李繼翔

甲醇制烯烴裝置工藝優(yōu)化的技術(shù)改造方法

李繼翔

（南京誠(chéng)志清潔能源有限公司，江蘇 南京 210047）

甲醇制烯烴工藝技術(shù)生產(chǎn)以乙烯、丙烯為主的低碳烯烴，同時(shí)具有低碳烯烴收率高、甲醇消耗低的特點(diǎn)，是近十年成熟起來的新型化工生產(chǎn)工藝。南京某公司的甲醇制烯烴裝置在生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的一些問題沒有成熟的解決辦法可以借鑒，一直影響著裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)裝置上出現(xiàn)的問題進(jìn)行研究和工藝技術(shù)改造，并通過改造后的工藝投用和不斷完善，達(dá)到了裝置的長(zhǎng)久安全穩(wěn)定運(yùn)行。

甲醇制烯烴；工藝優(yōu)化；穩(wěn)定運(yùn)行；安全

低碳烯烴作為化學(xué)行業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)原料，是合成塑料、合成纖維和合成橡膠以及各種石油化工和精細(xì)化工產(chǎn)品的重要中間體，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著舉足輕重的作用，主要來源于石腦油蒸餾組分的蒸汽裂化裂解[1]。甲醇制烯烴技術(shù)是現(xiàn)代煤化工與石油化工連接的紐帶,可使我國(guó)的低碳烯烴生產(chǎn)不再受石油資源的制約,在我國(guó)得到了快速發(fā)展和應(yīng)用[2]。甲醇制烯烴裝置工藝的優(yōu)化改造，不僅可以解決實(shí)際生產(chǎn)的問題，而且促進(jìn)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展，使工藝技術(shù)趨于成熟，得以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙提升。

1 甲醇制烯烴裝置概述

甲醇制烯烴(Methanol To Olefin，縮寫MTO)是將甲醇作為原料經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化為以乙烯、丙烯為主的工藝技術(shù)。MTO是煤制烯烴工藝路線的樞紐技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了由煤炭或天然氣經(jīng)甲醇生產(chǎn)基本有機(jī)化工原料，是對(duì)傳統(tǒng)的以石油為原料制取烯烴的路線的重要補(bǔ)充，也是實(shí)現(xiàn)煤化工向石油化工延伸發(fā)展的有效途徑。目前，煤基甲醇制烯烴技術(shù)已經(jīng)成熟，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)[3]。

南京誠(chéng)志清潔能源有限公司是一家煤基甲醇制烯烴示范公司，煤基甲醇制低碳烯烴工藝技術(shù)是以煤原料為源經(jīng)氣化后合成甲醇，然后甲醇再經(jīng)過一系列反應(yīng)后生成低碳烯烴，是目前非石油資源生產(chǎn)低碳烯烴產(chǎn)品最普遍的技術(shù)［4］，其MTO工藝技術(shù)是20世紀(jì)90年代由美國(guó)和挪威共同開發(fā)的甲醇制取低碳烯烴的技術(shù)，該技術(shù)在 MTO 工藝的開發(fā)和設(shè)計(jì)中充分吸取了流化催化裂化(FCC) 工藝的優(yōu)勢(shì)，反應(yīng)器使用快速流化床，而再生器則使用鼓泡床［5］，將甲醇進(jìn)行100%轉(zhuǎn)化，其丙烯與乙烯的總收率提升到80%左右。為了提高雙烯的總收率,又采用了烯烴裂解技術(shù)(OCP), 這項(xiàng)技術(shù)使雙烯的總收率提高到85%以上［6］。MTO裝置在生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)了較多的問題，公司管理者和技術(shù)人員結(jié)合工藝原理和與石油催化裂化技術(shù)的對(duì)比，對(duì)裝置工藝進(jìn)行了一系列的技術(shù)改造，以此保證裝置能夠安全平穩(wěn)長(zhǎng)久運(yùn)行。

