甲醇制烯烃装置急冷水的合理利用

姜思远

(宁波富德能源有限公司， 浙江宁波 315204)

宁波富德能源有限公司采用中国科学院大连物化所开发的甲醇制烯烃技术[1]，年产量180万t的甲醇制烯烃装置于2012年建成，并于2013年1月投料试车成功，甲醇经反应器催化剂高温反应生成含烯烃气体，经与甲醇气体换热后，烯烃气体温度仍然接近300 ℃。烯烃气体在急冷塔中经急冷水洗涤换热，烯烃气体温度降至110 ℃，烯烃气体在下游设备进一步降温分离。在急冷塔中,急冷水由75 ℃升至105 ℃，但急冷水含催化剂颗粒较多，固体含量(体积分数)在0.01%～0.05%，装置正常运行过程中，经常引起下游急冷水换热器堵塞，造成急冷水换热器换热能力降低，急冷水温度升高。因此，为了保持急冷水处于较低温度，合理利用较高温度的急冷水，对装置的稳定运行和提高盈利能力具有很好的作用。

1 甲醇制烯烃对绿色化工的影响

甲醇制烯烃装置是以甲醇为原料生产烯烃，甲醇可以用煤或天然气生产。在以煤或天然气生产甲醇的过程中，会对环境产生污染，这些污染包括废气、污水和固废[2]，若从国外购买甲醇并用于生产烯烃，将会避免由于甲醇生产过程中对环境造成的污染。用甲醇生产烯烃可以避免烯烃产品对石油资源的依赖，甲醇制烯烃技术的开发与应用对实现“石油替代”的能源战略具有重要的意义；同时，采用甲醇生产烯烃可以大幅度降低对环境的污染，对我国绿色化工的发展做出了极大的贡献。

2 甲醇制烯烃装置急冷水换热器换热降温

宁波富德能源有限公司的甲醇制烯烃装置于2012年建成，2013年1月投料试车成功，装置进入稳定运行阶段，反应产生的烯烃气体在急冷塔中得到了洗涤降温;同时,烯烃气体的热量传递给了急冷水，急冷塔及高温急冷水换热的流程见图1。

图1 甲醇制烯烃装置急冷水换热流程

急冷塔中急冷水的主要作用是将反应器来的烯烃气体进行冷却，并洗涤烯烃气体中携带的催化剂细粉；在此过程中，急冷水温度由75 ℃升至105 ℃，洗下来的催化剂细粉进入急冷水系统。为了除去急冷水系统中的催化剂细粉，将部分急冷水经急冷水泵送入旋液分离器分离出催化剂细粉，分离出的催化剂细粉送入污水池，但分离效果不好，急冷水中含固质量浓度仍高达460 mg/L，含催化剂细粉的急冷水在烯烃分离换热器中换热，造成换热器结垢，换热效果变差；急冷水经烯烃分离换热器后，急冷水温度仍有103 ℃，造成急冷塔的温度逐渐升高，使急冷塔和急冷水换热器不能长期稳定运行，需要定期清理。

3 催化剂细粉对急冷水热量回收利用的影响

甲醇制烯烃装置急冷塔的急冷水由于含固量较高，对甲醇制烯烃装置的稳定运行造成了很大影响，主要影响换热器的结垢和水洗塔的压差，使甲醇制烯烃装置无法长周期运行，急冷水换热器约3个月需切出清理1次，水洗塔约1 a清理1次。这些问题是影响合理利用急冷水热量的关键。

3.1 甲醇制烯烃装置急冷水催化剂细粉

烯烃气体及急冷塔、水洗塔的工艺流程见图2。反应器来的烯烃气体先进入急冷塔，经急冷水洗涤降温后进入水洗塔，烯烃气体在水洗塔中进一步经水洗降温后送烯烃分离装置分离出乙烯、丙烯等烯烃产品。因烯烃气体携带有催化剂细粉，在急冷塔中经急冷水洗涤，催化剂细粉会进入急冷水中；正常运行时，急冷水催化剂细粉质量浓度达到460 mg/L，急冷水温度在110 ℃，为了合理利用急冷水的热量，将高温急冷水送烯烃分离装置烯烃分馏塔釜再沸器换热回收热量，但这使分馏塔釜再沸器容易结垢，需要定期切出清理，增加了装置或部分设备检修的工作量，给装置的平稳长周期运行造成了一定的困难。

