引起的失活。可将其分为化学失活、热失活和机械失活，也可归纳为中毒、堵塞、烧结和热失活。根据失活原因进行催化剂的再生。对于具有热稳定性催化剂的结焦失活，一般采取煅烧的方法再生。鲁奇工艺甲醇制丙烯催化剂失活的主要原因：（1）甲醇制丙烯催化剂在反应过程中，需要添加工艺蒸汽，以降低甲醇及产物分压，抑制烯烃在酸性位上聚合形成积炭，减缓积炭速率，但是会导致ZSM-5催化剂逐渐脱铝，对催化剂造成不可逆失活。（2）工艺蒸汽中Na+、K+含量超标，引起催化剂中毒，并造成不可逆失活[。（3）烯烃在催化剂酸性位上聚合形成积炭，堵塞分子筛孔道，使催化剂暂时失活，选择性和活性大幅下降。积炭失活可采用空气烧炭对催化剂进行再生。
        2烧焦再生系统优化效果
        2.1公用工程消耗降低
        采用氮气循环再生技术，氮气可反复利用，仅需要氮气量10000～20000m3/h，在氮气供应紧张的情况下5000m3/h也可满足要求;而一套MTP装置氮气需求量在60000～75000m3/h。另外，采用循环再生工艺后，空气也可以循环再生利用，在反应器再生时空气最大量在80000m3/h，而常规再生单元需要2台功率2300kW的空压机提供40000m3/h的空气。氮气循环再生技术将来自MTP反应器出口的再生高温废气经冷却、除杂后，通过循环氮气压缩机将废气压缩到0.5MPa、200℃左右，最大限度利用了催化剂再生反应的热量;而常规再生工艺将常温再生气进再生气加热炉，增加了加热炉的负荷，加大了燃料的消耗和装置能耗。
        2.2催化剂再生效果好
        受整个化工园区总氮气量及再生加热炉负荷的限制，对比氮气循环(二套装置)与常规工艺(一套装置)烧焦催化剂再生的效果，目测观察氮气循环再生效果较好，无黑色催化剂;而常规再生后催化剂中夹带部分灰色或黑色再生不完全的催化剂。

        图1 同步热重检测氮气循环再生催化剂失重曲线
        从催化剂的积炭TG-DCS图上可以看出，催化剂的失重曲线光滑，具有明显的失重台阶，催化剂上存在轻质的易烧焦组分和难烧焦的重质烃如稠环芳烃等，从750K左右开始失重，而失重速率最大处出现在较高的温度段(＞800K)，再生温度低重质烃难以烧除。一套装置受氮气量及再生加热炉负荷等工艺条件的限制，催化剂床层再生温度难以控制，完成再生操作时间长，再生效果差。
        MTP装置催化剂再生效果直接影响丙烯收率及催化剂的总寿命。根据2015年二套MTP装置3台反应器氮气循环再生35次催化剂的运行数据对比分析，与常规再生工艺对比，在使用相同催化剂条件下，丙烯平均收率提高0.5%，全年多产丙烯8320t，考虑LPG和丙烯的差价为0.15万元/t，产生直接经济效益1248万元。通过烧焦再生工艺的优化，使用氮气循环再生系统后，二套MTP反应器催化剂运行寿命在8200h，与一套MTP反应器催化剂运行寿命平均在7500h高出700h，可节省催化剂购置费用1424万元。
        2.3再生运行费用低
        一套MTP装置2015年MTP反应器催化剂再生所消耗的公用工程价值约3091万元，二套MTP装置2015年MTP反应器催化剂再生所消耗的公用工程价值约1901万元，一套装置催化剂再生费用比二套装置高出1190万元。
        3装置节能措施
        3.1精细化管理，实现降本增效
        （1）水耗管理：为降低循环水用量，车间要求班组对循环水冷器定期进行测温，确保上回水温差不小于10℃，及时调整循环水量。及时排放丙烯塔冷凝器、丙烯压缩机冷却器等换热器内不凝气，提高换热器效率，严格控制精馏塔冷凝器液位在合理水平，增加换热面积；冬季做好防冻凝、夏季可关闭备用机泵的冷却水用量。加强工艺管理，减少装置的排污量。优化装置凝结水的外送，综合利用回收工艺凝液的热量。
