MTP 工艺中二甲醚催化剂的国产化应用

伍利军，李 贞

（1.国家能源集团宁夏煤业烯烃一分公司，宁夏银川 750411；2.国家能源集团宁夏煤业煤制油化工质检计量中心，宁夏银川 750411）

随着化学工业的快速发展，人类对石油需求量的不断增长和石油剩余储量的逐步下降，原油价格的高位运行和全社会对环保问题的关注[1]，世界上许多石油公司都致力开发非石油资源生产低碳烯烃的技术路线，其中以煤基合成的甲醇为原料生产低碳烯烃的工艺技术（煤制聚烯烃）日益受到关注[2-6]。

甲醇制烯烃技术是煤基烯烃产业链中的核心技术，根据目的产品的不同，甲醇制烯烃工艺分为甲醇制乙烯（MTO）工艺和甲醇制丙烯（MTP）工艺[7-11]。在甲醇制烯烃工艺中，二甲醚（DME）是重要的中间产物[12]。MTP 装置反应工段采用两步法生产模式，精甲醇原料被汽化、过热后进入DME 反应器，在氧化铝催化剂的作用下生成DME 后送至MTP 反应器。由于DME 是重要的中间产物，DME 催化剂对甲醇的转化率、对DME的选择性非常重要，DME 的纯度直接影响MTP 反应器内低碳烯烃的转化率。DME 的工业生产方法包括甲醇气相脱水法和合成气一步法，目前国内外DME 的主要生产方法仍然是甲醇气相脱水法[13-14]。甲醇气相脱水法生产DME 的关键是催化剂的性能，其中活性氧化铝性能稳定、寿命长、成本低，工业应用较广泛[15]。

MTP 工艺专利商指定使用的DME 催化剂（进口）价格昂贵，供货周期长，性能保证使用寿命仅为2 年（16 000 h），且随运行时间增加，DME 催化剂对甲醇的转化率、对DME 的选择性降低，制约装置进一步节能降耗和实现三年一大修。

为了促进企业进一步高效发展，寻求甲醇转化率高、DME 选择性高、使用寿命更长的DME 催化剂，企业通过与多家科研院所进行技术交流、测试评价、改性研究等方式，最终研究制造出了压片形DME 催化剂CNM-3，且CNM-3 的价格仅为进口DME 催化剂的40%。本文主要从进口、国产DME 催化剂工业化使用情况进行对比，阐述DME 催化剂国产化应用情况。

1 国产与进口DME 催化剂物性对比

结合MTP 装置实际工艺特点，甲醇制烯烃项目选择西南化工研究设计院的国产DME 催化剂CNM-3，考虑装置现有设备DME 反应器的实际特性，企业与西南化工研究设计院通过多次测试评价、改性研究，制造出了国产压片形DME 催化剂CNM-3，国产、进口DME 催化剂的物性对比见表1。

表1 国产与进口DME 催化剂物性对比

从表1 可以看出，国产DME 催化剂与进口DME催化剂的外型相近，国产DME 催化剂的比表面积、平均强度高于进口DME 催化剂，国产DME 催化剂的孔体积、平均孔径小于进口DME 催化剂。

MTP 工艺（图1）是德国鲁奇公司的专有技术，该工艺是将精甲醇转化为丙烯。甲醇被加热、汽化后进入DME 反应器，在DME 催化剂的作用下生成DME，DME 在MTP 催化剂的作用下转化生成丙烯，转化过程中还生成少量的乙烯和高碳烯烃等，MTP 反应器出口产物经过急冷、压缩后，送至精馏系统，分离出聚合级的产品丙烯，同时副产一定量的汽油、LPG 以及少量的乙烯。

2 国产与进口DME 催化剂运行条件对比

国产DME 催化剂CNM-3 工业化运行期间，及时观察运行情况，并和进口DME 催化剂进行对比。国产、进口DME 催化剂工业化运行时，寿命周期内初期、中期、末期的相关运行情况对比见图2～图4。

图2 国产、进口DME 催化剂运行时，DME 反应器床层入口温度对比

为满足生产需求，国产、进口DME 催化剂随运行时间增加，需要提高入口温度，确保DME 反应器内甲醇的转化率和DME 催化剂对DME 的选择性。从图2可以看出，国产、进口DME 催化剂运行初期、中期、末期的入口温度相近。

从图3 可以看出，国产、进口DME 催化剂运行初期、中期、末期的床层出入口温差相近，随运行时间增加，催化剂床层出入口温差减小。

图3 国产、进口DME 催化剂运行时，DME 反应器床层出入口温差对比

从图4 可以看出，国产、进口DME 催化剂运行初期、中期、末期的床层出入口压差相近，随运行时间增加，床层出入口压差增大。

图4 国产、进口DME 催化剂运行时，DME 反应器床层出入口压差对比

从国产DME 催化剂CNM-3 工业化运行情况来看，国产、进口DME 催化剂运行工况相近，国产DME催化剂的运行时间大于25 000 h，进口DME 催化剂的运行时间在16 000 h。

3 国产与进口DME 催化剂转化率、选择性对比

催化剂的转化率和对产品的选择性会影响装置能耗、产品质量等，从而影响装置的经济效益。国产、进口DME 催化剂工业化运行时，寿命周期内初期、中期、末期的转化率和选择性对比见图5、图6。

图5 国产、进口DME 催化剂甲醇转化率对比

图6 国产、进口DME 催化剂对DME 的选择性对比

从图5 可以看出，DME 催化剂运行寿命周期内，国产DME 催化剂的甲醇转化率略高于进口DME 催化剂，国产、进口DME 催化剂的甲醇转化率均大于98%，随运行时间增加，催化剂对甲醇的转化率变化不大。

从图6 可以看出，DME 催化剂运行寿命周期内，国产DME 催化剂对主产品DME 的选择性略高于进口DME 催化剂，国产、进口DME 催化剂对DME 的选择性均大于99%，随运行时间增加，催化剂对DME 的选择性变化不大。

从国产DME 催化剂CNM-3 工业化运行情况来看，国产、进口DME 催化剂对甲醇的转化率、DME 的选择性相近。

4 结论

国产压片形二甲醚（DME）催化剂CNM-3 经过工业化运行后，通过与进口DME 催化剂运行情况对比，从催化剂对甲醇的转化率和对DME 的选择性来看，催化剂寿命周期内运行期间，国产、进口DME 催化剂的甲醇转化率均大于98%，对DME 的选择性均大于99%，且国产DME 催化剂CNM-3 的性能优于进口DME催化剂；国产DME 催化剂CNM-3 实际运行时间超过25 000 h，进口DME 催化剂运行时间约16 000 h；国产DME 催化剂CNM-3 的价格仅为进口DME 催化剂的40%，使用国产DME 催化剂CNM-3 对装置运行更经济。

通过工业化运行，验证了国产DME 催化剂CNM-3能够满足甲醇制丙烯（MTP）装置DME 工段的生产需求；验证了企业通过与西南化工研究设计院等科研院所进行技术交流、测试评价、改性研究等方式，寻求到了甲醇转化率高、DME 选择性高、使用寿命更长、价格更低的国产DME 催化剂；解决了因DME 催化剂运行时间短而影响装置三年一大修的问题，MTP 装置成功实现了DME 催化剂国产化。