甲醇制烯烴裝置低溫熱的優化利用

馬成才

（寧夏寶豐能源集團股份有限公司，寧夏銀川 750411）

1 MTO裝置低溫熱的產生和利用

甲醇制取低碳烯烴的反應是比較復雜的，當前被接受的反應機理是碳池反應機理，其中多甲苯作為碳池中的一種活性成分，和甲醇會出現不同的反應，導致側鏈烷基增長，然后側鏈被脫除，生成乙烯和丙烯等低碳烯烴。熱力學研究表明，該反應是強放熱反應。

1.1 低溫熱的反應

在正常的情況下，MTO反應器溫度一般是在480℃左右，從反應器出來的產品氣首先經過旋風分離器脫除催化劑細粉，之后進入進料塔、甲醇換熱器移去部分熱量，等到溫度降到355℃左右，降溫之后產品氣經過急冷塔，和急冷水逆向接觸后降溫，在整個過程中，除去少量的催化劑以及含氧化合物之后，產品氣從急冷塔流出之后進入到水洗塔，和水洗水逆向接觸后繼續降溫，在整個過程中，除了脫除微量含氧化物之后，可達到理想的效果。產品的溫度不高，在逐步降低的過程中釋放大量的低溫熱，同時MTO裝置污水氣提塔產生的精華水以及該塔系統產生的凝結水也是低溫熱一個部分，在設定中需要優化選擇[1]。

1.2 低溫熱的利用

污水汽提塔產生的精華水和凝結水溫度相對來說比較高，作為進料甲醇的加熱熱源，將甲醇預熱提升到100℃左右，由其他加熱源升溫到190℃之后進入到MTO反應器，急冷水和水洗水等需要在烯烴分離裝置尋找熱阱，在具體操作中，可按照實際工況確定，部分經精餾塔再沸器可作為熱阱，選擇低壓脫丙烷塔（塔底溫度 79℃±5℃）再沸器、乙炔轉化器進料加熱器、2#丙烯塔底（溫度 51℃±3℃）再沸器作為急冷水的供熱用戶。如何選擇合理的加料器是重點，在加熱后對溫度進行設定，確保合理供應[2]。

2 低溫熱利用的優化方案

2.1 優化前存在的問題

在各種裝置優化設計中，來自MTO裝置的急冷水主要是為分離裝置低壓脫丙烷塔塔底再沸器E504A/B、乙炔轉換器進料加熱器E604 和 2#丙烯塔底再沸器 E613 提供加熱熱源。由于急冷水攜帶催化劑細粉，在應用中，考慮到運行周期和換熱器急冷水側等裝置，在運行中受到其他因素的影響，導致出現換熱效果差和清洗頻繁等情況，對裝置自身的運行產生了影響，同時增加了檢修成本[3]。

結合近些年來的運行實際情況來說，對基礎設備清洗之后大概一個月左右，換熱效果可能變差，需要再次進行清洗，重新投入應用需要3～4d，增加了難度。在清洗的過程中，要有大量的設備，例如備用再沸器E514 以維持再沸量，同時在操作的階段，增加了低壓蒸汽消耗，在加熱器具清洗之后，換熱效果比較差，可能會出現乙烯塔的進料溫度比較低，對后續運行產生影響，出現嚴重的損失。在換熱和清洗的階段，依據具體的能耗情況和溫度概況等，如果系統本身運行不暢，會導致乙烯的損失增加。E613再沸器在清洗的過程中，增加了塔的回流泵P609的運行難度，導致丙烯純度降低，丙烯損失嚴重。針對當前存在的各種問題，在實施中需要找到可代替急冷水的熱源，夏季的溫度比較高，MTO裝置水洗塔熱負荷比較高，水洗水完全可以滿足在沸器的負荷需求，在整個階段需要將水洗水代替急冷水備用，此類方案的設計符合要求。

2.2 方案的實施和采用

低溫熱利用的優化方案進行更改之后能提升可行性，在檢修階段，對急冷水和水洗水管線等進行置換處理，在MTO到烯烴分離界區急冷水和水洗水管線加連接跨線，通過手閥控制，詳細設計形式如圖1所示。

