一種甲醇制丙烯催化劑的處理系統的製作方法

2023-05-24 17:58:56

本實用新型屬於煤化工領域，具體涉及一種甲醇制丙烯催化劑的處理系統。

背景技術：

催化劑作為MTP技術的核心，其性能的好壞直接關係到目標產品的收率情況，因此備受關注。為改善催化劑性能，在使用前需對其進行經水蒸氣處理，一方面可以疏通催化劑孔道；另一方面可以調節催化劑表面酸性，進而延長催化劑使用壽命、優化產物分布，使反應向更有利於生成丙烯的方向進行。

甲醇制丙烯(MTP)工藝是指以煤基或天然氣基合成的甲醇為原料，在催化劑的作用下，經MTP反應器生產得到丙烯的化工工藝技術。工藝生產過程中，MTP反應器出口產物熱換後進入激冷系統的激冷塔中用激冷水對其進行洗滌，一方面進一步降低產物溫度，使氣液初步分離；另一方面則需加入鹼液以調節物流的pH值，使其呈中性。從激冷塔塔底出來的大部分工藝水輸入甲醇回收塔回收其中的甲醇和二甲醚，剩餘的少部分工藝水則進入工藝蒸汽塔被蒸出，並可以直接返回MTP反應器的催化劑床層，在反應過程中做為稀釋劑和吸熱蒸汽降低催化劑床層溫度，也可以經加熱爐進一步加熱後，對投用前的催化劑進行水蒸氣處理。即，原有工藝中對催化劑進行水蒸氣處理時用的工藝蒸汽來源於激冷塔塔底的工藝水，即反應器出口產物經激冷塔洗滌後的工藝水，這部分工藝水會含有少量的甲醇和二甲醚，從而從工藝蒸汽塔被蒸出的工藝蒸汽中也不可避免的會夾雜甲醇和二甲醚，而甲醇和二甲醚作為反應物料，在水蒸氣處理條件下(480℃)會與催化劑進行反應，致使催化劑表面部分積碳，無法達到預期的水蒸氣處理效果；另外，水蒸氣處理時，水蒸氣是從反應器頂部進入，逐次穿透各催化劑床層，致使各催化劑床層的水蒸氣處理效果均不一樣，表現為從上到下逐次減弱。

隨著MTP工藝的進行，催化劑上積碳逐漸增多，最終會完全覆蓋催化劑上的活性位點，堵塞催化劑的孔道，使催化劑失活。此時需要對催化劑進行再生，具體是使用再生氣/氮氣混合燃燒燒去催化劑上的積碳。再生過程中，再生氣/氮氣混合氣從MTP反應器頂部進入，逐次穿透各催化劑床層進行再生，當加入的再生氣全部為空氣，所有的床層入口溫度為480℃，而出口不再有溫升時表明再生過程已完成。該再生方法存在著效率低、再生時間長(約150小時)，且各催化劑床層再生效果難以統一(再生結束後下部催化劑床層的催化劑含碳量要高於上部)等問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種甲醇制丙烯催化劑的處理系統，用於提高催化劑的再生效果。

本實用新型的技術方案如下：

一種甲醇制丙烯催化劑的處理系統，包括：

工藝蒸汽產生裝置，用於提供由脫鹽水產生的工藝蒸汽；

第一加熱爐，所述第一加熱爐的進料口處設置有第一進料管線和第三進料管線，所述第一進料管線用於將氮氣輸入所述第一加熱爐中進行加熱；所述第三進料管線用於將來自所述工藝蒸汽產生裝置的工藝蒸汽輸入所述第一加熱爐中進行加熱；

第二加熱爐，所述第二加熱爐的進料口設置有第二進料管線，用於將再生氣輸入所述第二加熱爐中進行加熱；

MTP反應器，所述MTP反應器內沿縱向設有多個催化劑床層；

頂部進料管線，用於將部分來自所述第一加熱爐的物料和部分來自所述第二加熱爐的物料從頂部輸送至所述MTP反應器的第一個催化劑床層上；

側線進料管線，用於將部分來自所述第一加熱爐的物料和部分來自所述第二加熱爐的物料輸送至所述MTP反應器的第二至最末的催化劑床層上；

所述MTP反應器中設置有第一氣體分布器，所述第一氣體分布器設置於所述MTP反應器的頂部進料口與第一個催化劑床層之間，用於將經頂部進料管線輸入的物料均勻分布至第一個催化劑床層。

優選地，所述MTP反應器中設置有多個第二氣體分布器，所述第二氣體分布器分別設置於各相鄰催化劑床層之間，用於將經側線進料管線輸入的物料分別均勻分布至第二至最末催化劑床層。

