甲醇制烯烴裝置工藝優(yōu)化的技術改造方法

李繼翔

甲醇制烯烴裝置工藝優(yōu)化的技術改造方法

李繼翔

（南京誠志清潔能源有限公司，江蘇 南京 210047）

甲醇制烯烴工藝技術生產以乙烯、丙烯為主的低碳烯烴，同時具有低碳烯烴收率高、甲醇消耗低的特點，是近十年成熟起來的新型化工生產工藝。南京某公司的甲醇制烯烴裝置在生產運行中出現的一些問題沒有成熟的解決辦法可以借鑒，一直影響著裝置的穩(wěn)定運行，對裝置上出現的問題進行研究和工藝技術改造，并通過改造后的工藝投用和不斷完善，達到了裝置的長久安全穩(wěn)定運行。

甲醇制烯烴；工藝優(yōu)化；穩(wěn)定運行；安全

低碳烯烴作為化學行業(yè)領域的基礎原料，是合成塑料、合成纖維和合成橡膠以及各種石油化工和精細化工產品的重要中間體，在國民經濟發(fā)展中有著舉足輕重的作用，主要來源于石腦油蒸餾組分的蒸汽裂化裂解[1]。甲醇制烯烴技術是現代煤化工與石油化工連接的紐帶,可使我國的低碳烯烴生產不再受石油資源的制約,在我國得到了快速發(fā)展和應用[2]。甲醇制烯烴裝置工藝的優(yōu)化改造，不僅可以解決實際生產的問題，而且促進行業(yè)技術創(chuàng)新與發(fā)展，使工藝技術趨于成熟，得以實現經濟效益和社會效益雙提升。

1 甲醇制烯烴裝置概述

甲醇制烯烴(Methanol To Olefin，縮寫MTO)是將甲醇作為原料經過催化轉化為以乙烯、丙烯為主的工藝技術。MTO是煤制烯烴工藝路線的樞紐技術，實現了由煤炭或天然氣經甲醇生產基本有機化工原料，是對傳統的以石油為原料制取烯烴的路線的重要補充，也是實現煤化工向石油化工延伸發(fā)展的有效途徑。目前，煤基甲醇制烯烴技術已經成熟，并實現了工業(yè)化生產[3]。

南京誠志清潔能源有限公司是一家煤基甲醇制烯烴示范公司，煤基甲醇制低碳烯烴工藝技術是以煤原料為源經氣化后合成甲醇，然后甲醇再經過一系列反應后生成低碳烯烴，是目前非石油資源生產低碳烯烴產品最普遍的技術［4］，其MTO工藝技術是20世紀90年代由美國和挪威共同開發(fā)的甲醇制取低碳烯烴的技術，該技術在 MTO 工藝的開發(fā)和設計中充分吸取了流化催化裂化(FCC) 工藝的優(yōu)勢，反應器使用快速流化床，而再生器則使用鼓泡床［5］，將甲醇進行100%轉化，其丙烯與乙烯的總收率提升到80%左右。為了提高雙烯的總收率,又采用了烯烴裂解技術(OCP), 這項技術使雙烯的總收率提高到85%以上［6］。MTO裝置在生產運行中出現了較多的問題，公司管理者和技術人員結合工藝原理和與石油催化裂化技術的對比，對裝置工藝進行了一系列的技術改造，以此保證裝置能夠安全平穩(wěn)長久運行。

2 裝置注堿泵及汽包磷酸鹽注劑泵改造

裝置的急冷區(qū)堿液注劑泵和反再區(qū)的汽包磷酸鹽注劑泵在初期設計時為1臺電機帶動多臺泵運行，同時提供下游裝置的助劑注入。但是當其中1臺泵損壞，需要檢維修時，將電機停運，會造成幾臺泵整體停用，嚴重影響了系統的穩(wěn)定運行，因此需要根據現場實際情況，通過必要的技術改造，降低隔膜泵的故障率是提高機組運轉率的基礎條件[7]，生產和機動部門技術人員對隔膜泵進行研究，隔膜泵的結構較為簡單，主要是在傳統柱塞泵的基礎上進行改造，由防爆電動機、偏心輪、曲軸、連桿、十字頭、活塞缸、隔膜室、進料單向閥、出料單向閥、行程調節(jié)器、氣體穩(wěn)壓器構成[8]。經過討論制定方案后，對其進行改造，將原有的1帶多改為1帶1，每臺注劑泵配備1臺電機（圖1所示），以及中控室的DCS畫面做修改完善,進行每臺泵的畫面圖形組態(tài)（圖形組態(tài)是畫面組態(tài)工具的一個重要功能模塊, 通過圖形組態(tài)可以在畫面在線運行時使圖形的顏色能夠根據DCS過程數據的變化而發(fā)生變化[9]），泵開啟狀態(tài)為綠色顯示，停用時為紅色顯示（圖2所示），這樣滿足當其中1臺泵損壞時，可單獨進行處理，其他泵不停用，保證了急冷系統和汽包的系統穩(wěn)定，減少對設備和蒸汽品質的影響。

