本發明屬于甲醇轉化制烴類技術領域,涉及一種催化劑的添加方法,用于向移動床反應器添加新鮮催化劑。
背景技術:
目前,甲醇制丙烯(MTP)、甲醇制汽油(MTG)和甲醇制芳烴(MTA)等甲醇轉化制烴類技術為國內外研究的熱點。這些技術一方面可以進行煤資源的高效化工利用,另一方面可以解決因石油資源短缺而導致相關產品進口依存度高的問題。甲醇轉化制烴類反應中,移動床技術受到了極大的關注。但采用該技術,催化劑的生焦速率較快,較短時間內就可以在催化劑的表面生成較多的焦炭、使催化劑的活性顯著下降,需經過再生使催化劑的活性得以恢復。催化劑的再生頻次有限,失效的催化劑需從再生器上部分離料斗卸出,是引起催化劑損耗的一個重要因素。催化劑在反應、再生及輸送過程中會不可避免地發生破損、產生催化劑粉塵,催化劑粉塵經粉塵收集系統濾除,也是引起催化劑損耗的一個因素。為使催化反應能夠穩定地進行,就需要不斷地向移動床反應器添加新鮮催化劑以補充催化劑的損耗,來保持移動床反應器內催化劑的活性平衡和藏量一定。中國專利CN101830769B公開了一種采用移動床技術將甲醇轉化為丙烯的方法,提到了將來自再生區的再生催化劑同補加的新鮮催化劑一起通過加料設備送入甲醇反應區的甲醇移動床反應器,但對如何添加新鮮催化劑沒有進一步詳細說明。移動床反應器需要的新鮮催化劑添加速度是階段性變化的,與甲醇轉化制烴類裝置的運行周期、運行狀態、催化劑磨損程度等因素有關。如果新鮮催化劑的添加方法不當,催化反應就不能夠穩定地進行。
技術實現要素:
本發明的目的是為了解決現有技術所存在的上述問題,提供一種催化劑的添加方法。
為解決上述問題,本發明采用的技術方案是:一種催化劑的添加方法,用于移動床甲醇轉化制烴類過程,將新鮮催化劑從催化劑罐添加到移動床反應器,其特征在于該方法包括如下步驟:
A.卸料操作:打開充壓閥,經充壓管線向催化劑添加閉鎖料斗通入氮氣,將催化劑添加閉鎖料斗的壓力升至與再生器下部料斗的壓力基本相等,之后關閉充壓閥、打開出料閥,使催化劑添加閉鎖料斗內的新鮮催化劑經卸料管線向下落入再生器下部料斗,當催化劑添加閉鎖料斗內的新鮮催化劑料位下降到設定的低料位點時,關閉出料閥4,完成卸料操作;
B.第一次保持操作:卸料操作完成后,保持該步驟結束時的操作狀態;
C.裝料操作:打開泄壓閥,使催化劑添加閉鎖料斗內的氮氣經泄壓管線泄 放到催化劑罐,將催化劑添加閉鎖料斗的壓力降至與催化劑罐的壓力基本相等,然后打開進料閥,使催化劑罐內的新鮮催化劑經進料管線向下落入催化劑添加閉鎖料斗,當催化劑添加閉鎖料斗內的新鮮催化劑料位上升到設定的高料位點時,關閉進料閥和泄壓閥,完成裝料操作;
D.第二次保持操作:裝料操作完成后,保持該步驟結束時的操作狀態;
上述的步驟A~D連續循環進行,操作過程中,經氮氣管線向再生器下部料斗通入氮氣,甲醇轉化制烴類裝置的再生器內的再生催化劑經再生催化劑管線向下落入再生器下部料斗,催化劑添加閉鎖料斗內的新鮮催化劑落入再生器下部料斗后與再生催化劑一起經輸送管線向下落入再生器下部提升器,再經提升器管線進入移動床反應器。
步驟A~D循環一次稱為一個操作循環,所使用的時間稱為循環周期,由步驟A的卸料操作時間、步驟B的第一次保持操作時間、步驟C的裝料操作時間和步驟D的第二次保持操作時間組成,在一個操作循環中,將添加到移動床反應器的新鮮催化劑的添加量除以循環周期,得到新鮮催化劑添加速度,根據移動床反應器需要的新鮮催化劑添加速度調整一個操作循環的循環周期中的第一次保持操作時間和/或第二次保持操作時間,使該操作循環的新鮮催化劑添加速度處于移動床反應器需要的新鮮催化劑添加速度允許的誤差范圍內。