優選地，各個所述催化劑床層中，由上向下依次設置有上部溫度傳感器、中部溫度傳感器和下部溫度傳感器，用於分別測量各個所述催化劑床層的上部、中部及下部的溫度。

優選地，各個所述催化劑床層在所述上部溫度傳感器所在的平面上，以平面的中心為圓心沿半徑方向呈輻射狀設置有多個平面溫度傳感器，用於分別測量各個所述催化劑床層平面上不同位置的溫度。

優選地，所述上部溫度傳感器、中部溫度傳感器、下部溫度傳感器和平面溫度傳感器上均套設有套管。

優選地，所述MTP反應器的底部設置有底部出料管線，所述底部出料管線上設置有在線檢測儀，用於檢測出料氣體中氧氣的含量。

優選地，所述第三進料管線上沿物料流動方向依次設置有第一閥門和第一流量計，用於對水蒸氣的輸送和輸送量進行控制。

優選地，所述頂部進料管線和所述側線進料管線上沿物料流動方向分別依次設置有第二閥門和第二流量計，用於分別對從所述MTP反應器頂部和側線輸入的物料的輸送和輸送量進行控制。

優選地，所述第二進料管線上沿物料流動方向依次設置有第三閥門和第三流量計，用於對氮氣輸送和輸送量進行控制。

優選地，所述第三進料管線上沿物料流動方向分別依次設置有第四閥門和第四流量計，用於對再生氣的輸送和輸送量進行控制。

本實用新型的有益效果在於：

本實用新型的甲醇制丙烯催化劑的處理系統，將物料分別從MTP反應器的頂部和側線通入各催化劑床層，並通過相應的閥門和流量計控制頂部和側線的物料通入量，能夠儘可能地使MTP反應器的頂部進料和側線進料一致，且儘可能使各催化劑床層上各處位置的物料均勻，提高處理效果，使得催化劑能保持更好的狀態，有利於生產過程中提高丙烯的產率；在對催化劑進行再生處理和水蒸氣處理時，各床層處理效果一致；在對催化劑進行水蒸氣處理時，避免了使用激冷塔塔底的工藝水，進而避免了該工藝水中夾雜的甲醇和二甲醚對水蒸氣處理效果的影響。

附圖說明

圖1是本實用新型的甲醇制丙烯催化劑的處理系統在一種實施方式中的結構示意圖；

圖2是催化劑床層的縱向剖面放大圖；

圖3時催化劑床層的橫向剖面放大圖。

具體實施方式

以下通過具體實施方式對本實用新型的技術方案及其效果做進一步說明。以下實施方式僅用於說明本實用新型的內容，並不用於限制本實用新型的保護範圍。應用本實用新型的構思對本實用新型進行的簡單改變都在本實用新型要求保護的範圍內。

如圖1-3所示，本實用新型的甲醇制丙烯催化劑的處理系統，包括：

工藝蒸汽產生裝置1，用於提供由脫鹽水產生的工藝蒸汽；

第一加熱爐31，所述第一加熱爐31的進料口處設置有第一進料管線41和第三進料管線，所述第一進料管線用於將氮氣輸入所述第一加熱爐31中進行加熱；所述第三進料管線用於將來自所述工藝蒸汽產生裝置1的工藝蒸汽輸入所述第一加熱爐31中進行加熱；

第二加熱爐32，所述第二加熱爐32的進料口設置有第二進料管線42，用於將再生氣輸入所述第二加熱爐32中進行加熱；

MTP反應器8，所述MTP反應器內沿縱向設有多個催化劑床層9；

頂部進料管線7，用於將部分來自所述第一加熱爐31的物料和部分來自所述第二加熱爐32的物料從頂部輸送至所述MTP反應器8的第一個催化劑床層9上；

側線進料管線10，用於將部分來自所述第一加熱爐31的物料和部分來自所述第二加熱爐31的物料輸送至所述MTP反應器8的第二至最末的催化劑床層9上；

所述MTP反應器8中設置有第一氣體分布器，所述第一氣體分布器設置於所述MTP反應器8的頂部進料口與第一個催化劑床層9之間，用於將經頂部進料管線7輸入的物料均勻分布至第一個催化劑床層99。

本實用新型的甲醇制丙烯催化劑的處理系統，通過將物料分別經頂部及側線進料，儘可能地保證各床層的進料相同，保證各床層的處理效果；通過第一氣體分布器的設置，更是使得第一催化劑床層的進料均勻，各個位置的進料和反應一致，提高處理效果。

