王茂立(中煤蒙大新能源化工有限公司烯烴中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017320)

0 引言

中煤蒙大新能源化工有限公式是采用大連化物所甲醇制烯烴(DMTO)技術(shù)的大型煤化工項目，以甲醇為原料，主要產(chǎn)品有30萬噸/年聚乙烯、30萬噸/年聚丙烯和C4、MTBE等。項目包含DMTO、C4、LORU、PE、PP、PSA等六套主要生產(chǎn)裝置及配套的熱電、循環(huán)水、污水回用等公用工程裝置。其中甲醇制烯烴裝置起著承上啟下的核心作用，是甲醇制烯烴項目成功的關(guān)鍵裝置，甲醇經(jīng)DMTO裝置轉(zhuǎn)化為包括乙烯、丙烯及混合碳四、碳五等烴類物質(zhì)的產(chǎn)品氣后進入DMTO裝置的急冷水洗塔洗去反應氣中攜帶的大部分催化劑及氧化物。DMTO裝置水洗塔的水洗水通過沉降罐進入污水汽提塔，凈化水通過污水汽提塔的汽提后送至污水處理廠。烯烴分離裝置采用魯姆斯的工藝技術(shù)，實現(xiàn)乙烯和丙稀分離。

1 解決甲醇制烯烴和分離裝置長周期運行瓶頸立項背景

為解決DMTO和烯烴分離裝置長周期運行瓶頸問題，提高裝置運行穩(wěn)定性，2016年裝置投入生產(chǎn)運行后，我公司組織相關(guān)技術(shù)人員到國內(nèi)多個DMTO和烯烴分離裝置調(diào)研，這些裝置包括中煤榆林、延長中煤、山東聯(lián)泓、寧夏寶豐、浙江興興、中天合創(chuàng)等，他們的平均運行周期在2年。因此我公司根據(jù)調(diào)研經(jīng)驗、2017年的運行和檢修情況，解決DMTO和烯烴分離裝置長周期運行瓶頸問題，提高DMTO和烯烴分離裝置運行周期，按DMTO裝置每年消耗180萬噸甲醇計算，裝置運行周期由2年提高至4年，減少一次檢修，每次檢修時間按30天計算，可以多產(chǎn)5.548萬噸烯烴，按超產(chǎn)1萬噸，實現(xiàn)增效1 750萬元計算，可以實現(xiàn)產(chǎn)量效益9 708萬元。在減少一次檢修，減少作業(yè)活動，同時經(jīng)濟安全效益顯著[1]。

2 解決甲醇制烯烴和分離裝置長周期運行研究項目研究內(nèi)容及過程

2.1 項目主要研究內(nèi)容

中煤蒙大公司解決甲醇制烯烴和分離裝置長周期運行研究項目主要通過于解決以下九個方面的瓶頸問題：一是DMTO裝置自動化運行程度低，降低內(nèi)操勞動強度，實現(xiàn)裝置平穩(wěn)運行；二是DMTO裝置急冷水懸浮物含量高，急冷塔堵塞快，烯烴分離裝置急冷水換熱器清洗頻繁；三是DMTO裝置反應氣中催化劑含量高，甲醇反應氣換熱器換熱效率下降，反應氣進入急冷塔溫度高；四是DMTO裝置水洗塔塔盤容易堵蠟，造成水洗塔壓差上漲；五是DMTO裝置污水汽提塔上部塔盤堵塞，不能長周期運行；六是DMTO裝置再生滑閥容易卡澀，造成催化劑中斷；七是烯烴分離裝置水洗塔塔盤堵塞；八是烯烴分離裝置堿洗塔塔盤黃油多，造成堿洗塔壓差上漲；九是解決循環(huán)水無法保證各裝置在夏季穩(wěn)定運行，存在的問題是，循環(huán)水溫差小，循環(huán)水管網(wǎng)用量大。通過對以上幾個瓶頸問題的解決，實現(xiàn)了DMTO和烯烴分離裝置的4年長周期運行的目標[2]。

2.2 提高DMTO裝置自動化控制研究

DMTO裝置存在多變量、強耦合、非線性、自干擾等難題，常規(guī)控制難以實現(xiàn)自動化穩(wěn)定運行。蒙大公司經(jīng)過三年的運行，2019年通過研究未投用自動控制回路的PID參數(shù)和優(yōu)化DMTO裝置反應器密相溫、再生器密相溫度、進再生器主風量放空調(diào)節(jié)閥、汽包三沖量、急冷塔液位、污水氣提塔液位、水洗塔液位、余熱鍋爐爐膛溫度、甲醇蒸汽換熱器液位串級控制回路，實現(xiàn)DMTO的穩(wěn)定運行。

