甲醇制烯烴裝置低溫?zé)岬膬?yōu)化利用

馬成才

（寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司，寧夏銀川 750411）

1 MTO裝置低溫?zé)岬漠a(chǎn)生和利用

甲醇制取低碳烯烴的反應(yīng)是比較復(fù)雜的，當(dāng)前被接受的反應(yīng)機(jī)理是碳池反應(yīng)機(jī)理，其中多甲苯作為碳池中的一種活性成分，和甲醇會(huì)出現(xiàn)不同的反應(yīng)，導(dǎo)致側(cè)鏈烷基增長(zhǎng)，然后側(cè)鏈被脫除，生成乙烯和丙烯等低碳烯烴。熱力學(xué)研究表明，該反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)。

1.1 低溫?zé)岬姆磻?yīng)

在正常的情況下，MTO反應(yīng)器溫度一般是在480℃左右，從反應(yīng)器出來(lái)的產(chǎn)品氣首先經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器脫除催化劑細(xì)粉，之后進(jìn)入進(jìn)料塔、甲醇換熱器移去部分熱量，等到溫度降到355℃左右，降溫之后產(chǎn)品氣經(jīng)過(guò)急冷塔，和急冷水逆向接觸后降溫，在整個(gè)過(guò)程中，除去少量的催化劑以及含氧化合物之后，產(chǎn)品氣從急冷塔流出之后進(jìn)入到水洗塔，和水洗水逆向接觸后繼續(xù)降溫，在整個(gè)過(guò)程中，除了脫除微量含氧化物之后，可達(dá)到理想的效果。產(chǎn)品的溫度不高，在逐步降低的過(guò)程中釋放大量的低溫?zé)幔瑫r(shí)MTO裝置污水氣提塔產(chǎn)生的精華水以及該塔系統(tǒng)產(chǎn)生的凝結(jié)水也是低溫?zé)嵋粋€(gè)部分，在設(shè)定中需要優(yōu)化選擇[1]。

1.2 低溫?zé)岬睦?/h3>

污水汽提塔產(chǎn)生的精華水和凝結(jié)水溫度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，作為進(jìn)料甲醇的加熱熱源，將甲醇預(yù)熱提升到100℃左右，由其他加熱源升溫到190℃之后進(jìn)入到MTO反應(yīng)器，急冷水和水洗水等需要在烯烴分離裝置尋找熱阱，在具體操作中，可按照實(shí)際工況確定，部分經(jīng)精餾塔再沸器可作為熱阱，選擇低壓脫丙烷塔（塔底溫度 79℃±5℃）再沸器、乙炔轉(zhuǎn)化器進(jìn)料加熱器、2#丙烯塔底（溫度 51℃±3℃）再沸器作為急冷水的供熱用戶(hù)。如何選擇合理的加料器是重點(diǎn)，在加熱后對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)定，確保合理供應(yīng)[2]。

2 低溫?zé)崂玫膬?yōu)化方案

2.1 優(yōu)化前存在的問(wèn)題

在各種裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)中，來(lái)自MTO裝置的急冷水主要是為分離裝置低壓脫丙烷塔塔底再沸器E504A/B、乙炔轉(zhuǎn)換器進(jìn)料加熱器E604 和 2#丙烯塔底再沸器 E613 提供加熱熱源。由于急冷水?dāng)y帶催化劑細(xì)粉，在應(yīng)用中，考慮到運(yùn)行周期和換熱器急冷水側(cè)等裝置，在運(yùn)行中受到其他因素的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)換熱效果差和清洗頻繁等情況，對(duì)裝置自身的運(yùn)行產(chǎn)生了影響，同時(shí)增加了檢修成本[3]。

結(jié)合近些年來(lái)的運(yùn)行實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)備清洗之后大概一個(gè)月左右，換熱效果可能變差，需要再次進(jìn)行清洗，重新投入應(yīng)用需要3～4d，增加了難度。在清洗的過(guò)程中，要有大量的設(shè)備，例如備用再沸器E514 以維持再沸量，同時(shí)在操作的階段，增加了低壓蒸汽消耗，在加熱器具清洗之后，換熱效果比較差，可能會(huì)出現(xiàn)乙烯塔的進(jìn)料溫度比較低，對(duì)后續(xù)運(yùn)行產(chǎn)生影響，出現(xiàn)嚴(yán)重的損失。在換熱和清洗的階段，依據(jù)具體的能耗情況和溫度概況等，如果系統(tǒng)本身運(yùn)行不暢，會(huì)導(dǎo)致乙烯的損失增加。E613再沸器在清洗的過(guò)程中，增加了塔的回流泵P609的運(yùn)行難度，導(dǎo)致丙烯純度降低，丙烯損失嚴(yán)重。針對(duì)當(dāng)前存在的各種問(wèn)題，在實(shí)施中需要找到可代替急冷水的熱源，夏季的溫度比較高，MTO裝置水洗塔熱負(fù)荷比較高，水洗水完全可以滿(mǎn)足在沸器的負(fù)荷需求，在整個(gè)階段需要將水洗水代替急冷水備用，此類(lèi)方案的設(shè)計(jì)符合要求。

2.2 方案的實(shí)施和采用

低溫?zé)崂玫膬?yōu)化方案進(jìn)行更改之后能提升可行性，在檢修階段，對(duì)急冷水和水洗水管線等進(jìn)行置換處理，在MTO到烯烴分離界區(qū)急冷水和水洗水管線加連接跨線，通過(guò)手閥控制，詳細(xì)設(shè)計(jì)形式如圖1所示。

