MTO水系統(tǒng)的運行與優(yōu)化

張 亮

（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭 014010）

MTO水系統(tǒng)主要分為急冷水系統(tǒng)和水洗水系統(tǒng)[1]，急冷水系統(tǒng)是產(chǎn)品氣脫固的主要場所，而水洗水系統(tǒng)是產(chǎn)品氣脫除氧化物的主要場所。不管是急冷水系統(tǒng)或者是水洗水系統(tǒng)，其主要是利用洗滌水進行循環(huán)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(tǒng)的管線等相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，影響了急冷水的穩(wěn)定運行[2]。而水洗水系統(tǒng)主要洗滌產(chǎn)品氣中的含氧化合物，而含氧化合物在水洗水的冷區(qū)進行冷凝，同樣造成了管線等相關(guān)設(shè)備堵塞，影響了水洗水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1 急冷水系統(tǒng)運行分析

1.1 急冷水系統(tǒng)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(yīng)以典型的氣-固湍流流化床為主。固相催化劑作為反應(yīng)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(tài)中的“潤滑劑”而存在于系統(tǒng)中。同時催化劑在反應(yīng)器和再生器中不斷完成反應(yīng)-再生這個過程中，催化劑同催化劑之間，以及催化劑同設(shè)備之間的磨損，造成催化劑逐步變成細粉。而在反應(yīng)器頂設(shè)置了一級和二級旋風(fēng)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(chǎn)品氣進入到下游裝置。產(chǎn)品氣經(jīng)過三級旋風(fēng)分離器和四級旋風(fēng)分離器過濾后，部分催化劑細粉進入到急冷水系統(tǒng)。其進入到急冷水系統(tǒng)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(tǒng)堵塞的原因分析

固相的催化劑細粉進入到急冷水系統(tǒng)中，催化劑細粉遇水后，形成泥漿。在急冷水系統(tǒng)中存在部分低流速區(qū)域，泥漿在此區(qū)域進行沉積，是造成急冷水系統(tǒng)堵塞的原因之一。其次，為了維持急冷水系統(tǒng)酸堿平衡，在急冷水系統(tǒng)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(chǎn)品氣進入到急冷水系統(tǒng)中。高溫的產(chǎn)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(jié)在人字形擋板上，同時由于鹽類物質(zhì)在高溫產(chǎn)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(jié)速度，最終造成了人字形擋板下三層嚴(yán)重堵塞[3]，影響裝置的穩(wěn)定運行。

1.2 急冷水系統(tǒng)的優(yōu)化

1.2.1 降低催化劑細粉進入到急冷水系統(tǒng)的含量

急冷水的固含量主要來自反應(yīng)系統(tǒng)，其反應(yīng)系統(tǒng)核心為催化劑。催化劑的磨損指數(shù)是衡量催化劑機械強度的性能指標(biāo)。通過對催化劑進行改性，適當(dāng)提高催化劑的機械強度以降低催化劑的磨損指數(shù)，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(tǒng)的固含量，其也是治本的方法。同時由于MTO反應(yīng)是典型的湍流流化床工藝，由于非正常的波動會破壞反應(yīng)系統(tǒng)流化狀態(tài)，造成催化劑跑劑。所以，在日常生產(chǎn)中應(yīng)避免非正常波動對系統(tǒng)的沖擊，優(yōu)化反應(yīng)系統(tǒng)的各項操作。

1.2.2 優(yōu)化工藝流程，降低急冷水系統(tǒng)固含量

作為國內(nèi)首套示范裝置，MTO裝置已運行約10a。裝置只能采取技術(shù)改造進行流程優(yōu)化，通過治標(biāo)的方法降低急冷水系統(tǒng)的固含量。在急冷水的主流程中增設(shè)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(tǒng)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(jīng)過新增急冷水泵抽至烯烴分離后再循環(huán)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(jié)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(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2 水洗水系統(tǒng)的運行分析

2.1 水洗水系統(tǒng)堵塞原因分析

2.1.1 蠟狀物的組成分析

MTO水洗水系統(tǒng)自2011年以來，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)水系統(tǒng)換熱器、空冷器被凝固的蠟狀物堵塞，導(dǎo)致水系統(tǒng)換熱效率下降，換熱器清洗頻繁，經(jīng)過換熱器清洗，發(fā)現(xiàn)水系統(tǒng)存在蠟狀物，在低溫處冷凝，堵塞管道和相關(guān)設(shè)備。將水洗水換熱器的蠟狀物委托某機構(gòu)進行分析，分析結(jié)果見表1。

