MTO装置污水汽提系统长周期运行的影响因素及处理措施

摘 要：MTO装置在生产运行过程中，污水汽提塔的进料主要为水洗水，急冷水，分离装置水洗水和压缩机一，二三段凝液[1]。水洗水中含有催化剂粉末和少量的甲醇、二甲醚等物质，急冷水中含有大量的催化剂粉末，分离装置水洗水和一，二三段凝液含有油类物质，在污水汽提塔中不断汽提、浓缩，造成污水汽提塔塔盘和重沸器以及换热设备结垢堵塞，影响了污水汽提系统长周期平稳运行。本文依托实际生产，分析了各项影响因素，提出了实际操作中解决该问题的措施和方法。

关键词：污水汽提塔；堵塞；MTO

MTO工业装置经过液相甲醇气化后送至反应器与催化剂反应生成低碳烯烃、催化剂再生和循环、反应产物送至急冷水洗系统冷却和脱水及污水汽提三个过程。水洗和急冷系统是集热量回收与利用、反应生成水的凝结、洗涤脱除催化剂细粉及反应产物处理于一体的综合系统，一般包括急冷系统、水洗系统和污水汽提系统。本文主要介绍装置长周期运行过程中，污水汽提塔系统存在的问题和相应的处理措施。

1 MTO装置污水汽提系统流程介绍

从急冷塔底抽出的急冷水，水洗塔底抽出的水洗水，分离装置水洗水和压缩机一，二三段凝液送至沉降罐沉降，再经污水进料泵升压后，通过汽提塔进料换热器换热后送至污水汽提塔41层。汽提塔底设有采用1.0MPa低压过热蒸汽作为热源的重沸器进行汽提。汽提后的净化水通过塔底净化水泵送出，经过汽提塔进料换热器，净化水甲醇换热器回收部分热量再经过空冷器和冷却器换热后，一路送至烯烃分离装置作为水洗水，另一路送至污水厂或者备煤装置。汽提塔顶的汽提气经甲醇汽提气换热器换热，再经过冷却器冷却后的浓缩水进入汽提塔顶回流罐，浓缩水通过罐底回流泵升压后，一部分作为塔顶冷回流返回至汽提塔上部控制塔顶温度。另一部分进入浓缩水罐，最后与甲醇进料混合后送至反应器回炼。塔顶回流罐上部的不凝气送至反应器回炼[2]。

2 影响因素分析

MTO装置在生产运行过程中，污水汽提塔的进料主要为急冷水，水洗水，分离装置水洗水和压缩机一，二三段凝液。急冷水中含有大量的催化剂粉末，水洗水中含有微量催化剂细粉和少量的甲醇、二甲醚等物质，分离装置水洗水和一，二三段凝液含有油类物质。在污水汽提塔中由于汽提和浓缩，汽提塔塔盘和重沸器以及换热设备上不断结垢堵塞，造成污水汽提塔系统波动较大。在装置满负荷长周期运行过程中，会对系统产生以下影响。

2.1 污水汽提塔差压波动

污水汽提塔进料中催化剂粉末和油类物质在污水汽提塔中不断汽提和浓缩，塔盘上会凝结污垢物质。在装置运行初期装置负荷较低，对垢物冲刷较小，未形成局部堆积。装置达到满负荷后，汽提塔的进料量相应增加约40t/h，压差涨至60kPa。随着垢物的不断冲刷和积累，汽提塔差压开始波动，波动范围为30kPa-100kPa，且变化量较大的为汽提塔底压力。这些沉积物不均匀的附着在塔盘上，导致汽提塔塔盘堵塞。使汽提塔内部形成液封，造成塔内部气液相偏流，引起塔压差大幅度变化。从而使汽提塔顶温、底温以及塔顶压力波动，净化水出装置温度和COD超标。

2.2 对反再系统的影响

反应系统进料中设置了甲醇蒸汽汽化器和甲醇汽提器换热器。由于污水汽提塔波动，造成进入甲醇汽提器换热器汽提气侧压力和温度大幅度波动，当汽提塔压力和温度发生变化后，相应液相甲醇的气化量发生较大变化。当汽提气温度升高时，甲醇汽化量增加，造成反应压力波动加大，由0.110MPa至0.123MPa之间波动。导致反应系统流化失衡、旋风分离器压降波动，造成催化剂跑损，进而导致急冷水固含量升高。

2.3 回流罐液位及压力波动

汽提气通过汽提气换热器和冷却器的降温冷却后进入塔顶回流罐，回流罐底液体经过回流罐泵升压后和甲醇进料混合送至反应系统回炼，同时回流罐顶不凝气也送至反应器进行回炼。由于系统长周期运行过程中，汽提塔堵塞及换热设备管束的换热效果降低引起系统压力波动较大。汽提塔的压力变化情况呈以下规律：汽提塔顶压力下降，温度下降，塔顶回流罐液位下降。同时汽提塔底温度升高，压力升高，塔底液位降低。由于汽提塔上下部分变化不一致，可以判断已经形成液封。当液封突破后，塔顶压力升高，塔顶温度升高，回流罐液位大幅度上升。同时由于大量液体落入塔底，造成塔底液位大幅上升，温度大幅下降，塔底压力下降。进而影响回流罐液位和压力的波动。导致进入反应器的浓缩水和不凝气量的波动，引起反应系统压力大幅度波动。

