甲醇制烯烴裝置水洗塔堵塞原因分析及處理措施

孫立跡，薛曉軍

(山西焦煤集團(tuán) 飛虹化工股份有限公司，山西 洪洞 041600)

·技術(shù)經(jīng)驗·

甲醇制烯烴裝置水洗塔堵塞原因分析及處理措施

孫立跡，薛曉軍

(山西焦煤集團(tuán) 飛虹化工股份有限公司，山西 洪洞 041600)

甲醇制烯烴過程中，水系統(tǒng)堵塞問題已成為目前制約其正常生產(chǎn)的一大因素。本文主要從水洗塔注二甲苯注入量的大小、注入點(diǎn)、注入時間的選擇、以及注入后的效果等幾個方面對水洗塔結(jié)蠟原因和處理措施進(jìn)行了論述。

甲醇制烯烴；二甲苯；水洗塔

在世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的情況下，乙烯丙烯需求日益增加，而傳統(tǒng)的生產(chǎn)線在石腦油、輕柴油嚴(yán)重短缺的情況下已逐漸被淘汰。非石油生產(chǎn)烯烴的化工工藝受到越來越多的重視。甲醇制烯烴工藝(MTO)是一種以煤為原料合成甲醇，再通過合成的甲醇生產(chǎn)乙烯、丙烯的生產(chǎn)工藝，其工藝的完善對保證甲醇制烯烴工藝生產(chǎn)成本及裝置穩(wěn)定具有重要的意義[1，2].

MTO工藝在生產(chǎn)乙烯、丙烯產(chǎn)品的同時副產(chǎn)約56%[3]的水，另外還有少量油蠟類物質(zhì)產(chǎn)生，這部分油和上游反應(yīng)器中帶出來的催化劑細(xì)粉與水一起冷凝，不僅會影響凈化水COD值，而且這部分物質(zhì)會在水洗水、凈化水等后系統(tǒng)換熱器、空冷器處沉積，導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降，長時間運(yùn)行還會導(dǎo)致管道及換熱器管束堵塞[4]，迫使裝置必須停車檢修。

本文主要介紹了MTO水系統(tǒng)工藝、水系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題、水系統(tǒng)注二甲苯方案以及注入二甲苯后的效果，以期為MTO工藝提供借鑒和指導(dǎo)。

1 MTO水系統(tǒng)工藝流程

MTO水系統(tǒng)主要包括急冷塔、水洗塔和污水汽提塔。反應(yīng)系統(tǒng)來的反應(yīng)氣經(jīng)急冷水洗塔降溫和洗滌催化劑，并將大部分加熱的低溫水送烯烴分離裝置供分離精制單元換熱再利用；急冷水洗系統(tǒng)少量的水經(jīng)污水汽提回收少量甲醇、二甲醚等有機(jī)物進(jìn)行回?zé)?。水洗水系統(tǒng)主要任務(wù)是洗滌反應(yīng)氣中夾帶的少量催化劑、冷凝反應(yīng)氣中的水分和脫除雜質(zhì)，將反應(yīng)氣送至后續(xù)的分離壓縮系統(tǒng)。

水洗塔內(nèi)設(shè)有18層浮閥塔盤，塔底設(shè)有隔油設(shè)施。反應(yīng)氣自下而上與水洗水逆流接觸，使反應(yīng)氣溫度降至36 ℃～42 ℃，從水洗塔頂送至烯烴分離單元產(chǎn)品氣壓縮機(jī)。溫度約為100 ℃的水洗水經(jīng)水洗塔底泵(P1203A-C)(兩開一備)從水洗塔底抽出，流量為2 550 t/h.

水洗水送至下游分離裝置丙烯精餾塔底重沸器作為低溫位熱源，換熱后經(jīng)水洗水干式空冷器(E1202A～T)和水洗水冷卻器(一)(E1204A～F)冷卻至55 ℃后再分為兩路，一路進(jìn)入水洗塔中部第10層塔盤(中部返塔線)，另一路經(jīng)水洗水冷卻器(二)(E1205A～H)冷卻至37 ℃，進(jìn)入水洗塔上部第18層塔盤(上返塔線)。塔底隔油設(shè)施分離出的少量“汽油”經(jīng)水洗塔底汽油泵(P1204A/B)抽出后送至甲醇廢液罐。

反應(yīng)氣中冷凝的水約180 t/h經(jīng)水洗塔底泵(P1203)出口分出，經(jīng)污水汽提系統(tǒng)回收甲醇、二甲醚等物質(zhì)后的凈化水外排至污水處理廠[5].煤制烯烴裝置水處理工藝流程圖見圖1.

圖1 煤制烯烴裝置水處理工藝流程圖

2 水系統(tǒng)中存在的問題

2.1 催化劑細(xì)粉

MTO裝置產(chǎn)生的反應(yīng)氣經(jīng)過反應(yīng)器三級旋風(fēng)分離器后進(jìn)入水系統(tǒng)中，由于反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)壓力、汽提蒸汽量、外補(bǔ)蒸汽量、進(jìn)料量和反應(yīng)壓力等因素的影響[6]，會使旋風(fēng)分離器分離效果下降，部分催化劑細(xì)粉隨著反應(yīng)氣進(jìn)入到后路水系統(tǒng)中，再經(jīng)過急冷塔與水洗塔洗滌后進(jìn)入到急冷水與水洗水中，水系統(tǒng)中的催化劑又在水洗塔、水系統(tǒng)換熱器和空冷器處沉積，影響裝置正常運(yùn)行。

2.2 油蠟類物質(zhì)

MTO反應(yīng)中產(chǎn)生的微量芳烴(主要為多甲基苯)和原料甲醇中攜帶的重組分[7]，隨著反應(yīng)氣進(jìn)入到水系統(tǒng)中，由于這些物質(zhì)的凝固點(diǎn)較低，易于在急冷水和水洗水中冷凝下來[8].

