MTO裝置急冷水過濾技術介紹

董家輝， 李文正

（天津大沽化工股份有限公司，天津300455）

現階段國內MTO 裝置的生產企業，在運行過程中均出現了因為急冷水中固體催化劑含量過高、副產物成分復雜等原因，導致急冷水洗系統出現嚴重堵塞的問題，固含量過高的急冷水在生產中嚴重影響裝置安全、穩定、長周期、滿負荷的運行，甚至必須停工搶修。現在部分裝置以頻繁清洗急冷水洗系統空冷器及下游換熱器的方式維持裝置生產，有的裝置采用在急冷水中加絮凝劑的方法來促進催化劑的沉淀，但是效果并不理想。因此，需要水系統進行設計優化改良，增加相應的有效處理設施，完成急冷水的有效處理，針對MTO 急冷水處理的難點和必要性，近年來發展起來三種不同形式的、能夠滿足過濾要求的急冷水過濾器。

1 急冷水過濾技術簡介

1.1 工藝簡介

在MTO 裝置中，攜帶催化劑粉末的反應氣在急冷塔中自下而上與急冷塔頂急冷水逆流接觸，反應氣被降溫的同時，攜帶的催化劑粉末大部分被急冷水洗滌下來，并存于急冷塔底部的急冷水中。急冷水經過兩級旋液分離器，實現對急冷水的凈化和對催化劑漿液的濃縮，但旋液分離器離精度為2.0μm，2.0μm 以下催化劑分離成為難點，小粒徑催化劑不斷累積，造成固含量升高，換熱、空冷效果差，清洗頻繁，影響裝置長周期穩定運行。在旋液分離器溢流返塔之前，需增加急冷水過濾器高效分離設備，對小顆粒催化劑進行深度去除。

工藝見圖1。

圖1

1.2 MTO裝置急冷水的特點

1.2.1 循環量大，急冷水循環量在600m3/h 左右（急冷水過濾器一般處理急冷水量為400～450t/h）；

1.2.2 成分復雜，除了含有大量催化劑外，還含有以苯環為主的幾十種有機物，有機物的存在大大增加了急冷水過濾器的分離難度。

1.2.3 催化劑顆粒粒徑分布范圍廣，小粒徑催化劑顆粒增加分離難度。

1.2.4 急冷水中含有的催化劑顆粒硬度大，對過濾系統磨損嚴重。

由于急冷水的上述特點，使得傳統的旋流分離、布袋過濾等無法滿足分離的要求。

1.3 急冷水固含量影響

若不能對急冷水中的小粒徑催化劑進行有效分離，導致水系統固含量高會對整個裝置有如下影響。

1.3.1 下游烯烴分離裝置以急冷水為熱源的換熱器堵塞嚴重。

1.3.2 急冷塔壓降增加，急冷水循環量減少，產品氣洗滌效果變差，催化劑帶入到下游設備，水系統運行狀態進一步惡化。

1.3.3 急冷水、水洗水、凈化水空冷器堵塞嚴重。

水系統固含量高會影響裝置運行的穩定性，也會影響裝置的生產負荷，頻繁清洗換熱設備，會增加裝置的運營費用，也可能增加工藝物料泄露和檢修作業人員傷害的風險，由此可見對急冷水中催化劑的分離是MTO 裝置的重中之重。

2 急冷水過濾技術介紹

MTO 行業各企業運行裝置出現的問題以及對問題原因的分析，并充分考慮到裝置的安全穩定運行、能源的綜合利用、節能減排、裝置負荷穩定提升等各方面綜合因素，經過調研，目前經過裝置運行試驗且較為有效的急冷水過濾器有三種型式，分別為金屬燒結膜過濾器、沸騰床過濾器和脹鼓列管式過濾器。

2.1 金屬燒結膜過濾器

采用專利金屬燒結膜濾芯為過濾器過濾元件，單臺處理量最大135t/h。包括急冷水過濾系統，在線化學清洗系統，蒸汽蓄能反吹系統，濃漿暫存降溫輸送系統和乏汽吸收系統。過濾精度為1μ，芯設計壽命一般為5 a，能保證裝置一個生產周期內的連續運行。過濾原理與普通金屬燒結膜過濾器相同。過濾器采用多臺并行聯動。具備切換再生的方式，單臺過濾器內部反吹單元采用分組反吹模型設計。針對急冷水的實際工況，制定了自動的常規清洗結合強化化學清洗的模式，根據實際急冷水工況，自主的選擇清洗再生模式及流程。通過高效的蒸汽反吹再生、合理的化學清洗劑的使用，達到運行穩定的效果。但是金屬燒結膜過濾器一次性投資較高，金屬燒結膜濾芯的費用相對較貴，生產維護費用高。