        （2）电耗管理：将空冷器列入班组巡检内容，对于皮带打滑、磨损的及时联系保运人员更换，保证空冷器高效运行。开展MTP反应器计划检修，降低喷嘴、膨胀节损坏率，优化床层物料及温度分布，减少侧线工艺蒸汽通入量，降低激冷水温度，减少空冷启用台数。优化MTP反应器再生程序，合理调配空压机启停频次。
        （3）设备管理：对运行机泵最小流量阀开度，车间将其列入周清项目，保证机泵高效节能。加强对疏水器定期检查并列入班组周清项目。当班班组及时处理疏水器“跑汽”现象，对换热器“跑汽”严重的疏水器进行更换维修。在保证丙烯压缩机、烃压缩机运行稳定的情况下，尽量关小各段防喘振阀。
        （4）优化加热炉操作：加热炉尽可能使用装置自产燃料气，减少天燃气的消耗。由于燃料气成分复杂，热值不稳，影响加热炉的调整，因此车间因加强燃料气组分分析，以指导生产。同时，尽可能的控制氧含量在2%-3%，减少热量和燃料气随烟尘损失，其次避免燃料气的不充分燃烧会产生CO，在炉子对流段引发二次燃烧，损坏炉管。
        （5）蒸汽管理：修整丙烯压缩机、烃压缩机防喘振曲线，要求在装置满负荷正常运行时，各段防喘振阀能够完全关闭，提高烃压缩机工作效率，降低高压蒸汽消耗。优化高压蒸汽换热器操作，防止疏水器“跑汽”。割除不必要的蒸汽伴热线，对现场伴热蒸汽排放点强化管理，实现零排放。
        （6）氮气消耗：优化干燥器操作，逐步延长干燥器、吸附床运行周期，降低再生频次。严格控制MTP反应器再生程序，缩短再生时间。
        3.2持续技改技措，实现工艺优化
        （1）流程优化：装置自原始开车以来，从技术角度对原始设计存在问题进行梳理论证。通过技改C2物料循环流程，解决了二氧化碳防护床再生周期；MTP反应器侧线流程改造，大大改善了反应器床层温度控制；通过近年来的操作探索及分析化验数据，停用液态烃干燥器和丙烯防护床，目前干燥器运行由原来的2天延长到目前的8天。大大降低了干燥器的三剂和低压氮气的消耗。
        （2）技改技措：2015年装置面临循环水换热器大面积堵塞泄露，严重制约装置满负荷运行，车间全员群策群力，建设性的提出在线更换脱丁烷塔顶冷凝器、脱己烷塔顶冷凝器。避免装置大范围停车，解决换热器内漏的高度安全隐患，为装置良性发展奠定了坚实基础。通过对反应器内件优化、改造，全面实现MTP反应器喷嘴、膨胀节国产化，减少反应器检修频次。针对甲醇回收塔再沸器结焦难题，车间将甲醇回收塔再沸器增设切断阀，实现了在线检修清洗换热器，同时将塔底废水换热器在线改造为塔顶冷凝器，解决甲醇回收塔压高难题，避免装置停车风险。
        4结论
        在未新建空分装置，催化剂再生氮气不满足二套MTP催化剂再生要求背景下，通过对烧焦再生系统的优化，使用氮气循环再生催化剂技术，新建循环氮气压缩机的投资费用约3000万元，但减少了空分设备投资，且操作灵活方便，不受其他装置的运行情况限制。从运行效果来看，使用该技术降低了公用工程消耗，大幅度降低了再生运行费用，且催化剂再生更加彻底，丙烯收率提高，催化剂寿命延长。
        参考文献
        [1]胡玉梅.甲醇制丙烯技术技术应用前景及装置建设相关问题探讨[J].国际石油经济,2005,13(9):45-49.
        [2]白尔铮，金国林.甲醇制烯烃MTO和MTP工艺[J].化学世界,2003,(12):674-677.
        [3]闫锡军，王志斌，夏春江.甲醇制丙烯（MTP）工艺过程中催化剂的再生过程分析[J].广东化工，2013，40（2）：53-54.
        [4]王峰，尉刚，雍晓静，等.甲醇制丙烯（MTP）催化剂失活原因分析及再生[J].广州化工，2013，41（18）：49-51.