上述油類物質(zhì)會在水系統(tǒng)的低溫區(qū)凝固，導(dǎo)致水系統(tǒng)中塔、換熱器、空冷器換熱效率下降，換熱器需頻繁清洗。另外，在MTO裝置長期運(yùn)行過程中，油類物質(zhì)在水系統(tǒng)中累積，使外排凈化水COD偏高[9]. 這些都成為制約裝置長周期滿負(fù)荷運(yùn)行的主要因素。

2.3 含氧化合物

MTO產(chǎn)品其中會帶有少量未反應(yīng)的甲醇和二甲醚，污水汽提塔就是將這部分物質(zhì)汽提出來回收利用，但目前由于污水汽提塔再沸器堵塞嚴(yán)重，因此其處理能力下降，導(dǎo)致凈化水COD偏高[10].

2.4 有機(jī)酸類物質(zhì)

MTO過程的工藝水中含有乙酸，通常PH在3.0～6.0，且溫度較高，一般在70%～90%[11].與工藝水接觸的碳鋼設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，影響裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3 水洗塔注二甲苯措施

由于水洗塔中的油蠟類物質(zhì)與催化劑細(xì)粉在水系統(tǒng)中凝結(jié)，導(dǎo)致水洗塔、換熱器和空冷器堵塞嚴(yán)重，目前的處理辦法為頻繁清洗和注入萃取劑(二甲苯)[12].

3.1 水洗塔注入二甲苯前后對比

以某投產(chǎn)運(yùn)行的MTO裝置為例：對水洗水系統(tǒng)進(jìn)行二甲苯注入進(jìn)行實驗，具體注入位置及情況如下：

09:20 上返塔開始注二甲苯

09:48 上返塔停注二甲苯

10:06 水洗水冷卻器(二)開始注入二甲苯

10:10 水洗水冷卻器(二)停注二甲苯

在整個注入二甲苯過程中，共計注入二甲苯4 m3左右。注入過程嚴(yán)格按照預(yù)定方案執(zhí)行，盡量降低對安全、環(huán)保、人身健康以及產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生的不利因素。具體技改流程及采取的措施如下：

1) 濃縮水流程改至甲醇廢液罐，以防二甲苯對反應(yīng)的不利影響。

2) 凈化水流程改至事故消防水池，以防二甲苯對污水處理廠微生物生長的不利影響。

3) 去甲醇廢液罐回?zé)捈状?、水洗塔底汽油泵及旋流除油器沉降罐油相送往備煤裝置。

3.2 注入二甲苯前后對比列表分析

注二甲苯前后水洗塔塔壓對比表見表1.

表1 注二甲苯前后水洗塔塔壓對比表

由表1數(shù)據(jù)分析可知：

1) 注入二甲苯后水洗塔的整體壓降變小，說明整個清洗過程取得明顯效果。

2) 在注入二甲苯之前，水洗塔壓差在一定的時間段內(nèi)有不同的上漲及下降趨勢，在注入二甲苯后，這種趨勢消失且較穩(wěn)定。

3) 在注入二甲苯前水洗塔頂反應(yīng)氣量大且有大幅度的波動，注入后，反應(yīng)氣量下降明顯且比較穩(wěn)定。造成該工況原因主要是：水洗塔中蠟狀物聚積到一定的程度會引起水洗塔浮閥啟閉不暢，造成水洗塔壓差瞬時升高，引起水洗水與反應(yīng)氣接觸、換熱不均勻?qū)е麓罅克羝S著反應(yīng)氣進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)，反應(yīng)氣量大于實際流量。

3.3 注入二甲苯期間水系統(tǒng)分析取樣結(jié)果

注入二甲苯期間不同水樣中苯系物含量分析結(jié)果柱狀圖見圖2.由圖2可以看出，二甲苯注入后對各個水系影響變化趨勢，在濃縮水中的所含比例及變化較為明顯。在實際注入當(dāng)中應(yīng)盡最大可能的將二甲苯予以回收。通過采取提高污水汽提塔蒸汽通入量，降低污水汽提塔壓力等措施來減少凈化水中的苯含量。

注：橫坐標(biāo)為取樣時間，縱坐標(biāo)為苯系物含量

4 結(jié) 論

1) 注入二甲苯半小時后水洗塔各段壓差出現(xiàn)明顯下降，說明注入二甲苯后有效的溶解了水洗水中的油類物質(zhì)。

2) 注入二甲苯后水洗塔頂反應(yīng)氣量逐漸趨于穩(wěn)定。

3) 注入二甲苯后水系統(tǒng)中COD值明顯升高。

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Cause Analysis and Treatment Measures of Washing Tower Clogging in Methanol for Olefins Plant

SUN Liji, XUE Xiaojun

In the process of methanol for olefins production, the problem of water system clogging has become a major factor restricting its normal production. The paper discusses the causes and treatment measures for the clogging, including the injection volume of xylene, the specific injection location, the selecting of injection timing, as well as the after evaluation.

Methanol for olefins; Xylene; Washing tower

2016-11-29

孫立跡(1977—)，男，山西平遙人，2000年畢業(yè)于呂梁高等?？茖W(xué)校，工程師，主要從事甲醇制烯烴技術(shù)工作

(E-mail)416415179@qq.com

TQ221.21

B

1672-0652(2017)01-0010-04