采用本發明,具有如下的有益效果:本發明提供了向甲醇轉化制烴類移動床反應器添加新鮮催化劑的詳盡操作過程,本領域技術人員能夠很容易地實施。根據移動床反應器需要的新鮮催化劑添加速度的變化,本發明可以及時地對新鮮催化劑添加速度進行調整,使新鮮催化劑添加速度處于移動床反應器需要的新鮮催化劑添加速度允許的誤差范圍內,按移動床反應器需要的新鮮催化劑添加速度連續地向移動床反應器在線補充新鮮催化劑,保持移動床反應器內催化劑的活性平衡和藏量一定,使催化反應能夠穩定地進行。采用本發明,在不影響甲醇轉化制烴類裝置正常運行的情況下,還可以通過調整新鮮催化劑添加速度、在線全部更換反應-再生系統內失效的催化劑。
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。附圖和具體實施方式并不限制本發明要求保護的范圍。
附圖說明
圖1是用于實現本發明催化劑添加方法的催化劑添加裝置的示意圖。
具體實施方式
參見圖1,本發明的催化劑添加裝置自上而下設有催化劑罐1、催化劑添加閉鎖料斗2、再生器下部料斗7、再生器下部提升器8,它們均與石油化工移動床催化重整裝置中所用的基本相同。圖1所示的裝置還設有氮氣源19、控制器9。催化劑罐1的底部和上部與催化劑添加閉鎖料斗2的頂部之間分別設有進料管線 10和泄壓管線14,進料管線10上設有進料閥3,泄壓管線14上設有泄壓閥5。催化劑添加閉鎖料斗2的頂部與氮氣源19之間設有充壓管線13,充壓管線13上設有充壓閥6。催化劑添加閉鎖料斗2的底部與再生器下部料斗7的頂部之間設有卸料管線11,卸料管線11上設有出料閥4。催化劑添加閉鎖料斗2上設有具有計量功能的料位計傳感器15。再生器下部料斗7的頂部與甲醇轉化制烴類裝置的再生器(圖1中未示出)之間設有再生催化劑管線18,中部與氮氣源19之間設有氮氣管線12,底部與再生器下部提升器8的頂部之間設有輸送管線16。再生器下部提升器8的頂部設有提升器管線17,與甲醇轉化制烴類裝置的移動床反應器相連;移動床反應器一般為多級,提升器管線17通常與第一級移動床反應器相連,圖略。控制器9與進料閥3、出料閥4、泄壓閥5、充壓閥6和料位計傳感器15之間分別設有測控線。料位計傳感器15可以測出催化劑添加閉鎖料斗2內新鮮催化劑的料位,并將料位信號經測控線傳送給控制器9。
進料管線10、卸料管線11的內直徑一般為40~80毫米,氮氣管線12、充壓管線13、泄壓管線14的內直徑一般為25~50毫米。
進料閥3、出料閥4通常使用可以控制催化劑顆粒流動的帶有電動或電磁執行機構的球閥,泄壓閥5、充壓閥6通常使用可以控制氣體流動的帶有電動或電磁執行機構的球閥。
采用圖1所示的裝置,可以在甲醇轉化制烴類的工藝過程中將新鮮催化劑從催化劑罐1添加到移動床反應器。正式操作之前先進入準備階段,包括如下內容:
1.催化劑添加閉鎖料斗2的標定
a.標定前,確認進料閥3、出料閥4、泄壓閥5以及充壓閥6均處于關閉狀態,催化劑添加閉鎖料斗2內無新鮮催化劑。向催化劑罐1裝入一定量的新鮮催化劑(保證滿足標定過程的需要),再依次打開泄壓閥5、進料閥3,使催化劑罐1內的新鮮催化劑經進料管線10向下落入催化劑添加閉鎖料斗2。當催化劑添加閉鎖料斗2內的新鮮催化劑料位達到設定的低料位點時開始計時;新鮮催化劑料位上升到設定的高料位點時計時結束,并關閉進料閥3。上述計時開始至結束的時間為一個裝料操作時間。