2 裝置注堿泵及汽包磷酸鹽注劑泵改造

裝置的急冷區(qū)堿液注劑泵和反再區(qū)的汽包磷酸鹽注劑泵在初期設(shè)計(jì)時(shí)為1臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)多臺(tái)泵運(yùn)行，同時(shí)提供下游裝置的助劑注入。但是當(dāng)其中1臺(tái)泵損壞，需要檢維修時(shí)，將電機(jī)停運(yùn)，會(huì)造成幾臺(tái)泵整體停用，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過必要的技術(shù)改造，降低隔膜泵的故障率是提高機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)率的基礎(chǔ)條件[7]，生產(chǎn)和機(jī)動(dòng)部門技術(shù)人員對(duì)隔膜泵進(jìn)行研究，隔膜泵的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，主要是在傳統(tǒng)柱塞泵的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，由防爆電動(dòng)機(jī)、偏心輪、曲軸、連桿、十字頭、活塞缸、隔膜室、進(jìn)料單向閥、出料單向閥、行程調(diào)節(jié)器、氣體穩(wěn)壓器構(gòu)成[8]。經(jīng)過討論制定方案后，對(duì)其進(jìn)行改造，將原有的1帶多改為1帶1，每臺(tái)注劑泵配備1臺(tái)電機(jī)（圖1所示），以及中控室的DCS畫面做修改完善,進(jìn)行每臺(tái)泵的畫面圖形組態(tài)（圖形組態(tài)是畫面組態(tài)工具的一個(gè)重要功能模塊, 通過圖形組態(tài)可以在畫面在線運(yùn)行時(shí)使圖形的顏色能夠根據(jù)DCS過程數(shù)據(jù)的變化而發(fā)生變化[9]），泵開啟狀態(tài)為綠色顯示，停用時(shí)為紅色顯示（圖2所示），這樣滿足當(dāng)其中1臺(tái)泵損壞時(shí)，可單獨(dú)進(jìn)行處理，其他泵不停用，保證了急冷系統(tǒng)和汽包的系統(tǒng)穩(wěn)定，減少對(duì)設(shè)備和蒸汽品質(zhì)的影響。

圖2 汽包磷酸鹽注劑泵控制室DCS畫面圖

3 增加V-1001底部去甲醇精餾裝置工藝流程

裝置的反應(yīng)器原始設(shè)計(jì)是精甲醇進(jìn)料，但是因?yàn)楣居忻褐萍状佳b置，為增加經(jīng)濟(jì)效益，MTO裝置反應(yīng)器改為粗甲醇進(jìn)料。用煤制得甲醇后，在甲醇的精制工藝中要用到蒸餾塔來對(duì)新生成的甲醇進(jìn)行循環(huán)蒸餾來達(dá)到甲醇提純和凈化的目的[10]。為減少能源消耗，甲醇精餾的指標(biāo)控制降低，使得粗甲醇中含有部分雜質(zhì)（銹渣、臘、醛酮等），此少量的雜質(zhì)隨時(shí)間的增加逐漸在裝置的V-1001罐底聚集，同時(shí)因溫度較高，這些雜志會(huì)緩慢濃縮聚合形成紅色的蠟狀物，并伴隨時(shí)間增加，蠟狀物會(huì)粘在再沸器的管束外壁，影響罐底的再沸器汽提效果，進(jìn)一步對(duì)反應(yīng)器進(jìn)料波動(dòng)產(chǎn)生影響，間接對(duì)裝置的穩(wěn)定操作造成影響。

綜合考慮各方面原因，生產(chǎn)技術(shù)部門一方面與甲醇精餾裝置溝通，將粗甲醇進(jìn)行加深精餾，盡量減少雜質(zhì)含量；MTO裝置適當(dāng)提高V-1001液位，高液位，汽化率較低，傳熱系數(shù)較大，循環(huán)動(dòng)力較大，對(duì)再沸器具有強(qiáng)烈的沖刷作用，不易結(jié)垢[11]；另一方面MTO裝置進(jìn)行工藝技術(shù)改造，將V-1001罐底的濃縮的蠟狀物進(jìn)行連續(xù)性的抽出排至上游甲醇精餾裝置，進(jìn)行再回?zé)?，減少V-1001罐底甲醇中持續(xù)性的雜質(zhì)濃縮，維持甲醇中雜質(zhì)的含量在一定范圍內(nèi)。

