甲醇制烯烃装置工业化存在的问题及技术改造

甲醇制烯烃装置工业化存在的问题及技术改造

黄嘉王兆戡

陕西煤化工技术工程中心有限公司陕西渭南714104

摘要：乙烯、丙烯等低碳烯烃是现代石化工业中重要的基础原料，合成塑料、合成橡胶、合成纤维等大宗生活品的生产都需要大量低碳烯烃，并且需求量逐年大幅增加。传统工艺中，乙烯主要通过石脑油蒸气裂解获得，丙烯最主要的是通过石脑油蒸气裂解制乙烯的副产或联产，其次是炼油厂的催化裂化(fluidcatalystcracking，FCC)，还有少量来自丙烷脱氢(PDH)和其他装置。这些获得烯烃的方法都是基于石油为最初的基础原料，而我国能源结构的特点是缺油、少气、多煤，在这种形势下，为应对未来全球石油价格的剧烈波动，维护我国能源供给稳定，长期保证国内石化基础原料充足，亟需寻求一种非石油资源路线合成低碳烯烃的方法。本文就甲醇制烯烃装置工业化存在的问题及技术改造展开探讨。

关键词：甲醇制烯烃；MTO装置；煤化工

引言

低碳烯烃尤其是乙烯、丙烯是最基本的化工原料，而传统的烯烃生产工艺严重依赖于石油。我国的能源赋存特点是“富煤、贫油、少气”，2015年我国石油资源的对外依存度首次超过了60%，因此，过于依赖石油基烯烃生产工艺不利于我国的能源战略安全。

1甲醇制烯烃(MTO)技术

煤基甲醇制烯烃是指以煤气化合成的甲醇为原料生产低碳烯烃的化工技术，主要有甲醇制乙烯和丙烯(methanoltoolefins，MTO)和甲醇制丙烯(methanoltopropylene，MTP)技术，是一种新型的清洁煤化工制烯烃技术。通过几十年的研究和试验，目前已有多套MTO/MTP装置建成并平稳运行，并取得可观的经济效益。可以认为低碳烯烃的合成路径已经形成了石油路线和非石油路线的新局面。

2反应器三级旋风分离器项目技术应用

反应器三旋腰部磨损严重是目前国内投产的ＭＴＯ装置共同面临的问题，陕西榆林某ＭＴＯ装置与陕西延长某ＭＴＯ装置在运行半年后均出现反应器三级旋风分离器腰部因衬里脱落致使温度逐渐呈现上涨趋势的现象，最高时测得器壁温度可达３６０℃（壳体设计温度为３５０℃），为了保证装置长周期运行，采用在三旋腰部处临时增设１０台风机进行冷却降温的方式来缓解三旋腰部处因热点带来的隐患问题，但此法是一个治标不治本的方法。运行过程中，三级旋风分离器的衬里会出现裂缝，含有催化剂的反应油气进入裂缝，经过夹带催化剂的湍流气体长期磨损腐蚀，导致壳体局部衬里减薄，引起表面温度超温。壳体材料（Ｑ２４５Ｒ）与ＬＣ３级隔热耐磨衬里材料的膨胀系数不一致，壳体局部超温会导致热膨胀产生更多的衬里裂缝，形成局部衬里分块，在反应油气的冲刷和块状衬里的相互挤压作用下，发生大面积脱落。由于ＤＭＴＯ装置催化剂跑损是一个不可避免的问题，也就是说产品气和催化剂进入到反应三旋腰部磨损也是一个不可避免的问题。为了解决这一问题经过设计院详细核算，得出可以通过在反应器三旋外层筒体内增设格栅板的方式在不影响反应器三旋分离效果的情况下从根本上解决这一问题。

