甲醇制烯烃装置水系统问题研究

低碳烯烃尤其是乙烯、丙烯作为一种重要的化工基础原料，在传统工艺中，乙烯和丙烯主要由轻油、重油、轻柴油等石油产品经裂解分离生产[1]。

不同MTO工艺运行中存在影响装置长周期运行的主要问题在后续水系统，主要原因为自反应系统跑损的催化剂细粉和反应生成的蜡状物质接触会严重堵塞水系统冷换设备和塔盘，造成水洗塔差压过高、系统运行波动，换热器效率降低，目前主要处理办法是采用频繁的清洗冷换设备，增加了生产运行成本和检修安全风险。

本文中针对MTO装置急冷水系统固含量高、水洗塔塔差压高等水系统存在的问题和操作的难点，从技改及工艺操作方面提出改进方案，来解决水系统目前存在的问题。

一、水系统工艺简介
MTO装置水系统主要由急冷塔、水洗塔和污水汽提塔的组成。

反应气经过多级旋风分离器再经换热器热量回收，温度降至260~350℃进入急冷塔下部。

反应气自下而上与急冷水的逆流接触，洗涤反应气中携带的少量催化剂并完成脱过热。

经急冷塔洗涤后的反应气经升气管进入水洗塔下部。

反应气自下而上与水洗水逆流接触，洗涤产品气中氧化物，降低反应气温度，并将反应气中的水冷凝下来。

水洗塔底含油水洗水由泵送入水混合罐，再进入污水汽提塔对水系统中微量的甲醇、二甲醚、油类等物质进行汽提。

污水汽提塔底的净化水经冷却回收热量后分三路，一路送至污水处理场，一路送至烯烃分离单元作水洗水，另一路送至气化装置。

二、 水系统存在的问题
MTO装置通过长时间运行发现，目前水系统主要问题有换热器内催化剂堵塞、水洗塔压降逐渐升高、污水汽提塔差压升高等问题。

为保障装置长周期运行，需不断清洗换热器或注入药剂，以保证换热效果。

增加日常检修费用的同时增加了员工的劳动强度，也带来了较大的安全隐患。

1. 急冷水固含量高
目前MTO工艺大多使用多级旋风
分离器对产品气中的催化剂颗粒进行
回收，然而由于旋风分离器设备效率问
题，对粒径小于10μm的催化剂颗粒的
回收效率较低，这些催化剂细粉跟随产
品气进入水系统之中。

催化剂在塔板、
换热器、空冷器等处发生沉积，使换热
效率下降。

2.水洗水蜡状物堵塞
急冷水催化剂细粉含量较高，产
品气携带至水洗塔的催化剂细粉量也增
加，导致水洗水中固含量相对较高。

同
由于原料甲醇带蜡及MTO 反应会在催化
剂内形成的多甲基苯物质[2]。

这些物质
随着产品气遇水降温，部分直接冷凝到
塔盘上，部分随急冷水或水洗水进行循
环，凝固到换热器表面，造成换热系统
效率下降，进而堵塞换热器和塔盘，可
能导致水洗塔液泛甚至吹翻塔盘。

3.污水汽提塔塔盘堵塞
浓缩水随着甲醇原料进入反应器，
因浓缩水呈现碱性，容易因羟醛缩合反
应形成聚结物，同时由于浓缩水中含油
量高，容易形成蜡状物，造成污水汽提
塔塔盘堵塞，进而影响MTO反应的正常
进行，严重时造成切除污水汽提塔进行
洗塔。

三、解决方案
1.降低急冷水固含量
目前急冷水系统中降低固含量方法
有增加外排量、添加高温萃取剂及除固
设备。

顾斓芳[3]等所在的MTO装置急冷水
固含量全年平均值约为6500 mg/L，通过
加大急冷二旋底流外排量至50t/h，但急
冷塔检修周期仍不到1年，同时增加了下
游污水处理装置的运行负担。

张世杰[4]
在急冷水中添加聚丙烯酰胺絮凝剂，当
添加量为 0.5μg/g，使急冷水固含量由
初始的 5 640mg/L 最低降至130mg/L，此
项技术可配合旋流分离器使用，将催化
剂颗粒增大后进行分离，可有效降低急
冷水中固含量，但目前工业中无应用。

