1. 研發移動床試驗平臺目的和意義
催化重整工藝生產是高的辛烷值汽油、BTX芳烴和煉廠氫氣的重要來源,是改善汽油品質理想的調和劑。2011年世界催化重整裝置加工能力占總原油加工的11.2%,美國為16.88%,加拿大,日本等國均超過15%以上,而我國只占2.25%。現代催化重整工藝是移動床工藝應用的重要領域,目前在世界范圍內技術最領先的企業是美國的UOP的CCR工藝和法國的IFP的CCR工藝,它們都是采用移動床催化劑連續再生技術,又稱為連續重整工藝。連續重整技術主要由美國UOP公司和法國IFP公司長期壟斷,UOP專利有533篇,IFP專利有159篇,國內長期依靠引進,光技術引進的使用費就超過10億元。基于開發核心技術,突破知識產權和技術的封鎖,形成有完全自主知識產權的工藝和催化劑成套技術的需要,移動床連續重整試驗裝置是快速研究和解決問題的十分重要的工具和手段。同時,對于解決我國汽油產品辛烷值標準偏低,新的法規對汽油中苯含量的進一步限制等特殊需求,也能起到重要的促進作用。
丙烯酸及其酯是重要的有機合成原料及合成樹脂單體,在精細化工領域占有相當重要的地位。目前,我國已經成為丙烯酸(酯)需求增長潛力最大的市場之一。由于主流的丙烯兩步發氧化制丙烯酸(酯)的工藝路線,其原料丙烯主要來自于石油裂解,成本受石化資源經濟性限制。利用煤基低成本的合成氣生產甲醇,甲醇生產甲醛和醋酸(酯),甲醛和醋酸(酯)進一步生產丙烯酸(酯)的工藝路線成為近年的研究熱點。該工藝路線使用移動床技術,既可以克服固定床反應的容易結焦,間斷性再生的復雜方案帶來的問題,又可以避免流化床反應產品分布不均,載氣消耗嚴重,催化劑活性易流失,局部容易結焦等缺點。通過移動床新技術方法,現實催化劑連續再生更新,有效地解決了催化劑失活快,結焦嚴重等問題,同時也提高了甲醛的轉化率和丙烯酸(酯)的選擇性。
2. 移動床試驗平臺的技術水平和功能特點
由于催化重整工藝積碳率高,催化劑失活快,UOP和IFP的三代裝置催化劑的再生周期都是2至3天。目前國內外大多采用模擬移動床評價裝置來研究和開發新的工藝和催化劑技術,也就是用32或16個固定床反應器,通過切換來模擬工業裝置,而各國的新一代連續催化重整工業裝置中的催化劑是在反應器和再生器之間連續流動,因此固定床模擬移動床的數據對比性差,新工藝和新催化劑開發周期長,也是制約催化重整技術進步的重要瓶頸。
據專家了解,到目前為止(2018年),國際上催化重整領域的技術巨頭,如美國UOP公司,美國Critertion公司,以及法國IFP(現在的Axens)公司等,現在依然采用固定床來模擬開發重整工藝和催化劑。我們在國內研發成功移動床試驗平臺,未來在催化重整領域有十分廣闊的應用前景。
移動床試驗平臺的主要技術特點和功能如下:
1) 移動床試驗平臺適應多個領域的工藝研究:
i. 可用于催化重整工藝研究
ii. 可用于甲醇制汽柴油(MTG)工藝研究
iii. 可用于甲醇制烯烴(MTO)工藝研究
iv. 可用于甲醇制芳烴(MTA)工藝研究發
v. 可用于丙烷脫氫(PDH)工藝研究
vi. 可用于異丁烷脫氫工藝研究
vii. 可用于甲醛和醋酸(酯)制丙烯酸(酯)工藝研究
2) 移動床試驗平臺適應多個領域的催化劑開發:
使用移動床新技術平臺能有效地解決了工業裝置中催化劑失活快,結焦嚴重等類型催化劑的應用問題,現實催化劑連續再生,達到裝置平穩運轉的目標。同時,也可以能夠進一步提高催化劑的原料轉化率和目標產物的選擇性。
i. 可用于催化重整新型催化劑開發
ii. 可用于甲醇制汽柴油(MTG)新型催化劑開發
iii. 可用于甲醇制烯烴(MTO)新型催化劑開發
iv. 可用于甲醇制芳烴(MTA)新型催化劑開發
v. 可用于丙烷脫氫(PDH)新型催化劑開發
vi. 可用于異丁烷脫氫新型催化劑開發
vii. 可用于甲醛和醋酸(酯)制丙烯酸(酯)新型催化劑開發
3) 移動床試驗平臺操作彈性大:
催化劑裝量:3.0 - 5.0 升
催化劑排出速度:1 – 30 天
反應溫度:300 – 650 度
反應壓力:常壓 - 1.0 Mpa
氣體空速:200 – 10000 /h
催化劑直徑:1.0 – 3.0 mm (圓球形)
4) 控制精度高、數據準確
溫度控制誤差<±
流量控制誤差<±1%
壓力控制誤差<
物料平衡率≥97~99%
5) 采用在線計量,在線燒焦等技術和措施
3. 移動床試驗平臺應用情況
移動床平臺設備應用于丙烯酸酯工藝,2016年5月在中國科學院過程工程研究所投入運行,運轉條件是:醋酸酯與甲醛混合物以5升/小時的速率進料,反應溫度為350度,反應壓力為0.1MPa,催化劑直徑為3mm,反應段催化劑裝量為5升,催化劑移動速率為0.83升/天。裝置連續運轉28天,144小時(6天)流速精度控制在50g范圍內,催化劑磨損率為0.1%,整個運轉周期內,裝置反應-再生循環運轉平穩,控制精度達到預期要求。經過對大量的試驗數據整理和分析,取得了相應的技術成果,并申請了國家發明專利(申請號201710033480.5)“一種采用移動床反應器制備丙烯酸和/或丙烯酸酯的系統及其制備方法”。
第二套移動床平臺設備應用于異丁烷脫氫工藝,2017年10月在煙臺大學投入運行。運轉條件是:異丁烷與丙烷混合物以1升/小時的