圖2 汽包磷酸鹽注劑泵控制室DCS畫面圖

3 增加V-1001底部去甲醇精餾裝置工藝流程

裝置的反應器原始設計是精甲醇進料，但是因為公司有煤制甲醇裝置，為增加經濟效益，MTO裝置反應器改為粗甲醇進料。用煤制得甲醇后，在甲醇的精制工藝中要用到蒸餾塔來對新生成的甲醇進行循環(huán)蒸餾來達到甲醇提純和凈化的目的[10]。為減少能源消耗，甲醇精餾的指標控制降低，使得粗甲醇中含有部分雜質（銹渣、臘、醛酮等），此少量的雜質隨時間的增加逐漸在裝置的V-1001罐底聚集，同時因溫度較高，這些雜志會緩慢濃縮聚合形成紅色的蠟狀物，并伴隨時間增加，蠟狀物會粘在再沸器的管束外壁，影響罐底的再沸器汽提效果，進一步對反應器進料波動產生影響，間接對裝置的穩(wěn)定操作造成影響。

綜合考慮各方面原因，生產技術部門一方面與甲醇精餾裝置溝通，將粗甲醇進行加深精餾，盡量減少雜質含量；MTO裝置適當提高V-1001液位，高液位，汽化率較低，傳熱系數較大，循環(huán)動力較大，對再沸器具有強烈的沖刷作用，不易結垢[11]；另一方面MTO裝置進行工藝技術改造，將V-1001罐底的濃縮的蠟狀物進行連續(xù)性的抽出排至上游甲醇精餾裝置，進行再回煉，減少V-1001罐底甲醇中持續(xù)性的雜質濃縮，維持甲醇中雜質的含量在一定范圍內。

在流程改造前，從2015年1月1日至2月15日，公司檢測中心人員每間隔5日取V-1001罐的樣品進行分析，并對粗甲醇之中的雜質測定方法進行了設計處置，粗甲醇的雜質測定是保證甲醇的制備技術得到有效優(yōu)化的關鍵以能夠得到精準的分析數據[12]。改造后流程投用，從從2015年7月1日至8月15日，同樣取V-1001罐底甲醇取樣分析數據對比如表1所示，圖3為分析數據趨勢圖。

表1 V-1001罐底甲醇取樣分析數據

圖3 V-1001罐底甲醇取樣分析趨勢圖

4 增加E-3005備用換熱器

裝置的E-3005換熱器為單臺，其形式為固定管板式，為管殼式換熱器的一種, 是指兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定的換熱器。固定管板式換熱器主要由外殼、管板、管束、封頭等部件構成[13]。換熱器的使用可以有效地完成不同溫度物料間的熱量交換, 在具體的使用過程當中, 由于所用設備的結構影響,以及各種操作工藝之間的差別等, 使得很多換熱器在成年累月的使用中出現了泄漏的現象, 嚴重地影響了設備的正常工作, 如果泄漏現象沒有被及時發(fā)現, 還會造成操作故障的發(fā)生,埋下了安全隱患等, 直接影響了經濟效益。

2018年，E-3005換熱器發(fā)生了泄漏，造成工藝物料跑損，且工藝物料漏入循環(huán)水中，造成循環(huán)水COD升高，因無法在線處理，需系統停車處理，造成了經濟損失。因此，根據原有流程經設計增加一臺備用換熱器（圖4所示），當在用換熱器發(fā)生泄漏時，可以切至備用換熱器，進行處理泄漏的換熱器，系統不停車，可以減少經濟損失。同時檢修后在換熱器進行安裝時,要預先在兩端管板處進行防腐處理, 降低因腐蝕而導致泄漏發(fā)生的概率。同時在設備運行過程當中,應加強相關的設備管理工作,提高操作工作人員的操作技能水平及對相關操作規(guī)范的認知程度, 杜絕超負荷運轉,尤其是存在腐蝕介質時,要對列管式換熱器進行及時的檢查及數據結果記錄,并對整個操作過程進行監(jiān)督, 一旦出現問題及時采取措施, 最大限度地降低泄漏故障的發(fā)生[14]。