图2 甲醇制烯烃装置烯烃气体流程

3.2 急冷水中催化剂细粉含量降低方法

原设计甲醇制烯烃装置急冷水中催化剂细粉靠旋液分离器分离，但旋液分离器分离效果差，急冷水中催化剂细粉质量浓度仍高达460 mg/L。为了降低急冷水中催化剂细粉的含量和保证甲醇制烯烃装置能长周期稳定运行，对急冷水系统进行改造：

(1) 将急冷水旋液分离器改为烧结金属过滤器，使催化剂细粉得到过滤。

(2) 将急冷水排至专用沉降池，通过沉降分离出催化剂细粉，分离后的急冷水返回急冷塔继续用于烯烃气体的洗涤。

(3) 将结垢的急冷水换热器和空冷器进行定期切出清理，减少急冷水系统催化剂细粉的含量。

(4) 在急冷塔中催化剂沉降过多或水洗塔压差大于30 kPa时，甲醇制烯烃装置停车检修，对急冷塔、急冷水换热器进行清理，除去急冷塔、换热器中的催化剂细粉。

采用以上方法可以使催化剂细粉有效从急冷水系统中分离出来，但装置运行一定时间后，急冷水中催化剂细粉含量仍会不断增加，对甲醇制烯烃装置的长周期运行造成一定的影响。

3.3 对急冷水换热系统的改造

由于急冷水中含催化剂细粉较多，急冷水换热器运行约3个月需要切出清理1次，对装置的稳定运行造成了一定的影响。为了使装置能稳定长周期运行，将烯烃分离换热器热源改为水洗水，由水洗水代替急冷水；水洗水温度约为90 ℃，由于水洗水中无催化剂细粉，其换热效果比较好，且不易结垢。将烯烃分离换热器的急冷水改为水洗水，换热器没再发生结垢的情况，装置的运行周期得到了延长，换热器水洗水的通过量比较大，换热器的换热能力没发生大的变化，基本满足原来的换热功能。

烯烃分离换热器热源改为水洗水后，延长了换热器的运行周期，烯烃分离装置的运行稳定性得到了加强；但给急冷水系统带来的问题有：

(1) 急冷塔塔顶温度较高，塔顶温度较原设计温度高约5 K。

(2) 加大了急冷水空冷器的换热负荷，急冷水空冷器更容易结垢，需要切出清理的次数增多。

(3) 急冷水所拥有的高温热量没有得到合理利用。

烯烃分离换热器热源改为水洗水后，需要给急冷水找到更好的利用方法，同时还不能对装置的运行周期造成影响，这是保障甲醇制烯烃装置长周期稳定运行较好的方法。

4 急冷水热量发电回收利用

急冷水温度在110 ℃左右，原设计急冷水用作烯烃分离装置烯烃分馏塔再沸器的热源，改造后急冷水的热源靠急冷水空冷器排出，热量排入了大气，给环境造成了一定影响，急冷水的热量也没有得到利用。随着工业技术的发展，低温热源可以用于热量回收发电，对急冷水系统进行改造，使急冷水的热量应用于发电，其流程见图3。

图3 新型甲醇制烯烃装置急冷水热量利用

反应器产生的烯烃气体在急冷塔中经急冷水洗涤去除了携带的催化剂细粉并得到了降温，烯烃气体的部分热量以热交换的形式转入到急冷水中，急冷塔底急冷水的温度在110 ℃左右，塔底送出的急冷水经急冷水发电系统回收热量(同时并联烯烃分离装置急冷水换热器)，急冷水的温度可降至约88 ℃，急冷水进一步经其空冷器降温至约70 ℃返回急冷塔，急冷水的大部分热量通过发电得到了有效利用。

急冷水余热发电系统[3]为110 ℃的急冷水与发电系统的有机工质[4]进行换热，使液态有机工质汽化为高压有机气体，高压有机气体驱动透平发电机进行发电；经过透平后的有机气体经循环水冷却变为液体，经泵送回急冷水换热系统进行循环利用。发电功率为2 130 kW，年发电量约101×105kW·h，该发电系统发电设备为多套，以便相互备用，保证甲醇制烯烃装置的稳定平稳运行。

5 结语

甲醇制烯烃装置急冷水低温热源的有效利用可以提高装置的经济效益，降低装置的操作费用，提高装置的盈利能力；原设计急冷水作为烯烃分离装置分馏塔再沸器的热源，急冷水的热量得到了利用，由于换热器易结垢，造成急冷水换热器需定期切出清理，影响装置的平稳运行。急冷水热源改为低温发电后，不会对烯烃分离装置的运行造成影响，同时发电设备的相互备用也将对甲醇制烯烃装置运行影响降至最低。