甲醇制丙烯裝置催化劑再生過程中廢氣循環(huán)利用

段緒明

摘 要：甲醇制丙烯裝置催化劑再生需要大量的氮氣，而傳統(tǒng)的甲醇制丙烯裝置氮氣供給量不足，催化劑再生效果一般。針對工藝缺陷，應用氮氣再循環(huán)對再生單元工藝進行優(yōu)化，以實現(xiàn)對催化劑再生過程中的氮氣循環(huán)利用，減少能耗的損失，提高氮氣的利用率。對反應器催化劑再生系統(tǒng)工藝優(yōu)化，在反應器后部分加設再生氣循環(huán)利用管線，使反應器產(chǎn)生的廢氣通過循環(huán)管線進入反應器二次利用，可提高反應器催化劑再生中時氮氣補給量。本文就來探討甲醇制丙醇裝置催化劑再生循環(huán)系統(tǒng)工藝的優(yōu)化改造。旨在為甲醇制丙烯生產(chǎn)經(jīng)濟效益的提升提供一些參考。

關鍵詞：甲醇;丙烯;催化劑;廢氣循環(huán)利用

引言

丙烯是重要的石油化工原料之一，在優(yōu)化化工原料生產(chǎn)煉油工業(yè)、精細化學品加工等方面應用極其廣泛。甲醇制丙烯是獲得丙烯的重要方法。甲醇制丙烯工藝中，當DME/MeOH進料的總轉化率不足95%，就會因為反應器中催化劑活性降低而導致生產(chǎn)效率降低。這種情況需要再生催化劑，來恢復催化劑活性。再生過程可借助氮氧混合物來燃燒催化劑上的積碳實現(xiàn)，在借助循環(huán)管路系統(tǒng)將再生的氮氣導入反應器中，從而確保甲醇制丙烯裝置能夠穩(wěn)定、持續(xù)性的運行。甲醇制丙烯裝置催化再生過程需要對反應器及再生單元的工藝進行改造。中國需要3臺具有再生模式的MTP反應器，為MTP反應器增設低壓氮氣管網(wǎng)，由空壓站裝置和低壓氮氣管網(wǎng)送入低壓氮氣及空氣混合氣體，再由它們對催化劑進行催化再生。催化劑再生為了提高氮氣的排氣量，需要再生MTP反應器與氮氣循環(huán)壓縮機構成再生循環(huán)系統(tǒng)，對氮氣進行壓縮后可提高催化劑的再生效率，從而縮短的催化劑再生的時間，提高了催化劑再生效率。研究甲醇制丙烯裝置催化劑再生過程中的廢氣利用，對提高甲醇制丙烯的經(jīng)濟效益有著重要的意義。

一、氮氣循環(huán)再生工藝

甲醇制丙烯工藝主要包括反應單元工藝、再生單元工藝、氣體冷卻和分離單元工藝、HC壓縮單元工藝、產(chǎn)品精制和乙烯精制單元工藝等。其中反映單元、再生單元、氣體冷卻和分離單元參與催化劑的再生過程。傳統(tǒng)的甲醇制丙烯裝置催化劑再生，催化劑再生效果不佳，再生效率低下，再生成本較高，而通過在反應器末端增加MTP反應器廢氣循環(huán)系統(tǒng)，將產(chǎn)生的混合空氣中的氮氣再利用，可提高催化劑再生的效率和效果，降低系統(tǒng)運行的成本。

