关于绝热式固定床MTP反应器温度控制的探讨

张成帅 王鹏成(神华宁夏煤业集团烯烃一分公司， 宁夏 银川 750411)

关于绝热式固定床MTP反应器温度控制的探讨

张成帅 王鹏成(神华宁夏煤业集团烯烃一分公司， 宁夏 银川 750411)

本文主要从实际生产出发，探讨了当装置正常运行甲醇处理量在满负荷时控制绝热式固定床MTP反应器床层温度的一些具体方法，对各种控制方法的利弊进行分析并提出了部分建议，用于今后生产中的指导。

MTP；反应器；进料温度；进料流量；工艺蒸汽

1 引言

煤炭属低效、高污染能源，而我国的资源条件又属于缺油、少气、富煤类型[1]，因此发展以煤为原料的清洁煤化工产业在我国切实可行，同时以煤为原料的 MTP技术可以拓宽丙烯原料来源，降低由于石油资源紧张、油价上涨所带来的风险。Lurgi公司基于由德国南方化学公司提供的改ZSM-5分子筛催化剂开发了一种转化甲醇成丙烯的工艺(MTP)，采用固定床反应器[2]。此工艺的主产物为丙烯，同时得到副产物汽油、液化石油气(LPG)、燃料气等以及少量乙烯[3]。

2 工艺介绍

鲁奇公司甲醇制丙烯工艺中的MTP反应器是一个多级绝热式固定床反应器，有六个催化剂床层，厚度自上而下依次增加。第一级床层由顶部直接进料，进料包括二甲醚(DME)、工艺蒸汽和由精制单元循环回的C2、C4、C5/C6组分组成的循环烃。二到六级床层除了来自上一级床层的物料，还有侧线进料用以控制床层温度。

MTP反应器内发生的主反应是甲醇在DME反应器中发生脱水反应生成的二甲醚以及少量未反应的原料甲醇进行的催化裂解反应。

3 方法探讨

(1)一级原料气温度。MTP反应器一级进料原料气的温度靠一台原料气加热炉来控制，在催化剂运行初期，活性较强，通常保持相对较低的进料温度，而在运行后期，由于催化剂的活性下降，要适当提高反应器的进料温度以保证转化率，尤其在运行末期需要维持高温度运行以避免反应器温度下降导致出口转化率的下降引起系统的波动。

由于一级进料中含有大量的蒸汽及循环烃且一级床层较薄，其反应剧烈程度较低，因此在反应器每一周期运行过程中也要根据具体情况适当调整一级进料温度，原则上在二到六级床层温度处于可控范围内时，应尽量提高进料温度使一级床层温度满足工艺要求。

(2)循环烃及工艺蒸汽量。循环烃和工艺蒸汽与DME一起以气相形态由MTP反应器一级进入，适当增加循环烃的量可以抑制副反应的进行，且这些烃类在床层中会发生吸热反应，循环烃量的增加也能提高空速，减少物料在反应器中的停留时间并使物料在床层中的分布更为均匀，有助于控制各床层的温度。

工艺蒸汽的加入有利于烯烃的脱附，防止低碳烯烃聚合，并可以作为热载体带走反应生成的热量，而且根据碳氢池机理，在反应中水的生成有利于减缓积碳的生成，因此向反应器中通入过热蒸汽可以降低床层温度和减缓积碳生成；但水蒸汽的存在同时也会影响催化剂的稳定性和寿命，所以在生产过程中，要根据实际情况作出取舍，在催化剂初期，活性较强，反应较为剧烈，可适当增加工艺蒸汽量以达到控制床层温度的目的；在催化剂后期，活性逐渐下降，反应器出口转化率下降，出口产物中二甲醚含量上升，此时应减少蒸汽量以控制出口二甲醚的上涨速度，便于装置生产的整体统筹。

(3)侧线进料流量及温度。MTP反应器的侧线进料包括气相进料和液相进料，气相进料由全程热进料和半程冷进料组成，两股进料混合后进入反应器的二到六级；液相进料主要为经过冷却的液态水及少量甲醇和二甲醚，由单独管路通入反应器的二到六级。侧线气相进料温度通过冷热进料的配比来调节，液相物料的温度通过空冷器冷却到65℃以下。

气液相的调整原则应该是优先通过控制气相进料的流量及温度来调整反应器床层温度，在气相无调整余地时再向反应器中通入冷的液相物料。气相的流量一般在反应器上线时就基本确定了，进料时优先使用全程热物料，当温度难以控制时通过增加半程冷物料来调整物料混合后的温度，以降低侧线进料温度达到降低床层温度的目的。当催化剂到运行后期时反应器出口转化率降低，此时应优先关闭液相进料，然后通过调整气相冷热物料配比提高混合后温度以适当提高床层温度，如仍不能达到理想控制温度及稳定准化率的目的，最后可通过适当减少侧线气相流量的方法进行进一步控制。

(4)侧线控温蒸汽。MTP反应器侧线蒸汽流程是由一条蒸汽总管通过单独配支管将蒸汽分别接到二到六级的气相进料管线上，与侧线气相物料一起进入各级床层，实现对每一床层温度的精确控制。由于在运行中存在液相管路膨胀节损坏液相偏流以及液相喷嘴堵塞导致的液相流量不足等问题，侧线蒸汽的作用主要是在液相出现以上问题时代替液相进料来实现控制床层温度的目的，原则上液相进料状况良好时优先使用液相。

4 结论

对于绝热式固定床MTP反应器的床层温度控制要从多方面考虑，既要考虑到产品收率，也要考虑装置运行的具体统筹情况，对一级原料气温度、循环烃及工艺蒸汽量、侧线进料流量及温度、侧线控温蒸汽四种控制方法权衡利弊，全面考虑，选择最有利于装置运行的控制方式。

[1]唐宏青.现代煤化工新技术[M].北京：化学工业出版社，2009.10.

[2]张殿奎.大型煤气化合成制丙烯(MTP)是我国煤化工的发展趋势[J].化工技术经济，2007,25(1):1-4.

[3]何海军，韩金兰，王乃计,等.Lurgi MTP工艺的技术经济分析[J].煤质技术，2006,3：45-47.