圖1 低溫熱利用的優化方案技改示意圖

在當前方案優化設計中，將溫度相對比較高的凈化水和凝結水作為MTO反應器進料甲醇的加熱源，在烯烴分離裝置尋找熱阱對水洗水加以利用，使部分低溫熱量回收利用。

3 甲醇制烯烴裝置低溫熱的問題和解決措施

3.1 水洗塔出口氣相色譜儀問題分析

水洗塔出口色譜儀主要是用來分析水洗塔出口的丙烯、乙烯和二甲醚等濃度，是當前應用廣泛的一種分析儀表。在原設計氣相色譜分析預處理工藝過程中，可能會存在不同程度的缺陷的現象，如果無法處理工藝氣中的水和催化劑顆粒等物質，直接會對色譜儀的運行造成影響。色譜儀可能會存在失靈的現象，如果不能正常運行，導致分析結果也受到影響。針對自動反吹功能和實際要求等，如何減少氣體中的催化劑含量是關鍵，新的氣相色譜分析預埋處理的過程中，對基本的工藝流程要求比較高，在工藝介質中進入到受控的氣控三通球閥和顆粒物過濾器等，在后續操作中通過色譜儀指令分別對不同的氣控三通球閥的開關狀態進行組合，能實現顆粒物過濾器的合理流通。在工藝管道反吹的過程中，色譜儀在每一個周期進行10s的反吹防空和10s的工藝管道反吹，吹掃完成之后，自動恢復樣品的流通狀態閥位。在工藝介質內的催化劑顆粒通過截留之后，顆粒物過濾器在吹掃之后，完成樣品流通狀態閥位。在整個階段實施預處理之后，工藝介質進入到換熱器中，在2～6℃恒溫區將氣體的水汽冷凝成液態，工藝氣進入到雙路手動切換的過濾器內，溶脹過濾器將逃逸出來的微量水進行吸附處理，在事故的狀態下，溶脹過濾器會將水全部吸附并因其溶脹特性而阻斷工藝氣的流動，從而保護在線色譜儀不會有液態水進入。

3.2 空冷器無法在線清洗

產品氣中攜帶的催化劑細粉和反應生成的重組分在空冷器換熱管內壁上，會出現沉積的現象，對空冷器的換熱效果產生影響，考慮到制約甲醇制烯烴裝置高負荷運行的影響因素，在具體裝置中要求合理應用水洗水空冷器，在各種設備應用階段，以高負荷運行為基礎，每日需要離線進行清洗，在設計檢修階段，由于作業人員的勞動強度比較高，在冬季可能會存在空冷器凍裂等現象，如果檢修的階段出現二次凍管的現象，施工和維護難度隨之提升。

3.3 立換式換熱器換熱效果差

反應器頂部出現的溫度比較高的產品氣，經過立式轉換器應用之后，產品的溫度降低，氣相甲醇溫度不斷升高，加熱的氣相甲醇進入到反應器之后，和催化劑接觸之后產生不同程度的反應。在優化處理中，為了強化立式換熱器的換熱效果，減少熱能的費用，需要對立式換熱器進行優化和改造，經過考察可知，增設噴鹽除垢系統，噴鹽除垢系統采用大顆粒工業鹽作為除塵介質，可起到儲存的作用。在優化設計中，借反應氣帶入到換熱器管束中，將依附在管壁上的催化劑沖刷掉，起到重要的作用。

4 結語

在甲醇制烯烴裝置應用的過程中，兼顧到反應器的具體應用情況，在蒸汽凝液灌的壓力設定中需要注意的是進行優化利用。由于空冷器不能在線清洗，換熱器的檢測和清洗階段，整體能耗比較大，采取一系列的措施優化之后，能讓各項問題及時解決。在優化設計中，需要對各項指標也實施優化，降低生產成本，提升生產效率，減少整體維修費用，進而提升企業的經濟效益和市場競爭力。