甲醇制烯烃装置DME反应器投料过程问题分析及优化

徐金华

摘要： 文章介绍了某甲醇制烯烃装置DME反应器开车投料过程，对开车投料过程中的重点、难点问题进行了详细分析，并提出改进优化措施。通过DME反应器开车投料过程改进优化，缩短了开车投料时间，降低了开车投料成本。

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.

关键词： MTP；甲醇制烯烃；DME反应器；投料；飞温

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

中图分类号：TQ649.4+2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）32-0164-02

0 引言

甲醇制烯烃装置采用德国鲁奇（Lurgi）的MTP（Methanol To Propylene）工艺，开辟了甲醇经二甲醚（DME）制烯烃的新工艺路线，是现代煤化工领域的新兴产业。DME反应器是该装置的关键设备之一，为单级绝热式固定床反应器，主要用途是在催化剂的作用下将甲醇转化为DME。由于DME反应器催化剂床层较厚，床层内部反应温升叠加效应非常明显，在开车投料过程中极易发生床层超温、飞温情况，导致催化剂损坏。针对上述问题，本文从DME反应器投料前准备，投料过程中进料量、进料温度、床层压差等工艺参数的控制，投料前后工艺蒸汽进量的调整等方面分别进行了原因分析和改进优化，不仅消除了DME反应器投料过程中超温、飞温情况的发生，同时大幅缩短了投料时间，降低了投料成本，对同类装置及其他甲醇脱水制DME装置反应器开车投料具有重要的指导参考意义。

1 工艺流程介绍

甲醇制烯烃装置中原料甲醇最终经甲醇过热器加热后进入DME反应器，在氧化铝基催化剂作用下生成DME，同时在反应器入口设有工艺蒸汽进料流程，在反应器出口设有去低压火炬流程，设计为投料、事故等非正常运行工况时使用。简易流程如图1所示。

2 原有投料过程简述及存在问题

根据专利商所提供设计说明及装置操作手册，DME反应器设计投料过程主要步骤见表1。

从表1可以看出，DME反应器原有投料过程存在以下问题：

①催化剂（特别是新鲜催化剂）接受甲醇进料前缺少蒸汽预加载步骤。未经工艺蒸汽预加载（即钝化处理）的催化剂，活性过强，在接受甲醇进料后反应强度大、温升高、反应过程不易控制，同时由于干燥状态的催化剂表面吸附性很强，甲醇直接进料后会出现吸附热与反应热叠加的情况，而使催化剂床层温度更加难以有效控制。

②甲醇投料过程催化剂床层入口温度控制偏低。DME催化剂起活温度一般在250℃左右，但由于催化剂制造过程中的个体差异以及开车阶段进料甲醇中含水量较高等原因，在250℃的进料温度下，床层局部会出现部分甲醇未发生有效反应而是积累在催化剂床层内部的情况，当床层温度在反应热的推动下整体升高时，这部分甲醇达到反应条件会迅速且集中的发生反应，从而导致催化剂床层发生超温甚至飞温情况。

③甲醇投料过程步骤偏多，导致投料过程时间较长。由于DME反应器投料时甲醇转化率是由低向高逐渐提升的，因此整个投料过程中DME反应器出口物料不能进入后系统，都必须从低压火炬进行排放，因而投料时间的延长将大大增加DME反应器投料成本。

④甲醇投料过程20t/h的起始进量偏低。DME反应器原有投料过程起始甲醇进量偏低，使得催化剂床层无法及时建立并保持较大空速，导致甲醇在催化剂表面停留时间增长、反应强度增大、反应放热增加，但又缺乏足够的物料空速将催化反应产生的反应热及时带走，从而使进料调整效果的反馈难以准确把握，导致催化剂床层温度控制难度大大增加。

⑤甲醇投料过程中无工艺蒸汽进料参与。DME反应器原有投料过程投料开始时将入口工艺蒸汽切出，这将使得整个投料过程特别是投料前期操作难度增加，紧急情况（如催化剂床层发生飞温等）下催化剂床层温度控制缺乏有效手段，导致DME反应器甲醇投料过程风险增大。

