甲醇制烯烴裝置急冷水的合理利用

姜思遠(yuǎn)

(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(guó)科學(xué)院大連物化所開發(fā)的甲醇制烯烴技術(shù)[1]，年產(chǎn)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(jīng)反應(yīng)器催化劑高溫反應(yīng)生成含烯烴氣體，經(jīng)與甲醇?xì)怏w換熱后，烯烴氣體溫度仍然接近300 ℃。烯烴氣體在急冷塔中經(jīng)急冷水洗滌換熱，烯烴氣體溫度降至110 ℃，烯烴氣體在下游設(shè)備進(jìn)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?jǐn)?shù))在0.01%～0.05%，裝置正常運(yùn)行過程中，經(jīng)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(duì)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行和提高盈利能力具有很好的作用。

1 甲醇制烯烴對(duì)綠色化工的影響

甲醇制烯烴裝置是以甲醇為原料生產(chǎn)烯烴，甲醇可以用煤或天然氣生產(chǎn)。在以煤或天然氣生產(chǎn)甲醇的過程中，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，這些污染包括廢氣、污水和固廢[2]，若從國(guó)外購買甲醇并用于生產(chǎn)烯烴，將會(huì)避免由于甲醇生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境造成的污染。用甲醇生產(chǎn)烯烴可以避免烯烴產(chǎn)品對(duì)石油資源的依賴，甲醇制烯烴技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用對(duì)實(shí)現(xiàn)“石油替代”的能源戰(zhàn)略具有重要的意義；同時(shí)，采用甲醇生產(chǎn)烯烴可以大幅度降低對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)我國(guó)綠色化工的發(fā)展做出了極大的貢獻(xiàn)。

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(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段，反應(yīng)產(chǎn)生的烯烴氣體在急冷塔中得到了洗滌降溫;同時(shí),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(yīng)器來的烯烴氣體進(jìn)行冷卻，并洗滌烯烴氣體中攜帶的催化劑細(xì)粉；在此過程中，急冷水溫度由75 ℃升至105 ℃，洗下來的催化劑細(xì)粉進(jìn)入急冷水系統(tǒng)。為了除去急冷水系統(tǒng)中的催化劑細(xì)粉，將部分急冷水經(jīng)急冷水泵送入旋液分離器分離出催化劑細(xì)粉，分離出的催化劑細(xì)粉送入污水池，但分離效果不好，急冷水中含固質(zhì)量濃度仍高達(dá)460 mg/L，含催化劑細(xì)粉的急冷水在烯烴分離換熱器中換熱，造成換熱器結(jié)垢，換熱效果變差；急冷水經(jīng)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(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，需要定期清理。

3 催化劑細(xì)粉對(duì)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(duì)甲醇制烯烴裝置的穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大影響，主要影響換熱器的結(jié)垢和水洗塔的壓差，使甲醇制烯烴裝置無法長(zhǎng)周期運(yùn)行，急冷水換熱器約3個(gè)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(guān)鍵。

3.1 甲醇制烯烴裝置急冷水催化劑細(xì)粉

烯烴氣體及急冷塔、水洗塔的工藝流程見圖2。反應(yīng)器來的烯烴氣體先進(jìn)入急冷塔，經(jīng)急冷水洗滌降溫后進(jìn)入水洗塔，烯烴氣體在水洗塔中進(jìn)一步經(jīng)水洗降溫后送烯烴分離裝置分離出乙烯、丙烯等烯烴產(chǎn)品。因烯烴氣體攜帶有催化劑細(xì)粉，在急冷塔中經(jīng)急冷水洗滌，催化劑細(xì)粉會(huì)進(jìn)入急冷水中；正常運(yùn)行時(shí)，急冷水催化劑細(xì)粉質(zhì)量濃度達(dá)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(jié)垢，需要定期切出清理，增加了裝置或部分設(shè)備檢修的工作量，給裝置的平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)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(xì)粉含量降低方法

原設(shè)計(jì)甲醇制烯烴裝置急冷水中催化劑細(xì)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(xì)粉質(zhì)量濃度仍高達(dá)460 mg/L。為了降低急冷水中催化劑細(xì)粉的含量和保證甲醇制烯烴裝置能長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)急冷水系統(tǒng)進(jìn)行改造：

