浅谈MTO催化剂跑损

叶飞（神华榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 719000）

浅谈MTO催化剂跑损

叶飞（神华榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 719000）

针对神华榆林MTO装置催化剂跑损严重问题进行了分析，找出了原因。实际运行结果表明：采取各种措施后反应再生催化剂藏量保持稳定，三级旋风分离器出入口浓度达到标准，保证了生产平稳，减少了环境污染。

MTO；催化剂跑损

神华榆林能源化工有限公司180万吨/年MTO装置，采用大连化物所设计的一代DMTO甲醇制烯烃工艺技术，于2015年12月15日一次性开车成功。装置以精甲醇为原料，主产乙烯、丙烯等低碳烃类，并副产大量中压蒸汽与净化水。为有效控制装置催化剂的单耗，反应器内设18组一、二级旋风分离器，其中一二级旋分料腿增置翼阀，再生器内设了4组一、二级旋风分离器，其中一级料腿增置防倒锥，二级料腿增置翼阀，两器出口又分别设置了一组三、四级高效旋风分离器，从而达到了降低装置生产成本及操作费用和减小粉尘污染环境的双重目的。

MTO装置力求操作平稳，确保在稀相床层和密相床层之间能够建立起较为良好的动态平衡，使一二三四各级旋风分离器效果能够达到最佳状态，以此来降低催化剂的跑损消耗。催化剂的大量跑损会导致两器催化剂藏量减少和失常流化并且直接造成经济财产损失、增加成本费用，影响MTO装置的正常生产，甚至影响企业运营的正常利益。随烟气和产品气跑损的催化剂会进入烟气和产品气管道及后路水系统，进一步加速设备和管线的磨损，影响MTO装置生产安全，更甚是导致催化剂单耗过高，加工及检修成本费用上升。因此，对催化剂的跑损过程原因分析并且能够采取有效方法措施减少催化剂跑损尤为重要。因此，经过不断摸索并深入生产实践，群力群策，科学管理，优化操作，降低催化剂单耗，是反再系统的技能之体现。本文通过对催化剂跑损过程原因进行分析，结合催化剂本身特点、进料变量、操作条件及设备等方面的影响，提出减少催化剂跑损的措施。

1 催化剂的影响

1.1 粒径分布

MTO装置催化剂粒径分布涉及颗粒的磨损以及旋风分离器的分离效率。催化剂出现跑损，对新鲜细粉含量及粒径分布做了分析。一般来说，对于新鲜的催化剂，粒径在0～20μm的细粉含量不大于3%。一旦催化剂出现严重跑损，那么在保证正常流化生产的情况下，就可以选用细粉含量更少的新鲜催化剂，选用较大粒径颗粒催化剂，从根源上减少进入系统中的小粒径催化剂含量。原则上催化剂的粒径越小，就越容易流化，但是由于总的表面积的增大，被气体夹带催化剂而引起的损耗也就越大。一般控制新鲜催化剂中粒径在40μm以下的颗粒含量越多，那么催化剂跑损就会减小。

1.2 密度

一般来说，催化剂的密度越小，催化剂跑损就会越大。新鲜剂的密度大约为800kg/m3，而所选用平衡剂的密度大约为1100kg/m3，所以一般在开工时会加入大量的平衡剂，这样也会有利于催化剂跑损的减少。

1.3 机械强度

一般来说，怎么来判断催化剂颗粒的机械强度呢，就需要看催化剂颗粒的抗磨损性能，也就是催化剂的磨损指数。所以，如果发生催化剂较为严重的跑损现象，那么就必须分析检测催化剂的磨损指数是否在指标范围内。一般地，新鲜剂的磨损指数不大于3.5。

1.4 磨损

大量催化剂在设备管道中高速无规则运转，那么就无可避免的发生摩擦，而在摩擦碰撞过程则有可能发生磨损。在实际生产过程中，催化剂颗粒的磨损主要包括两个方面，一是颗粒与设备之间的磨损，二是颗粒与颗粒之间磨损。颗粒与设备管线的磨损，主要由颗粒的撞击角度、撞击速率以及自身旋转决定。撞击时的速率越大，撞击产生的碰撞就越大，就有可能导致大颗粒的断裂。催化剂颗粒不断地摩擦碰撞而受力不均匀，自身旋转也会加剧，导致颗粒一层层被慢慢剥掉。而颗粒与颗粒之间存在大量无间断的无规则碰撞，磨损过程更为复杂，颗粒在发生碰撞断裂的同时还会发生颗粒之间的相互磨损。一般颗粒并非标准的球形，所以颗粒受力就会不均匀，则会产生旋转与颗粒之间相互旋转，导致磨损加剧。颗粒相互碰撞时，颗粒间压力增加，导致颗粒磨损加剧。