目前热门的技术为沸腾床过滤器，该技
术采用深床过滤方法，利用分离媒质的
惯性碰撞、截留及吸附作用，实现小颗
粒催化剂分离；吸附饱和后，采用沸腾
床方法再生，通过水气再生，并利用设
备内三相分离器中的旋转流场，强化洗
涤效果，使分离媒质流化、洗涤、分
离、沉降分层，释放催化剂颗粒，实现
分离媒质再生，0.5μm催化剂分离效率
达 98%，1.0μm催化剂颗粒分离效率达
99%，在全国多套装置已使用，且能实
现顺控操作，减少人员劳动强度。

2.降低水洗水蜡状物
水洗塔中蜡状物分析结果见表1所
示，MTO 水洗塔因受到催化剂和蜡状物
（以芳香烃为主，约占95%）造成的结
蜡堵塞，进而影响装置长周期运行。

根据相似相溶原理，设备中凝固的
芳香烃可用柴油、二甲苯等有机溶剂进
行溶解，可一定程度上缓解了塔板结蜡
情况。

也可加注分散剂进行洗涤。

水洗
水阻垢剂分散剂具有改善水洗水水质的
作用，增加多甲基苯类物质在水中的溶
解能力，提高水洗水的携垢能力，对已
生成的污垢具有剥离、分散的特点，对
换热器表面和塔器具有清洁功能，解决
塔板堵塞、水洗塔压降过大的问题。

通过在急冷塔与水洗塔之间设置
气液分离装置，将产品气中夹带催化剂
细粉的雾化液滴脱除，可以在最大程度
上降低进入水洗塔的固含量。

除水蒸气
外，还有少量烃类化合物也以液滴形式
存在，在除去催化剂的同时，可以降低
进入水洗水系统的油类物质含量，减轻
水洗系统的运行负担。

神华新疆 SHMTO
装置在急冷塔与水洗塔之间设置了旋流
分离器[5]，去除含水雾气中的固体颗粒，
净化分离后气体，取得了较好的效果。

在运行期间，水洗水固含量低于50mg/
L，水洗塔运行平稳，水洗水换热器结
蜡、堵塞情况较少。

表1 水洗塔中蜡状物成分
分类含量，%
烷烃 2.84
烯烃0.04
醇0.52
酮 1.68
芳烃94.92
3. 减少醛酮等氧化物缩聚
污水汽提塔内水分组成多变，尤
其是浓缩水组分更为复杂。

浓缩水中有
机化合物组成中醛酮占比78%以上[6]。

甲醇制烯烃装置水系统问题研究
潘海涛　辛少琳　苟荣恒 神华新疆化工有限公司
【摘　要】甲醇制烯烃水系统稳定运行一直行业难题，目前水系统的问题严重限制着MTO技术的进一步发展。

针对甲醇制烯烃工艺在大型工业化装置应用经验，分析了水系统问题发生的原因，可采取增加沸腾床过滤器、注入分散剂、优化污水汽提塔进料流程等手段解决目前水系统运行存在的问题。

【关键词】甲醇制烯烃；水系统；催化剂堵塞；结蜡
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怎么有效处理浓缩水成为污水汽提塔长周期的关键。

在工艺流程已定型条件下可通过将污水汽提塔汽提气冷却器后温度提升至100 ℃以上，以减少醛酮缩聚反应的发生，减少缩聚产物的生成，减少缩聚产物在回流罐和污水汽提塔内的累积。

还可通过控制污水汽提塔净化水pH，以减少碱性环境对醛酮的催化作用以形成大分子的缩聚物从而堵塞塔盘[7]。

还可通过改造优化污水汽提塔进料流程，对重点废水进行预处理，改善进入污水汽提塔中水的含油量，降低醛酮及油类物质在塔中积聚。

如可在污水汽提塔进料流程增设旋液除油器，经聚结器去除部分醛酮及油类物质再进入污水汽提塔。

油侧通过沉降或聚结器方法与水分离后送入杂油罐，定期按照废油进行外卖。

浓缩水不采取顶回流而改为入料回流，经旋液除油器等再次处理后返回污水汽提塔[8]。

四、结论
甲醇制烯烃工艺水系统处理的好坏不仅影响到MTO装置的长周期满负荷运行，针对这些问题可增加沸腾床等过滤器、水洗水中注入分散剂或除油设备、优化污水汽提塔进料流程等方面改进以便降低水系统设备堵塞带来的不利影响。

