MTO工程技術(shù)和烯烴分離工藝工程技術(shù)開發(fā)研究

杜茂富

摘 要：MTO技術(shù)與烯烴分離技術(shù)是目前主流的烯烴合成技術(shù)，解決了傳統(tǒng)石腦油蒸汽裂解技術(shù)中的，氫、甲烷等物質(zhì)含量過高，生產(chǎn)安全性低的問題，同時為企業(yè)帶來了更高的經(jīng)濟效益。這些技術(shù)優(yōu)勢使其在行業(yè)中得到快速推廣，因此對其進行開發(fā)與研究是非常必要的。本文首先對MTO工程技術(shù)進行了介紹，然后對其生產(chǎn)烯烴的經(jīng)濟性進行分析，最后對MTO烯烴分離工藝工程技術(shù)進行開發(fā)設(shè)計。以期提升烯烴生產(chǎn)工藝，促進化工行業(yè)未來的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：MTO工程技術(shù);分離技術(shù);烯烴分離

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，我國對烯烴的需求不斷增加，這給我國原有的化工企業(yè)帶來了一定的生產(chǎn)壓力。同時我國政府重視低碳經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)的石腦油蒸汽裂解技術(shù)無論是產(chǎn)量，還是綠色生產(chǎn)都無法滿足社會的發(fā)展需求。這就急需對新的烯烴生產(chǎn)工藝進行開發(fā)。目前MTO烯烴分離技術(shù)借助信息化技術(shù)，提高了催化反應(yīng)效率，開創(chuàng)了一種新的烯烴獲取方式，這在一定程度上減少了我國對石油的依賴，保證了我國能源供應(yīng)的安全。因此，本文對MTO工程技術(shù)和烯烴分離工藝工程技術(shù)進行了開發(fā)與研究。

1 MTO工程技術(shù)概述

MTO（MethanolToOlefin，甲醇制烯烴）反應(yīng)系統(tǒng)主要采用類似于催化裂化（FCC）的流化床反應(yīng)器--再生器系統(tǒng)。該技術(shù)發(fā)展的意義在于改變了以往乙烯和丙烯的來源主要依靠石油烴類的蒸汽裂解的格局，開辟了一條制取低碳烯烴的新途徑，減緩了我國對石油的過分依賴的情況。同時提供了一種由煤生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品乙烯、丙烯的途徑，在當前甲醇工廠開工率極低的情況下，具有重要意義。

2 采用MTO工程技術(shù)生產(chǎn)烯烴的經(jīng)濟性分析

煤制烯烴與石腦油裂解制烯烴技術(shù)路線相比較，在經(jīng)濟上的競爭力取決于原料的成本以及副產(chǎn)品的價值。

我國大部分的乙烯和丙烯來自于石腦油蒸汽裂解，一般生產(chǎn)每t烯烴（乙烯+丙烯）約需2.2t石腦油，煤基甲醇制烯烴的單位烯烴產(chǎn)品甲醇消耗量小于3t。根據(jù)2010年8月份的數(shù)據(jù)，目前國內(nèi)石腦油的市場價格都在5500元/t以上，而甲醇的市場價格基本上穩(wěn)定在2200元/t至2500元/t之間。如果按照煤為原料來計算，每產(chǎn)出1t聚烯烴約需要用于氣化的原料煤4.0t，燃料煤2.1t。目前氣化煤價格約600元/t，燃料煤價格約420元/t。特別是我國以煤為主的能源格局以及如今石油對外依存度大于50%的情況下，未來石腦油的價格上升趨勢必然使得甲醇制烯烴的原料價格優(yōu)勢愈加明顯。目前我國投產(chǎn)或即將投產(chǎn)的甲醇制烯烴裝置，大多是采用以煤為原料來進行生產(chǎn)的。如果直接采用以甲醇為原料來生產(chǎn)烯烴，其意義不但在于拓展了烯烴的低價原料來源，且解決了當前過剩甲醇的出路問題。

3 MTO烯烴分離工藝工程技術(shù)開發(fā)設(shè)計

3.1 MTO化學(xué)反應(yīng)

甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴的反應(yīng)是在酸性催化劑SAPO-34上實現(xiàn)的，該催化劑對于甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴具有優(yōu)異的性能。選擇合適的反應(yīng)溫度和較低的反應(yīng)壓力，甲醇的轉(zhuǎn)化率幾乎可以達到100%，對乙烯和丙烯的生成具有極高的選擇性，在80%左右。丙烯/乙烯的質(zhì)量比例可以在0.75～1.5范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。

3.2 烯烴分離工藝流程的設(shè)計

出MTO反應(yīng)器的產(chǎn)品氣組成與傳統(tǒng)的乙烯裝置石腦油蒸汽裂解氣組成頗為相似，然而又有著明顯的差異，如果在設(shè)計中沒有正確地處理這些差異，不但影響裝置的長周期運行，還會帶來安全隱患。

