50 万t/a 甲醇装置扩能后MK151催化剂的使用情况分析

2021-11-23王国钦李学宝陈源贤

商品与质量 2021年5期

王国钦李学宝陈源贤

中国石化长城能源化工（宁夏）有限公司宁夏银川 750001

宁夏能化公司主要从事煤化工业务，其中甲醇设计产能为50万吨/年，生产的甲醇，一部分低乙醇的甲醇（甲醇中的乙醇含量小于50mg/kg）作为后续深加工BDO 和醋酸的原料，另外一部分外售。甲醇选用托普索工艺，首炉催化剂选用MK121，于2014年1 月一次性开车成功，使用4.2 年，日产甲醇最高达到1600t，累计产甲醇207.6 万吨。2018 年公司经过核算，现有装置的变换、低温甲醇洗、合成单元均有较大的富裕量，在气化单元改造提升负荷的基础上，甲醇合成反应器、合成气循环气压缩机未做任何改动，催化剂装填体积未发生变化，精甲醇产能由50 万吨/年提升至62 万吨/年。经过调研和对比，选用MK151 催化剂，于2018年5 月16 日投入生产，日甲醇产量达1900t,目前已使用2 年，现对MK151 催化剂的使用情况进行总结分析。

1 甲醇合成主要流程及参数

甲醇合成系统采用托普索工艺，甲醇合成反应器一台，为管壳外冷式固定床催化反应器，工作温度236℃，设计温度290℃。共有3600 根￠44.45mm 列管，列管内最多装填40m3甲醇合成催化剂。壳程：工作压力2.8MPa,设计压力4.47MPa；工作温度232℃，设计温度258℃，壳程介质为锅炉水。甲醇合成系统配置循环气压缩机一台，设计流量操作初期新鲜段169077Nm3/h、循环段269077Nm3/h，操作末期新鲜段169077Nm3/h、循环段350042Nm3/h。

2018 年5 月，甲醇装置实施合成气脱瓶颈改造，气化装置提负荷，甲醇合成反应器、硫保护器、合成气循环气压缩机未做任何改动，催化剂装填体积未发生变化，汽包结构及副产蒸汽压力也未做任何改变，只是将甲醇合成催化剂MK121 升级为MK151,产品精甲醇产量由50 万吨/年提升至62 万吨/年。

2 MK151 催化剂使用情况

MK151 催化剂于2018 年4 月装填，列管内共装填催化剂39.84m3。2018 年5 月外购纯氢气进行升温还原，全程由托普索技术人员指导，还原过程总计消耗氢气15054Nm3，物理出水量共计215.5Kg，化学出水量共计6509.8Kg，耗时68 小时。还原后投入生产，日甲醇产量达1900t,目前已使用2 年，汽包操作压力为2.65MPa，尚未进行汽包提压操作（第一炉催化剂MK121 使用后期，为满足生产需求，末期汽包压力提高至3.38MPa），目前表现为催化剂床层热点温度下移，催化剂进入中后期使用阶段，选择性和活性尚能满足生产要求。

2.1 时空收率

时空收率是指在给定的反应条件下，单位时间内，单位体积催化剂能获得的产物量。它是衡量催化剂活性大小几反应器装置生产能力的标志之一。MK151 催化剂目标日产量不低于1860 吨，对应的时空收率不低于1.94。2019 年共生产636612 吨，时空收率=636612/8000/40=1.99（＞1.94），满足使用要求。

2.2 热点温度

MK151 催化剂床层温度开始表现为上高下低,使用9 个月，催化剂床层上下温度基本一致242℃；使用18 个月，催化剂床层表现为上部温度低，下部温度高；使用24 个月，催化剂床层热点温度下移至下层，最高243℃，整个使用过程中热点温度的分布符合热点温度分布和运动轨迹。另外，合成塔出口温度由229℃上涨至242℃，上涨13℃，平均涨幅6.5℃/年，涨幅较小，说明合成反应放出的热量被有效移走，没有积聚。

2.3 粗甲醇中乙醇含量

粗甲醇中的乙醇，作为粗甲醇中的一种杂质，可以直接反映合成催化剂选择性的好坏，MK151 催化剂使用12 个月后，粗甲醇中的乙醇472mg/kg，使用24 个月后，粗甲醇中的乙醇540mg/kg（MK121 使用12 个月后，粗甲醇中的乙醇595mg/kg，使用24个月后，粗甲醇中的乙醇820mg/kg），使用同周期后甲醇中的乙醇MK151 较MK121 的要低，后续精馏装置能产出50mg/kg 以下的甲醇，能满足后续深加工的需求。

2.4 反应器进出口压差

为了随时了解催化剂床层的结焦、结垢催化剂粉碎及杂质堵塞现象的程度，需要监测反应器进出口压差。催化剂MK121 使用4.2年后，反应器进出口压差由0.16MPa 上涨至0.42MPa，上涨了0.26MPa；使用后MK151，反应器进出口压差由0.14MPa 上涨至0.22MPa，目前上涨了0.08MPa。MK151 相比MK121，阻力上涨幅度较小，现在催化剂床层无粉碎和堵塞现象。