再生氣的通入總量為30000-100000Nm3/h，優選80000Nm3/h。

工藝蒸汽產生裝置1包括中低壓蒸汽管網、鍋爐或合成汽包等產生的工藝蒸汽，產生工藝蒸汽的水源為非激冷水。激冷水中由於夾雜有甲醇、二甲醚等，在進行水蒸氣處理(480℃)時會作為反應原料與催化劑反應，造成催化劑表面積碳。而中低壓蒸汽管網、鍋爐或合成汽包等產生工藝蒸汽的水源不是激冷水，避免了上述問題，使得水蒸氣處理後，一方面催化劑孔道疏通，另一方面催化劑表面調節至酸性，進而延長催化劑的使用壽命、提高催化劑的催化性能、優化產物分布，使反應向更有利於生成丙烯的方向進行，有利於提高丙烯產率。其中，「合成汽包」本領域的一個專門的蒸汽發生器，是自然循環鍋爐和輔助循環鍋爐的重要部件，在裝置中其主要作用是回收高品質的熱能,與合成反應器一起構成廢熱鍋爐，所以也被成為「合成汽包」，熱源為甲醇合成反應器催化劑的放熱，水源為脫鹽水。故來自合成汽包的工藝蒸汽中不含有甲醇。

在一種實施方式中，所述MTP反應器8中設置有多個第二氣體分布器，所述第二氣體分布器分別設置於各相鄰催化劑床層9之間，用於將經側線進料管線10輸入的物料分別均勻分布至第二至最末催化劑床層9。以使第二至最末的各催化劑床層的各處進料均勻，提高處理效果。

在一種實施方式中，各個所述催化劑床層9中，由上向下依次設置有上部溫度傳感器、中部溫度傳感器和下部溫度傳感器，用於分別測量各個所述催化劑床層9的上部、中部及下部的溫度。通過對各個催化劑床層9的上部、中部、下部溫度的測量，判斷相應催化劑床層9中對催化劑的再生處理是否完全。由於再生過程是放熱反應，而再生氣是從上向下運動的，在未完成再生處理時，催化劑床層9的上部、中部、下部的反應情況不同，溫度也不同。當催化劑床層9上部、中部、下部溫度均相同時，說明其上中下的再生情況一致，再生完全。

在一種實施方式中，各個所述催化劑床層9在所述上部溫度傳感器所在的平面上，以平面的中心為圓心沿半徑方向呈輻射狀設置有多個平面溫度傳感器，用於分別測量各個所述催化劑床層9平面上不同位置的溫度。通過對相應催化劑床層9的平面上不同位置處溫度的測量，判斷再生氣在其上分布的均勻性，判斷平面上各部分的再生情況。若各部分溫度一致，則說明再生氣分布均勻，平面上各部分的再生情況一致。

在一種實施方式中，所述上部溫度傳感器、中部溫度傳感器、下部溫度傳感器和平面溫度傳感器上均套設有套管。套管方便上述溫度傳感器的安裝和取出，並方便將其用引線引出，使其與溫度顯示裝置相連接，將所測量到的溫度顯示出來以方便觀察。

在一種實施方式中，所述MTP反應器8的底部設置有底部出料管線15，所述底部出料管線15上設置有在線檢測儀16，用於檢測出料氣體中氧氣的含量。通過用在線檢測儀16檢測MTP反應器8的底部出料中氧氣的含量，檢測MTP反應器8這個整體中催化劑的再生情況，當檢測到氧氣的含量恆定時，MTP反應器中對催化劑的再生完成，此時底部出料中氧氣的含量在10wt％左右。

在一種實施方式中，所述第三進料管線43上沿物料流動方向依次設置有第一閥門6和第一流量計5，用於對水蒸氣的輸送和輸送量進行控制。通過對水蒸氣的控制，更好地對催化劑進行水蒸氣處理，提高催化劑的催化性能。第一閥門6可以為本領域常用的閥門，比如手閥；第一流量計5可以為本領域常用的流量計。

在一種實施方式中，所述頂部進料管線7和所述側線進料管線10上沿物料流動方向分別依次設置有第二閥門和第二流量計，用於分別對從所述MTP反應器8頂部和側線輸入的物料的輸送和輸送量進行控制。

在一種實施方式中，所述第二進料管線41上沿物料流動方向依次設置有第三閥門和第三流量計，用於對氮氣輸送和輸送量進行控制。

在一種實施方式中，所述第三進料管線42上沿物料流動方向分別依次設置有第四閥門和第四流量計，用於對再生氣的輸送和輸送量進行控制。

第二閥門、第三閥門和第四閥門可以為本領域常用的閥門，比如手閥；第二流量計、第三流量計和第四流量計可以為本領域常用的流量計。

當進行水蒸氣處理時，來自所述第一加熱爐31的工藝蒸汽在進入MTP反應器8之前，其溫度為440-490℃，比如480℃。

工藝蒸汽的頂部進料量與各側線進料量總和的質量比為1:0.1-20，比如1:9。

如圖1-3所示的本實用新型的甲醇制丙烯催化劑的處理系統在進行水蒸氣處理時的運行過程為：

來自工藝蒸汽產生裝置1的工藝蒸汽輸入第一加熱爐31中進行加熱，然後按照質量比為1:0.1-20分別經頂部進料管線7和側線進料管線10輸入MTP反應器8中吹掃2-8h，頂部的工藝蒸汽經頂部進料管線7輸入MTP反應器8中第一個催化劑床層9，側線的工藝蒸汽經各側線進料管線10輸入MTP反應器8中第二至最末催化劑床層9，實現對催化劑的水蒸氣處理。