DMTO裝置利用“兩化”深度融合智能化技術(shù)改進煤化工裝置的契機，成立提高DMTO裝置自動化控制水平小組，主要針對以下四個方面進行改進：一是針對裝置部分控制回路未投用自動、操作人員需要經(jīng)常對回路進行干預操作以及控制效果不佳情況，自動化優(yōu)化小組通過全裝置所有控制回路的PID參數(shù)整定工作，使其能達到實際的控制效果，并使控制回路投用自動且改善其控制效果。二是針對復雜回路投用方面，將對控制方案進行全面分析，提出當前未投用復雜回路的解決方案后，對復雜回路進行投用，增強裝置控制穩(wěn)定性。三是針對當前裝置報警較多問題，優(yōu)化小組將經(jīng)過深入分析，對報警頻繁回路進行報警優(yōu)化，減少裝置報警頻率。四是在全面優(yōu)化過程中如發(fā)現(xiàn)裝置上有控制方案不能夠?qū)崿F(xiàn)全流程自動控制，或沒有自動控制手段，需要操作人員根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整，且控制波動較大，不能夠?qū)崿F(xiàn)高精度和平穩(wěn)的控制指標。優(yōu)化小組將提出詳細的控制方案進行完善工作。通過一年的努力和調(diào)整，實現(xiàn)了以下成果：

(1)反再崗位內(nèi)操的大幅度減少原來的操作，如調(diào)整反應器密相溫度，再生器密相溫度，甲醇蒸汽汽化器蒸汽流量和液位，主風進再生器放空閥調(diào)節(jié)閥調(diào)整，穩(wěn)定生產(chǎn)時減少了外操頻繁調(diào)整甲醇蒸汽換熱器入口電動閥開度的操作。實例：甲醇蒸汽換熱器入口蒸汽蝶閥在調(diào)整過程中，蒸汽波動量在10 t/h，造成甲醇蒸汽換熱器液位波動在8%，外操需要現(xiàn)場調(diào)整蒸汽電動閥的開度。改造方案：通過在現(xiàn)場一個DN150的調(diào)節(jié)閥旁路，甲醇蒸汽換熱器液位與新增的調(diào)劑閥組成控制回路。改造效果：每周操作次數(shù)從原來的494次直接降為0次，極大降低了操作人員的勞動強度，且換熱器E1201A的甲醇液位的波動幅度也由8%降為2%。

(2)水洗水崗位內(nèi)操大幅度減少了原來的操作，如急冷塔的液位，水洗塔的液位，水洗塔向急冷塔補水調(diào)節(jié)閥，污水氣提塔液位，急冷塔上返塔流量。實例：急冷塔液位設計時有急冷水外甩流量調(diào)節(jié)閥FV1601控制，但此股水未投用。改造方案：通過急冷塔的液位由水洗水向急冷塔的補水調(diào)節(jié)閥FV1605的OP值組成串級控制，急冷塔T1201液位控制回路LIC1601實現(xiàn)了自動控制。改造效果：每周操作次數(shù)從原來的266次直接降為0次，極大地降低了操作人員的勞動強度，且液位的波動幅度也由16%降為1%[3]。

(3)熱工崗位內(nèi)操大幅度減少了原來的操作，如外取汽包液位余鍋汽包液位控制，CO焚燒爐爐膛溫度控制，鼓風機機入口流量控制，過熱蒸汽溫度控制，目前的主要內(nèi)容監(jiān)控好標準趨勢組曲線運行情況、定期排污時調(diào)整汽包液位控制和根據(jù)分析指標調(diào)整外取汽包和余鍋汽包的注磷酸三鈉量。

