醚化催化剂模块国产化节能降耗_王崇.pdf

2023 年 1 月第 31 卷 第 1 期工 业 催 化INDUSTIAL CATALYSISJan.2023Vol.31No.1石油化工与催化收稿日期:2022 08 25作者简介:王崇，男，硕士，从事工业催化、石油与天然气加工方面的研究。通讯联系人:王崇。E mail:wangchong1 醚化催化剂模块国产化节能降耗王崇1*，周洪涛1，吕晓东2(1 中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362000;2 丹东明珠特种树脂有限公司，辽宁 丹东 118009)摘要:对比了轻汽油醚化蒸馏塔国产催化剂模块与进口催化剂模块的工艺条件、原料与产品性质、转换率和能耗，并作出简要的能耗核算。结果表明，相较于进口催化剂模块，国产化醚化催化剂模块可提高醚化蒸馏塔单元转化率约 20%，降低低压蒸气用量 3.98 th1，每年可降低成本约794.9 万元。关键词:石油化学工程;醚化;催化剂模块;能耗;转化率doi:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.01.011中图分类号:TQ426.95;TE624.9文献标识码:A文章编号:1008-1143(2023)01-0064-05Energysaving and consumption reduction of domesticetherification catalyst moduleWang Chong1*，Zhou Hongtao1，L Xiaodong2(1.Sinochem Quanzhou Petrochemical Co.，Ltd.，Quanzhou 362000，Fujian，China;2.Dandong Mingzhu Special esin Co.，Ltd.，Dandong 118009，Liaoning，China)Abstract:The process conditions，raw material and product properties，conversion and energy consumptionof domestic catalyst module and imported catalyst module of light gasoline etherification distillation towerare compared，and a brief energy consumption accounting is made.The results show that compared withthe imported catalyst module，the domestic etherification catalyst module can increase the conversion ofetherification distillation tower unit by about 20%，reduce the consumption of low-pressure steam by3.98 th1，and reduce the cost by about 7.949 million CNY per year.Key words:petrochemical engineering;etherification;catalyst module;energy consumption;conversiondoi:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.01.011CLC number:TQ426.95;TE624.9Document code:AArticle ID:1008-1143(2023)01-0064-05中化泉州石化有限公司 1.6 Mta1催化轻汽油醚化单元采用了引进的催化蒸馏醚化(CDEthers)技术1 2，催化蒸馏技术是指整合催化反应与精馏过程，将反应器置入精馏中，在催化反应进行的同时，通过精馏分离产物与生成物，推动反应平衡右移，适用于反应产物蒸馏温度与反应温度相匹配的反应，具有转化率高、选择性高、产品纯度高、能耗低、系统易控制和易维护等优点3 4。可应用于醚化、异构化、选择性加氢、重汽油脱硫和烷基化等领域。轻汽油醚化工艺一般包括:轻汽油水洗、轻汽油醚化及甲醇回收等部分，如图 1 所示。FCC 轻汽油经水洗塔除去轻汽油中的碱性氮化物和金属离子等醚化催化剂的中毒物;水洗后的 FCC 轻汽油与甲醇(新鲜甲醇+循环甲醇)混合，并行进入预反应器，发生醚化反应，生成甲基叔丁基醚和甲基叔戊基醚2023 年第 1 期王崇等:醚化催化剂模块国产化节能降耗65(TAME)，未醚化的异戊烯进入醚化蒸馏塔和后反应器，进一步醚化;未反应的 C5组分与甲醇依次进入甲醇萃取塔和甲醇回收塔，分离后的 C5抽余油与醚化汽油混合后出装置;回收后的甲醇循环使用。图 1轻汽油醚化工艺流程Figure 1Process flow diagram of light gasoline etherification进口的醚化催化剂模块设计使用寿命为 4 年，然而实际仅运行一年半后，活性便明显下降。为保证轻汽油醚化单元维持高醚化转化率运行，2017 年和2021 年在大检修期间将进口的醚化催化剂模块更换为国产的 CDM 系列开窗导流式催化精馏模块。国产的 CDM 系列开窗导流式催化精馏模块中的催化剂采用改性耐温催化剂，能在一个使用周期内保持较高的活性，而且具有良好的径向扩散能力，可有效提高催化反应中的气液传质能力，具有塔器压降低、气液通量大、传质效率高、催化效果好、气液分布均匀、使用寿命长、能耗低和操作弹性大等优点。1醚化蒸馏塔的工艺条件装置 2014 年开工，2021 年在大检修期间将进口的醚化催化剂模块更换为国产催化剂模块，分别在 100%生产负荷(醚化单元负荷 83%)下对装置进行标定。