在流程改造前，從2015年1月1日至2月15日，公司檢測(cè)中心人員每間隔5日取V-1001罐的樣品進(jìn)行分析，并對(duì)粗甲醇之中的雜質(zhì)測(cè)定方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)處置，粗甲醇的雜質(zhì)測(cè)定是保證甲醇的制備技術(shù)得到有效優(yōu)化的關(guān)鍵以能夠得到精準(zhǔn)的分析數(shù)據(jù)[12]。改造后流程投用，從從2015年7月1日至8月15日，同樣取V-1001罐底甲醇取樣分析數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示，圖3為分析數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖。

表1 V-1001罐底甲醇取樣分析數(shù)據(jù)

圖3 V-1001罐底甲醇取樣分析趨勢(shì)圖

4 增加E-3005備用換熱器

裝置的E-3005換熱器為單臺(tái)，其形式為固定管板式，為管殼式換熱器的一種, 是指兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定的換熱器。固定管板式換熱器主要由外殼、管板、管束、封頭等部件構(gòu)成[13]。換熱器的使用可以有效地完成不同溫度物料間的熱量交換, 在具體的使用過程當(dāng)中, 由于所用設(shè)備的結(jié)構(gòu)影響,以及各種操作工藝之間的差別等, 使得很多換熱器在成年累月的使用中出現(xiàn)了泄漏的現(xiàn)象, 嚴(yán)重地影響了設(shè)備的正常工作, 如果泄漏現(xiàn)象沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn), 還會(huì)造成操作故障的發(fā)生,埋下了安全隱患等, 直接影響了經(jīng)濟(jì)效益。

2018年，E-3005換熱器發(fā)生了泄漏，造成工藝物料跑損，且工藝物料漏入循環(huán)水中，造成循環(huán)水COD升高，因無法在線處理，需系統(tǒng)停車處理，造成了經(jīng)濟(jì)損失。因此，根據(jù)原有流程經(jīng)設(shè)計(jì)增加一臺(tái)備用換熱器（圖4所示），當(dāng)在用換熱器發(fā)生泄漏時(shí)，可以切至備用換熱器，進(jìn)行處理泄漏的換熱器，系統(tǒng)不停車，可以減少經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)檢修后在換熱器進(jìn)行安裝時(shí),要預(yù)先在兩端管板處進(jìn)行防腐處理, 降低因腐蝕而導(dǎo)致泄漏發(fā)生的概率。同時(shí)在設(shè)備運(yùn)行過程當(dāng)中,應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)的設(shè)備管理工作,提高操作工作人員的操作技能水平及對(duì)相關(guān)操作規(guī)范的認(rèn)知程度, 杜絕超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),尤其是存在腐蝕介質(zhì)時(shí),要對(duì)列管式換熱器進(jìn)行及時(shí)的檢查及數(shù)據(jù)結(jié)果記錄,并對(duì)整個(gè)操作過程進(jìn)行監(jiān)督, 一旦出現(xiàn)問題及時(shí)采取措施, 最大限度地降低泄漏故障的發(fā)生[14]。

圖4 備用換熱器流程示意圖（黑框內(nèi)）

5 E-1001換熱器增加副線

裝置的E-1001為3臺(tái)串聯(lián)使用的換熱器，管殼程的2種介質(zhì)為甲醇和汽提水，當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，壓力高的殼程甲醇側(cè)會(huì)泄漏進(jìn)入汽提水中，造成甲醇損失和外排汽提水COD高；因在線無法切出維修處理，停車也會(huì)增加經(jīng)濟(jì)損失。以及停車檢修時(shí)，便于換熱器進(jìn)行拆檢。列管式換熱器管束內(nèi)部運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生一定的污垢，是影響裝置整體運(yùn)行周期的瓶頸，會(huì)嚴(yán)重地影響列管式換熱器換熱效果，有時(shí)候換熱效率可能會(huì)降低30%以上；即使是工藝控制較為平穩(wěn)，沒有生產(chǎn)波動(dòng)等，一個(gè)運(yùn)行周期末個(gè)別列管式換熱器結(jié)垢物最厚處可能達(dá)到2~5 mm。列管式換熱器結(jié)垢可能影響運(yùn)行平穩(wěn)率和產(chǎn)品產(chǎn)量，嚴(yán)重時(shí)不但可能會(huì)造成裝置停車，污垢還會(huì)引起垢下腐蝕[15]。因此增加副線流程，在換熱器發(fā)生泄漏時(shí)可以將換熱器切出處理（圖5所示）。