(1) 將急冷水旋液分離器改為燒結(jié)金屬過濾器，使催化劑細(xì)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(xì)粉，分離后的急冷水返回急冷塔繼續(xù)用于烯烴氣體的洗滌。

(3) 將結(jié)垢的急冷水換熱器和空冷器進(jìn)行定期切出清理，減少急冷水系統(tǒng)催化劑細(xì)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(shí)，甲醇制烯烴裝置停車檢修，對(duì)急冷塔、急冷水換熱器進(jìn)行清理，除去急冷塔、換熱器中的催化劑細(xì)粉。

采用以上方法可以使催化劑細(xì)粉有效從急冷水系統(tǒng)中分離出來，但裝置運(yùn)行一定時(shí)間后，急冷水中催化劑細(xì)粉含量仍會(huì)不斷增加，對(duì)甲醇制烯烴裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行造成一定的影響。

3.3 對(duì)急冷水換熱系統(tǒng)的改造

由于急冷水中含催化劑細(xì)粉較多，急冷水換熱器運(yùn)行約3個(gè)月需要切出清理1次，對(duì)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行造成了一定的影響。為了使裝置能穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)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(xì)粉，其換熱效果比較好，且不易結(jié)垢。將烯烴分離換熱器的急冷水改為水洗水，換熱器沒再發(fā)生結(jié)垢的情況，裝置的運(yùn)行周期得到了延長(zhǎng)，換熱器水洗水的通過量比較大，換熱器的換熱能力沒發(fā)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(zhǎng)了換熱器的運(yùn)行周期，烯烴分離裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性得到了加強(qiáng)；但給急冷水系統(tǒng)帶來的問題有：

(1) 急冷塔塔頂溫度較高，塔頂溫度較原設(shè)計(jì)溫度高約5 K。

(2) 加大了急冷水空冷器的換熱負(fù)荷，急冷水空冷器更容易結(jié)垢，需要切出清理的次數(shù)增多。

(3) 急冷水所擁有的高溫?zé)崃繘]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(shí)還不能對(duì)裝置的運(yùn)行周期造成影響，這是保障甲醇制烯烴裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行較好的方法。

4 急冷水熱量發(fā)電回收利用

急冷水溫度在110 ℃左右，原設(shè)計(jì)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(huán)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(yè)技術(shù)的發(fā)展，低溫?zé)嵩纯梢杂糜跓崃炕厥瞻l(fā)電，對(duì)急冷水系統(tǒng)進(jìn)行改造，使急冷水的熱量應(yīng)用于發(fā)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(yīng)器產(chǎn)生的烯烴氣體在急冷塔中經(jīng)急冷水洗滌去除了攜帶的催化劑細(xì)粉并得到了降溫，烯烴氣體的部分熱量以熱交換的形式轉(zhuǎn)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(jīng)急冷水發(fā)電系統(tǒng)回收熱量(同時(shí)并聯(lián)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(jìn)一步經(jīng)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(fā)電得到了有效利用。

急冷水余熱發(fā)電系統(tǒng)[3]為110 ℃的急冷水與發(fā)電系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)[4]進(jìn)行換熱，使液態(tài)有機(jī)工質(zhì)汽化為高壓有機(jī)氣體，高壓有機(jī)氣體驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電；經(jīng)過透平后的有機(jī)氣體經(jīng)循環(huán)水冷卻變?yōu)橐后w，經(jīng)泵送回急冷水換熱系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)利用。發(fā)電功率為2 130 kW，年發(fā)電量約101×105kW·h，該發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備為多套，以便相互備用，保證甲醇制烯烴裝置的穩(wěn)定平穩(wěn)運(yùn)行。

5 結(jié)語

甲醇制烯烴裝置急冷水低溫?zé)嵩吹挠行Ю每梢蕴岣哐b置的經(jīng)濟(jì)效益，降低裝置的操作費(fèi)用，提高裝置的盈利能力；原設(shè)計(jì)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(jié)垢，造成急冷水換熱器需定期切出清理，影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。急冷水熱源改為低溫發(fā)電后，不會(huì)對(duì)烯烴分離裝置的運(yùn)行造成影響，同時(shí)發(fā)電設(shè)備的相互備用也將對(duì)甲醇制烯烴裝置運(yùn)行影響降至最低。