甲醇制烯烴裝置急冷水的合理利用

姜思遠

(寧波富德能源有限公司， 浙江寧波 315204)

寧波富德能源有限公司采用中國科學院大連物化所開發的甲醇制烯烴技術[1]，年產量180萬t的甲醇制烯烴裝置于2012年建成，并于2013年1月投料試車成功，甲醇經反應器催化劑高溫反應生成含烯烴氣體，經與甲醇氣體換熱后，烯烴氣體溫度仍然接近300 ℃。烯烴氣體在急冷塔中經急冷水洗滌換熱，烯烴氣體溫度降至110 ℃，烯烴氣體在下游設備進一步降溫分離。在急冷塔中,急冷水由75 ℃升至105 ℃，但急冷水含催化劑顆粒較多，固體含量(體積分數)在0.01%～0.05%，裝置正常運行過程中，經常引起下游急冷水換熱器堵塞，造成急冷水換熱器換熱能力降低，急冷水溫度升高。因此，為了保持急冷水處于較低溫度，合理利用較高溫度的急冷水，對裝置的穩定運行和提高盈利能力具有很好的作用。

1 甲醇制烯烴對綠色化工的影響

甲醇制烯烴裝置是以甲醇為原料生產烯烴，甲醇可以用煤或天然氣生產。在以煤或天然氣生產甲醇的過程中，會對環境產生污染，這些污染包括廢氣、污水和固廢[2]，若從國外購買甲醇并用于生產烯烴，將會避免由于甲醇生產過程中對環境造成的污染。用甲醇生產烯烴可以避免烯烴產品對石油資源的依賴，甲醇制烯烴技術的開發與應用對實現“石油替代”的能源戰略具有重要的意義；同時，采用甲醇生產烯烴可以大幅度降低對環境的污染，對我國綠色化工的發展做出了極大的貢獻。

2 甲醇制烯烴裝置急冷水換熱器換熱降溫

寧波富德能源有限公司的甲醇制烯烴裝置于2012年建成，2013年1月投料試車成功，裝置進入穩定運行階段，反應產生的烯烴氣體在急冷塔中得到了洗滌降溫;同時,烯烴氣體的熱量傳遞給了急冷水，急冷塔及高溫急冷水換熱的流程見圖1。

圖1 甲醇制烯烴裝置急冷水換熱流程

急冷塔中急冷水的主要作用是將反應器來的烯烴氣體進行冷卻，并洗滌烯烴氣體中攜帶的催化劑細粉；在此過程中，急冷水溫度由75 ℃升至105 ℃，洗下來的催化劑細粉進入急冷水系統。為了除去急冷水系統中的催化劑細粉，將部分急冷水經急冷水泵送入旋液分離器分離出催化劑細粉，分離出的催化劑細粉送入污水池，但分離效果不好，急冷水中含固質量濃度仍高達460 mg/L，含催化劑細粉的急冷水在烯烴分離換熱器中換熱，造成換熱器結垢，換熱效果變差；急冷水經烯烴分離換熱器后，急冷水溫度仍有103 ℃，造成急冷塔的溫度逐漸升高，使急冷塔和急冷水換熱器不能長期穩定運行，需要定期清理。

3 催化劑細粉對急冷水熱量回收利用的影響

甲醇制烯烴裝置急冷塔的急冷水由于含固量較高，對甲醇制烯烴裝置的穩定運行造成了很大影響，主要影響換熱器的結垢和水洗塔的壓差，使甲醇制烯烴裝置無法長周期運行，急冷水換熱器約3個月需切出清理1次，水洗塔約1 a清理1次。這些問題是影響合理利用急冷水熱量的關鍵。

3.1 甲醇制烯烴裝置急冷水催化劑細粉

烯烴氣體及急冷塔、水洗塔的工藝流程見圖2。反應器來的烯烴氣體先進入急冷塔，經急冷水洗滌降溫后進入水洗塔，烯烴氣體在水洗塔中進一步經水洗降溫后送烯烴分離裝置分離出乙烯、丙烯等烯烴產品。因烯烴氣體攜帶有催化劑細粉，在急冷塔中經急冷水洗滌，催化劑細粉會進入急冷水中；正常運行時，急冷水催化劑細粉質量濃度達到460 mg/L，急冷水溫度在110 ℃，為了合理利用急冷水的熱量，將高溫急冷水送烯烴分離裝置烯烴分餾塔釜再沸器換熱回收熱量，但這使分餾塔釜再沸器容易結垢，需要定期切出清理，增加了裝置或部分設備檢修的工作量，給裝置的平穩長周期運行造成了一定的困難。