圖5 E-1001換熱器增加副線（粗線流程）

6 V-2017和V-2018不凝氣放空管線改造

裝置的凝液回收系統(tǒng)的潔凈凝液緩沖罐（V-2017）和污染凝液緩沖罐（V-2018）作用是回收所有的蒸汽經(jīng)換熱使用后的凝液回收至系統(tǒng)，潔凈凝液大部分作為鍋爐水使用，富余的少部分和污染凝液一起送至公用工程的脫鹽水站，進(jìn)行處理再利用。中石化齊魯石化已有成功經(jīng)驗(yàn)，將塑料廠 6套生產(chǎn)裝置蒸汽冷凝液直接排地溝造成浪費(fèi)的問題 , 建立了凝液回收站 , 經(jīng)處理后供各裝置做脫鹽水用 , 節(jié)約了資源 , 降低了排污量[16]。

經(jīng)過長(zhǎng)期的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)罐頂?shù)姆趴展芫€設(shè)計(jì)不合理，不凝氣無法及時(shí)排出，造成罐內(nèi)壓力較高，尤其在冬季投用儀表和管線伴熱后，進(jìn)一步增加了凝液量，放空管線出口出現(xiàn)冷凝帶水情況，管線振動(dòng)大。蒸汽凝液管線發(fā)生振動(dòng)一般為汽液兩相流所致,水擊嚴(yán)重時(shí)可引起較大事故[17]。灑落后的冷凝液造成框架平臺(tái)和地面結(jié)冰，對(duì)人員的安全造成安全隱患。因此進(jìn)行技術(shù)改造，按照蒸汽管道設(shè)計(jì)的合理布置、管道施工控制、管道應(yīng)力計(jì)算和相關(guān)凝液管道的鋪設(shè)需要注意的是, 如果蒸汽管道在管廊鋪設(shè)上總體是朝上時(shí), 應(yīng)該逐步的擴(kuò)大管徑, 且需按照不超過15 m·s-1的介質(zhì)流速來計(jì)算需擴(kuò)大的管徑。當(dāng)管道朝上鋪設(shè)時(shí), 其冷凝水必然向下流動(dòng), 這與蒸汽流向沖突, 加大管徑可以防止管道底部的冷凝水因厚度過大而被流動(dòng)的蒸汽攜帶起[18]。因此將原有的放空管線尺寸由DN50變更為DN150，并按照先垂直走向, 然后水平布置,管線應(yīng)當(dāng)短而直的設(shè)計(jì)布置[19]，有效解決了放空蒸汽帶水問題，排口無冷凝液流出，冬季也不存在框架平臺(tái)和地面結(jié)冰的情況（圖6所示）。

圖6 不凝氣放空管線改造現(xiàn)場(chǎng)圖片

7 結(jié)束語

南京誠(chéng)志清潔能源有限公司的甲醇制烯烴裝置的設(shè)計(jì)建設(shè)較早，運(yùn)行時(shí)間也較長(zhǎng)，基本沒有其他成熟的類似裝置進(jìn)行借鑒，只有在日常運(yùn)行生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)問題所在，然后逐步的去解決問題和進(jìn)行更優(yōu)化的改造，避免再次出現(xiàn)同樣問題，使得甲醇制烯烴裝置的工藝技術(shù)日臻完善，以上幾項(xiàng)的技術(shù)改造都取得了較好的效果，保證了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)裝置經(jīng)濟(jì)效益最大化,通過摸索確定了適宜的工業(yè)生產(chǎn)控制指標(biāo)[20]，滿足大規(guī)模的建設(shè)生產(chǎn)，能夠給社會(huì)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］吳勇，楊保江，徐春華，等．甲醇制烯烴催化劑失活機(jī)理的研究進(jìn)展［J］．現(xiàn)代化工, 2014, 34 (7): 47-51.

［2］崔普選. 煤基甲醇制烯烴工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 現(xiàn)代化工, 2020, 41 (04): 5-9.