通过分析催化剂的磨损，不难发现，催化剂颗粒的机械强度越高，磨损指数越小，磨损量就越少；催化剂颗粒粒径过大和过小都会造成磨损加剧；催化剂颗粒球形度越高越标准，磨损量就越小；催化剂颗粒表面越光滑，磨损量就越小；单位体积内催化剂颗粒含量越多即浓度越大，密度越高，产生碰撞的几率就越大，则磨损量也越大。

2 设备原因

2.1 旋风分离器分离效率问题

主要问题是MTO装置在开停工的过程中，在加剂和卸剂时操作幅度稍微有点大，就会导致旋风分离器入口线速波动较大，两器内各点密度及藏量都远远偏离了设计范围，所以旋风分离器分离效率低，造成催化剂的瞬间大量跑损。而在平时操作时因为旋分线速的变化，进料量的变化，进料组分变化，以及反应压力的影响都会造成跑剂。

2.2 旋风分离器料腿部分不通畅

一种原因可能是，在原始开工时对两器衬里施工时达不到绝对均匀，就会导致在长期的运行过程中，两器的部分衬里出现裂纹、局部脱落甚至落入旋风分离器而堵住料腿的现象，另一种原因可能是长期运行生成的焦块掉入沉降器旋风分离器的料腿中而发生堵塞，甚至会顶开翼阀的阀板，这样一来就会破坏料封，严重影响催化剂在料腿中的正常流动状态，导致催化剂的大量跑损，甚至会引起装置的紧急停车。

2.3 后路水系统及压缩系统的影响

装置经过两年的运转，不论是开停工，检修，提降负荷，调整操作等等，都会导致跑剂，长此以往就造成后路水系统设备管道堵塞相当严重，塔的传质传热效率下降，空冷换热器等冷换设备换热效率下降，返塔水量及塔温塔压变化较为明显，此时对反应压力的变化影响较为敏感，引起反应压力瞬间剧烈大幅变化则会导致瞬间大量跑剂。后路压缩系统负荷调整也会导致反应压力的变化，比如透平蒸汽剧烈波动或转速及返回线大幅调整都会导致反应压力剧烈变化，从而影响跑剂。

2.4 双动滑阀及临界流速喷嘴的影响

双动滑阀的灵活好用将会直接影响再生压力变化，是控制再生压力的最直接手段；临界流速喷嘴的正常与否，也将直接影响三级旋分分离效率，直接影响跑剂的多少。

3 操作影响

3.1 工艺方面

装置进料负荷，稀释蒸汽用量，急冷及雾化甲醇用量，污水汽提塔浓缩水回炼及不凝气回炼量，进料配水的比例，反应内取热保护蒸汽用量及压缩机负荷变化等等都会对跑剂多少造成影响，将会直接导致反应旋分限速的变化，理论上旋分线速控制在6～13 m/s时跑剂最稳严重，所以会根据装置负荷来控制旋分限速，从而控制跑剂量。一般地，甲醇进料与水的配比固定时，即进料低低压蒸汽用量可控时，为了配合控制反应旋分限速，则会配以调整稀释蒸汽的用量，比方说降负荷则要提稀释蒸汽，反之亦然。而再生压力的控制则要简单的多，主要是主风量的影响，导致旋分限速的变化，还有则是外取热器用氮气或工厂风的用量变化。

3.2 设备方面

待生滑阀，再生滑阀及双动滑阀及开度变化，反再两器汽提，吹扫，输送，松动用风量，外取热器返混效果，后路水系统调整操作导致水洗塔水量温度及压差的变化，下游压缩机负荷调整都会造成反再压力变化，也将直接导致跑剂多少。

3.3 两器藏量

两器藏量的多少将会直接导致跑剂多少，一定的进料负荷就必须要配合合适的反应藏量，就会对应合适的再生藏量，那么也必须匹配合适的主风量，这样才能够减少跑剂，而根据藏量值则需要适当补加催化剂，保持两器藏量恒定。

4 结语

保持良好的催化剂流化状态，确定合适的汽提，吹扫，输送及松动风量以及合适的滑阀开度和两器压力压差；保证良好的设备运行状态，确定滑阀、旋风分离器、临界流速喷嘴正常好用，水系统塔设备管道换热器堵塞不严重，水量温度压差无大波动，压缩机运转正常；控制满足设计工况的工艺条件，一定的甲醇进料量配比一定的水，利用一定的低低压蒸汽用量，配合一定的稀释蒸汽用量以及污水汽提塔浓缩水和不凝气回炼量，调整急冷及雾化甲醇用量以及反应内取热保护蒸汽用量；控制严格的装置平稳操作，各个参数控制平稳，以反应压力，再生压力，两器压差以及两器旋分限速的平稳；通过开工两年来的不断积累与分析，不断优化，对工艺运行数据进行负荷标定，并根据实际情况选择合适的催化剂及两器藏量及每日加剂量，最终达到降低和避免催化跑损的目的。

叶飞（1990-），男，本科，从事MTO相关工作。