淺談MTO催化劑跑損

葉飛（神華榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

淺談MTO催化劑跑損

葉飛（神華榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

針對神華榆林MTO裝置催化劑跑損嚴重問題進行了分析，找出了原因。實際運行結果表明：采取各種措施后反應再生催化劑藏量保持穩定，三級旋風分離器出入口濃度達到標準，保證了生產平穩，減少了環境污染。

MTO；催化劑跑損

神華榆林能源化工有限公司180萬噸/年MTO裝置，采用大連化物所設計的一代DMTO甲醇制烯烴工藝技術，于2015年12月15日一次性開車成功。裝置以精甲醇為原料，主產乙烯、丙烯等低碳烴類，并副產大量中壓蒸汽與凈化水。為有效控制裝置催化劑的單耗，反應器內設18組一、二級旋風分離器，其中一二級旋分料腿增置翼閥，再生器內設了4組一、二級旋風分離器，其中一級料腿增置防倒錐，二級料腿增置翼閥，兩器出口又分別設置了一組三、四級高效旋風分離器，從而達到了降低裝置生產成本及操作費用和減小粉塵污染環境的雙重目的。

MTO裝置力求操作平穩，確保在稀相床層和密相床層之間能夠建立起較為良好的動態平衡，使一二三四各級旋風分離器效果能夠達到最佳狀態，以此來降低催化劑的跑損消耗。催化劑的大量跑損會導致兩器催化劑藏量減少和失常流化并且直接造成經濟財產損失、增加成本費用，影響MTO裝置的正常生產，甚至影響企業運營的正常利益。隨煙氣和產品氣跑損的催化劑會進入煙氣和產品氣管道及后路水系統，進一步加速設備和管線的磨損，影響MTO裝置生產安全，更甚是導致催化劑單耗過高，加工及檢修成本費用上升。因此，對催化劑的跑損過程原因分析并且能夠采取有效方法措施減少催化劑跑損尤為重要。因此，經過不斷摸索并深入生產實踐，群力群策，科學管理，優化操作，降低催化劑單耗，是反再系統的技能之體現。本文通過對催化劑跑損過程原因進行分析，結合催化劑本身特點、進料變量、操作條件及設備等方面的影響，提出減少催化劑跑損的措施。

1 催化劑的影響

1.1 粒徑分布

MTO裝置催化劑粒徑分布涉及顆粒的磨損以及旋風分離器的分離效率。催化劑出現跑損，對新鮮細粉含量及粒徑分布做了分析。一般來說，對于新鮮的催化劑，粒徑在0～20μm的細粉含量不大于3%。一旦催化劑出現嚴重跑損，那么在保證正常流化生產的情況下，就可以選用細粉含量更少的新鮮催化劑，選用較大粒徑顆粒催化劑，從根源上減少進入系統中的小粒徑催化劑含量。原則上催化劑的粒徑越小，就越容易流化，但是由于總的表面積的增大，被氣體夾帶催化劑而引起的損耗也就越大。一般控制新鮮催化劑中粒徑在40μm以下的顆粒含量越多，那么催化劑跑損就會減小。

1.2 密度

一般來說，催化劑的密度越小，催化劑跑損就會越大。新鮮劑的密度大約為800kg/m3，而所選用平衡劑的密度大約為1100kg/m3，所以一般在開工時會加入大量的平衡劑，這樣也會有利于催化劑跑損的減少。

1.3 機械強度

一般來說，怎么來判斷催化劑顆粒的機械強度呢，就需要看催化劑顆粒的抗磨損性能，也就是催化劑的磨損指數。所以，如果發生催化劑較為嚴重的跑損現象，那么就必須分析檢測催化劑的磨損指數是否在指標范圍內。一般地，新鮮劑的磨損指數不大于3.5。

1.4 磨損

大量催化劑在設備管道中高速無規則運轉，那么就無可避免的發生摩擦，而在摩擦碰撞過程則有可能發生磨損。在實際生產過程中，催化劑顆粒的磨損主要包括兩個方面，一是顆粒與設備之間的磨損，二是顆粒與顆粒之間磨損。顆粒與設備管線的磨損，主要由顆粒的撞擊角度、撞擊速率以及自身旋轉決定。撞擊時的速率越大，撞擊產生的碰撞就越大，就有可能導致大顆粒的斷裂。催化劑顆粒不斷地摩擦碰撞而受力不均勻，自身旋轉也會加劇，導致顆粒一層層被慢慢剝掉。而顆粒與顆粒之間存在大量無間斷的無規則碰撞，磨損過程更為復雜，顆粒在發生碰撞斷裂的同時還會發生顆粒之間的相互磨損。一般顆粒并非標準的球形，所以顆粒受力就會不均勻，則會產生旋轉與顆粒之間相互旋轉，導致磨損加劇。顆粒相互碰撞時，顆粒間壓力增加，導致顆粒磨損加劇。

