工业装置甲醇制烯烃反应产品分布及优化

工业装置甲醇制烯烃反应产品分布及优化

宁英辉，张飞飞，孙维金，何国军，王景彬

（中国神华煤制油化工有限公司榆林化工分公司，陕西 榆林719302）

［摘  要］ 影响工业装置甲醇制烯烃反应产品分布的因素较多，从反应温度、反应压力、再生定碳和待生定碳方面来考虑优化产品分布，使工业生产效益最大化。研究表明：反应温度对产品分布的影响非常显著，再生定碳的影响比待生定碳要明显。经研究最终得到优化工艺条件：反应温度490～495 ℃，反应压力0.10 MPa，再生定碳1.4%～2.2%，待生定碳5.5%～6.5%。在此条件下，乙烯+丙烯选择性达81.5%，每生产1 t乙烯+丙烯需消耗甲醇2.965 t。

［关键词］ 甲醇制烯烃；产品分布；反应温度；反应压力；再生定碳；待生定碳；优化

    ［中图分类号］ TQ 221.21  ［文献标志码］ A  ［文章编号］ 1004-9932（2016）06-0047-03

甲醇制烯烃的反应条件，实验室研究已经比较多，研究表明：反应温度升高，甲烷和乙烯选择性增大，丙烯减少，C₄略微减少，C₅变化不明显，催化剂积炭明显增加；C₅和C₆的选择性在催化剂部分积炭的情况下比新鲜催化剂低，而随着积炭量的增加，将导致乙烯选择性增大，C₆、C₅、C₄、C₃减少；空速增加利于生成乙烯、丙烯和丁烯^［1-6］；反应温度对乙烯、丙烯产品比例的影响最重要，对乙烯的影响比对丙烯的影响明显得多，通过调节反应温度可获得不同的乙烯、丙烯比值^［3］。而工业装置甲醇制烯烃产品分布与实验室中所得结果差别较大，产品分布影响因素较多，优化产品分布，使生产效益最大化，意义重大。工业装置甲醇进料为设计负荷（操作弹性70%～110%），尽量最大负荷生产，在设计负荷范围内产品分布变化较小；本文选择反应温度、反应压力、待生定碳和再生定碳作为主要影响因素研究产品分布。

1  反应温度

反应压力0.10 MPa，甲醇进料负荷100%，催化剂循环量约80 t/h，反应温度对甲醇转化率、产品选择性的影响如图1、图2［由于工业生产中影响参数多，用足够数据点表明产物分布的大致趋势（尽管存在波动）］。由图1、图2可看出：465～497 ℃下，甲醇转化率近乎100%；随反应温度的升高，产品分布中甲烷和乙烯含量上升，丙烷、丙烯和混合C₄组分下降，乙烷和C₅⁺无明显变化，与文献［1］~文献［4］一致。

反应温度对氢转移指数和待生定碳的影响见图3。由图3可以看出：反应温度升高，待生定碳增加，氢转移指数（HTC，丙烷与丙烯的比值）降低，表明温度升高不利于丙烷和丙烯间的氢转移反应，这是因氢转移反应为放热反应，温度升高不利于反应进行，所以反应温度升高，HTC降低^［6］；温度较低生成丙烷较多，这与生成丙烷活化能（仅为13.45 kJ/mol^［3］）较低有关。

可见，温度升高可以减少副反应，获得更多的乙烯，但上升至513 ℃时，烯烃分离乙烯中乙炔含量高达20×10^-6，已大大超过了允许值10×10^-6；而495 ℃时，乙烯中乙炔含量为5×10^-6，满足指标要求。因此，甲醇制烯烃工业生产的反应温度指标为490～495 ℃。

图1反应温度对甲醇转化率的影响

图2反应温度对甲醇选择性的影响

图3反应温度对氢转移指数和待生定碳的影响

2  反应压力

492 ℃温度条件下，0.102 MPa和0.116 MPa反应压力下甲醇转化率和产品选择性的影响如表1。由表1可以看出，压力下降对反应有利，使得乙烯选择性增加0.48%，乙烯+丙烯选择性增加0.44%，甲醇转化率略有增加，C₄和C₅⁺略有下降。

表1  反应压力对甲醇转化率和产品选择性的影响               %

3  再生定碳

更多内容详见《中氮肥》2016年第6期