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甲醇制烯烃装置工业化存在的问题及技术改造探讨

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：郭忠鑫

[导读] 摘要：本文针对甲醇制烯烃装置工业化中存在的反应器三级旋风腰部内侧磨损严重、急冷水固含量过高、水系统冷却负荷不足易发生堵塞等问题，给出具体的技术改造方案，用以提高甲醇制系统稳定性及运行效率，实现烯烃的工业化生产，

        联泓新材料科技股份有限公司山东省 277527
        摘要：本文针对甲醇制烯烃装置工业化中存在的反应器三级旋风腰部内侧磨损严重、急冷水固含量过高、水系统冷却负荷不足易发生堵塞等问题，给出具体的技术改造方案，用以提高甲醇制系统稳定性及运行效率，实现烯烃的工业化生产，
        关键词：甲醇制系统；装置工业化；技术改造
        引言：我国能源结构存在较严重的内部失衡问题，燃煤储量大，油、气资源不足，甲醇制烯烃工艺作为缓解能源结构失衡问题的重要途径，近年来其工艺水平不断提升。但随着新一代甲醇制烯烃装置运行时间的积累，其运行中存在的问题逐渐凸显，影响甲醇制系统工业化目标的实现，因此，需要对目前装置工业化存在的问题及技术改造方案进行分析。
        1甲醇制烯烃装置工业化问题综述
        以某化工企业的甲醇制性装置为例，对装置运行过程中出现的典型问题进行总结。
        该企业新一批甲醇制烯烃装置于2015年正式投入使用，截至2019年年底，现役装置共16套，基本实现了甲醇制烯烃工艺的安全、稳定运行，但仍存在一定问题和不足，对近年来该企业甲醇制烯烃装置发生的问题进行总结。
        第一，该公司甲醇制烯烃装置在2015年初投入使用并运行至2015年11月，发现反应器的三级旋风分离器腰部衬里脱落，导致温度逐渐上升，经现场测试，反应器外壁的最高温度达到310℃[1]。为确保装置稳定安全运行，企业决定在三级旋风分离器腰部设置风机进行冷却，但该方法未能对温升产生的源头进行治理。
        第二，甲醇制烯烃装置安有急冷水系统，主要用于产品中夹带催化剂的清除，洗涤下的催化剂经冷水一级、二级旋液分离器分离，其中清液循环回急冷塔，其余部分进入污水池进行统一处理。随着装置运行时间正常，发现急冷水固不断积累，经检测，急冷水固从原本的3000mg/L增加至10000mg/L，产生该现象的原因主要是由于，产品中夹带催化剂并不能完全被急冷水系统清除，仍有部分催化剂积留在急冷塔底部，导致急冷水固逐渐增加。该现象会使塔盘上积累过多的多甲基苯类物质，达到一定程度后阻碍产品与急冷水的充分接触，导致塔内压力上升而影响装置运行稳定性。该企业甲醇制烯烃装置在运行半年后，急冷水二级旋液分离器的旋液管几乎全部堵塞，无法正常发挥分离作用。
        第三，装置运行以来，水洗塔频繁出现塔压上升的问题，这一现象也与催化剂中多甲基苯类物质的囤积有关。该问题发生前期，企业主要通过频繁清洁换热器的方式进行处理，该方法虽然能够在一定程度上确保装置长期稳定运行，但给企业带来较高的维护成本，且这一安全隐患并未被彻底解决。因此企业决定向水洗塔内添加甲苯和柴油，以缓解塔盘堵塞的问题。方法使用初期的效果非常显著，但随着装置运行时间的进一步延长，塔压上升更加频繁，该方法也很难再发挥明显作用。
        第四，装置原本安装的立式换热器主要用于甲醇预热和产品冷却，以缓解冷却系统负荷，确保工况稳定。该类换热器中，产品走管程，甲醇走壳程，随运行时间延长，换热器管线积累大量催化剂，导致立式换热器内部积灰，换热系数降低，效果下降，进而产生更大的催化剂需求。企业决定将一台立式换热器切除，并定期对运行中的换热器做吹扫处理。该方法应用前期也取得明显效果，急冷塔温度降低40℃左右。但因换热器面积缩减，当系统以低负荷运行时，易出现水洗塔塔顶温度升高的问题。
        第五，甲醇制烯烃产品中的大部分催化剂可在急冷态被洗涤，少量催化剂进入水洗塔，并随塔内机构运行而囤积在换热器管线上，严重影响到冷却效果的发挥，且该现象在夏季表现更为明显，现场检测水洗塔顶部温度超过50℃。换热器堵塞后需进行解体清洁，但会引发换热效果降低、水洗水流通面积缩小、水洗水循环不畅的问题。