2.4 换热设备换热效率降低

在装置长周期运行过程中污水汽提系统换热设备管束表面形成污垢层并逐渐加厚。污垢层引起传热系数下降，导致系统换热设备的换熱效率下降，影响汽提塔汽提效率，既降低了污水进料换热器，净化水甲醇换热器以及空冷器和换热器的取热的能力，从而使净化水出装置温度超标。同时也降低了汽提气换热器和汽提气冷却器的取热效果，导致回流罐液位和压力大幅度波动，影响反应系统的正常生产能力。

2.5 设备使用寿命降低，生产成本增加

由于污水汽提塔差压波动，汽提塔底抽出泵的内部会发生汽化，导致泵汽蚀，造成泵转动部件损毁，泵的工作性能降低，汽蚀会引起泵振动，使转动部件磨损失去平衡导致机封泄漏[3]。同时，换热器管壁积垢将导致管壁腐蚀，严重时造成管壁穿孔泄漏。此外在冬季时，附着在换热器和空冷器管束上的物质堵塞管束，使管束通道变窄，通量减小，流速降低，极易发生管束冻堵，严重时甚至造成管束冻裂。这些情况的发生都会导致设备的使用寿命降低，装置生产成本增加。

3 处理措施和方法

3.1 有效控制进料中催化剂粉末和油含量

由于急冷水固含量较高，会对汽提塔正常运行造成影响，所以进行切除急冷水至沉降罐的流程，从而有效的降低了净化水固含量。二三段凝液较一段凝液含有的油类物质多，进入汽提塔后对净化水影响比较明显，故将二三段凝液收至油水分离器进行静置后将油类物质送至废油储罐，水送至水洗塔。水洗水含有少量的催化剂粉末，送至汽提塔后影响净化水质，所以沉降罐定期将沉积在沉降罐底的催化剂粉末排至污水池，有效的降低了净化水固含量。进入沉降罐的水洗水，分离装置水洗水和一段凝液含有少量的油类物质，将沉降罐控制液位70%处的玻璃板液位计引出口配管线流程将上层油类物质排至地下污水罐最后送至废油储罐，降低了污水汽提进料的含油量，从而有效的控制了净化水水质。

3.2 优化工艺生产，避免反应系统波动

降低汽提气换热器的液位，保证汽提气换热器甲醇侧的蒸汽过热度。采取的措施是将汽提气换热器的负荷转至甲醇蒸汽换热器上，以及对甲醇汽提气换热器汽提气侧入口管线进行扩径改造，进而减少汽提气换热器对反应系统的影响。

3.3 回流罐液位及压力波动

由于污水汽提系统波动，导致回流罐压力的波动，使进入反应器的浓缩水量波动较大，故将浓缩水送至含油废水，降低浓缩水对反应系统温度的影响。不凝气原设计是进入反应器回炼或者放火炬，因不凝气含部分水蒸汽和蜡状物返回反应器回炼时会逐渐堵塞甲醇进料分布器，而不凝气直接放火炬会造成火炬罐的凝液增加，火炬管线结蜡等现象。为了将不凝气改至火炬系统，将不凝气引至分液罐，将不凝气进行气液分离后，气相送至火炬，液相送至废油储罐。

3.4 加强设备检修和维护

污水汽提系统换热设备管束表面形成的污垢在装置正常运行过程中可以交替切除进行清洗，或者在装置停工检修时对汽提塔及系统换热设备进行人工清理和高压水清洗[4]。提高污水汽提系统换热设备的换热效果。

4 小结

随着工艺技术不断进步完善，设备性能不断的提高，还会有更好的解决方法来解决制约甲醇制低碳烯烃技术发展的各个难题，例如对催化剂的改良与完善，从源头上有效的控制副产物和催化剂细粉的产生；对甲醇原料前期除蜡，减少对装置水系统设备的堵塞。虽然污水汽提塔仅是甲醇制烯烃工艺中的一小部分，当涉及到环保、节能等各个方面，我们要从源头不断改善生产操作条件，优化工艺生产，确保装置的稳定运行。

参考文献：

[1]吴秀章.主编.煤制低碳烯烃工艺与工程[M].北京：化学工业出版社，2014.2

[2]刘中民等著.甲醇制烯烃=Methanol to Olefins.北京：科学出版社，2015.

[3]孙玉霞，李双喜，李继和等编著.机械密封技术[M].北京：化学工业出版社，2014.

[4]王绍良主编.化工设备基础[M].京：化学工业出版社，2009.

作者简介：

程珂琪（1986- ），男，甘肃天水人，从业甲醇制烯烃十年，内蒙古神华包头煤化工有限责任公司。