3 提高DMTO裝置急冷塔長周期運行研究

DMTO裝置急冷塔的塔盤形式為人字擋板，根據(jù)中煤蒙大2017年急冷塔的檢修情況，結(jié)合同類裝置急冷塔的運行情況分析，急冷塔容易堵塞位置為急冷塔底部5層人字塔盤，且同類裝置急冷塔的運行周期平均為2年。針對DMTO裝置急冷塔堵塞的原因進行分析為：一是采用流化床反應器，催化劑的跑損造成了急冷塔的懸浮物高，造成急冷塔塔盤催化劑堵塞，急冷塔塔壓差上漲；二是反應氣進急冷塔溫度高，造成反應氣攜帶的催化劑在急冷塔底部燒結(jié)堵塞；三是原始設計中的急冷水過濾器無法投用，進入急冷水中的催化劑無法去除，急冷水懸浮無上漲，在急冷塔人字擋板上沉積。中煤蒙大通過一年的運行，研究建立催化劑跑損的理論物料平衡計算公式，根據(jù)催化劑跑損的途徑，主要采取了以下措施降低急冷水中的懸浮物，提高急冷塔的運行周期：一是定期從反應三旋廢催化劑罐卸劑，保證三級旋風分離器的分離效果；二是定期清理急冷水空冷器，將催化劑從急冷水系統(tǒng)中取出；三是將急冷塔上返塔流量由600 t/h提至900 t/h，沖洗急冷塔塔盤上的催化劑；四是通過每周定期向甲醇反應氣換熱氣注氫氧化鈣顆粒，提高換熱器的換熱效果，將反應氣進急冷塔的溫度由385 ℃降至320 ℃，減少因溫度高造成急冷塔塔盤催化劑的結(jié)垢；五是通過將急冷水外排量由10 t/h提高至60 t/h，置換急冷塔的急冷水，將急冷水系統(tǒng)中的催化劑拿出；六是通過在進入急冷水過濾器入口加入TH型藥劑投用急冷水過濾器，降低急冷水中的催化劑含量；七是試用新型催化劑，將反應氣進入急冷塔的催化劑含量由1 t/d降至0.7 t/h；八是定期啟動急冷塔底雙泵運行，提高急冷上上返塔流量，沖洗急冷塔塔盤的催化劑；九是在急冷塔11-14層人字擋板處開孔，減緩急冷塔底部人字擋板堵塞的速率，延長急冷塔運行周期；十是每天從急冷水一級旋液分離器底部排污處排污，增加一級旋液分離器的分離效果。通過采取以上措施，急冷水中的懸浮含量有860 mg/L降低至180 mg/L,從而DMTO裝置急冷塔年長周期運行的瓶頸問題[4]。

4 提高烯烴分離裝置急冷水換熱器運行周期

通過調(diào)研同類裝置運行經(jīng)驗和中煤蒙大的運行情況，急冷水中的懸浮為水洗水懸浮的10倍，烯烴分離裝置急冷水換熱器容易發(fā)生堵塞，造成換熱效果差，為充分利用DMTO裝置反應產(chǎn)生的熱源，降低全廠的生產(chǎn)能耗，改善烯烴分離換熱器的運行條件，提高換熱器的換熱效率。烯烴分離采用急冷水換熱器的換熱設備容易發(fā)生堵塞，換熱效率下降，中煤蒙大通過將烯烴分離急冷水換熱器改造為水洗水換熱器，實現(xiàn)了烯烴分離急冷水換熱器的長周期穩(wěn)定運行，解決了烯烴分離裝置急冷水換熱器運行周期短的問題。

5 提高DMTO裝置甲醇反應氣換熱器換熱效率和長周期運行

DMTO裝置采用流化床反應器，每天反應氣中攜帶的催化劑在油類物質(zhì)的作用下，在甲醇反應氣換熱器管程沾附，造成換熱效率下降，進入反應氣的溫度升高，造成DMTO裝置急冷塔和水洗塔的熱負荷增加以及急冷塔下部塔盤結(jié)垢，且該換熱器無法實現(xiàn)在線切出清洗工作。中煤蒙大通過調(diào)研同類裝置的運行經(jīng)驗，采取以下二個方面的措施：一是提高反應氣線速的方法，提高換熱氣的運行周期，開車1年運行單臺甲醇反應氣換熱器，然后進行切換運行，3年后雙臺并聯(lián)運行；二是采取向甲醇反應氣換熱器管程側(cè)注入氫氧化鈣粒料，除去附著在管程的催化劑，提高換熱效率，通過采用的以上措施，反應氣進入急冷塔的問題由385 ℃降低至320 ℃，解決了DMTO裝置甲醇反應氣換熱器換熱效率和長周期運行的瓶頸問題[5]。

