MTP 工藝中二甲醚催化劑的國產化應用

伍利軍，李 貞

（1.國家能源集團寧夏煤業烯烴一分公司，寧夏銀川 750411；2.國家能源集團寧夏煤業煤制油化工質檢計量中心，寧夏銀川 750411）

隨著化學工業的快速發展，人類對石油需求量的不斷增長和石油剩余儲量的逐步下降，原油價格的高位運行和全社會對環保問題的關注[1]，世界上許多石油公司都致力開發非石油資源生產低碳烯烴的技術路線，其中以煤基合成的甲醇為原料生產低碳烯烴的工藝技術（煤制聚烯烴）日益受到關注[2-6]。

甲醇制烯烴技術是煤基烯烴產業鏈中的核心技術，根據目的產品的不同，甲醇制烯烴工藝分為甲醇制乙烯（MTO）工藝和甲醇制丙烯（MTP）工藝[7-11]。在甲醇制烯烴工藝中，二甲醚（DME）是重要的中間產物[12]。MTP 裝置反應工段采用兩步法生產模式，精甲醇原料被汽化、過熱后進入DME 反應器，在氧化鋁催化劑的作用下生成DME 后送至MTP 反應器。由于DME 是重要的中間產物，DME 催化劑對甲醇的轉化率、對DME的選擇性非常重要，DME 的純度直接影響MTP 反應器內低碳烯烴的轉化率。DME 的工業生產方法包括甲醇氣相脫水法和合成氣一步法，目前國內外DME 的主要生產方法仍然是甲醇氣相脫水法[13-14]。甲醇氣相脫水法生產DME 的關鍵是催化劑的性能，其中活性氧化鋁性能穩定、壽命長、成本低，工業應用較廣泛[15]。

MTP 工藝專利商指定使用的DME 催化劑（進口）價格昂貴，供貨周期長，性能保證使用壽命僅為2 年（16 000 h），且隨運行時間增加，DME 催化劑對甲醇的轉化率、對DME 的選擇性降低，制約裝置進一步節能降耗和實現三年一大修。

為了促進企業進一步高效發展，尋求甲醇轉化率高、DME 選擇性高、使用壽命更長的DME 催化劑，企業通過與多家科研院所進行技術交流、測試評價、改性研究等方式，最終研究制造出了壓片形DME 催化劑CNM-3，且CNM-3 的價格僅為進口DME 催化劑的40%。本文主要從進口、國產DME 催化劑工業化使用情況進行對比，闡述DME 催化劑國產化應用情況。

1 國產與進口DME 催化劑物性對比

結合MTP 裝置實際工藝特點，甲醇制烯烴項目選擇西南化工研究設計院的國產DME 催化劑CNM-3，考慮裝置現有設備DME 反應器的實際特性，企業與西南化工研究設計院通過多次測試評價、改性研究，制造出了國產壓片形DME 催化劑CNM-3，國產、進口DME 催化劑的物性對比見表1。

表1 國產與進口DME 催化劑物性對比

從表1 可以看出，國產DME 催化劑與進口DME催化劑的外型相近，國產DME 催化劑的比表面積、平均強度高于進口DME 催化劑，國產DME 催化劑的孔體積、平均孔徑小于進口DME 催化劑。

MTP 工藝（圖1）是德國魯奇公司的專有技術，該工藝是將精甲醇轉化為丙烯。甲醇被加熱、汽化后進入DME 反應器，在DME 催化劑的作用下生成DME，DME 在MTP 催化劑的作用下轉化生成丙烯，轉化過程中還生成少量的乙烯和高碳烯烴等，MTP 反應器出口產物經過急冷、壓縮后，送至精餾系統，分離出聚合級的產品丙烯，同時副產一定量的汽油、LPG 以及少量的乙烯。

2 國產與進口DME 催化劑運行條件對比

國產DME 催化劑CNM-3 工業化運行期間，及時觀察運行情況，并和進口DME 催化劑進行對比。國產、進口DME 催化劑工業化運行時，壽命周期內初期、中期、末期的相關運行情況對比見圖2～圖4。

圖2 國產、進口DME 催化劑運行時，DME 反應器床層入口溫度對比

為滿足生產需求，國產、進口DME 催化劑隨運行時間增加，需要提高入口溫度，確保DME 反應器內甲醇的轉化率和DME 催化劑對DME 的選擇性。從圖2可以看出，國產、進口DME 催化劑運行初期、中期、末期的入口溫度相近。

從圖3 可以看出，國產、進口DME 催化劑運行初期、中期、末期的床層出入口溫差相近，隨運行時間增加，催化劑床層出入口溫差減小。

圖3 國產、進口DME 催化劑運行時，DME 反應器床層出入口溫差對比

從圖4 可以看出，國產、進口DME 催化劑運行初期、中期、末期的床層出入口壓差相近，隨運行時間增加，床層出入口壓差增大。

圖4 國產、進口DME 催化劑運行時，DME 反應器床層出入口壓差對比

從國產DME 催化劑CNM-3 工業化運行情況來看，國產、進口DME 催化劑運行工況相近，國產DME催化劑的運行時間大于25 000 h，進口DME 催化劑的運行時間在16 000 h。

3 國產與進口DME 催化劑轉化率、選擇性對比

催化劑的轉化率和對產品的選擇性會影響裝置能耗、產品質量等，從而影響裝置的經濟效益。國產、進口DME 催化劑工業化運行時，壽命周期內初期、中期、末期的轉化率和選擇性對比見圖5、圖6。

圖5 國產、進口DME 催化劑甲醇轉化率對比

圖6 國產、進口DME 催化劑對DME 的選擇性對比

從圖5 可以看出，DME 催化劑運行壽命周期內，國產DME 催化劑的甲醇轉化率略高于進口DME 催化劑，國產、進口DME 催化劑的甲醇轉化率均大于98%，隨運行時間增加，催化劑對甲醇的轉化率變化不大。

從圖6 可以看出，DME 催化劑運行壽命周期內，國產DME 催化劑對主產品DME 的選擇性略高于進口DME 催化劑，國產、進口DME 催化劑對DME 的選擇性均大于99%，隨運行時間增加，催化劑對DME 的選擇性變化不大。

從國產DME 催化劑CNM-3 工業化運行情況來看，國產、進口DME 催化劑對甲醇的轉化率、DME 的選擇性相近。

4 結論

國產壓片形二甲醚（DME）催化劑CNM-3 經過工業化運行后，通過與進口DME 催化劑運行情況對比，從催化劑對甲醇的轉化率和對DME 的選擇性來看，催化劑壽命周期內運行期間，國產、進口DME 催化劑的甲醇轉化率均大于98%，對DME 的選擇性均大于99%，且國產DME 催化劑CNM-3 的性能優于進口DME催化劑；國產DME 催化劑CNM-3 實際運行時間超過25 000 h，進口DME 催化劑運行時間約16 000 h；國產DME 催化劑CNM-3 的價格僅為進口DME 催化劑的40%，使用國產DME 催化劑CNM-3 對裝置運行更經濟。

通過工業化運行，驗證了國產DME 催化劑CNM-3能夠滿足甲醇制丙烯（MTP）裝置DME 工段的生產需求；驗證了企業通過與西南化工研究設計院等科研院所進行技術交流、測試評價、改性研究等方式，尋求到了甲醇轉化率高、DME 選擇性高、使用壽命更長、價格更低的國產DME 催化劑；解決了因DME 催化劑運行時間短而影響裝置三年一大修的問題，MTP 裝置成功實現了DME 催化劑國產化。