圖1 低溫?zé)崂玫膬?yōu)化方案技改示意圖

在當(dāng)前方案優(yōu)化設(shè)計(jì)中，將溫度相對(duì)比較高的凈化水和凝結(jié)水作為MTO反應(yīng)器進(jìn)料甲醇的加熱源，在烯烴分離裝置尋找熱阱對(duì)水洗水加以利用，使部分低溫?zé)崃炕厥绽谩?/p>

3 甲醇制烯烴裝置低溫?zé)岬膯?wèn)題和解決措施

3.1 水洗塔出口氣相色譜儀問(wèn)題分析

水洗塔出口色譜儀主要是用來(lái)分析水洗塔出口的丙烯、乙烯和二甲醚等濃度，是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的一種分析儀表。在原設(shè)計(jì)氣相色譜分析預(yù)處理工藝過(guò)程中，可能會(huì)存在不同程度的缺陷的現(xiàn)象，如果無(wú)法處理工藝氣中的水和催化劑顆粒等物質(zhì)，直接會(huì)對(duì)色譜儀的運(yùn)行造成影響。色譜儀可能會(huì)存在失靈的現(xiàn)象，如果不能正常運(yùn)行，導(dǎo)致分析結(jié)果也受到影響。針對(duì)自動(dòng)反吹功能和實(shí)際要求等，如何減少氣體中的催化劑含量是關(guān)鍵，新的氣相色譜分析預(yù)埋處理的過(guò)程中，對(duì)基本的工藝流程要求比較高，在工藝介質(zhì)中進(jìn)入到受控的氣控三通球閥和顆粒物過(guò)濾器等，在后續(xù)操作中通過(guò)色譜儀指令分別對(duì)不同的氣控三通球閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行組合，能實(shí)現(xiàn)顆粒物過(guò)濾器的合理流通。在工藝管道反吹的過(guò)程中，色譜儀在每一個(gè)周期進(jìn)行10s的反吹防空和10s的工藝管道反吹，吹掃完成之后，自動(dòng)恢復(fù)樣品的流通狀態(tài)閥位。在工藝介質(zhì)內(nèi)的催化劑顆粒通過(guò)截留之后，顆粒物過(guò)濾器在吹掃之后，完成樣品流通狀態(tài)閥位。在整個(gè)階段實(shí)施預(yù)處理之后，工藝介質(zhì)進(jìn)入到換熱器中，在2～6℃恒溫區(qū)將氣體的水汽冷凝成液態(tài)，工藝氣進(jìn)入到雙路手動(dòng)切換的過(guò)濾器內(nèi)，溶脹過(guò)濾器將逃逸出來(lái)的微量水進(jìn)行吸附處理，在事故的狀態(tài)下，溶脹過(guò)濾器會(huì)將水全部吸附并因其溶脹特性而阻斷工藝氣的流動(dòng)，從而保護(hù)在線色譜儀不會(huì)有液態(tài)水進(jìn)入。

3.2 空冷器無(wú)法在線清洗

產(chǎn)品氣中攜帶的催化劑細(xì)粉和反應(yīng)生成的重組分在空冷器換熱管內(nèi)壁上，會(huì)出現(xiàn)沉積的現(xiàn)象，對(duì)空冷器的換熱效果產(chǎn)生影響，考慮到制約甲醇制烯烴裝置高負(fù)荷運(yùn)行的影響因素，在具體裝置中要求合理應(yīng)用水洗水空冷器，在各種設(shè)備應(yīng)用階段，以高負(fù)荷運(yùn)行為基礎(chǔ)，每日需要離線進(jìn)行清洗，在設(shè)計(jì)檢修階段，由于作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度比較高，在冬季可能會(huì)存在空冷器凍裂等現(xiàn)象，如果檢修的階段出現(xiàn)二次凍管的現(xiàn)象，施工和維護(hù)難度隨之提升。

3.3 立換式換熱器換熱效果差

反應(yīng)器頂部出現(xiàn)的溫度比較高的產(chǎn)品氣，經(jīng)過(guò)立式轉(zhuǎn)換器應(yīng)用之后，產(chǎn)品的溫度降低，氣相甲醇溫度不斷升高，加熱的氣相甲醇進(jìn)入到反應(yīng)器之后，和催化劑接觸之后產(chǎn)生不同程度的反應(yīng)。在優(yōu)化處理中，為了強(qiáng)化立式換熱器的換熱效果，減少熱能的費(fèi)用，需要對(duì)立式換熱器進(jìn)行優(yōu)化和改造，經(jīng)過(guò)考察可知，增設(shè)噴鹽除垢系統(tǒng)，噴鹽除垢系統(tǒng)采用大顆粒工業(yè)鹽作為除塵介質(zhì)，可起到儲(chǔ)存的作用。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，借反應(yīng)氣帶入到換熱器管束中，將依附在管壁上的催化劑沖刷掉，起到重要的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

在甲醇制烯烴裝置應(yīng)用的過(guò)程中，兼顧到反應(yīng)器的具體應(yīng)用情況，在蒸汽凝液灌的壓力設(shè)定中需要注意的是進(jìn)行優(yōu)化利用。由于空冷器不能在線清洗，換熱器的檢測(cè)和清洗階段，整體能耗比較大，采取一系列的措施優(yōu)化之后，能讓各項(xiàng)問(wèn)題及時(shí)解決。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，需要對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)也實(shí)施優(yōu)化，降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)效率，減少整體維修費(fèi)用，進(jìn)而提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。