二、再生系統(tǒng)廢氣循環(huán)利用的效果

（一）降低工程消耗

對混合廢氣通過循環(huán)壓縮系統(tǒng)將其中的氮氣送入反應器再利用，可提高再生工藝中氮氣的循環(huán)利用率。氮氣循環(huán)利用系統(tǒng)的氮氣只需要10000～20000m3/h。在氮氣供給不足時，5000m3/h的量也能夠滿足一臺MTP反應器再生的需求。傳統(tǒng)甲醇制丙烯裝置，一般情況下，一臺MTP反應器再生對氮氣的需量為60000～75000m3/h，而廢氣循環(huán)利用系統(tǒng)通過再生單元重復利用系統(tǒng)中的氮氣，兩臺2300千瓦的壓縮機就可以提供40000m3/h的空氣，反應器出口氣體冷卻和分離單元將壓縮空氣中的氮氧進行冷卻，然后通過循環(huán)氮氣壓縮機壓縮到0.5MPa、200℃后再用于MTP反應器中，最大限度的促進了催化劑再生反應的速率，使得反應器中的熱量增加。因此，因此也大大降低了再生氣體加熱爐對氣體進行加熱的負荷，降低對燃料氣過其他燃料的消耗。傳統(tǒng)再生工藝中再生氣加熱爐在運行過程中具有較大的負荷，需要的不少的燃料，因此再生加熱爐在甲醇制丙烯工藝系統(tǒng)中消耗的工程能耗較大。廢氣循環(huán)利用工藝直接降低了這一部分能耗，因此降低了工程燃料的總消耗。

（二）提高催化劑再生效果

傳統(tǒng)MTP反應器的催化劑再生效果見圖1，氮氣循環(huán)利用工藝MTP反應器的催化劑再生效果見圖2。由圖可知傳統(tǒng)甲醇制丙烯工藝中，受再生加熱爐符合影響，傳統(tǒng)工藝MTP反應器的催化劑再生效果遠不及再生系統(tǒng)優(yōu)化后的MTP反應器，圖2的催化劑再生效果更好。傳統(tǒng)MTP反應器催化劑再生工藝裝置受到再生反應熱荷載的影響，對于催化劑床層的再生溫度調控難度較大。想要提高催化劑效果，只能通過延長催化時間來實現(xiàn)，耗用時間較長，總催化劑效率低下。優(yōu)化后的MTP催化劑再生工藝在的廢氣循環(huán)再利用系統(tǒng)可實現(xiàn)反應器催化劑溫床溫度更加理想化的控制，通過調整反應溫度來改變催化劑再生的效率，用時相對較短，催化劑再生效率高。

優(yōu)化后的甲醇制丙烯工藝降低了加熱爐負荷同時可以提高對催化劑的再生效率，降低了系統(tǒng)運行的負荷，反應器運行的負荷相對降低，因而反應器的使用壽命也會延長。這說明廢氣循環(huán)再利用有助于降低甲醇制丙烯工藝系統(tǒng)綜合運營的成本。

（三）催化劑再生運行費用降低

傳統(tǒng)MTP反應器再生裝置消耗的公用工程費用約為3091萬元，而兩套MTP反應器裝置增加廢氣循環(huán)利用系統(tǒng)的公用工程費用為1901萬元。僅公用工程的運行費用，二者存在顯著的差異。甲醇制丙烯裝置催化再生系統(tǒng)通過增加MTP反應裝置設計廢氣循環(huán)再利用系統(tǒng)后，綜合工程消耗降低，設備的維修成本降低，使用壽命延長，因此催化劑再生運行的費用也整體降低。

三、結語

為甲醇制丙烯工藝的反應器裝置末端加設催化劑再生循環(huán)系統(tǒng)，對MTP反應器催化劑再生工藝系統(tǒng)進行改造，提升氮氣的循環(huán)利用效率，有助于降低甲醇制丙烯工藝系統(tǒng)運行的綜合成本，提高甲醇制丙烯的經(jīng)濟效益，同時還有利于延長設備及裝置的運行壽命，減少設備投資的成本，有利于維持更長遠的盈利。建議企業(yè)可采用增加MTP反應器優(yōu)化廢氣循環(huán)利用系統(tǒng)來優(yōu)化和改造常規(guī)的甲醇制丙烯的工藝。

參考文獻

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