MTO水系統的運行與優化

張 亮

（神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古包頭 014010）

MTO水系統主要分為急冷水系統和水洗水系統[1]，急冷水系統是產品氣脫固的主要場所，而水洗水系統是產品氣脫除氧化物的主要場所。不管是急冷水系統或者是水洗水系統，其主要是利用洗滌水進行循環洗滌。在運行過程中，急冷水中催化劑細粉在不斷積累和沉積下造成急冷水系統的管線等相關設備出現堵塞現象，影響了急冷水的穩定運行[2]。而水洗水系統主要洗滌產品氣中的含氧化合物，而含氧化合物在水洗水的冷區進行冷凝，同樣造成了管線等相關設備堵塞，影響了水洗水系統的穩定運行。

1 急冷水系統運行分析

1.1 急冷水系統堵塞的原因分析

1.1.1 急冷水的高固含量原因分析

MTO反應以典型的氣-固湍流流化床為主。固相催化劑作為反應的核心，其在流化過程中存在一定的粒徑分布。＜40μm的催化劑作為流化狀態中的“潤滑劑”而存在于系統中。同時催化劑在反應器和再生器中不斷完成反應-再生這個過程中，催化劑同催化劑之間，以及催化劑同設備之間的磨損，造成催化劑逐步變成細粉。而在反應器頂設置了一級和二級旋風分離器，其對＜40μm的催化劑分離效率可達到99%以上，所以還有小部分＜40μm的催化劑隨著產品氣進入到下游裝置。產品氣經過三級旋風分離器和四級旋風分離器過濾后，部分催化劑細粉進入到急冷水系統。其進入到急冷水系統的催化劑細粉即為急冷水固含量的主要來源。

1.1.2 急冷水系統堵塞的原因分析

固相的催化劑細粉進入到急冷水系統中，催化劑細粉遇水后，形成泥漿。在急冷水系統中存在部分低流速區域，泥漿在此區域進行沉積，是造成急冷水系統堵塞的原因之一。其次，為了維持急冷水系統酸堿平衡，在急冷水系統中加入了堿液，同時存在立換吹灰使用的氫氧化鈣隨著吹掃氣和產品氣進入到急冷水系統中。高溫的產品氣（330～360℃）進入到急冷塔下部，同攜帶催化劑細粉的急冷水在人字形擋板上進行換熱。在高溫的作用下，催化劑細粉吸附、板結在人字形擋板上，同時由于鹽類物質在高溫產品氣作用下析出，并同催化劑細粉相互吸附，加劇了在人字形擋板催化劑細粉的板結速度，最終造成了人字形擋板下三層嚴重堵塞[3]，影響裝置的穩定運行。

1.2 急冷水系統的優化

1.2.1 降低催化劑細粉進入到急冷水系統的含量

急冷水的固含量主要來自反應系統，其反應系統核心為催化劑。催化劑的磨損指數是衡量催化劑機械強度的性能指標。通過對催化劑進行改性，適當提高催化劑的機械強度以降低催化劑的磨損指數，使催化劑的細粉含量相對降低。能夠最有效地降低急冷水系統的固含量，其也是治本的方法。同時由于MTO反應是典型的湍流流化床工藝，由于非正常的波動會破壞反應系統流化狀態，造成催化劑跑劑。所以，在日常生產中應避免非正常波動對系統的沖擊，優化反應系統的各項操作。

1.2.2 優化工藝流程，降低急冷水系統固含量

作為國內首套示范裝置，MTO裝置已運行約10a。裝置只能采取技術改造進行流程優化，通過治標的方法降低急冷水系統的固含量。在急冷水的主流程中增設急冷水沉降罐。先將急冷水引至急冷水沉降罐中，利用急冷水沉降罐多級重力自然沉降原理將急冷水系統中的催化劑沉降至罐底，再通過罐底排污閥將高濃度的泥漿排至污水池。上面的清液經過新增急冷水泵抽至烯烴分離后再循環至急冷塔，同時在沉降罐入口注入高溫絮凝劑。高溫絮凝劑和催化劑細粉快速結合，形成絮狀物或者大顆粒沉淀物，沉降至罐底，最終排至污水池，可以有效降低系統中的固含量。急冷水的懸浮物由2 000mg/m3降低至500mg/m3，保證了系統的穩定運行。

2 水洗水系統的運行分析

2.1 水洗水系統堵塞原因分析

2.1.1 蠟狀物的組成分析

MTO水洗水系統自2011年以來，陸續發現水系統換熱器、空冷器被凝固的蠟狀物堵塞，導致水系統換熱效率下降，換熱器清洗頻繁，經過換熱器清洗，發現水系統存在蠟狀物，在低溫處冷凝，堵塞管道和相關設備。將水洗水換熱器的蠟狀物委托某機構進行分析，分析結果見表1。