本技術(shù)的主要特點描述如下：為了保證回收裝置的長周期運行和安全性，必須在設(shè)計過程中考慮MTO反應(yīng)器出料含有的一些雜質(zhì)，這其中最重要的就是氮氧化物（NOx）。NOx是在MTO反應(yīng)區(qū)或是在烯烴分離區(qū)產(chǎn)生的各種的氮氧化合物，形成這些氮氧化合物的氮和氧是在MTO反應(yīng)器催化劑再生時引入的。一旦有氮氣與氧氣的引入，就會產(chǎn)生少量的一氧化氮（NO）。當攜帶NO的反應(yīng)器出料進入到烯烴回收段時，氧氣與NO會進一步反應(yīng)生成N2O3或N2O4。這個反應(yīng)的速率會隨著溫度的降低而加快。在更低的溫度下，這些化合物會在系統(tǒng)內(nèi)凝結(jié)。即使在只有少量（×10-9級）的氮氧化物存在時，它們也會凝結(jié)并累積。這些氮氧化物可以和MTO產(chǎn)品氣中的烯烴、二烯烴反應(yīng)形成氮氧化物膠質(zhì)。氮氧化物膠質(zhì)很不穩(wěn)定并且在傳統(tǒng)乙烯工廠中引發(fā)過多起爆炸事故，主要由于這些乙烯廠為了回收煉廠氣中的烯烴，其進料中含有來自煉廠氣的氮氧化物。所以為了盡量減少NOx的形成并消除NOx的結(jié)存及累積的可能性，MTO烯烴分離的操作溫度至關(guān)重要。只有在較高的溫度下操作，才能在本質(zhì)上確?；厥展に嚨牟僮靼踩?。同時，要采取必要的技術(shù)措施，保證不會因操作溫度的提高而損失乙烯的回收率也十分重要。

另一個需要考慮的問題是在處理MTO反應(yīng)氣回收烯烴時的結(jié)垢與腐蝕問題。MTO反應(yīng)氣中含有過氧化物，過氧化物的分解可以產(chǎn)生自由基，可以引發(fā)二烯烴的聚合反應(yīng)和dielsalder縮合反應(yīng)，產(chǎn)生結(jié)焦和結(jié)垢。隨著時間的推移，就會致使產(chǎn)品氣壓縮機的效率下降。產(chǎn)品氣壓縮機是MTO烯烴回收工藝中最大的能量消耗用戶，如果壓縮機轉(zhuǎn)子中存在結(jié)垢或腐蝕，會大大降低壓縮機的效率，從而增加能耗，同時亦會增加壓縮機的維護費用。如果是換熱器中存在結(jié)垢，不但會降低換熱效率，甚至結(jié)垢嚴重時，迫使裝置不得不停車，以清除設(shè)備結(jié)垢。

為了解決上述問題，在MTO烯烴分離工藝的設(shè)計上，需要在3個方面進行考慮：第一，控制關(guān)鍵點的操作溫度，盡量減少結(jié)垢的形成。第二，在一些關(guān)鍵部位注入阻聚劑，降低結(jié)垢的形成速率，并同時注入洗油，及時清除污垢，防止垢層在系統(tǒng)內(nèi)的累積。第三，關(guān)鍵的換熱器采用折流板換熱器。獨特的折流板設(shè)計消除了傳統(tǒng)換熱器中存在的流體死區(qū)，減少了流體的長時間停留的區(qū)域，從而降低了局部結(jié)垢產(chǎn)生的可能性。另一個需要注意的問題是在MTO烯烴回收工藝中盡量降低能耗。為了達到這一點，許多傳統(tǒng)乙烯裝置設(shè)計中的節(jié)能設(shè)計得以利用。MTO烯烴回收工藝與反應(yīng)區(qū)進行能量利用的整合，利用反應(yīng)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的低品位廢熱作為回收工段的熱源，能耗可以減少到傳統(tǒng)乙烯裝置分離單元的50%。最后，還要考慮投資問題。為了盡量降低MTO烯烴回收裝置的投資，只采用碳鋼設(shè)備，回收工藝采用的溫度就可以滿足要求，而且所有的設(shè)備均可在國內(nèi)采購。綜合考慮上述需要注意的問題，MTO烯烴回收工藝可以做到本質(zhì)安全，長周期穩(wěn)定運行，低維護費用，高乙烯及丙烯回收率，低能耗及低投資。高效的MTO烯烴回收工藝與高經(jīng)濟效益的反應(yīng)區(qū)有機的結(jié)合，就形成了生產(chǎn)乙烯、丙烯最經(jīng)濟的生產(chǎn)路線。

4 結(jié)論

MTO反應(yīng)氣與傳統(tǒng)石腦油裂解工藝的裂解氣相比具有顯著特點，在進行分離流程的設(shè)計時不能簡單地將傳統(tǒng)石腦油制乙烯分離流程用于甲醇制烯烴產(chǎn)物分離，如何減少脫甲烷塔乙烯損失，充分考慮反應(yīng)產(chǎn)物分布的特殊性，開發(fā)出對進料組成變化適應(yīng)性強，能耗低的分離技術(shù)將具有極大優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。此外，根據(jù)MTO反應(yīng)氣組成的特點，開發(fā)了獨特的分離技術(shù)，避免了NOx帶來的安全隱患，使得烯烴回收技術(shù)具有本質(zhì)安全的特點。

參考文獻：

[1]夏婷婷.大型煤化工項目烯烴分離工藝技術(shù)對比分析與優(yōu)化[J].化學(xué)工程與裝備，2018，259（08）：61-63.

[2]楊國忠.煤制烯烴工藝分離裝置工藝流程論述[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018，000（010）：3586.

[3]李勝克.MTO裝置烯烴分離的工藝優(yōu)化分析[J].化工管理，2019（21）：171-172.