b.拆除卸料管線11位于出料閥4的出口至再生器下部料斗7頂部之間的管段,在出料閥4的出口連接上干凈的編織袋,之后打開出料閥4并開始計時。催化劑添加閉鎖料斗2內的新鮮催化劑經卸料管線11位于催化劑添加閉鎖料斗2的底部至出料閥4入口之間的管段、由出料閥4的出口向下落入編織袋。當催化劑添加閉鎖料斗2內的新鮮催化劑料位下降到設定的低料位點時計時結束,并關閉出料閥4。之后取下編織袋,倒出新鮮催化劑進行稱重。上述計時開始至結束的時間為一個卸料操作時間。
步驟a和步驟b中,進料閥3和出料閥4的開關操作、向催化劑添加閉鎖料斗2 加入新鮮催化劑和將催化劑添加閉鎖料斗2內的新鮮催化劑排入編織袋的操作、計時操作、在出料閥4的出口連接編織袋和取下編織袋的操作、對新鮮催化劑進行稱重的操作均進行多次。直至某連續三次操作、新鮮催化劑連續三次稱重的誤差均處于-5%~+5%的范圍(按每次稱重值與三次稱重平均值的差值除以三次稱重平均值來計算),得出催化劑添加閉鎖料斗2新鮮催化劑的裝料操作時間和卸料操作時間(按連續三次操作的裝料操作時間和卸料操作時間的平均值計算)。催化劑添加閉鎖料斗2一次的新鮮催化劑裝料量(等于正式操作時的一個操作循環中添加到移動床反應器的新鮮催化劑的添加量),按連續三次操作的新鮮催化劑稱重值的平均值計算。
催化劑添加閉鎖料斗2標定后,以后就不再標定。標定后,將卸料管線11位于出料閥4的出口至再生器下部料斗7頂部之間的管段重新安裝好。
2.向催化劑罐1裝入足夠的新鮮催化劑,保證滿足正式操作過程中多個(例如50~500個)操作循環的需要。催化劑罐1上安裝有氮封閥,通過管線與氮氣源19相連(圖略)。打開氮封閥向催化劑罐1通入氮氣,使催化劑罐1處于氮封狀態,氮封壓力為微正壓(不高于0.005MPa;本發明提到的壓力為表壓);目的是為了防止催化劑罐1內的新鮮催化劑受潮。
正式操作之前,預先向催化劑添加閉鎖料斗2裝入新鮮催化劑,新鮮催化劑的料位處于設定的高料位點。正式操作之前,進料閥3、出料閥4、泄壓閥5、充壓閥6均處于關閉狀態。
本發明催化劑添加方法的正式操作過程,包括如下步驟:
A.卸料操作:打開充壓閥6,經充壓管線13向催化劑添加閉鎖料斗2通入來自氮氣源19的氮氣,將催化劑添加閉鎖料斗2的壓力升至與再生器下部料斗7的壓力基本相等(催化劑添加閉鎖料斗2的壓力比再生器下部料斗7的壓力高0~0.009MPa)。之后關閉充壓閥6、打開出料閥4,使催化劑添加閉鎖料斗2內的新鮮催化劑經卸料管線11向下落入再生器下部料斗7。當催化劑添加閉鎖料斗2內的新鮮催化劑料位下降到設定的低料位點時,關閉出料閥4,完成卸料操作。此時,進料閥3、出料閥4、泄壓閥5、充壓閥6均處于關閉狀態。
B.第一次保持操作:卸料操作完成后,保持該步驟結束時的操作狀態。
C.裝料操作:打開泄壓閥5,使催化劑添加閉鎖料斗2內的氮氣經泄壓管線14泄放到催化劑罐1,將催化劑添加閉鎖料斗2的壓力降至與催化劑罐1的壓力基本相等(壓差基本上為0MPa)。然后打開進料閥3,使催化劑罐1內的新鮮催化劑經進料管線10向下落入催化劑添加閉鎖料斗2。當催化劑添加閉鎖料斗2內的新鮮催化劑料位上升到設定的高料位點時,關閉進料閥3和泄壓閥5,完成裝料操作。此時,進料閥3、出料閥4、泄壓閥5、充壓閥6均處于關閉狀態。
D.第二次保持操作:裝料操作完成后,保持該步驟結束時的操作狀態。
上述的步驟A~D連續循環進行。
操作過程中,經氮氣管線12向再生器下部料斗7通入來自氮氣源19的氮氣對再生器下部料斗7進行增壓,再生器內的再生催化劑經再生催化劑管線18向下落入再生器下部料斗7。催化劑添加閉鎖料斗2內的新鮮催化劑落入再生器下部料斗7后與再生催化劑一起經輸送管線16向下落入再生器下部提升器8,再在通入再生器下部提升器8的來自其它氮氣源的氮氣(圖略)的作用下、經提升器管線17進入移動床反應器(通常是進入第一級移動床反應器)。上述的過程是一直持續進行的,在步驟B的第一次保持操作和步驟D的第二次保持操作時也不中斷;這使得本發明可以連續地向移動床反應器補充新鮮催化劑。
