淺談MTO裝置反再系統設備布置及管道設計研究

孫長文

摘要：介紹了MTO裝置反應再生系統設備布置和管道設計，包括反再框架設備布置、反再系統關鍵管線的設計、滑閥設計以及管道支吊架設計。

關鍵詞：MTO工藝流程；反再系統；反再系統設備布置；反應器配管

乙烯、丙烯等低碳烯烴作為重要的基本化工原料，發展非石油資源來制取低碳烯烴的技術日益引起人們的重視。隨著國內新建甲醇裝置能力的釋放，以及中東地區大甲醇裝置的陸續開工，甲醇供應商正在為新增產能尋求出口。甲醇制烯烴的MTO工藝是目前重要的化工技術。該技術以煤或天然氣合成的甲醇為原料，生產低碳烯烴，是發展非石油資源生產乙烯、丙烯等產品的核心技術。

一、MTO工藝流程簡介

以甲醇為原料制乙烯、丙烯的化學反應方程式和熱效應。

2CH3OH→C2H4+2H2O

（△H=11.72KJ/mol，427℃）

3CH3OH→C3H6+3H2O

（△H=30.98KJ/mol，427℃）

MTO制取乙烯、丙烯主要工藝路線大致如下：原料甲醇經過加熱、氣化和過熱以氣態進入反應器，與催化劑進行反應，生成氣相產品（甲烷、乙烯、丙烯等）。產品氣體攜帶催化劑進入反應器旋風分離器進行氣固分離，分離后的產品氣體攜帶少量的催化劑進入急冷塔和水洗塔，在塔內進行凈化分離，脫除夾帶的催化劑、水和油等。凈化后的產品進入烯烴分離裝置，進行產品分離，產出乙烯、丙烯等產品。此外通過烯烴裂解裝置將烯烴分離裝置和輕烯烴回收裝置產生的C4及以上重烴裂解為乙烯和丙烯，以提高乙烯和丙烯的收率。當MTO以最大量生產乙烯時，乙烯、丙烯和丁烯的收率分別為46%、30%、9%，其余副產物為15%。

二、MTO反應再生系統

MTO反應器采用“快速流化床”設計。反應器分為上下兩部分，反應器下部包括進料分布器、催化流化床和提升管。反應器上部是氣相與固相分離區域。自提升管出來的氣固相混和物進入旋風分離后實現氣相和固相的完全分離。分離出來的催化劑經滑閥從反應器上部返回到反應器底部以維持反應器下部催化劑的密度。MTO反應是一個放熱反應，原料甲醇進入反應器底部后開始反應。反應器溫度通過調節反應器催化劑冷卻器催化劑的循環量或者流化風的量來進行控制，移出的反應熱量用以產生低壓蒸汽。失活的催化劑在汽提出反應氣后，經過待生催化劑立管和提升管在輸送風的作用下進入再生器，進行燒焦。MTO再生器采用鼓泡床設計，包括再生空氣分布器、催化流化床和兩級旋風。催化劑燒焦是放熱反應，再生溫度通過調節再生器催化劑冷卻器流化風的量來進行控制，移出的熱量用以產生低壓蒸汽。恢復活性的催化劑在氣提出煙氣和氧氣后，送回反應器。

三、反應系統主要管道設計

（一）反應氣和煙氣管線設計

從反應器出口至出口冷卻器和從再生器至降壓孔板室之間的管道，管徑大，溫度高，管內襯有隔熱或耐磨襯里。使用冷壁管道，可以降低投資，運行安全可靠。但管道較重，自然補償剛度較大，也可以采用膨脹節補償器的方式，但從以往生產運行來看，膨脹節存在襯里較為困難，并易泄露。綜合比較，推薦使用自然補償的形式。

（二）催化劑管線設計

催化劑通常靠靠壓縮空氣正壓輸送。在30萬噸MTO項目為了防止催化劑對管道的磨損，管道壁要有足夠的厚度，并且應盡量少拐彎。當管道拐彎時，為了防止固體顆粒對彎頭的快速沖擊和磨損。需要選用彎曲半徑不小于9DN的彎管。在60萬噸MTO項目里又對催化劑管線的設計進行了優化，對于管道拐彎或有支管接入時采用三通加管帽或四通加管帽的設計，利用催化劑本身在這些地方堆積減少催化劑對管道的磨蝕。當催化劑管道較長時，每15米增加一組松動風，以防止催化劑堆積。對于吹掃管線布置，采用多組站式布置，占地空間小，布置整齊，便于操作和維修。

（三）反應器應力管線的設計

從表可已看出反應器和再生器的溫度很高，設備本身熱脹位移較大，與設備連接的管道也會相應位移。例如在靠近平臺處的管道支吊架，不能生根在平臺框架上，原因是管道隨著設備位移升高，管道支吊架是冷的，產生反力對管道或者平臺造成破壞，管支架脫空。如有需要宜設立彈簧支吊架。在實際生產中反應器和再生器的膨脹量可以達到約300mm左右，對于反應和再生器大的應力管線，要通過應力計算采取補償器補償。對于小的管線一般采取自然補的方式空間的Z型補償。在個別項目中由于對小管線的應力關注不夠，沒有再設計時給予足夠的重視，導致在試車時，大的管線通過應力計算沒有問題，往往是小的管線由于反應器的膨脹被扯斷，發生泄漏，危害安全。

（四）滑閥的設計

滑閥是反應裝置關鍵設備之一，安裝于裝置反應器與再生器之間的立管上，用于控制壓力。滑閥主要由傳動機構及自動控制柜兩部分組成。在反應器立管上有8個滑閥，其中有的滑閥傳動機構長5m，控制柜2x1x2m。并要求控制柜靠近閥體布置。針對這種情況，的設計中采取了空間分層的做法，即平臺的上方集中布置閥體，平臺的下方集中布置控制柜體，且平臺下的空間高度不小于2.2m達到做為檢修通道的要求，人可自由通過。整體上操作平臺采取對稱布置，美觀又便于操作檢修，

四、結論

在反應器的配管中，要根據反應器自身的特點，在設計過程中利用三維模型對操作空間以及吊裝空間進行充分考慮。反應器應力管線要充分考慮設備的變形量，在設計時進行應力考慮。滑閥采取空間布置或對稱布置的方式可以有效的節約空間。

參考文獻：

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