600 kt/a甲醇制烯烃工业装置催化剂磨损分析
宁英辉
(神华榆林能源化工有限公司,陕西 榆林 719302)
[摘 要] 针对600 kt/a甲醇制烯烃工业装置(配套甲醇装置产能1 800 kt/a)催化剂日损量较大的问题,从磨损机制、磨损因素及应力方面对催化剂的损耗进行分析和探究,着重阐述甲醇进料分布管气流速度及旋风分离器区域对催化剂磨损的影响。分析结果表明:高温下催化剂颗粒的磨损机制主要以颗粒表面磨损为主;催化剂的磨损指数和甲醇进料分布管喷嘴喉部气流速度对催化剂的日损量影响明显,较低的催化剂磨损指数和甲醇进料分布管喷嘴喉部气速利于催化剂日损量的降低;高速气流冲击下,待生催化剂的磨损指数高于再生催化剂;催化剂磨损产生的细粉和超细粉进入急冷水系统,催化剂日损量增加时,急冷水中的固含量也会增加。
[关键词] 甲醇制烯烃;催化剂磨损;表层磨损机制;体相断裂机制;应力;粒度分析;SMC-001催化剂;UOP-280催化剂
[中图分类号] TQ426.94 [文献标志码] B [文章编号] 1004-9932(2018)02-0060-04
甲醇制烯烃反应过程具有强放热和催化剂快速失活的特征,而流化床反应器具有较好的传热性能,易于反应和再生,比较适宜于作为甲醇制烯烃的反应器。在甲醇制烯烃反应器中,由于催化剂处于不断流化的过程和催化剂颗粒之间频繁碰撞,颗粒尺寸分布和催化剂表面积不断变化,且催化剂磨损产生的细粉影响流化和反应性能,日益增加的细粉还会降低旋风分离器的分离效率,导致催化剂损耗增加,进而导致运行成本增加和较多粉尘排放[1]。催化剂颗粒磨损是流化床反应器面临的一大难题,磨损使得催化剂颗粒粒度减小,跑剂量(日损量)明显增加,甚至此类装置曾出现过由于大量跑剂导致停车的事故。
神华榆林能源化工有限公司600 kt/a甲醇制烯烃工业装置(配套甲醇装置产能1 800 kt/a),由于催化剂磨损严重,导致催化剂大量跑损,最高时日损量达4 t/h,其后虽然降低了甲醇(进料)负荷,但催化剂日损量并未明显减少,2017年3月装置被迫停车检修。因此,研究催化剂磨损机制及其影响因素,减少催化剂磨损,从而减少催化剂日损量,显得尤为重要。
1 催化剂磨损机制
过去几十年,为了理解磨损机制,优化流化床反应器设计和操作条件,人们对催化剂的磨损机制进行了深入研究。一般认为,催化剂颗粒的磨损分为表层磨损和体相断裂两大类。表层磨损是不同粒径的催化剂颗粒经过表面磨损后颗粒主体粒径逐级减小,同时生成最小一级的细粉;体相断裂是较大的催化剂颗粒一次断裂形成几个较小的催化剂颗粒,其主要取决于催化剂的组成、颗粒结构、颗粒大小、反应器设计和操作条件(包括气速、温度、压力等)。如果是表层磨损机制起主要作用,那么产生的细粉来自于催化剂表面,其母粒几乎无变化;体相断裂机制起主要作用时,催化剂母粒将被分成更小的颗粒,催化剂的粒径分布会改变,断裂形成的细小颗粒可以通过旋风分离器回收。在许多需要流化反应的过程中,一般催化剂表层磨损机制和体相断裂机制两者同时存在[1-3]。Hao等[1]研究了高气流速度下MTO催化剂的磨损机制,发现室温下平均粒径在1~3 μm的超细粉是催化剂外表面磨损产生的,而10~40 μm细小颗粒主要是较大颗粒体相断裂形成的;超细粉粘附在催化剂的外表面,但颗粒粒径和形状差别很大,大部分是非球面,且比新鲜催化剂的粒径小,这就意味着高气速、500 ℃条件下催化剂表层磨损机制占主导。
更多内容详见《中氮肥》2018年第2期