步驟A~D循環一次稱為一個操作循環,所使用的時間稱為循環周期,由步驟A的卸料操作時間、步驟B的第一次保持操作時間、步驟C的裝料操作時間和步驟D的第二次保持操作時間組成。在一個操作循環中,將添加到移動床反應器的新鮮催化劑的添加量(即標定的催化劑添加閉鎖料斗2一次的新鮮催化劑裝料量)除以循環周期,得到新鮮催化劑添加速度。根據移動床反應器需要的新鮮催化劑添加速度調整一個操作循環的循環周期中的第一次保持操作時間和/或第二次保持操作時間,使該操作循環的新鮮催化劑添加速度處于移動床反應器需要的新鮮催化劑添加速度允許的誤差范圍內。
上述的正式操作過程,在一個操作循環的循環周期中,步驟A的卸料操作時間一般為2~8分鐘,步驟B的第一次保持操作時間一般為0.5~60分鐘,步驟C的裝料操作時間一般為3~10分鐘,步驟D的第二次保持操作時間一般為0.5~60分鐘。在一個操作循環中,新鮮催化劑的添加量一般為10~60千克,移動床反應器需要的新鮮催化劑的添加速度一般為10~400千克/小時。
催化劑添加閉鎖料斗2的容積(設定的高料位點與設定的低料位點之間的有效容積),應能夠儲存上述添加量的新鮮催化劑。例如,移動床反應器需要的新鮮催化劑添加速度為100千克/小時,一個操作循環的循環周期為36分鐘,那么催化劑添加閉鎖料斗2的容積應按能夠儲存60千克的新鮮催化劑設計。
本發明的優選方案是,上述的正式操作過程,在一個操作循環的循環周期中,步驟A的卸料操作時間為3~5分鐘,步驟B的第一次保持操作時間為5~14分鐘,步驟C的裝料操作時間為3~5.5分鐘,步驟D的第二次保持操作時間為5~14分鐘。在一個操作循環中,新鮮催化劑的添加量為20~50千克,移動床反應器需要的新鮮催化劑的添加速度為10~80千克/小時。
移動床反應器需要的新鮮催化劑添加速度允許的誤差范圍一般為-5%~+5%,最好為-3%~+3%。
本發明所述的催化劑為甲醇轉化制烴類(例如甲醇制丙烯、甲醇制汽油或甲醇制芳烴)工藝所用的分子篩顆粒催化劑;其形狀為球形,粒徑一般為1~4毫米。
本發明,向催化劑罐1、催化劑添加閉鎖料斗2、再生器下部料斗7通入氮氣,均是通入這些設備內催化劑料位上方的氣相空間。催化劑添加閉鎖料斗2內的氮氣泄放到催化劑罐1,是氮氣從催化劑添加閉鎖料斗2的氣相空間泄放到催化劑罐1的氣相空間。上述設備的壓力,即是指其氣相空間頂部的壓力。催化劑添加閉鎖料斗2與催化劑罐1和再生器下部料斗7之間分別設有壓差傳感器(壓力測點在各設備氣相空間的頂部),可以測出催化劑添加閉鎖料斗2與催化劑罐1以及與再生器下部料斗7之間的壓差。各壓差傳感器與控制器9之間分別設有測控線,將壓差傳感器測出的壓差信號經測控線傳送給控制器9(圖略)。
控制器9可以是PLC(可編程序控制器)、DCS(分散控制系統)、電腦等。在本發明的操作過程中,控制器9可以接受壓差傳感器傳送的催化劑添加閉鎖料斗2與催化劑罐1以及與再生器下部料斗7之間的壓差信號;接受料位計傳感器15傳送的催化劑添加閉鎖料斗2內新鮮催化劑的料位信號;控制進料閥3、出料閥4、泄壓閥5、充壓閥6的開關狀態;計量時間;計算新鮮催化劑添加速度并與移動床反應器需要的新鮮催化劑添加速度進行比較,通過人機界面調整新鮮催化劑添加速度,使新鮮催化劑添加速度處于移動床反應器需要的新鮮催化劑添加速度允許的誤差范圍內。本領域技術人員可以很容易地實現控制器9的上述功能,因此詳細說明從略。通過使用控制器9,可以使本發明的正式操作過程自動進行。