甲醇制丙烯装置催化剂再生过程中废气循环利用

段绪明

摘 要：甲醇制丙烯装置催化剂再生需要大量的氮气，而传统的甲醇制丙烯装置氮气供给量不足，催化剂再生效果一般。针对工艺缺陷，应用氮气再循环对再生单元工艺进行优化，以实现对催化剂再生过程中的氮气循环利用，减少能耗的损失，提高氮气的利用率。对反应器催化剂再生系统工艺优化，在反应器后部分加设再生气循环利用管线，使反应器产生的废气通过循环管线进入反应器二次利用，可提高反应器催化剂再生中时氮气补给量。本文就来探讨甲醇制丙醇装置催化剂再生循环系统工艺的优化改造。旨在为甲醇制丙烯生产经济效益的提升提供一些参考。

关键词：甲醇;丙烯;催化剂;废气循环利用

引言

丙烯是重要的石油化工原料之一，在优化化工原料生产炼油工业、精细化学品加工等方面应用极其广泛。甲醇制丙烯是获得丙烯的重要方法。甲醇制丙烯工艺中，当DME/MeOH进料的总转化率不足95%，就会因为反应器中催化剂活性降低而导致生产效率降低。这种情况需要再生催化剂，来恢复催化剂活性。再生过程可借助氮氧混合物来燃烧催化剂上的积碳实现，在借助循环管路系统将再生的氮气导入反应器中，从而确保甲醇制丙烯装置能够稳定、持续性的运行。甲醇制丙烯装置催化再生过程需要对反应器及再生单元的工艺进行改造。中国需要3台具有再生模式的MTP反应器，为MTP反应器增设低压氮气管网，由空压站装置和低压氮气管网送入低压氮气及空气混合气体，再由它们对催化剂进行催化再生。催化剂再生为了提高氮气的排气量，需要再生MTP反应器与氮气循环压缩机构成再生循环系统，对氮气进行压缩后可提高催化剂的再生效率，从而缩短的催化剂再生的时间，提高了催化剂再生效率。研究甲醇制丙烯装置催化剂再生过程中的废气利用，对提高甲醇制丙烯的经济效益有着重要的意义。

一、氮气循环再生工艺

甲醇制丙烯工艺主要包括反应单元工艺、再生单元工艺、气体冷却和分离单元工艺、HC压缩单元工艺、产品精制和乙烯精制单元工艺等。其中反映单元、再生单元、气体冷却和分离单元参与催化剂的再生过程。传统的甲醇制丙烯装置催化剂再生，催化剂再生效果不佳，再生效率低下，再生成本较高，而通过在反应器末端增加MTP反应器废气循环系统，将产生的混合空气中的氮气再利用，可提高催化剂再生的效率和效果，降低系统运行的成本。

二、再生系统废气循环利用的效果

（一）降低工程消耗

对混合废气通过循环压缩系统将其中的氮气送入反应器再利用，可提高再生工艺中氮气的循环利用率。氮气循环利用系统的氮气只需要10000～20000m3/h。在氮气供给不足时，5000m3/h的量也能够满足一台MTP反应器再生的需求。传统甲醇制丙烯装置，一般情况下，一台MTP反应器再生对氮气的需量为60000～75000m3/h，而废气循环利用系统通过再生单元重复利用系统中的氮气，两台2300千瓦的压缩机就可以提供40000m3/h的空气，反应器出口气体冷却和分离单元将压缩空气中的氮氧进行冷却，然后通过循环氮气压缩机压缩到0.5MPa、200℃后再用于MTP反应器中，最大限度的促进了催化剂再生反应的速率，使得反应器中的热量增加。因此，因此也大大降低了再生气体加熱炉对气体进行加热的负荷，降低对燃料气过其他燃料的消耗。传统再生工艺中再生气加热炉在运行过程中具有较大的负荷，需要的不少的燃料，因此再生加热炉在甲醇制丙烯工艺系统中消耗的工程能耗较大。废气循环利用工艺直接降低了这一部分能耗，因此降低了工程燃料的总消耗。

（二）提高催化剂再生效果

传统MTP反应器的催化剂再生效果见图1，氮气循环利用工艺MTP反应器的催化剂再生效果见图2。由图可知传统甲醇制丙烯工艺中，受再生加热炉符合影响，传统工艺MTP反应器的催化剂再生效果远不及再生系统优化后的MTP反应器，图2的催化剂再生效果更好。传统MTP反应器催化剂再生工艺装置受到再生反应热荷载的影响，对于催化剂床层的再生温度调控难度较大。想要提高催化剂效果，只能通过延长催化时间来实现，耗用时间较长，总催化剂效率低下。优化后的MTP催化剂再生工艺在的废气循环再利用系统可实现反应器催化剂温床温度更加理想化的控制，通过调整反应温度来改变催化剂再生的效率，用时相对较短，催化剂再生效率高。

优化后的甲醇制丙烯工艺降低了加热炉负荷同时可以提高对催化剂的再生效率，降低了系统运行的负荷，反应器运行的负荷相对降低，因而反应器的使用寿命也会延长。这说明废气循环再利用有助于降低甲醇制丙烯工艺系统综合运营的成本。

（三）催化剂再生运行费用降低

传统MTP反应器再生装置消耗的公用工程费用约为3091万元，而两套MTP反应器装置增加废气循环利用系统的公用工程费用为1901万元。仅公用工程的运行费用，二者存在显著的差异。甲醇制丙烯装置催化再生系统通过增加MTP反应装置设计废气循环再利用系统后，综合工程消耗降低，设备的维修成本降低，使用寿命延长，因此催化剂再生运行的费用也整体降低。

三、结语

为甲醇制丙烯工艺的反应器装置末端加设催化剂再生循环系统，对MTP反应器催化剂再生工艺系统进行改造，提升氮气的循环利用效率，有助于降低甲醇制丙烯工艺系统运行的综合成本，提高甲醇制丙烯的经济效益，同时还有利于延长设备及装置的运行寿命，减少设备投资的成本，有利于维持更长远的盈利。建议企业可采用增加MTP反应器优化废气循环利用系统来优化和改造常规的甲醇制丙烯的工艺。

参考文献

[1]朱玉川，赵启辉.神华宁煤烯烃MTP反应器再生优化[J].中国高新技术企业，2014（26）：38-39.

[2]张长胜.甲醇制丙烯反应分子筛催化材料制备新路线[D].浙江大学，2019.