王一
宁波富德能源有限公司 浙江省宁波市 315200
摘要：甲醇制烯烃技术摒弃了传统的石脑油制烯烃工艺，从有机化工原料中获得理想的烯烃组分，开辟了生产低碳烯烃的新技术。基于此，本文分析了甲醇制烯烃装置急冷塔的优化措施。
关键词：甲醇制烯烃；急冷水；优化措施
为降低急冷水固含量，采用注入高温萃取剂、增加急冷水催化剂排放及增加固液分离设备的方法。其中，增加急冷水催化剂的排放量，可从急冷水旋液分离器或急冷塔旋液侧外排，但最终会进入污水池并沉积在其中，影响污水系统的正常运行，存在一定的风险。在急冷塔旋液侧抽出泵出口增加一条管线至污水处理厂，通过急冷水排放调节阀控制外排量，在原有过滤设备的基础上增加固液分离设备，可减少排入污水池的沉积问题，降低风险，维持急冷系统长期稳定运行。
一、急冷水水系统简介
MTO反应是一种经典的湍流流化床生产工艺，主要生产乙烯、丙烯及其衍生物等复杂烃类，产品气从急冷塔下部进入。急冷塔配有人字挡板，共14层。自下而上的产品气在人字挡板处与急冷塔顶的循环冷却水逆向接触，既能脱除产品气中的水汽，又能对产品气急冷降温，使产品气中夹带的大量催化剂细粉得到洗涤及脱除。循环洗涤的急冷水从塔底分为两股；一股急冷水增压泵增压后分成两路，一路送烯烃分离单元作为低压脱丙烷塔的热源，换热后经急冷水干式空冷器冷却至60℃左右，返回MTO急冷水系统，急冷水经循环利用作为急冷剂返回急冷塔，大幅降低了装置用水量。另一路急冷水经急冷水旋液泵加压后进入急冷水旋液分离器，通过一、二级旋液分离器后，去除急冷水中携带的催化剂细粉，旋液顶部清液排出返回急冷塔作系统补水，其余浓缩后急冷水从旋液分离器底部排至污水池，去除系统中的固含量。
由于旋液分离器一般由金属烧结旋分单管组成，在催化剂细粉及无机盐结晶共同作用下，随着时间推移，旋液分离效果逐渐变差，导致系统中固含量增加。同时，由于反再系统工艺的改变，催化剂细粉含量增加或跑损，致使急冷水系统固含量增加。
二、造成急冷水固含量高的因素
1、急冷水固含量随反应细粉量升高而升高。MTO反应是一种气固反应，固体催化剂在使用中，由于机械强度或水热稳定性的恶化而使催化剂破碎，产生细粉。因新鲜催化剂在常温下，加入系统前含有一定量的水分，加剂时，低温催化剂与再生器中的高温催化剂相遇，导致催化剂热崩，破损，形成一些细粉。另外，催化剂在反应器与再生器环再生-反应-再生过程，流化状态的颗粒间相互磨损，流化床中气泡破裂和热崩是催化剂在高速运动中产生磨损，在运动中催化剂与反应器和再生器内件接触而破碎产生细粉。为降低甲醇制烯烃工业装置急冷水中催化剂颗粒浓度，在反应器一、二级旋风分离器出口设置三级旋风分离器，它依靠强旋流产生的强离心效应将固体颗粒从气相中分离出来，是该装置的重要设备之一。
2、立换(甲醇-反应气换热器)吹灰导致急冷水固含量增加。MTO生产工艺在三级旋风分离器下游设有立换，由于反应油气携带的催化剂细粉具有一定的吸附性，会逐渐粘附在甲醇反应气换热器的管壁上，在管壁上形成热阻，降低了换热器的换热效果，导致进入急冷塔的反应气温度过高，增加了整个水系统的热负荷。为了提高立换的换热效率，实现高位热能利用，对甲醇反应气换热器管束进行在线吹灰，利用高速氮气气流将氢氧化钙颗粒吹入甲醇反应气换热器管束，并将附在管束上的催化剂带入急冷塔中，这是急冷水系统固含量增加的原因之一。
3、旋液分离器易堵塞，除固能力降低，急冷水系统固含量增加。甲醇制烯烃装置急冷水除固装置运用旋液分离器，利用旋流管内不同介质高速旋转产生的离心力将催化剂与急冷水分离。
在催化剂细粉及无机盐结晶共同作用下，细催化剂颗粒堵塞了旋风单管的孔隙，同时，由于无机盐结晶和催化剂细粉在管束表面形成的污垢层降低了其除固能力，使急冷水中的固含量增加。