金屬燒結膜過濾器在山東陽煤恒通DMTO 進行了中試，當過濾器固含量在5.0×10-2%時，過濾后清液固含量＜5.0×10-3%。寧波富德于2015 年10 月投用第一套急冷水金屬燒結膜急冷水過濾器，采用2 臺急冷水過濾器，處理能力共為100t/h，于2017 年1 月，延長中煤榆林第二套急冷水濾器投用，采用4 臺急冷水過濾器，處理能力共為200t/h。目前過濾設施運行穩定，各項指標運行正常。

2.2 沸騰床過濾器

沸騰床過濾器利用床層的兩層分離媒質，通過對催化劑顆粒的吸附、截留、碰撞、萃取等方式對急冷水中的催化劑進行分離，單臺處理能力最大為75t/h 分離精度達到0.3μ，再生時利用氮氣將整個分離媒質床層吹起，類似沸騰狀，通過沸騰床過濾器頂部設置的三相分離器，將氮氣、分離媒質和含有催化劑的污水進行分離，分離媒質靠自重在床層中重新形成兩層，氮氣在頂部排出，含催化劑污水在側線排出。三相分離器為旋液分離形式，結構簡單、巧妙，能有效分離氣、固、液三相介質，為再生過程主要分離元件。分離媒質靠重力分層，使用周期長，更換簡單，一次性投資和生產維護費用均較低。

沸騰床過濾器在浙江興興進行了中試。入口懸浮物為 500mg/L，流量為 20t/h，運行30h，出水濁度＜10NTU，0.5μm 催化劑分離效率達 98%，1.0μm 催化劑顆粒分離效率達99%。陜西延長延安（8 臺過濾器處理能力共為400t/h）采用了該形式的急冷水過濾器

2.3 脹鼓列管式過濾器

脹鼓列管式過濾器使用的是非金屬彈性膜濾芯，分離精度達到0.3μ，處理能力為50t/h。過濾時彈性膜緊貼在濾芯的籠架上，呈波紋狀，將催化劑顆粒截留在彈性膜外表面；再生時，過濾器底部的快開閥快速打開，底部漿料排出的同時在彈性模外部形成負壓，加上內部的反沖液的共同作用，使彈性膜呈脹鼓狀態，形成向外突出的多節鼓狀，使積聚在彈性膜外表面的催化劑脫落，完成再生。非金屬彈性膜濾芯和過濾器底部快開閥均為某公司的專利產品。脹鼓列管式過濾器由于非金屬彈性膜受溫度限制較大，使用溫度范圍為-20℃≤T≤90℃，要控制進口壓力＜0.2MPa。非金屬彈性膜濾芯的壽命為1a。

該脹鼓列管式過濾器在山東神達進行了中試，在入口懸浮物為600mg/L，流量為1t/h，出水懸浮物＜1mg/L，濁度＜10NTU。山東神達采用了該形式的急冷水過濾器（共4 臺）。

2.4 小結

三種過濾器的匯總見表3。

由表3 可見：三種過濾器都經過了中試，并且都有MTO 裝置投用。金屬燒結膜濾芯使用壽命相對較長，但一次性投資和濾芯更換費用較高，且需要化學清洗。脹鼓列管式過濾器一次性投資費用低，但非金屬彈性膜濾芯壽命短，更換維護費用較高，并且受溫度及壓力限制較為明顯。沸騰床過濾器使用石英砂作為分離媒介，投資和維護費用較低，是目前相對較為合理的急冷水過濾器型式。

表3

3 結語

急冷水過濾器是影響整個MTO 裝置急冷水系統穩定運行的重點設備，該設備的運行效果極大程度的關系著整個裝置的運行穩定性，以及后期的生產維護費用，所以MTO 裝置急冷水過濾器的型式必須經過嚴格的分析論證，最終選擇最有效、經濟、合理的急冷水過濾器型式，延長裝置安全穩定運行周期。