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        2甲醇制烯烃装置工业化技术改造
        企业对甲醇制烯烃运行以来发生的工业化问题进行详细记录和分析，在大量短期性问题处理方式的基础上，提出如下技术改造方案，以提高装置本身的运行性能，从根源上杜绝各类异常现象的发生。
        2.1反应器三级旋风分离器改造
        三级旋风分离器腰部衬里脱落问题普遍存在于各企业的甲醇制烯烃装置中，装置运行时间延长可能发生衬里开裂，夹带催化剂的油气渗入裂缝，导致壳体衬里进一步腐蚀磨损，其壁厚逐渐降低，引发表体温度超高问题[2]。另外，因壳体材料与衬里材料膨胀系数不同，局部温升而产生的膨胀会加剧衬里开裂，在油气冲击和各开裂板块相互挤压下，导致衬里脱落。
        然而甲醇制烯烃装置催化剂夹带的问题无法避免，因此腰部磨损可无法从根源上消除。针对该问题，企业决定在反应器三旋外侧层筒内添加格栅板，以对该问题进行有效缓解。
        该方案执行后，企业对6月内装置运行情况进行跟踪记录，发现三级旋风分离器运行状态稳定，分离效果发挥正常，装置能够满足长期、连续运行的要求。另外，企业风机等部件的维护成本大幅度降低，方案可行性较高。
        2.2急冷水二旋清流改造
        发生旋液管严重堵塞问题后，企业对急冷水一旋底部浊液中催化剂的含量进行检测，发现催化剂浓度较高，且经急冷水一级旋液顶部循环会急冷塔的清液固含量已远远超出10000mg/L的水平。因此企业决定对装置做技术升级，安装新管线，将急冷水一级旋液底部的浊液直接导流至污水池。对比改造前后装置运行数据，发现改造后急冷水固的上升速度明显放缓，改造后的一年内，急冷水固的最高含量才达到5000mg/L，技术升级作用显著。
        2.3分散剂除油技术改造
        针对水洗塔频繁出现塔压上升的问题，企业决定引入向水洗水内投放阻垢分散剂，利用分散剂处理塔盘频繁发生堵塞的问题。该方案使用后，企业停止对冷换装置的清洁，观察水洗塔塔压变化，发现在之后的一年内，水洗塔塔压稳定，且一年中仅开展一次保养性的换热清洗工作，大大降低了装置运维成本。
        2.4立式换热器喷盐技术改造
        立式混热气喷盐技术改造即在立式换热器产品入口位置安装喷盐设备，该设备内填充粒盐，经氮气加压至0.2～0.3MPa后喷出[3]。设备下降管与氮气输送端相连，向产品管线供应压力值0.8MPa的氮气。粒盐在氮气气流及产品其的作用下，与产品管道内壁发生循环碰撞，以达到除灰的目的，将管壁上囤积的催化剂粉末清除，以维持换热水平。经现场运行观察，立式换热器喷盐技术在除灰效果优良，产品出口端温度降幅在60℃左右，系统换热效果显著提高，还可避免因立式换热器切除而引发的系统温升过大问题。
        2.5增设水洗换热器技术改造
        对于换热器管束囤积催化剂的问题，在系统内安装2台E1204GH型号换热器，以提高水洗水冷却负荷，同时有效弥补离线清理过程中，水洗水流通面积不足的问题。新换热器安装后，装置水洗塔温度长期稳定在合理区间，现场检测其顶部温度一般在30℃，中部温度也不超过50℃。另外考虑到新增设备的运行稳定，同样安装备用设备，技术改造后，换热器冷却负荷改善效果显著，甲醇制烯烃装置的运行质量也进一步提高。
        结论：甲醇制烯烃装置在现代工业生产中扮演重要角色，企业在引入装置系统内过后，需持续观察其运行状态，挖掘装置各部分存在的问题和不足，并通过技术改造将其有效解决，同时做好装置维护保养工作，确保甲醇制烯烃装置安全、高效运行。
        参考文献：
        [1]孙宗礼.甲醇制烯烃工业化装置的改造及效果[J].河南化工，2019，36（01）：29-31.
        [2]纪贵臣.甲醇制烯烃装置高效运行技术及工业化应用研究[J].内蒙古石油化工，2018，44（09）：90-91.
        [3]孙宗礼.甲醇制烯烃装置工业化存在的问题及技术改造[J].煤炭科学技术，2018，46（S2）：229-231.