4、生产异常波动导致急冷水固含量增加。产品气压缩机作为调节反应器压力的唯一方式，在调节范围较大时会导致反应器压力的波动。若气相甲醇进料负荷过大或过小，或气相甲醇进料负荷升降过快等，会破坏反应器内的流态化平衡。同时，导致反应一、二级旋风分离器入口线速度过低或过高，催化剂跑损，最终导致急冷水固含量增加。
在生产过程中，急冷水固含量问题不能及时解决，随着固含量的积累，装置的长期稳定运行将受到影响。在实际生产中，通过技术改造、工艺操作优化等方式进行多方面的改进。
三、优化措施
1、工艺操作优化
减少催化剂跑损。减少催化剂跑损，可降低急冷水固含量。①保持两器藏量稳定运行，优化催化剂日常工艺，采用小型自动加剂系统，能减少手动加剂频次。通过调整小规模自动加剂频次及投加量，可将反再两器藏量控制在100～105t范围内，有效降低催化剂跑损；②保持反应系统压力稳定，控制好两器压差。在下游水洗塔中加入阻垢分散剂及定期加入高温萃取剂，可保持急冷水系统的稳定性，防止因急冷塔压差波动过大引起反应压力波动，致使反应器线速变化过大导致催化剂跑损增加；③调整甲醇进料量时，升降操作应平稳。幅度调节甲醇气化蒸汽阀，严禁大幅调节造成甲醇进料量较大波动。同时，通过调节外部稀释蒸汽量，将反应器一、二级旋风分离器入口线速控制在18～21m/s内。
2、急冷水系统技术改造和优化
1)急冷塔底及旋流外排工艺改造。急冷塔底通过挡板将分急冷水为急冷侧及旋流侧。急冷侧上方增加45°挡板，循环急冷水通过挡板引流作用沉淀在旋液侧，液位上升，溢流到急冷侧。这样，催化剂主要沉降在旋液侧，返塔急冷水的固含量也有一定程度的降低。为防止急冷水洗涤产生的大量催化剂细粉沉积在急冷塔底旋液侧，致使旋液分离器的底流管易堵塞，将旋液塔底抽出段水平管线改为斜管，有效缓解塔底催化剂淤泥堵塞问题。抽出根阀后，增加一个直径为DN100的排污阀，将含有大量催化剂细粉的污水排入污水池处理。改造后旋液排污能力和分离效率有一定提高，急冷水的固含量降低。
2)加入急冷水沉降罐及注入高温萃取剂可降低急冷水固含量。高温萃取剂具有反相操作、电中和、凝聚絮凝架桥作用，能加速固液分离，中和固体悬浮物表面负电性化学剂，在污水中形成较大絮团，经架桥形成絮凝。通过在急冷水泵出口管线中增设急冷水沉降罐设施，将高温萃取剂注入管线后进入急冷水沉降罐前的管道，再与急冷水混合均匀后进入沉降罐。沉淀后的上清液经急冷水泵加压送到烯烃分离装置。大部分催化剂泥浆定期从沉降罐底部排出，去除大量悬浮物，达到净化水体的目的。
3）通过固液分离技术改造可大幅降低急冷水中的固含量。在原有急冷水过滤器的基础上出口加入两台急冷水波特过滤器，在正常生产过程中，急冷水波特过滤器的气体反吹和定期进行碱洗，可以解决催化剂在过滤器的沉积，降低自身的压降。达到净化急冷水质的效果。急冷水波特过滤器系统的核心，主要是采用金属膜管，通过其表面筛分机理，将急冷水中的固体催化剂颗粒分离出来。通过气体反吹及定期的化学碱洗方法，使金属膜膜管能够实现在线的清洗再生，保证系统的长周期稳定运行。
通过以上改造并投用，急冷水固含量明显下降，且波动幅度较小，高温萃取剂的加入和波特过滤器的投用显著降低了急冷水固含量。随着急冷水固含量的大幅降低，延长了急冷水系统运行周期，其循环量可维持在800t/h。急冷水中的固体杂质经急冷水旋液分离系统分离后，从旋液底流排入污水池，有效降低急冷水固含量，并大幅降低了水系统换热设备的维护费用。
参考文献：
[1]杨彦彪.甲醇制烯烃装置降低急冷水固含量方法的探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2018(12)．