3 投料过程改进和优化

①DME反应器升温结束、甲醇投料前，使用工艺蒸汽对催化剂进行3-4小时恒温预加载（温度控制在250℃左右），以工艺蒸汽穿透整个催化剂床层且床层温度均匀分布为预加载完成的标准。通过工艺蒸汽预加载，对催化剂进行钝化处理，让工艺蒸汽适当占据催化剂表面部分活性位，降低甲醇投料后反应器床层内催化反应发生的密度，而是在投料之后由甲醇逐渐置换取代工艺蒸汽并在催化剂床层内发生反应，从而使催化剂活性更趋于“温和”，催化剂床层温度更为可控。

②在DME反应器整个投料过程特别是投料前期保持工艺蒸汽的通入，通过调节工艺蒸汽的通入量，不仅可以实现催化剂活性的有序激发，还可以弥补投料前期催化剂床层压差偏低、空速不足的问题，待投料中后期催化剂床层反应状况趋于稳定后，再逐渐将工艺蒸汽退出，保持催化剂床层内部反应稳步可控，从而防止DME反应器发生超温或飞温情况。需要注意的一点是，当DME反应器甲醇投料结束后，应视催化剂床层反应状况及时将工艺蒸汽撤出，以防止催化剂因过度钝化而导致反应活性激发缓慢。

③DME反应器甲醇投料过程中将床层入口温度控制稍高于催化剂起活温度。投料过程中在甲醇进量及工艺蒸汽进量调整变化时，通过调节甲醇过热器加热负荷，将床层入口温度保持在255℃左右，较催化剂起活温度提高5℃，这将有效减少催化剂床层内部未反应甲醇物料的积累，防止因床层温度整体升高后甲醇发生集中剧烈反应而导致催化剂床层飞温，但需要注意的是，入口温度的提升也不宜过高，否则会因催化剂活性的过分激发而导致床层发生飞温。

④DME反应器开始甲醇投料时，在保持工艺蒸汽进量及床层入口温度稳定的前提下，可直接将甲醇进量增加至80t/h，以迅速在催化剂床层内建立并保持一定空速，防止因甲醇在催化剂表面停留时间过长而导致剧烈反应，同时还可大幅度缩短DME反应器甲醇投料所需时间（由之前平均8小时缩短至2小时以内）。

⑤由于甲醇脱水制DME的反应平衡不受操作压力的影响，因此在DME反应器甲醇投料前，可将DME反应器出口放低压火炬阀门全开，以尽可能的降低催化剂床层背压、增加催化剂床层压差，可使甲醇在投料时保持当前最大空速，减少床层出现超温的风险，同时在整个投料过程中，还可根据催化剂床层反应状况调节DME反应器出口放低压火炬阀门开度，以实现对催化剂床层压差及空速的调节，从而起到辅助调节催化剂床层内反应强度的作用。

4 经济效益

DME反应器投料过程改进及优化的经济效益主要包含以下两个方面（DME反应器投料按照2次/年计算）：

①降低催化剂使用成本。据催化剂供应商提供数据，DME反应器投料过程中催化剂床层发生飞温情况（温度超过550℃，持续时间超过10分钟）对催化剂寿命的影响在1%左右，DME反应器催化剂设计装填量为108t，参考DME催化剂市场价格9.36万元/t，则每年在降低催化剂使用成本方面可产生经济效益约20.22万元。

②降低物料放火炬损失。DME反应器投料过程改进优化后所需时间由之前平均8小时缩短至2小时以内，投料过程甲醇泄放量平均值为60t/h，参考甲醇市场价格1500元/t，则每年在降低物料放火炬损失方面可产生经济效益约108万元。

5 结束语

DME反应器投料过程改进优化，大幅降低了甲醇制烯烃装置DME反应器开车操作难度，提升了DME反应器开车操作空间，从根本上杜绝了DME反应器甲醇投料过程中床层超温及飞温情况的发生，确保了催化剂运行安全，不仅降低了装置生产成本，也提升了装置开车效率，保证了装置安全平稳运行，对甲醇制烯烃工艺的发展具有积极的意义。

参考文献：

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