圖4 備用換熱器流程示意圖（黑框內）

5 E-1001換熱器增加副線

裝置的E-1001為3臺串聯使用的換熱器，管殼程的2種介質為甲醇和汽提水，當發(fā)生泄漏時，壓力高的殼程甲醇側會泄漏進入汽提水中，造成甲醇損失和外排汽提水COD高；因在線無法切出維修處理，停車也會增加經濟損失。以及停車檢修時，便于換熱器進行拆檢。列管式換熱器管束內部運行一段時間后會產生一定的污垢，是影響裝置整體運行周期的瓶頸，會嚴重地影響列管式換熱器換熱效果，有時候換熱效率可能會降低30%以上；即使是工藝控制較為平穩(wěn)，沒有生產波動等，一個運行周期末個別列管式換熱器結垢物最厚處可能達到2~5 mm。列管式換熱器結垢可能影響運行平穩(wěn)率和產品產量，嚴重時不但可能會造成裝置停車，污垢還會引起垢下腐蝕[15]。因此增加副線流程，在換熱器發(fā)生泄漏時可以將換熱器切出處理（圖5所示）。

圖5 E-1001換熱器增加副線（粗線流程）

6 V-2017和V-2018不凝氣放空管線改造

裝置的凝液回收系統的潔凈凝液緩沖罐（V-2017）和污染凝液緩沖罐（V-2018）作用是回收所有的蒸汽經換熱使用后的凝液回收至系統，潔凈凝液大部分作為鍋爐水使用，富余的少部分和污染凝液一起送至公用工程的脫鹽水站，進行處理再利用。中石化齊魯石化已有成功經驗，將塑料廠 6套生產裝置蒸汽冷凝液直接排地溝造成浪費的問題 , 建立了凝液回收站 , 經處理后供各裝置做脫鹽水用 , 節(jié)約了資源 , 降低了排污量[16]。

經過長期的運行發(fā)現，兩個罐頂的放空管線設計不合理，不凝氣無法及時排出，造成罐內壓力較高，尤其在冬季投用儀表和管線伴熱后，進一步增加了凝液量，放空管線出口出現冷凝帶水情況，管線振動大。蒸汽凝液管線發(fā)生振動一般為汽液兩相流所致,水擊嚴重時可引起較大事故[17]。灑落后的冷凝液造成框架平臺和地面結冰，對人員的安全造成安全隱患。因此進行技術改造，按照蒸汽管道設計的合理布置、管道施工控制、管道應力計算和相關凝液管道的鋪設需要注意的是, 如果蒸汽管道在管廊鋪設上總體是朝上時, 應該逐步的擴大管徑, 且需按照不超過15 m·s-1的介質流速來計算需擴大的管徑。當管道朝上鋪設時, 其冷凝水必然向下流動, 這與蒸汽流向沖突, 加大管徑可以防止管道底部的冷凝水因厚度過大而被流動的蒸汽攜帶起[18]。因此將原有的放空管線尺寸由DN50變更為DN150，并按照先垂直走向, 然后水平布置,管線應當短而直的設計布置[19]，有效解決了放空蒸汽帶水問題，排口無冷凝液流出，冬季也不存在框架平臺和地面結冰的情況（圖6所示）。

圖6 不凝氣放空管線改造現場圖片

7 結束語

南京誠志清潔能源有限公司的甲醇制烯烴裝置的設計建設較早，運行時間也較長，基本沒有其他成熟的類似裝置進行借鑒，只有在日常運行生產中發(fā)現問題所在，然后逐步的去解決問題和進行更優(yōu)化的改造，避免再次出現同樣問題，使得甲醇制烯烴裝置的工藝技術日臻完善，以上幾項的技術改造都取得了較好的效果，保證了裝置的安全穩(wěn)定運行，同時，為實現裝置經濟效益最大化,通過摸索確定了適宜的工業(yè)生產控制指標[20]，滿足大規(guī)模的建設生產，能夠給社會帶來更多的經濟效益。

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Technical Modification Method for Process Optimization of Methanol to Olefin Plant

（Nanjing Chengzhi Clean Energy Company Limited, Nanjing Jiangsu 210047, China）

Methanol-to-olefins process is a new type of chemical process which is mature in the past ten years. It is characterized by high yield of low olefins and low consumption of methanol. Some problems in the production and operation of the methanol-to-olefins unit of a company in Nanjing could not be solved in a mature way, which always affected the stable operation of the unit, the problems occurred in the device were studied and the process technology was reformed. After the reformed process was put into use and improved continuously, the device can run safely and stably for a long time.

Methanol to olefin; Process optimization; Stable operation; Safety

2020-12-22

李繼翔（1982-），男，江蘇省南京市人，工程師，2005年畢業(yè)于天津大學化學工程與工藝專業(yè)，研究方向：煉油和煤化工技術。

張可坤（1990-），男，助理工程師，研究方向：煤化工技術。

TQ032.4

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1004-0935（2021）04-0519-04