6 提高DMTO再生滑閥長周期運行

根據(jù)同類裝置的運行經(jīng)驗，再生滑閥容易發(fā)生閥板磨穿，閥桿磨斷，再生滑閥上部催化劑架橋等現(xiàn)象，是DMTO裝置長周期運行的瓶頸。為解決此類事故在我公司的發(fā)生，采取了以下措施：一是對再生滑閥的閥板和閥桿表面鍍硬質(zhì)合金，避免閥板磨穿；二是停用再生滑閥閥桿的吹掃蒸汽，避免閥桿磨斷；三是建立再生滑閥定期活動制度，避免再生滑閥上部催化劑架橋，造成催化劑輸送中斷。通過以上措施，解決了再生滑閥長周期運行瓶頸問題，自2017年中煤蒙大公司未發(fā)生一次催化劑輸送中斷事故。

7 提高DMTO污水汽提塔長周期運行

DMTO裝置污水汽提塔的長周期運行一直各類同類裝置運行的難點，運行周期為1年，主要原因是污水汽提塔頂回煉濃縮水中的醛酮在塔盤上發(fā)生縮合反應，與催化劑包裹在一起造成污水汽提塔1-11層塔盤堵塞，污水汽提塔汽提效果下降，污水汽提塔壓差上漲。蒙大公司針對污水汽提塔的長周期運行采用了以下措施，一是提高污水汽提塔頂不凝氣量在4 500 Nm3/h以上，降低濃縮水中的醛酮含量，將濃縮水中的醛有6%降低至2%以下，酮有700 mg/L降低至100 mg/L以下；二是在保證凈化水指標合格的情況下，降低塔底再沸蒸汽量，污水汽提塔底塔底再沸蒸汽流量控制在24～28 t/h；三是根據(jù)1-11層堵塞物質(zhì)的比較硬和黏，降低回流量，減少濃縮水與塔盤的接觸；四是根據(jù)污水汽提1-52層堵塞情況，將浮閥塔盤技改為篩板塔盤。通過采取的以上措施，污水汽提塔的運行周期可由1年清洗一次增加為4年清洗兩次，解決了污水汽提塔長周期運行瓶頸問題。

8 提高烯烴分離水洗塔長周期運行

因烯烴分離原始設計中采用的凈化水作為烯烴分離水洗塔水洗水的水源，凈化水中攜帶的油類物質(zhì)和催化劑易造成烯烴分離泡罩塔盤堵塞，壓差上漲，且水洗無法實現(xiàn)離線切出清洗，是烯烴分離裝置長周期運行的瓶頸問題。蒙大公司通過采取以下措施：一是將烯烴分離水洗塔水洗水熱源技改為透平凝液；二是通過凈化水過濾裝置將凈化水中的催化劑和油類物質(zhì)過濾，過濾后的水洗水作為烯烴分離水洗塔的水源。通過采取的以上措施，實現(xiàn)烯烴分離裝置水洗塔了長周期穩(wěn)定運行[6]。

9 提高烯烴分離堿洗塔長周期運行

烯烴分離堿洗塔位于壓縮機二三段之間，堿洗塔主要作用是利用氫氧化鈉除去產(chǎn)品氣中的二氧化碳，但是在堿性環(huán)境下產(chǎn)品氣中醛和酮在堿的催化下發(fā)生醛、酮縮合反應以及重烯烴類物質(zhì)的冷凝和聚合反應，并在堿洗塔上面漂浮一層黃或紅色油包水型的堿性乳化物—黃油。堿洗塔中的黃油影響堿洗塔的正常運行和堿洗效果，嚴重時造成堿洗塔盤堵塞。根據(jù)黃油生產(chǎn)的條件，為減少黃油的生成，蒙大公司采取了以下措施：一是在堿洗塔強堿、中堿、弱堿泵出口注入黃油抑制劑；二是停止?jié)饪s水進入DMTO裝置反應器的回煉，降低反應器攜帶醛酮含氧化合物；三是控制堿洗塔的溫度在42.5 ℃，減少因堿洗塔溫度高而造成黃油生產(chǎn)量大；四是控制好各堿洗段的濃度，降低黃油生成速率；五是提高水洗塔上返量，盡可能多的洗滌反應氣中攜帶的含氧化合物；六是控制好待生定碳，降低反應器中醛酮含氧化合的生產(chǎn)。通過采取的以上措施，實現(xiàn)堿洗塔了長周期穩(wěn)定運行。

10 結(jié)語

隨著中煤蒙大公司設備的運行周期，我們會繼續(xù)向同類裝置的先進運行經(jīng)驗學習。除以上幾個方面外，下一個長周期我們會致力于設備的長周期運行管理，換熱器長周期運行管理，管線磨損運行管理、壓縮機長周期運行管理等幾個方面，努力探索實現(xiàn)下一個長周期穩(wěn)定運行。