但以上改进不能从根本解决水系统运行问题，如何优化反应减少催化剂跑损和副产物生成还需进一步探索。

参考文献：
[1]吴秀章. 煤制低碳烯烃工艺与工程[M]. 北京:化学工业出版社, 2014.
[2]林华东. 甲醇制低碳烯烃装置水系统问题分析 [J].内蒙古石油化工,2013 (18).
[3]顾斓芳, 许锐. 甲醇制烯烃装置水系统堵塞问题研究进展[J]. 现代化工, 2017(11).
[4]张世杰,吴秀章,关丰忠,等.甲醇制烯烃工业装置水系统问题分析及解决方案探讨[J].化工进
展,2017(36).
[5]刘洋,杨同华,冯鑫龙.甲醇制烯烃工业装置水洗水系统问题分析及改进措施探讨[J].天然气化工（CI化学与化工），1019（08）.
[6]王勇,高文刚,赵良,等.反应气体的急冷系统及反应气体的急冷方法:105148673A [P].2015.[7]宁英辉. MTO污水汽提塔内焦状物生成机理及应对措施[J].中氮肥,2017(6).
[8]陈建兵,刘海彬,薄德臣,高明,王璐瑶,胡珺,李
明.采用FMP塔盘应对污水汽提塔的堵塞问题[J].炼油技术与工程，2018（10）.
作者简介: 潘海涛(1986-)，男，河北定州人，硕士研究生，主要研究方向为甲醇制烯烃工艺研究。

1.大尺寸、大牵引力的传送牵引器。

目前国内外市场上井下牵引器的牵引力都在1000kg以下，外径尺寸多集中在54mm、78mm或86mm，不能适用于大井眼的钻井等作业，只能牵引测井电缆或重量轻的仪器。

而适用于大位移井牵引下套管、连续管钻井承扭加压破岩等大牵引力作业场合的牵引器，承受扭矩负载需要在3000 N·m以上。

目前，主流产品的牵引器牵引力较小难以满足需求。

因此，随着牵引器的相关技术水平的不断提高，研究适用于大井眼、地面输送动力源需求小、牵引力大于3000kg 以上的井下牵引器是井下传送技术的新发展趋势。

2.防钻井液腐蚀及冲刷的密封技术。

国外已研制了多种驱动结构的井下牵引器产品进行井下作业，如电机轮式井下牵引器、液压驱动连续管式并下牵引器、纯机械式并下牵引器等，但不论哪种井下牵引器都尚未成熟应用于井下复杂的钻井工况，主要难点在于钻井作业时要承受井筒内循环钻井液的腐蚀及高速冲刷，所以井下牵引器的密封设计是研究方向之一。

目前，钻井液绝大多数为水基钻井液，具有腐蚀性且含有固相颗粒，对石油工具的影响是材料腐蚀、高速冲刷和损坏液压密封等。

一般来说，3000m左右的井，钻井液密度一
般在1.2～1.3g/m 3左右，井底压力为60 MPa左右。

3.越障能力强、自解卡性能突出的牵引器。

牵引器下井之后，能够实时监控牵引器的状态，及时发现井内障碍物、井径变化或坍塌等异常情况，避免牵引器卡井、异常断电等井下事故的发生。

因此，研究具有井下信息状态监测及实时采集、越障及双向运动功能的牵引器是非常必要的。

4.井下高温下高压直流载波电能及信号传输超强电缆技术。

研究大牵引力的牵引器技术难点主要局限于井下高温环境下建立高压直流供电的全双工载波技术和单总线通信技术。

而斯伦贝谢公司新近推出的7-48ZU电缆，仅是40000ft(12192m)的超长电缆，全球范围内，已经完成了200多次下井作业，但也仅能为直流电动机提供最大1200W的动力，远不能传输更充足的动力。

因此，研究井下高温环境下高压直流载波电能及信号传输超强电缆是今后一段时问的新技术方向。

综上所述，在石油勘探开发中，井下牵引器是随着水平井技术在油气开发中应用越来越普遍而被提出来的一种新型井下运动装置。

它可以满足水平井下各种作业仪器(如测井仪器)的输送和其它辅助作业(如射孔、打捞等)的开展，从而
解决井下作业仪器或设备难以依靠重力被输送到大斜度井、水平井井下预定位置的难题。

参考文献：
[1]倪晗.石油井下牵引器设计现状及几点认识[J].机械设计，2014(02).
[2]陈德东.常用套管扶正器扶正力及其变形关系的探讨[J].石油钻探技术，2015(06).
[3]张海山.不同类型扶正器对水平井下套管摩阻的影响研究[J].钻采工艺，2014(03).
[4]冯福平.弹性限位扶正器变形量对套管居中度的影响[J].西部探矿工程，2014(09).
[5]高胜.井下牵引器扶正机构扶正臂优化设计[J].石油机械,2016(05).
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