淺談MTO裝置反再系統(tǒng)設(shè)備布置及管道設(shè)計(jì)研究

孫長(zhǎng)文

摘要：介紹了MTO裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)設(shè)備布置和管道設(shè)計(jì)，包括反再框架設(shè)備布置、反再系統(tǒng)關(guān)鍵管線的設(shè)計(jì)、滑閥設(shè)計(jì)以及管道支吊架設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：MTO工藝流程；反再系統(tǒng)；反再系統(tǒng)設(shè)備布置；反應(yīng)器配管

乙烯、丙烯等低碳烯烴作為重要的基本化工原料，發(fā)展非石油資源來制取低碳烯烴的技術(shù)日益引起人們的重視。隨著國(guó)內(nèi)新建甲醇裝置能力的釋放，以及中東地區(qū)大甲醇裝置的陸續(xù)開工，甲醇供應(yīng)商正在為新增產(chǎn)能尋求出口。甲醇制烯烴的MTO工藝是目前重要的化工技術(shù)。該技術(shù)以煤或天然氣合成的甲醇為原料，生產(chǎn)低碳烯烴，是發(fā)展非石油資源生產(chǎn)乙烯、丙烯等產(chǎn)品的核心技術(shù)。

一、MTO工藝流程簡(jiǎn)介

以甲醇為原料制乙烯、丙烯的化學(xué)反應(yīng)方程式和熱效應(yīng)。

2CH3OH→C2H4+2H2O

（△H=11.72KJ/mol，427℃）

3CH3OH→C3H6+3H2O

（△H=30.98KJ/mol，427℃）

MTO制取乙烯、丙烯主要工藝路線大致如下：原料甲醇經(jīng)過加熱、氣化和過熱以氣態(tài)進(jìn)入反應(yīng)器，與催化劑進(jìn)行反應(yīng)，生成氣相產(chǎn)品（甲烷、乙烯、丙烯等）。產(chǎn)品氣體攜帶催化劑進(jìn)入反應(yīng)器旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，分離后的產(chǎn)品氣體攜帶少量的催化劑進(jìn)入急冷塔和水洗塔，在塔內(nèi)進(jìn)行凈化分離，脫除夾帶的催化劑、水和油等。凈化后的產(chǎn)品進(jìn)入烯烴分離裝置，進(jìn)行產(chǎn)品分離，產(chǎn)出乙烯、丙烯等產(chǎn)品。此外通過烯烴裂解裝置將烯烴分離裝置和輕烯烴回收裝置產(chǎn)生的C4及以上重?zé)N裂解為乙烯和丙烯，以提高乙烯和丙烯的收率。當(dāng)MTO以最大量生產(chǎn)乙烯時(shí)，乙烯、丙烯和丁烯的收率分別為46%、30%、9%，其余副產(chǎn)物為15%。

二、MTO反應(yīng)再生系統(tǒng)

MTO反應(yīng)器采用“快速流化床”設(shè)計(jì)。反應(yīng)器分為上下兩部分，反應(yīng)器下部包括進(jìn)料分布器、催化流化床和提升管。反應(yīng)器上部是氣相與固相分離區(qū)域。自提升管出來的氣固相混和物進(jìn)入旋風(fēng)分離后實(shí)現(xiàn)氣相和固相的完全分離。分離出來的催化劑經(jīng)滑閥從反應(yīng)器上部返回到反應(yīng)器底部以維持反應(yīng)器下部催化劑的密度。MTO反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，原料甲醇進(jìn)入反應(yīng)器底部后開始反應(yīng)。反應(yīng)器溫度通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器催化劑冷卻器催化劑的循環(huán)量或者流化風(fēng)的量來進(jìn)行控制，移出的反應(yīng)熱量用以產(chǎn)生低壓蒸汽。失活的催化劑在汽提出反應(yīng)氣后，經(jīng)過待生催化劑立管和提升管在輸送風(fēng)的作用下進(jìn)入再生器，進(jìn)行燒焦。MTO再生器采用鼓泡床設(shè)計(jì)，包括再生空氣分布器、催化流化床和兩級(jí)旋風(fēng)。催化劑燒焦是放熱反應(yīng)，再生溫度通過調(diào)節(jié)再生器催化劑冷卻器流化風(fēng)的量來進(jìn)行控制，移出的熱量用以產(chǎn)生低壓蒸汽。恢復(fù)活性的催化劑在氣提出煙氣和氧氣后，送回反應(yīng)器。