装置标定期间醚化蒸馏塔使用进口与国产催化剂模块时的负荷、压力和催化剂床层温度等工艺条件基本一致，工艺条件如表 1 所示。表 1醚化蒸馏塔工艺条件Table 1Process conditions of etherification distillation tower工艺条件设计值进口模块国产模块顶压/MPa0.300.3000.300顶温/7167.5967.54回流量/th164.79468.165.0二次甲醇/kgh12 2782 3012 108第 49 层塔板甲醇质量分数/%2.12.2第 53 层塔板温度/117.74116.02底温/133131.69128.02再沸器低压蒸汽量/th126.77327.3323.35塔底醚化汽油/th172.23041.05649.6醚化蒸馏塔使用进口催化剂模块时，轻汽油的异戊烯含量略低于使用国产催化剂模块，为保证高66工 业 催 化2023 年第 1 期转化率，醇烯比高于国产催化剂模块。装置标定期间醚化原料性质与醚化蒸馏塔的进料、产品性质如表 2 所示。醚化蒸馏塔使用进口催化剂模块时轻汽油进料量86.5 th1、醇烯比1.8(使用进口催化剂时，为保证较高的醚化转化率，提高了醇烯比)、异戊烯含量(2 甲基 1 丁烯、2 甲基 2 丁烯)10.89%、一次甲醇 7.8 th1;使用国产催化剂模块时 轻 汽 油 进 料 量 86.5 t h1、异 戊 烯 含 量12.80%、醇烯比 1.6、一次甲醇 8.3 th1。装置标定期间醚化蒸馏塔物料平衡如表 3 所示。表 2醚化原料性质与醚化蒸馏塔的进料、产品性质Table 2Properties of etherification raw materials，feed and product of etherification distillation tower项目进口模块国产模块轻汽油(3 甲基 1 丁烯)/%0.150.19(2 甲基 1 丁烯)/%2.222.56(2 甲基 2 丁烯)/%8.119.99醚化塔进料(甲醇)/%5.265.02(3 甲基 1 丁烯)/%0.270.22(2 甲基 1 丁烯)/%0.010.26(2 甲基 2 丁烯)/%3.093.2醚化塔顶回流(甲醇)/%16.567.1(3 甲基 1 丁烯)/%0.490.42(2 甲基 1 丁烯)/%0.010.03(2 甲基 2 丁烯)/%2.550.3表 3醚化蒸馏塔物料平衡Table 3Material balance of etherification distillation tower进口模块/th1国产模块/th1入方预反产物94.394.8入方二次甲醇2.32.1入方合计96.696.9出方塔顶55.547.3出方塔底41.149.6出方合计96.696.92转化率2021 年在大检修期间将进口的醚化催化剂模块更换为国产催化剂模块，经装置标定发现，醚化塔转化率由 71.9%提高至 94.3%以上，总转化率由95.8%提高至 98.7%，如表 4 所示。表 4进口催化剂模块与国产催化剂模块转化率对比Table 4Conversion of imported catalyst module anddomestic catalyst module进口催化剂(2014 年)国产催化剂(2022 年)预反转化率/%74.970.6醚化塔转化率/%71.994.3后反转化率/%40.324.6总转化率/%95.898.73能耗醚化塔使用国产催化剂模块后，塔底再沸器的低压蒸气用量由27.33 th1降低至23.35 th1(2014年与 2022 年装置标定数据)，降低 3.98 th1，能耗降低原因一方面是国产催化剂模块活性高，且能在寿命周期内保持，所需要的醇烯比低(醇烯比由进口催化剂的 1.8 降至1.6)，过剩甲醇少;另一方2023 年第 1 期王崇等:醚化催化剂模块国产化节能降耗67面是醚化蒸馏塔转化率提高，塔中醚化反应放出热量增加，且醚化塔中异戊烯与甲醇含量降低，C5馏分产量减少，所需汽化潜热降低。醚化塔使用国产催化剂模块后，可降低低压蒸气用量 34.9 kta1，折合标油 2.649 72 kta1，可降本增效 794.9 万元a1(低压蒸汽能耗折算系数:76 kgOEt1;标油价格 3 000 元t1)。4能量衡算汽化潜热(0.3 MPa):2 甲基 1 丁烯 320.4 kJkg1，2 甲基 2 丁烯 332.5 kJkg1，甲醇 1 010 kJkg1，水1 718 kJkg1。摩尔生成焓取值(0.3 MPa):2 甲基 2 丁烯 35.30 kJmol1，2 甲基 2 丁烯 41.80 kJmol1，甲醇 200.94 kJmol1，TAME 为 305.40 kJmol1。反应热:(1)2 甲基 1 丁烯TAME305.40(35.30 200.94)=69.06 kJmol1(2)2 甲基 2 丁烯TAME305.40(41.80 200.94)=62.66 kJmol14.1使用进口催化剂模块时醚化塔部分能量计算根据醚化塔物料平衡、转化率、进料与产品性质计算可知，醚化塔进料中异戊烯含量 3.09%(2 甲基 1 丁烯含量 0.01%，2 甲基 2 丁烯含量3.09%)、甲醇含量5.26%和二次甲醇2301 kgh1。甲醇:(86.5+7.8)5.26%+2.3=7.26 th1异戊烯:(86.5+7.8)3.38%=4.38 th1(1)反应热:2 甲基 1 丁烯:进料含量 0.01%，反应热=0。2 甲基 2 丁烯:进料含量 3.09%，转化率 95.4%。反应量:(86.5+7.8)3.09%71%10670=29 554 mol反应热:(86.5+7.8)3.09%71%10670 62.66=1.85 106kJ总计:1.85 106kJ(2)汽化热:甲醇:余量:(7.26 106 32 29554)32 1000=6 314 kg汽化热:6314 1010=6.4 106kJ2 甲基 1 丁烯:汽化热=02 甲基 2 丁烯