作者：张毅
甲醇制丙烯( MTP)工艺反应装置主要由3个直径为11.7 m的绝热固定床反应器组成，每个反应器分布6个催化剂床层，在101个催化剂格栅内填装150 t催化剂。MTP反应设计压力为0.13 MPa，由于MTP为体积增大的反应，低压利于向丙烯生成方向发生，压力升高有利于C5以上的脂肪烃和芳烃生成，表现为丙烯收率下降，混合芳烃产量增加。对反应器内压力的控制，包括各个催化剂床层之间及反应器与出口之间的压差监控，对提高丙烯产率具有重要意义。
2014年9月15日，我公司MTP装置C反应器催化剂床层压差由42 kPa上升至105 kPa。反应器床层压差激增造成丙烯收率下降，混合芳烃收率大幅上升的现象。反应器下线后，对该反应器进行了检修，发现第三级床层有1个装填催化剂的格栅脱落，且部分催化剂破碎严重。为了找出反应床层压差激增的原因，避免此问题重复出现，评估该问题出现对装置运行的影响，对该问题进行了分析研究。
1实验部分
1.1 实验原料
新鲜催化剂：MTPROP一1，克莱恩国际有限公司。长度4—10 mm，条状，质量分数88. 32%；长度2—4 mm，半破碎条状，质量分数10. 39%；长度2 mm，以下及部分粉末，质量分数1.29%；测试空隙率为0. 4016。
破碎催化剂：对新鲜催化剂进行破碎处理。长度4—10 mm条状，质量分数8.560/0；长度2—4 mm半破碎条状，质量分数16. 29 010；长度2 mm以下及部分粉末，质量分数75. 15 010；测试空隙率为0. 286 9。气体介质为室温空气。
1.2实验装置及流程
对床层压差影响因素考察的实验在直径为43 mm，长度为130 cm的反应管中进行，反应管底部用筛网封闭，反应管材质为有机玻璃。压降测量手段采用量程为20 kPa，介质为水的U形管，2个测压孔距离为Im。每种催化剂颗粒分别在多个气速下进行实验，其中工业气速为0.6 m/s，气体由空压机提供，经管路从反应管顶部进入。
具体实验步骤如下：①装料，在反应管中加入一定量催化剂，装填高度为115 cm;②控制气速，调节气量大小，控制气速；③读取示数，待流量稳定，U形管两侧液面高度维持恒定，读取液面高度读数；④改变阀门开度，依次调节气速，并重复步骤3；⑤停止进气，出料，清洗反应管并干燥；⑥选取不同类型的催化剂，重复步骤①~⑤。
2结果与讨论
2.1 新鲜催化剂压差测试
将一定量催化剂填装于压差测试装置中，改变气体介质的流速，测试催化剂床层压差的变化。从表1测试结果来看，随着气体流速的增加，床层压差呈大幅度增加趋势（图1）。
以新鲜催化剂为研究对象，将气体流速和床层压差之间的关系进行拟合，两者之间的关系为y=14. 52x2+2. 465x -0.001，拟合度可达到99. 8%，可认为填装新鲜催化剂的床层压差随气体流速改变呈规律性变化。
2.2破碎催化剂压差测试
以破碎催化剂为研究对象，将表2中气体和床层压差之间的对应关系进行拟合，两者之
关系为y= 111. 2x2+ 21. 69x -0.590，拟合度可99. 9%，可认为填装破碎催化剂的床层压差随流速改变呈规律性变化。
由图2所示，催化剂破碎后床层压降明显上升，0. 172 m/s的气速在厚度为Im床层压降已经达到6.3 kPa，考虑到U型管量程有限，不能测出工业气速0.6 m/s条件下的床层压降，基于理论和实验数据的结果，认为压差与气速平方呈正相关，利用已有低气速下压降数据进行拟合，外推出0.6 m/s的工业气速下，Im床层压降将达到52 kPa左右，远远高于新鲜剂。
2.3 固定床反应器催化剂床层格栅脱落后压差激增原因分析
2014年9月1 1日-9月29日期间，我公司MTP装置B和C反应器并联搭配运行。9月11日反应器C上线运行，其床层压差达到42 kPa，9月15日C反应器催化剂床层压差由42 kPa上升至105 kPa，如图3所示。针对这一情况，对各床层压差进行标定，结果如表3所示。C反应器床层总压差激增主要是由第四级床层压差升高引起，其他床层压差正常。
C反应器下线后，对该反应器进行了检修，发现第三级床层边缘处有一个装填催化剂的格栅脱落，且部分催化剂粉化严重。第三级床层催化剂填装面积为115 m2，掉落格栅面积为1.21m2，此情况会造成掉落格栅处两级床层物料短接，掉落格栅处物料流速急剧增加，如图4所示。反应器这一现象可通过第四、五层对应位置处催化剂吹落情况及人孔处积累的催化剂粉末得以验证，如图5所示。
由新鲜催化剂和破碎催化剂的压差测试实验结果可知，催化剂床层压差与气体流速的平方呈正比，格栅掉落造成第三级与第四级反应物料流速变化，是造成第四级床层压差剧烈上升的一方面原因。另外，催化剂破碎使得孑L隙率下降，是造成反应器床层压差剧烈上升的另一方面原因。
3结论
(1)对于新鲜催化剂，在工业气速0.6 m/s条件下，1m床层压降为6.5 kPa左右，将气体流速和床层压差之间的关系进行拟合，床层压差可认为与气速的平方呈正比关系。
(2)破碎催化剂与新鲜催化剂相比，同样气速条件下床层压降明显上升，0. 172 m/s的气速1m床层压降已经达到6.3 kPa。将气体流速和床层压差之间的关系进行拟合，床层压差也与气速的平方呈正比关系。利用已有低气速下压降数据进行拟合，外推出0.6 m/s的工业气速下，1m床层压降将达到52 kPa。
(3) MTP固定床反应器中装填催化剂的格栅脱落，造成两级催化剂床层短接，反应物料流速急剧增高。同时，催化剂破碎，使得床层孑L隙率下降。两方面原因共同作用的结果是造成反应器床层压差激增的原因。
4摘要：针对MTP固定床反应器床层压差激增的现象，分别以空隙率不同的新鲜MTP催化剂和破碎催化剂为实验对象，考察气体流速与床层压差的关系。结果表明，床层压差与气体流速的平方呈正比，且与催化剂的空隙率密切相关。反应器下线检修发现，装填催化剂的格栅脱落造成两级催化剂床层短接，反应物料流速急剧增高，且部分催化剂破碎严重。证实了反应器床层压差激增是气体流速变大和催化剂空隙率下降两方面共同作用的结果。