三、反應(yīng)系統(tǒng)主要管道設(shè)計(jì)

（一）反應(yīng)氣和煙氣管線設(shè)計(jì)

從反應(yīng)器出口至出口冷卻器和從再生器至降壓孔板室之間的管道，管徑大，溫度高，管內(nèi)襯有隔熱或耐磨襯里。使用冷壁管道，可以降低投資，運(yùn)行安全可靠。但管道較重，自然補(bǔ)償剛度較大，也可以采用膨脹節(jié)補(bǔ)償器的方式，但從以往生產(chǎn)運(yùn)行來看，膨脹節(jié)存在襯里較為困難，并易泄露。綜合比較，推薦使用自然補(bǔ)償?shù)男问健?/p>

（二）催化劑管線設(shè)計(jì)

催化劑通常靠靠壓縮空氣正壓輸送。在30萬(wàn)噸MTO項(xiàng)目為了防止催化劑對(duì)管道的磨損，管道壁要有足夠的厚度，并且應(yīng)盡量少拐彎。當(dāng)管道拐彎時(shí)，為了防止固體顆粒對(duì)彎頭的快速?zèng)_擊和磨損。需要選用彎曲半徑不小于9DN的彎管。在60萬(wàn)噸MTO項(xiàng)目里又對(duì)催化劑管線的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)于管道拐彎或有支管接入時(shí)采用三通加管帽或四通加管帽的設(shè)計(jì)，利用催化劑本身在這些地方堆積減少催化劑對(duì)管道的磨蝕。當(dāng)催化劑管道較長(zhǎng)時(shí)，每15米增加一組松動(dòng)風(fēng)，以防止催化劑堆積。對(duì)于吹掃管線布置，采用多組站式布置，占地空間小，布置整齊，便于操作和維修。

（三）反應(yīng)器應(yīng)力管線的設(shè)計(jì)

從表可已看出反應(yīng)器和再生器的溫度很高，設(shè)備本身熱脹位移較大，與設(shè)備連接的管道也會(huì)相應(yīng)位移。例如在靠近平臺(tái)處的管道支吊架，不能生根在平臺(tái)框架上，原因是管道隨著設(shè)備位移升高，管道支吊架是冷的，產(chǎn)生反力對(duì)管道或者平臺(tái)造成破壞，管支架脫空。如有需要宜設(shè)立彈簧支吊架。在實(shí)際生產(chǎn)中反應(yīng)器和再生器的膨脹量可以達(dá)到約300mm左右，對(duì)于反應(yīng)和再生器大的應(yīng)力管線，要通過應(yīng)力計(jì)算采取補(bǔ)償器補(bǔ)償。對(duì)于小的管線一般采取自然補(bǔ)的方式空間的Z型補(bǔ)償。在個(gè)別項(xiàng)目中由于對(duì)小管線的應(yīng)力關(guān)注不夠，沒有再設(shè)計(jì)時(shí)給予足夠的重視，導(dǎo)致在試車時(shí)，大的管線通過應(yīng)力計(jì)算沒有問題，往往是小的管線由于反應(yīng)器的膨脹被扯斷，發(fā)生泄漏，危害安全。

（四）滑閥的設(shè)計(jì)

滑閥是反應(yīng)裝置關(guān)鍵設(shè)備之一，安裝于裝置反應(yīng)器與再生器之間的立管上，用于控制壓力。滑閥主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及自動(dòng)控制柜兩部分組成。在反應(yīng)器立管上有8個(gè)滑閥，其中有的滑閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)5m，控制柜2x1x2m。并要求控制柜靠近閥體布置。針對(duì)這種情況，的設(shè)計(jì)中采取了空間分層的做法，即平臺(tái)的上方集中布置閥體，平臺(tái)的下方集中布置控制柜體，且平臺(tái)下的空間高度不小于2.2m達(dá)到做為檢修通道的要求，人可自由通過。整體上操作平臺(tái)采取對(duì)稱布置，美觀又便于操作檢修，

四、結(jié)論

在反應(yīng)器的配管中，要根據(jù)反應(yīng)器自身的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中利用三維模型對(duì)操作空間以及吊裝空間進(jìn)行充分考慮。反應(yīng)器應(yīng)力管線要充分考慮設(shè)備的變形量，在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行應(yīng)力考慮。滑閥采取空間布置或?qū)ΨQ布置的方式可以有效的節(jié)約空間。

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