3急冷水二旋清流技术改造

DMTO装置设有急冷水洗系统，产品气中所携带的催化剂在急冷塔中与急冷水逆流接触，洗去产品气中所携带的催化剂。急冷塔中洗涤下来的催化剂通过急冷水一级和二级旋液分离器分离后清液返回急冷塔，浊液则排入到污水池。随着MTO装置运行周期的加长，急冷水固含量开始上涨(由原来的3000mg/L上涨至10000mg/L)主要原因是产品气中携带至急冷塔的催化剂量无法通过急冷水二旋底部完全排出，一部分催化剂停留在急冷塔底部越积越多，最终导致急冷塔中固含量增高。积存的催化剂急冷塔系统中循环与催化剂中的多甲基苯类物质结合后附着在塔盘上，当聚集到一定程度影响产品气和急冷水的正常对流接触，引起塔压升高从而影响装置的平稳运行。急冷水二级旋液分离器在运行半年以后旋液管基本全部堵塞，无法起到正常的分离效果。经分析，急冷水一旋底部浊流里面含有的催化剂就已经比较高，而经过急冷水一级旋液顶部返回急冷塔的清流固含量已经远超过10000mg/L。为了解决这一问题，将急冷水一旋底部浊流全部排入污水池(90t/h)。改造之后装置的急冷水固含量上涨很缓慢，运行1年以后最高上涨至6000mg/L，与改造之前半年上涨至10000mg/L相比有了显著改善。

4增设Ｅ１２０４ＧＨ项目技术应用

产品气所携带的大部分催化剂在急冷塔中被洗涤下来，少部分催化剂带入水洗塔中，经过水洗塔底泵后在水系统中进行循环，随着运行周期的增长，部分催化剂和水系统中的多甲基苯油类物质结合后附着在水洗水空冷和换热器管束中，严重影响水洗水冷却效果，夏天环境温度高表现尤为明显（温度高时水洗塔顶温度可达到５０℃），严重影响烯烃分离压缩机的运行。空冷和换热器堵塞后需要采取拆除后离线人工清洗的方式来解决，但切出后势必导致换热效果不够，水洗水流通面积减小，影响水洗水正常返塔。为此装置新增设两台Ｅ１２０４ＧＨ换热器，来增大水洗水冷却负荷，也弥补了由于空冷和换热器切出后流通面积不足的问题。

5立式换热器喷盐技术改造

MTO装置甲醇－产品气E1202A/B立式换热器作用是过热进料甲醇同时降低产品气温度，降低水系统冷却负荷，使甲醇进料满足要求。立式换热器中产品气走管程，甲醇走壳程。随着运行周期的加长，产品气中夹带的催化剂细粉不断吸附在换热管内壁上，立式换热器换热管内壁积灰，积灰造成换热系数下降，换热效果差。造成水系统冷却负荷大，进料温度低，催化剂消耗大。原来立式换热器换热效果不好时，切除一台立式换热器，使立式换热器单台运行，高线速吹扫使用中的立式换热器，一段时间后切换为另一台，轮番单台运行，高线速下吹扫换热管束内壁的挂灰。经试验有一定效果，处理后产品气进急冷塔温度降低40℃。但是切除单台立式换热器，立式换热器换热面积减小，经常在低负荷或降低负荷情况下实现，负荷不降，水洗塔顶温度超温，有时达到70℃。为了解决这一问题，在立式换热器前面产品气管线上喷入砂粒。现场设一带压设备，设备中加入砂粒，盖上大盖，用氮气充压至0．2～0．3MPa。下降管处接入氮气输送，0．8MPa氮气输送至产品气管线中。大粒径的颗粒顺着产品气流动，砂粒在产品气的带动下碰撞管内壁实现除灰，带走附着在换热管内壁上的催化剂细粉，以恢复立换原有的换热效率。实践证明立换喷盐除灰效果显著，立换产品气出口温度可以降低60℃，换热器维持实践由之前的半年吹灰1次增加至每年除灰1次，由于立换没有切除工况平稳性影响很小，大幅增加了装置的平稳性。

结语

国内甲醇制烯烃产业正如火如荼的发展，然而必须要冷静面对的是商品的同质化使得竞争日趋剧烈，石油价格的低位运行不断压缩着煤制烯烃的盈利空间，而且随着2015年号称史上最严环保法的出台，多处规划的MTO已然面临环评被拒的局面。未来的MTO项目需要更多理性的分析、完善的规划、以及差异化的产品。不过也不必过于悲观，目前我国的乙烯、丙烯产能依然有较大的缺口，因此当前的重点仍然是加大科技研发投入，在完善相关工艺技术的同时，实现产品的差异化、高附加值利用，同时向环境友好型转变，实现污染物零排放。

参考文献

［1］马奉奇．国内煤化工的现状及发展［J］．煤化工，2017，34(1):5－8．

［2］邢爱华，岳国，朱伟平，等．甲醇制烯烃典型技术最新研究进展(I):催化剂开发进展［J］．现代化工，2015，30(9):18－24．