MTO裝置急冷水過濾技術(shù)介紹

董家輝， 李文正

（天津大沽化工股份有限公司，天津300455）

現(xiàn)階段國內(nèi)MTO 裝置的生產(chǎn)企業(yè)，在運行過程中均出現(xiàn)了因為急冷水中固體催化劑含量過高、副產(chǎn)物成分復(fù)雜等原因，導(dǎo)致急冷水洗系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞的問題，固含量過高的急冷水在生產(chǎn)中嚴(yán)重影響裝置安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷的運行，甚至必須停工搶修。現(xiàn)在部分裝置以頻繁清洗急冷水洗系統(tǒng)空冷器及下游換熱器的方式維持裝置生產(chǎn)，有的裝置采用在急冷水中加絮凝劑的方法來促進催化劑的沉淀，但是效果并不理想。因此，需要水系統(tǒng)進行設(shè)計優(yōu)化改良，增加相應(yīng)的有效處理設(shè)施，完成急冷水的有效處理，針對MTO 急冷水處理的難點和必要性，近年來發(fā)展起來三種不同形式的、能夠滿足過濾要求的急冷水過濾器。

1 急冷水過濾技術(shù)簡介

1.1 工藝簡介

在MTO 裝置中，攜帶催化劑粉末的反應(yīng)氣在急冷塔中自下而上與急冷塔頂急冷水逆流接觸，反應(yīng)氣被降溫的同時，攜帶的催化劑粉末大部分被急冷水洗滌下來，并存于急冷塔底部的急冷水中。急冷水經(jīng)過兩級旋液分離器，實現(xiàn)對急冷水的凈化和對催化劑漿液的濃縮，但旋液分離器離精度為2.0μm，2.0μm 以下催化劑分離成為難點，小粒徑催化劑不斷累積，造成固含量升高，換熱、空冷效果差，清洗頻繁，影響裝置長周期穩(wěn)定運行。在旋液分離器溢流返塔之前，需增加急冷水過濾器高效分離設(shè)備，對小顆粒催化劑進行深度去除。

工藝見圖1。

圖1

1.2 MTO裝置急冷水的特點

1.2.1 循環(huán)量大，急冷水循環(huán)量在600m3/h 左右（急冷水過濾器一般處理急冷水量為400～450t/h）；

1.2.2 成分復(fù)雜，除了含有大量催化劑外，還含有以苯環(huán)為主的幾十種有機物，有機物的存在大大增加了急冷水過濾器的分離難度。

1.2.3 催化劑顆粒粒徑分布范圍廣，小粒徑催化劑顆粒增加分離難度。

1.2.4 急冷水中含有的催化劑顆粒硬度大，對過濾系統(tǒng)磨損嚴(yán)重。

由于急冷水的上述特點，使得傳統(tǒng)的旋流分離、布袋過濾等無法滿足分離的要求。

1.3 急冷水固含量影響

若不能對急冷水中的小粒徑催化劑進行有效分離，導(dǎo)致水系統(tǒng)固含量高會對整個裝置有如下影響。

1.3.1 下游烯烴分離裝置以急冷水為熱源的換熱器堵塞嚴(yán)重。

1.3.2 急冷塔壓降增加，急冷水循環(huán)量減少，產(chǎn)品氣洗滌效果變差，催化劑帶入到下游設(shè)備，水系統(tǒng)運行狀態(tài)進一步惡化。

1.3.3 急冷水、水洗水、凈化水空冷器堵塞嚴(yán)重。

水系統(tǒng)固含量高會影響裝置運行的穩(wěn)定性，也會影響裝置的生產(chǎn)負(fù)荷，頻繁清洗換熱設(shè)備，會增加裝置的運營費用，也可能增加工藝物料泄露和檢修作業(yè)人員傷害的風(fēng)險，由此可見對急冷水中催化劑的分離是MTO 裝置的重中之重。

2 急冷水過濾技術(shù)介紹

MTO 行業(yè)各企業(yè)運行裝置出現(xiàn)的問題以及對問題原因的分析，并充分考慮到裝置的安全穩(wěn)定運行、能源的綜合利用、節(jié)能減排、裝置負(fù)荷穩(wěn)定提升等各方面綜合因素，經(jīng)過調(diào)研，目前經(jīng)過裝置運行試驗且較為有效的急冷水過濾器有三種型式，分別為金屬燒結(jié)膜過濾器、沸騰床過濾器和脹鼓列管式過濾器。