通過分析催化劑的磨損，不難發現，催化劑顆粒的機械強度越高，磨損指數越小，磨損量就越少；催化劑顆粒粒徑過大和過小都會造成磨損加劇；催化劑顆粒球形度越高越標準，磨損量就越小；催化劑顆粒表面越光滑，磨損量就越小；單位體積內催化劑顆粒含量越多即濃度越大，密度越高，產生碰撞的幾率就越大，則磨損量也越大。

2 設備原因

2.1 旋風分離器分離效率問題

主要問題是MTO裝置在開停工的過程中，在加劑和卸劑時操作幅度稍微有點大，就會導致旋風分離器入口線速波動較大，兩器內各點密度及藏量都遠遠偏離了設計范圍，所以旋風分離器分離效率低，造成催化劑的瞬間大量跑損。而在平時操作時因為旋分線速的變化，進料量的變化，進料組分變化，以及反應壓力的影響都會造成跑劑。

2.2 旋風分離器料腿部分不通暢

一種原因可能是，在原始開工時對兩器襯里施工時達不到絕對均勻，就會導致在長期的運行過程中，兩器的部分襯里出現裂紋、局部脫落甚至落入旋風分離器而堵住料腿的現象，另一種原因可能是長期運行生成的焦塊掉入沉降器旋風分離器的料腿中而發生堵塞，甚至會頂開翼閥的閥板，這樣一來就會破壞料封，嚴重影響催化劑在料腿中的正常流動狀態，導致催化劑的大量跑損，甚至會引起裝置的緊急停車。

2.3 后路水系統及壓縮系統的影響

裝置經過兩年的運轉，不論是開停工，檢修，提降負荷，調整操作等等，都會導致跑劑，長此以往就造成后路水系統設備管道堵塞相當嚴重，塔的傳質傳熱效率下降，空冷換熱器等冷換設備換熱效率下降，返塔水量及塔溫塔壓變化較為明顯，此時對反應壓力的變化影響較為敏感，引起反應壓力瞬間劇烈大幅變化則會導致瞬間大量跑劑。后路壓縮系統負荷調整也會導致反應壓力的變化，比如透平蒸汽劇烈波動或轉速及返回線大幅調整都會導致反應壓力劇烈變化，從而影響跑劑。

2.4 雙動滑閥及臨界流速噴嘴的影響

雙動滑閥的靈活好用將會直接影響再生壓力變化，是控制再生壓力的最直接手段；臨界流速噴嘴的正常與否，也將直接影響三級旋分分離效率，直接影響跑劑的多少。

3 操作影響

3.1 工藝方面

裝置進料負荷，稀釋蒸汽用量，急冷及霧化甲醇用量，污水汽提塔濃縮水回煉及不凝氣回煉量，進料配水的比例，反應內取熱保護蒸汽用量及壓縮機負荷變化等等都會對跑劑多少造成影響，將會直接導致反應旋分限速的變化，理論上旋分線速控制在6～13 m/s時跑劑最穩嚴重，所以會根據裝置負荷來控制旋分限速，從而控制跑劑量。一般地，甲醇進料與水的配比固定時，即進料低低壓蒸汽用量可控時，為了配合控制反應旋分限速，則會配以調整稀釋蒸汽的用量，比方說降負荷則要提稀釋蒸汽，反之亦然。而再生壓力的控制則要簡單的多，主要是主風量的影響，導致旋分限速的變化，還有則是外取熱器用氮氣或工廠風的用量變化。

3.2 設備方面

待生滑閥，再生滑閥及雙動滑閥及開度變化，反再兩器汽提，吹掃，輸送，松動用風量，外取熱器返混效果，后路水系統調整操作導致水洗塔水量溫度及壓差的變化，下游壓縮機負荷調整都會造成反再壓力變化，也將直接導致跑劑多少。

3.3 兩器藏量

兩器藏量的多少將會直接導致跑劑多少，一定的進料負荷就必須要配合合適的反應藏量，就會對應合適的再生藏量，那么也必須匹配合適的主風量，這樣才能夠減少跑劑，而根據藏量值則需要適當補加催化劑，保持兩器藏量恒定。

4 結語

保持良好的催化劑流化狀態，確定合適的汽提，吹掃，輸送及松動風量以及合適的滑閥開度和兩器壓力壓差；保證良好的設備運行狀態，確定滑閥、旋風分離器、臨界流速噴嘴正常好用，水系統塔設備管道換熱器堵塞不嚴重，水量溫度壓差無大波動，壓縮機運轉正常；控制滿足設計工況的工藝條件，一定的甲醇進料量配比一定的水，利用一定的低低壓蒸汽用量，配合一定的稀釋蒸汽用量以及污水汽提塔濃縮水和不凝氣回煉量，調整急冷及霧化甲醇用量以及反應內取熱保護蒸汽用量；控制嚴格的裝置平穩操作，各個參數控制平穩，以反應壓力，再生壓力，兩器壓差以及兩器旋分限速的平穩；通過開工兩年來的不斷積累與分析，不斷優化，對工藝運行數據進行負荷標定，并根據實際情況選擇合適的催化劑及兩器藏量及每日加劑量，最終達到降低和避免催化跑損的目的。

葉飛（1990-），男，本科，從事MTO相關工作。