MTBE装置催化剂失活原因及解决方案

2022-09-12

MTBE是进行无铅、高辛烷值、含氧汽油生产的重要调和成分, 其在全球的汽油添加剂中得到了广泛的应用。同时, MTBE还是一种重要的化工原料, 例如在制备高纯异丁烯中就有应用。通常, 在制作MTBE的过程中, 通常是将甲醇、异丁烯等作为原料, 使用酸性催化剂最终得到。其中, 工业中使用最多的催化剂是树脂催化剂。而在实际的生产过程中, 因为催化剂失活或者破碎而导致生产装置减产。因此, 有必要分析导致MTBE催化剂失活的原因, 并针对具体的实际需要提出解决措施。

一、MTBE装置催化剂失活案例分析

1. 案例概况

某装置需要的碳四原料是通过气体分馏装置提供的, 其中所需要的甲醇原料由甲醇装置直接提供, 在反应之后没有反应完全的碳四在满足烷基化装置进料要求的基础上, 将之作为烷基化装置的生产原料, 其生产能力达到20 kt/a。后续为了扩大产能, 对设备进行了检修和扩量改造, 总的生产能力提高到了30 kt/a。在实际的生产过程中, 因为MTBE装置的催化剂活性与设备的生产效能直接相关, 所以其决定了整个反应过程的转化效率以及MTBE的总产量。从扩量改造之后, 为了延长MTBE装置的催化剂寿命, 一直在找寻积极的措施来解决该问题。表1为该反应装置催化剂的装填量。

2. 催化剂应用现状

从理论上分析, 当中断进料之后, 尤其是在甲醇中断之后, 系统合成MTBE的整个反应将停止工作。但是, 因为异丁烯在整个反应装置中的转化率一般维持在80%左右, 其余部分异丁烯与原料碳四、甲醇中的水反应生成叔丁醇, 还有部分则通过自聚反应得到低聚物。由于这些产物生成之后都附着在催化剂的表层, 这些非动态状态下的垢状物会减少催化剂的反应面积, 导致催化剂失活。

二、造成催化剂失活的相关原因

1. 催化剂含水量因素

催化剂在使用之前由于含水量较大, 因此在使用之前必须将其中的水分充分处理干净, 否则将会导致在投入使用之后产生过多的副产物, 例如TBA, 造成MTBE的整体纯度下降。

2. 反应温度因素

因为MTBE催化剂必须在对应的温度下才具有对应的催化作用和催化效率, 加之合成MTBE的过程属于一个放热反应, 因此必须对温度进行控制, 通常要求温度越低越好。随着生产的持续进行, 整个催化剂的工作环境温度持续提高, 一般将催化剂在初投使用的温度控制在40-70℃之间。当反应温度过低时, 同样会导致催化剂效率下降, 影响异丁烯的转化效率;当反应温度过高时, 则所产生的副产物过多, 直接导致催化剂的使用寿命下降。

3. 醇烯比因素

在生产过程中, 必须对醇烯比进行控制, 一般是通过对甲醇用量的控制来达到目标。当所使用的甲醇量过大时, 会导致整个反应的温度下降, 且醚化之后的甲醇量过大, 生成的二甲醚还会对MTBE的整体纯度造成影响。若甲醇不足, 则会导致反应温度过高, 醚化之后的异丁烯含量过高, 所产生的副产物量和种类都增加, 从而影响MTBE的整体纯度。在实际的生产应用过程中, 因为甲醇量的不足而导致催化剂温度失控的问题经常出现。

三、MTBE装置催化剂失活解决方案

1. 增设MTBE装置碳四原料水洗系统

在改造过程中, 在碳四原料的进料装置处增加了一个用于除胺的旋流设备, 将原料当中的杂质胺去除, 从而达到避免催化剂中毒问题的出现, 有效延长催化的使用寿命。其中, 将甲醇回收塔的萃取水作为旋流器中除胺的用水, 不但能够满足原料的水洗要求, 而且还能够保证萃取水得到周期性的循环更新。从实际的应用情况来看, 水洗罐中胺的浓度从改造前的0.143mg/L增加到了19.12 mg/L, 表明该装置具有极强的除胺效果。同时, 从实际的生产应用情况来看, 该方法还使得过滤器的更换周期得到延长, 流程更加简单, 具有投资少、效益高的特点。

2. 增设一台一级反应器

与传统的膨胀床反应设备以及低醇烯比的制备工艺路线相比, 通过增设一台一级反应器的方式, 将之与两台一级反应器相互串联, 来提高系统的整体性。通常, 是采用单个应用, 相互备用的方式。当系统的处理量大时, 通过并联相连的方式来提高MTBE的整体产量;而当系统的转化率较低时, 则可以采用串联使用的方式, 达到提高催化剂的使用率目的。在对催化剂进行更换时, 可以采用切换使用的方式让装置继续生产应用, 减少设备由于停工而导致的损失。

3. 增加预反应器装置

在实际的生产运行过程中, 因为原料中存在的阳离子等杂质整体含量较高, 因此车间通过技术改造, 在充分调查研究的基础上, 在物料进入反应器之前通过并联连接的方式增加了两台离子过滤器, 且在每一台的离子过滤器中装填了0.625t的催化剂。通过这种方式, 即使在生产过程中原料中的阳离子杂质超标之后, 只会对过滤器中的树脂产生影响, 而不会影响到反应器中的催化剂活性。

摘要：结合具体的MTBE装置案例, 分析了导致装置催化剂失活的主要原因。在此基础上, 针对造成MTBE装置催化剂失活的原因, 提出了具体的操作策略, 形成了相对完善的解决方案, 对提高催化剂活性, 保证催化剂使用寿命提供一定参考。

关键词：催化剂失活,MTBE,水洗系统