［3］白永偉，麻麗娟. 反應(yīng)溫度對(duì)DMTO裝置產(chǎn)品選擇性的影響［J］．煤炭加工與綜合利用, 2017, 35 (4): 62-64．

［4］張俊龍. 煤制烯烴工藝及下游項(xiàng)目的發(fā)展前景[J]. 同煤科技，2013，35 (4): 13-16.

［5］許珂，高建紅，徐寧霞．不同工藝制烯烴競(jìng)爭(zhēng)力分析[J]. 化學(xué)工程，2016，44 (5): 75-78.

［6］尤廷正. 淺談丙烯生產(chǎn)技術(shù)［J］．廣東化工，2018，45 (2): 125-126.

［7］衛(wèi)軍. 淺談單臺(tái)隔膜泵生產(chǎn)組織[J]．江西化工，2020，36 (3): 227-228.

［8］郭寶志，白曉宇，劉健，等. 電動(dòng)隔膜泵在化工行業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及常見故障處理[J]. 山西化工，2020，63 (3): 155-157.

［9］張志學(xué)，胡劍鋒，王炎初，等. DCS圖形組態(tài)軟件開發(fā)與應(yīng)用[J].電系統(tǒng)工程，2017，33 (4): 64-66.

［10］牛小寶，劉重陽. 關(guān)于煤制甲醇工藝問題的探討[J]. 化工管理，2018，31 (25): 199-200.

［11］于新功，梁飛. 環(huán)己醇產(chǎn)品塔再沸器結(jié)垢原因分析及對(duì)策[J]. 河南科技，2014，39 (13): 109.

［12］張靈靈. 粗甲醇中雜質(zhì)及測(cè)定方法研究[J]. 化工管理, 2019，32 (20): 31-32.

［13］李欣. 固定管板式換熱器泄漏原因分析與設(shè)備選材[J]. 石油化工設(shè)備技術(shù)，2013，34 (2): 17-20.

［14］董瑞華. 列管式換熱器的泄漏原因及防漏措施研究[J]. 化工管理，2015，28 (06): 53-55.

［15］何家祥，張立君，邱偉. 石油化工裝置列管式換熱器檢維修技術(shù)探討[J]. 化學(xué)工程與裝備，2020，49 (02): 191-192.

［16］郝世友. 蒸汽冷凝液回收用作脫鹽水[J]. 齊魯石油化工，2005，33（02）: 116-118.

［17］陳婧. MTP裝置蒸汽凝液回收系統(tǒng)工藝優(yōu)化改造[J]. 廣州化工，2016，44（17）: 163-164.

［18］劉陽. 淺談?wù)羝艿赖脑O(shè)計(jì)和凝液管道的布置[J]. 化學(xué)工程與裝備，2013，42 (10): 111-113．

［19］吳迎，劉三軍，周耀青，等. 化工管道振動(dòng)分析及對(duì)策[J]. 化學(xué)設(shè)計(jì)通訊，2016，42 (06): 102-107．

［20］閆錫軍，寧英輝. 甲醇制烯烴裝置優(yōu)化改進(jìn)小結(jié)[J]. 中氮肥，2019，35 (06): 29-32

Technical Modification Method for Process Optimization of Methanol to Olefin Plant

（Nanjing Chengzhi Clean Energy Company Limited, Nanjing Jiangsu 210047, China）

Methanol-to-olefins process is a new type of chemical process which is mature in the past ten years. It is characterized by high yield of low olefins and low consumption of methanol. Some problems in the production and operation of the methanol-to-olefins unit of a company in Nanjing could not be solved in a mature way, which always affected the stable operation of the unit, the problems occurred in the device were studied and the process technology was reformed. After the reformed process was put into use and improved continuously, the device can run safely and stably for a long time.

Methanol to olefin; Process optimization; Stable operation; Safety

2020-12-22

李繼翔（1982-），男，江蘇省南京市人，工程師，2005年畢業(yè)于天津大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：煉油和煤化工技術(shù)。

張可坤（1990-），男，助理工程師，研究方向：煤化工技術(shù)。

TQ032.4

A

1004-0935（2021）04-0519-04