2.1 金屬燒結(jié)膜過濾器

采用專利金屬燒結(jié)膜濾芯為過濾器過濾元件，單臺處理量最大135t/h。包括急冷水過濾系統(tǒng)，在線化學(xué)清洗系統(tǒng)，蒸汽蓄能反吹系統(tǒng)，濃漿暫存降溫輸送系統(tǒng)和乏汽吸收系統(tǒng)。過濾精度為1μ，芯設(shè)計壽命一般為5 a，能保證裝置一個生產(chǎn)周期內(nèi)的連續(xù)運行。過濾原理與普通金屬燒結(jié)膜過濾器相同。過濾器采用多臺并行聯(lián)動。具備切換再生的方式，單臺過濾器內(nèi)部反吹單元采用分組反吹模型設(shè)計。針對急冷水的實際工況，制定了自動的常規(guī)清洗結(jié)合強化化學(xué)清洗的模式，根據(jù)實際急冷水工況，自主的選擇清洗再生模式及流程。通過高效的蒸汽反吹再生、合理的化學(xué)清洗劑的使用，達到運行穩(wěn)定的效果。但是金屬燒結(jié)膜過濾器一次性投資較高，金屬燒結(jié)膜濾芯的費用相對較貴，生產(chǎn)維護費用高。

金屬燒結(jié)膜過濾器在山東陽煤恒通DMTO 進行了中試，當(dāng)過濾器固含量在5.0×10-2%時，過濾后清液固含量＜5.0×10-3%。寧波富德于2015 年10 月投用第一套急冷水金屬燒結(jié)膜急冷水過濾器，采用2 臺急冷水過濾器，處理能力共為100t/h，于2017 年1 月，延長中煤榆林第二套急冷水濾器投用，采用4 臺急冷水過濾器，處理能力共為200t/h。目前過濾設(shè)施運行穩(wěn)定，各項指標(biāo)運行正常。

2.2 沸騰床過濾器

沸騰床過濾器利用床層的兩層分離媒質(zhì)，通過對催化劑顆粒的吸附、截留、碰撞、萃取等方式對急冷水中的催化劑進行分離，單臺處理能力最大為75t/h 分離精度達到0.3μ，再生時利用氮氣將整個分離媒質(zhì)床層吹起，類似沸騰狀，通過沸騰床過濾器頂部設(shè)置的三相分離器，將氮氣、分離媒質(zhì)和含有催化劑的污水進行分離，分離媒質(zhì)靠自重在床層中重新形成兩層，氮氣在頂部排出，含催化劑污水在側(cè)線排出。三相分離器為旋液分離形式，結(jié)構(gòu)簡單、巧妙，能有效分離氣、固、液三相介質(zhì)，為再生過程主要分離元件。分離媒質(zhì)靠重力分層，使用周期長，更換簡單，一次性投資和生產(chǎn)維護費用均較低。

沸騰床過濾器在浙江興興進行了中試。入口懸浮物為 500mg/L，流量為 20t/h，運行30h，出水濁度＜10NTU，0.5μm 催化劑分離效率達 98%，1.0μm 催化劑顆粒分離效率達99%。陜西延長延安（8 臺過濾器處理能力共為400t/h）采用了該形式的急冷水過濾器

2.3 脹鼓列管式過濾器

脹鼓列管式過濾器使用的是非金屬彈性膜濾芯，分離精度達到0.3μ，處理能力為50t/h。過濾時彈性膜緊貼在濾芯的籠架上，呈波紋狀，將催化劑顆粒截留在彈性膜外表面；再生時，過濾器底部的快開閥快速打開，底部漿料排出的同時在彈性模外部形成負(fù)壓，加上內(nèi)部的反沖液的共同作用，使彈性膜呈脹鼓狀態(tài)，形成向外突出的多節(jié)鼓狀，使積聚在彈性膜外表面的催化劑脫落，完成再生。非金屬彈性膜濾芯和過濾器底部快開閥均為某公司的專利產(chǎn)品。脹鼓列管式過濾器由于非金屬彈性膜受溫度限制較大，使用溫度范圍為-20℃≤T≤90℃，要控制進口壓力＜0.2MPa。非金屬彈性膜濾芯的壽命為1a。

該脹鼓列管式過濾器在山東神達進行了中試，在入口懸浮物為600mg/L，流量為1t/h，出水懸浮物＜1mg/L，濁度＜10NTU。山東神達采用了該形式的急冷水過濾器（共4 臺）。

2.4 小結(jié)

三種過濾器的匯總見表3。

由表3 可見：三種過濾器都經(jīng)過了中試，并且都有MTO 裝置投用。金屬燒結(jié)膜濾芯使用壽命相對較長，但一次性投資和濾芯更換費用較高，且需要化學(xué)清洗。脹鼓列管式過濾器一次性投資費用低，但非金屬彈性膜濾芯壽命短，更換維護費用較高，并且受溫度及壓力限制較為明顯。沸騰床過濾器使用石英砂作為分離媒介，投資和維護費用較低，是目前相對較為合理的急冷水過濾器型式。

表3

3 結(jié)語

急冷水過濾器是影響整個MTO 裝置急冷水系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重點設(shè)備，該設(shè)備的運行效果極大程度的關(guān)系著整個裝置的運行穩(wěn)定性，以及后期的生產(chǎn)維護費用，所以MTO 裝置急冷水過濾器的型式必須經(jīng)過嚴(yán)格的分析論證，最終選擇最有效、經(jīng)濟、合理的急冷水過濾器型式，延長裝置安全穩(wěn)定運行周期。