樹脂催化劑裝填及預(yù)處理方案
一、產(chǎn)品介紹
目前甲基叔丁基醚（MTBE）的生產(chǎn)和催化汽油醚化改質(zhì)裝置使用的催化劑均為大孔型強(qiáng)酸性樹脂催化劑，外觀為球形顆粒。其分子結(jié)構(gòu)是由三個(gè)部分組成的，可以用R- SO3- H+表示。其中，R為具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物母體：-SO3-為連接在聚合物鏈節(jié)上的極性官能團(tuán)；H+為可被交換的離子，與SO3-結(jié)合在一起時(shí)，形成具有催化作用的活性中心。
固態(tài)的大孔強(qiáng)酸性樹脂催化劑應(yīng)用于醚化反應(yīng)是在維持反應(yīng)物為液相的壓力下進(jìn)行的，期間需要經(jīng)歷以下五個(gè)步驟：
1、反應(yīng)物分子到達(dá)樹脂催化劑顆粒外表面；
2、反應(yīng)物分子經(jīng)催化劑顆粒的內(nèi)孔穴，擴(kuò)散到顆粒內(nèi)表面；
3、在帶有磺酸基團(tuán)的催化活性中心作用下，異構(gòu)烯烴與醇進(jìn)行反應(yīng)，生成醚化產(chǎn)物；
4、產(chǎn)物分子離開催化劑顆粒外表面，隨物流離開反應(yīng)體系。
二、催化劑的裝填
1、催化劑裝填前必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)真檢查，特別是不銹鋼網(wǎng)的鋪放及固定，以防催化劑泄漏。設(shè)備必須潔凈，無鐵銹等污物。
2、應(yīng)一些客戶的要求，若提供的催化劑為風(fēng)干品時(shí)，在裝填前需要測其膨脹率，并預(yù)留出膨脹空間。
膨脹率測定方法為：在100ml量筒內(nèi)裝入樹脂催化劑70ml（將量筒在桌面上輕輕敲擊，至體積不變?yōu)橹梗?，緩慢加入甲醇至滿量程刻度。在常溫下靜置（時(shí)間不少于2小時(shí)），若催化劑層內(nèi)有氣泡，可用玻璃棒進(jìn)行攪動(dòng)除去。測定甲醇加入前、后催化劑的體積變化，計(jì)算出膨脹率，并據(jù)此確定催化劑的裝填高度。
3、催化劑裝填時(shí)應(yīng)防止將包裝物、紙片等雜物帶入反應(yīng)器。
4、催化劑裝填至預(yù)定高度后應(yīng)將其上表面攤平。
三、催化劑的預(yù)處理
1、樹脂催化劑在出廠前已用純水進(jìn)行洗滌，裝入反應(yīng)器后可不再進(jìn)行水洗。若使用單位希望再水洗也沒有壞處，但必須用除鹽水洗滌，絕不能使用軟化水。
2、樹脂催化劑必須在含水狀態(tài)下保存，使用前需要用甲醇進(jìn)行預(yù)處理。利用甲醇與水可以互溶的特點(diǎn)，根據(jù)濃度作用原理，甲醇能與水形成一定濃度的甲醇-水溶液，從而將樹脂催化劑中含有的水份帶出反應(yīng)系統(tǒng)。
如果不使用甲醇進(jìn)行預(yù)處理，將會(huì)出現(xiàn)以下弊端：
一、水與反應(yīng)原料（C4或輕汽油組分）是互相不容的介質(zhì)，當(dāng)樹脂催化劑含水量較高，不經(jīng)預(yù)處理而直接送入反應(yīng)原料時(shí)，催化劑床層的阻力降很大，有可能超過1.0mpa，導(dǎo)致反應(yīng)器發(fā)生破壞性事故。
二、是樹脂催化劑含水較多時(shí)，水將與異丁烯發(fā)生水合反應(yīng)，生成大量的叔丁醇，致使MTBE純度下降。由于水合反應(yīng)速度高于醚化反應(yīng)速度，因而在催化劑顆粒內(nèi)含水時(shí)是以水合反應(yīng)為主，醚化反應(yīng)為輔，等到催化劑顆粒內(nèi)的水份消耗貽盡時(shí)，醚化反應(yīng)才得到正常進(jìn)行。
綜上所述，在新?lián)Q樹脂催化劑的裝置投料前，必須用甲醇將反應(yīng)器床層內(nèi)催化劑顆粒的水份置換出來。
3、樹脂催化劑用甲醇進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，僅僅用甲醇靜置浸泡是不夠的，需采用動(dòng)態(tài)循環(huán)的辦法（可以采用間歇式循環(huán)的方法，每隔2~3小時(shí)循環(huán)1~2遍）直到甲醇濃度不變時(shí)為止。甲醇預(yù)處理的時(shí)間一般為12~24小時(shí)（最低不少于6~8小時(shí)）甲醇處理液最終濃度以80~85％為宜。
四、催化劑在使用過程中的注意事項(xiàng)
1、嚴(yán)格控制醚化反應(yīng)溫度，醇烯比等工藝參數(shù)，并及時(shí)調(diào)整，防止誤操作。
2、生產(chǎn)原料必須潔凈，防止帶入金屬離子、水、堿性氧、硫醚等雜質(zhì)，因?yàn)檫@些雜質(zhì)將與樹脂催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑失去活性。
3、在合成MTBE過程中，除主反應(yīng)以外，還有許多副反應(yīng)發(fā)生，其中異丁烯二聚是最可能發(fā)生且影響最大的副反應(yīng)。如果甲醇進(jìn)料量不足，異丁烯易于發(fā)生自聚，同時(shí)放出大量的熱，高溫下二聚反應(yīng)速度更快，往往導(dǎo)致惡性循環(huán)。由于樹脂催化劑顆粒的多孔性結(jié)構(gòu)，使其具有很強(qiáng)的吸附能力，異丁烯的二聚或多聚物將存留在催化劑顆粒的孔道內(nèi)，阻礙物料與催化活性中心的接觸，致使催化劑中毒失活。因此，在開、停車時(shí)甲醇泵應(yīng)該先開、后停，以保證有較高的醇烯比。
五、樹脂催化劑在推薦使用條件
根據(jù)本公司長期現(xiàn)場調(diào)試積累的經(jīng)驗(yàn)，我們推薦該催化劑的使用條件：
1.醇烯比（mmol比） 0.98～1.05 ：1
2.反應(yīng)溫度 50～80℃
******反應(yīng)溫度 55～65℃
3.空速 1～5 h-1
******空速 1.5～2.5 h-1
4.最大壓降 ≤0.1MPa
開車初期，催化劑活性較高，推薦反應(yīng)器最高溫高在60～65℃之間，以此為根據(jù)調(diào)整加熱溫度。