在不需要再生時，水蒸氣處理的效果比較：

本實用新型：使用本實用新型的上述處理系統進行水蒸氣處理時，以一個50萬噸/年的MTP反應器為例，催化劑裝填量為50噸；水蒸氣處理條件為：水蒸氣進料量為25噸/小時，處理溫度為480℃，處理時間為48小時。

現有技術：在其他條件形同的情況下，用工藝蒸汽塔中的工藝蒸汽替換本實用新型的工藝蒸汽產生裝置1中的工藝蒸汽，進行水蒸氣處理。

將上述兩種情況下處理後的催化劑用於甲醇制丙烯的生產過程，得到的MTP反應器的產物分布見表1。

表1用不同的水蒸氣進行水蒸氣處理後MTP反應器的產物分布

由表1可知，本實用新型的水蒸氣處理效果更好，處理後得到的催化劑的催化性能更好，將其用於甲醇制丙烯的生產過程，得到的MTP反應器的產物中，丙烯含量有較大提高。預計一年可以增產丙烯3000噸，按照0.8萬元/噸計算，每年新增產值為2400萬元左右。

本實用新型的甲醇制丙烯催化劑的處理系統在進行再生處理時的運行過程為：

首先，來自工藝蒸汽產生裝置1的工藝蒸汽輸入第一加熱爐31中進行加熱，然後分別經頂部進料管線7和側線進料管線10輸入MTP反應器8中，輸入的工藝蒸汽先經第一氣體分布器81和第二氣體分布器82進行氣體分布，然後再吹向各催化劑床層9，吹掃2-8h後，關閉第一閥門6；打開第二進料管線41的第三閥門和第三流量計，向第一加熱爐31輸入氮氣進行加熱，加熱後的氮氣分別經頂部進料管線7和側線進料管線10輸入MTP反應器8中，輸入的氮氣先經第一氣體分布器81和第二氣體分布器82進行氣體分布，然後再吹向各催化劑床層9，吹掃2-8h，然後保持上述的氮氣通入狀態下，打開第二進料管線42上的第四閥門和第四流量計，向第二加熱爐32輸入再生氣進行加熱，加熱後的再生氣分別經頂部進料管線7和側線進料管線10輸入MTP反應器8中與氮氣混合，並經第一氣體分布器81和第二氣體分布器82進行氣體分布，然後再吹向各催化劑床層9，對催化劑上的積碳進行燃燒，實現催化劑的再生。隨著再生過程的進行，再生氣替換部分氮氣，使得氮氣與再生氣(含有氧氣)的混合氣中，氧氣含量逐漸增加到5-20wt％，優選10wt％。當各催化劑床層9的入口溫度穩定，而出口不再有溫升時，再生過程完成。其中，再生氣的總量為30000-100000Nm3/h，優選80000Nm3/h.

再生處理的效果比較：

本實用新型：使用本實用新型的上述處理系統進行再生處理時，以一個50萬噸/年的MTP反應器為例，催化劑裝填量為50噸；工藝蒸汽、氮氣和再生氣均分別經頂部進料管線7和側線進料管線10同時輸入各催化劑床層9中；工藝蒸汽吹掃4h，氮氣吹掃4h，再生氣的總量為80000Nm3/h，從頂部輸入的量為8000Nm3/h，從側線輸入的總為72000Nm3/h；再生氣為空氣，混合氣中氧氣含量最終增加到10wt％，再生過程中床層溫度保持在480℃，再生時間為72小時。

對比例1:在其他條件相同的情況下，將各步驟中工藝蒸汽、氮氣及再生氣的通入均只經頂部進料管線7輸入MTP反應器中，對各個催化劑床層9逐次再生，再生氣的總量為80000Nm3/h，再生時間為72小時。

對比例2:在其他條件形同的情況下，將各步驟中工藝蒸汽、氮氣及再生氣的通入均只經頂部進料管線7輸入MTP反應器中，對各個催化劑床層9逐次再生，再生氣的總量為80000Nm3/h，再生時間為150小時。

將上述三種情況下處理後的各層催化劑進行取樣分析，催化劑的積碳含量如表2。

表2不同過程的再生處理後各層催化劑的積碳含量

由表2可知，本實用新型的再生處理效果更好，再生時間短，且再生後各催化劑床層的催化劑上積碳量較均一，且積碳量少。