表1 蠟狀物分析結果

通過對水洗水中蠟狀物的化性進行分析，在蠟狀物的組成分析中：芳烴占93.91%，烷烴占6.09%。蠟狀物主要是以四甲基苯、五甲基苯、六甲苯為主的混合油蠟。

MTO催化劑為酸性催化劑，在反應過程中甲醇反應生成碳池，然后在催化劑籠內形成苯類物質，特別是多甲基苯，多以四甲基苯、五甲基苯和六甲基苯為主，同時副產物生成長鏈烴物質。多甲基苯類物質和長鏈烴物質其凝點一般在60℃。所以在水洗水系統中存在多甲基苯和長鏈烴的原因有兩個：①反應生成的多甲基苯和長鏈烴，最終釋放到產品氣中，隨著產品氣進入到水洗水系統。②催化劑細粉進入到水系統中，在堿性環境下，分子篩在堿性環境下得到破壞，多甲基苯和長鏈烴從分子篩的骨架中釋放出來，最終進入到產品氣中，進入到水洗水系統。

2.1.2 水洗水系統堵塞的原因分析

水洗水系統是氧化物洗滌和熱量交換的主要場所。水洗水系統冷區的溫度一般維持在40℃以下。多甲基苯和長鏈烴的凝點一般為60℃，在這樣低溫的環境下造成了多甲基苯和長鏈烴的析出，同時為了維持水洗水系統酸堿平衡，向水洗水系統注入液堿，同樣也為多甲基苯和長鏈烴析出創造了有利的堿性環境。析出的多甲基苯和長鏈烴物質最終附著在管道內壁和塔盤上，形成蠟狀物。由于蠟狀物的不斷積累，最終造成水洗水系統堵塞，導致系統波動。

2.2 水洗水系統的優化

2.2.1 優化工藝流程，降低水洗水系統蠟狀物的飽有量

造成水洗水系統堵塞的原因，主要為蠟狀物在系統中不斷積累，由量變最終形成了質變。在一定負荷和催化劑轉化率的情況下，每小時蠟狀物的生成量基本保持一致。所以降低水洗水系統中的蠟狀物的飽有量，可避免蠟狀物的快速聚集，延長了生產周期。利用側線采出，將水洗水引至膜分離系統，將水洗水系統中的蠟狀物質進行膜過濾，降低其在水洗水中的飽有量。同時為了防止蠟狀物在系統中局部積累造成系統堵塞，定期對冷換設備進行離線高壓水清洗和在線高壓水清洗塔盤，也可有效地延長水洗塔的運行周期。

2.2.2 利用化學方法降低水洗水系統蠟狀物的飽有量

蠟狀物在生成過程中，其主要化學物質為多甲基苯和長鏈烴物質。利用化學物質的相似相溶原理，其蠟狀物主要為多甲基苯，經過實驗室多次實驗，利用工業的二甲苯可以對蠟狀物進行萃取，使用二甲苯能有效地萃取水洗水系統中的多甲基苯等蠟狀物質。但二甲苯易揮發，同時二甲苯為非極性物質與水不互溶，使用二甲苯不能達到充分洗滌水洗水系統的目的，還有二甲苯為有毒物質，易對操作人員造成傷害。而水洗水阻垢分散劑為水溶性的化學藥劑。水洗水阻垢分散劑能夠和蠟狀物作用，形成松散的絮狀物，這些絮狀物最終隨著水洗水排出系統，這種水溶性藥劑，對人體傷害很小，安全性較好。值得注意的是，使用水洗水阻垢分散劑的最好時期為新開工或者新開車的裝置，進行連續注入，能夠對生成的蠟狀物進行有效的阻垢和分散，保證了水洗系統的穩定性。

3 急冷水系統和水洗水系統相互作用關系

雖然將水系統設置為急冷水系統和水洗水系統，但兩者的相互關系是密不可分的。在MTO生產工藝上，流程上設置先進行急冷水除固和急冷降溫，然后再進行氧化物脫除。如果催化劑細粉不能夠在急冷塔脫除，會造成產品氣夾帶大量催化劑細粉進入到水洗水系統中，蠟狀物同催化劑細粉的相互吸附，同樣會加劇水洗水系統的堵塞。而急冷水系統發生堵塞后，系統的除固能力和急冷降溫能力下降，勢必造成水洗水系統固含量升高，熱負荷大量增加。水洗塔是連接下游系統分離裝置的重要單元，當水洗水系統堵塞后，會對整個MTO生產工藝造成影響。由于系統壓力的變化，反應系統的波動，造成催化劑異常跑損，急冷水系統的固含量會大幅升高，最終造成急冷水系統堵塞。所以，水洗水系統和急冷水系統既是獨立的系統，也是相互作用的有機整體。

4 結語

MTO生產技術在隨著時代不斷改進和進步，MTO催化劑在不斷進行優化和改良。人們在追求催化劑高收率的同時往往會忽略在高收率的前提下，對整個生產工藝的影響。MTO水系統作為反應系統密不可分的一部分，也是MTO生產工藝生產有機整體的一部分，因此應上下游兼顧，優化整個系統。