圖2 甲醇制烯烴裝置烯烴氣體流程

3.2 急冷水中催化劑細粉含量降低方法

原設計甲醇制烯烴裝置急冷水中催化劑細粉靠旋液分離器分離，但旋液分離器分離效果差，急冷水中催化劑細粉質量濃度仍高達460 mg/L。為了降低急冷水中催化劑細粉的含量和保證甲醇制烯烴裝置能長周期穩定運行，對急冷水系統進行改造：

(1) 將急冷水旋液分離器改為燒結金屬過濾器，使催化劑細粉得到過濾。

(2) 將急冷水排至專用沉降池，通過沉降分離出催化劑細粉，分離后的急冷水返回急冷塔繼續用于烯烴氣體的洗滌。

(3) 將結垢的急冷水換熱器和空冷器進行定期切出清理，減少急冷水系統催化劑細粉的含量。

(4) 在急冷塔中催化劑沉降過多或水洗塔壓差大于30 kPa時，甲醇制烯烴裝置停車檢修，對急冷塔、急冷水換熱器進行清理，除去急冷塔、換熱器中的催化劑細粉。

采用以上方法可以使催化劑細粉有效從急冷水系統中分離出來，但裝置運行一定時間后，急冷水中催化劑細粉含量仍會不斷增加，對甲醇制烯烴裝置的長周期運行造成一定的影響。

3.3 對急冷水換熱系統的改造

由于急冷水中含催化劑細粉較多，急冷水換熱器運行約3個月需要切出清理1次，對裝置的穩定運行造成了一定的影響。為了使裝置能穩定長周期運行，將烯烴分離換熱器熱源改為水洗水，由水洗水代替急冷水；水洗水溫度約為90 ℃，由于水洗水中無催化劑細粉，其換熱效果比較好，且不易結垢。將烯烴分離換熱器的急冷水改為水洗水，換熱器沒再發生結垢的情況，裝置的運行周期得到了延長，換熱器水洗水的通過量比較大，換熱器的換熱能力沒發生大的變化，基本滿足原來的換熱功能。

烯烴分離換熱器熱源改為水洗水后，延長了換熱器的運行周期，烯烴分離裝置的運行穩定性得到了加強；但給急冷水系統帶來的問題有：

(1) 急冷塔塔頂溫度較高，塔頂溫度較原設計溫度高約5 K。

(2) 加大了急冷水空冷器的換熱負荷，急冷水空冷器更容易結垢，需要切出清理的次數增多。

(3) 急冷水所擁有的高溫熱量沒有得到合理利用。

烯烴分離換熱器熱源改為水洗水后，需要給急冷水找到更好的利用方法，同時還不能對裝置的運行周期造成影響，這是保障甲醇制烯烴裝置長周期穩定運行較好的方法。

4 急冷水熱量發電回收利用

急冷水溫度在110 ℃左右，原設計急冷水用作烯烴分離裝置烯烴分餾塔再沸器的熱源，改造后急冷水的熱源靠急冷水空冷器排出，熱量排入了大氣，給環境造成了一定影響，急冷水的熱量也沒有得到利用。隨著工業技術的發展，低溫熱源可以用于熱量回收發電，對急冷水系統進行改造，使急冷水的熱量應用于發電，其流程見圖3。

圖3 新型甲醇制烯烴裝置急冷水熱量利用

反應器產生的烯烴氣體在急冷塔中經急冷水洗滌去除了攜帶的催化劑細粉并得到了降溫，烯烴氣體的部分熱量以熱交換的形式轉入到急冷水中，急冷塔底急冷水的溫度在110 ℃左右，塔底送出的急冷水經急冷水發電系統回收熱量(同時并聯烯烴分離裝置急冷水換熱器)，急冷水的溫度可降至約88 ℃，急冷水進一步經其空冷器降溫至約70 ℃返回急冷塔，急冷水的大部分熱量通過發電得到了有效利用。

急冷水余熱發電系統[3]為110 ℃的急冷水與發電系統的有機工質[4]進行換熱，使液態有機工質汽化為高壓有機氣體，高壓有機氣體驅動透平發電機進行發電；經過透平后的有機氣體經循環水冷卻變為液體，經泵送回急冷水換熱系統進行循環利用。發電功率為2 130 kW，年發電量約101×105kW·h，該發電系統發電設備為多套，以便相互備用，保證甲醇制烯烴裝置的穩定平穩運行。

5 結語

甲醇制烯烴裝置急冷水低溫熱源的有效利用可以提高裝置的經濟效益，降低裝置的操作費用，提高裝置的盈利能力；原設計急冷水作為烯烴分離裝置分餾塔再沸器的熱源，急冷水的熱量得到了利用，由于換熱器易結垢，造成急冷水換熱器需定期切出清理，影響裝置的平穩運行。急冷水熱源改為低溫發電后，不會對烯烴分離裝置的運行造成影響，同時發電設備的相互備用也將對甲醇制烯烴裝置運行影響降至最低。