表1 蠟狀物分析結(jié)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(yīng)過程中甲醇反應(yīng)生成碳池，然后在催化劑籠內(nèi)形成苯類物質(zhì)，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(chǎn)物生成長鏈烴物質(zhì)。多甲基苯類物質(zhì)和長鏈烴物質(zhì)其凝點一般在60℃。所以在水洗水系統(tǒng)中存在多甲基苯和長鏈烴的原因有兩個：①反應(yīng)生成的多甲基苯和長鏈烴，最終釋放到產(chǎn)品氣中，隨著產(chǎn)品氣進入到水洗水系統(tǒng)。②催化劑細粉進入到水系統(tǒng)中，在堿性環(huán)境下，分子篩在堿性環(huán)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(chǎn)品氣中，進入到水洗水系統(tǒng)。

2.1.2 水洗水系統(tǒng)堵塞的原因分析

水洗水系統(tǒng)是氧化物洗滌和熱量交換的主要場所。水洗水系統(tǒng)冷區(qū)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(huán)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(tǒng)酸堿平衡，向水洗水系統(tǒng)注入液堿，同樣也為多甲基苯和長鏈烴析出創(chuàng)造了有利的堿性環(huán)境。析出的多甲基苯和長鏈烴物質(zhì)最終附著在管道內(nèi)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(tǒng)堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)波動。

2.2 水洗水系統(tǒng)的優(yōu)化

2.2.1 優(yōu)化工藝流程，降低水洗水系統(tǒng)蠟狀物的飽有量

造成水洗水系統(tǒng)堵塞的原因，主要為蠟狀物在系統(tǒng)中不斷積累，由量變最終形成了質(zhì)變。在一定負(fù)荷和催化劑轉(zhuǎn)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(tǒng)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(chǎn)周期。利用側(cè)線采出，將水洗水引至膜分離系統(tǒng)，將水洗水系統(tǒng)中的蠟狀物質(zhì)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(tǒng)中局部積累造成系統(tǒng)堵塞，定期對冷換設(shè)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(xué)方法降低水洗水系統(tǒng)蠟狀物的飽有量

蠟狀物在生成過程中，其主要化學(xué)物質(zhì)為多甲基苯和長鏈烴物質(zhì)。利用化學(xué)物質(zhì)的相似相溶原理，其蠟狀物主要為多甲基苯，經(jīng)過實驗室多次實驗，利用工業(yè)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(tǒng)中的多甲基苯等蠟狀物質(zhì)。但二甲苯易揮發(fā)，同時二甲苯為非極性物質(zhì)與水不互溶，使用二甲苯不能達到充分洗滌水洗水系統(tǒng)的目的，還有二甲苯為有毒物質(zhì)，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(xué)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(tǒng)，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(xù)注入，能夠?qū)ι傻南灎钗镞M行有效的阻垢和分散，保證了水洗系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 急冷水系統(tǒng)和水洗水系統(tǒng)相互作用關(guān)系

雖然將水系統(tǒng)設(shè)置為急冷水系統(tǒng)和水洗水系統(tǒng)，但兩者的相互關(guān)系是密不可分的。在MTO生產(chǎn)工藝上，流程上設(shè)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(chǎn)品氣夾帶大量催化劑細粉進入到水洗水系統(tǒng)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(tǒng)的堵塞。而急冷水系統(tǒng)發(fā)生堵塞后，系統(tǒng)的除固能力和急冷降溫能力下降，勢必造成水洗水系統(tǒng)固含量升高，熱負(fù)荷大量增加。水洗塔是連接下游系統(tǒng)分離裝置的重要單元，當(dāng)水洗水系統(tǒng)堵塞后，會對整個MTO生產(chǎn)工藝造成影響。由于系統(tǒng)壓力的變化，反應(yīng)系統(tǒng)的波動，造成催化劑異常跑損，急冷水系統(tǒng)的固含量會大幅升高，最終造成急冷水系統(tǒng)堵塞。所以，水洗水系統(tǒng)和急冷水系統(tǒng)既是獨立的系統(tǒng)，也是相互作用的有機整體。

4 結(jié)語

MTO生產(chǎn)技術(shù)在隨著時代不斷改進和進步，MTO催化劑在不斷進行優(yōu)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(chǎn)工藝的影響。MTO水系統(tǒng)作為反應(yīng)系統(tǒng)密不可分的一部分，也是MTO生產(chǎn)工藝生產(chǎn)有機整體的一部分，因此應(yīng)上下游兼顧，優(yōu)化整個系統(tǒng)。