甲醇制烯烃装置水系统运行问题及解决方案

甲醇制烯烃装置水系统运行问题及解决方案
摘要：近几年，甲醇制烯烃（MethanolToOlefins，MTO）技术在我国迅速发展，
其中DMTO工艺在我国实际工业化中的应用最为广泛。

它以煤基或天然气基合成
的甲醇为原料生产低碳烯烃，实现了由煤炭或天然气生产基本有机化工原料的工
艺路线，有效缓解了对低碳烯烃需求量增加的压力。

对于DMTO工艺，由于甲醇
制烯烃的反应步骤为甲醇在酸性分子筛催化剂上脱水生成二甲醚，甲醇、二甲醚
和水的平衡混合物转化为轻质烯烃，但是通过氢转移、烷基化、异构化及环化等
二次反应生成一些高碳烯烃、烷烃、环烷烃和芳烃等副产物，其中芳烃为主要副
产物。

又由于DMTO工艺采用循环流化床式反应器，因此催化剂在流化状态时颗
粒之间相互磨损以及催化剂运动过程中与反应器和再生器内件接触产生磨损等均
会导致催化剂细粉的产生。

因此微细催化剂粉末和反应副产物会随产品气进入水
系统中，经过洗涤降温后微细催化剂粉末和反应副产物会残留在急冷水和水洗水中。

本文对甲醇制烯烃装置水系统运行问题及解决方案进行分析。

关键词：甲醇制烯烃装置；水系统运行；问题；方案
1系统存在的问题
1.1急冷循环系统
由于反应中催化剂的磨损和破碎会产生大量的催化剂细粉，且反应器三级旋
风对破碎的催化剂细粉无法完全回收，部分细粉随反应产品气进入急冷塔，经急
冷水洗涤后残留在急冷水中。

此外，少量反应副产物也会残留在急冷水中，但由
于急冷塔操作温度高，气体副产物难以凝结，故急冷水含油量不高。

因此，急冷
水特点是含催化剂细粉多，含油量低。

而通过前期对急冷水和水洗水中催化剂细
粉的扫描电镜图可知，跑损到水系统中的微细催化剂颗粒粒径范围为0.1~2μm。

由于急冷水的水质特点，急冷水系统存在过滤器易堵、微细催化剂颗粒累积、空
冷器容易堵塞等问题，下面分别进行分析。

1.1.1急冷水过滤器易堵
急冷水过滤器与急冷水旋液分离器溢流管线串联，用于分离小于旋液分离器
分离精度的微细催化剂颗粒。

现有的过滤器由于过滤介质自身存在的问题以及系
统设计的缺陷，并且缺少有效的清洗再生方法，导致正常过滤时间很短，运行时
压差升高快，需要频繁拆出过滤元件进行清洗、维修和更换，无法实现连续稳定
运行，无法满足DMTO急冷水处理工艺的要求。

既增加了设备的投资和日常运行
维护成本，同时还增加了劳动强度，造成人工资源浪费，对企业的收益造成很大
的影响。

1.1.2急冷水中微细催化剂颗粒累积
由于急冷水过滤器无法正常投用，造成急冷水中的微细催化剂颗粒难以有效
分离，而旋液分离器虽然能分离急冷水中大部分微细催化剂颗粒，但对于1.5μm
以下微细催化剂颗粒分离效率不高。

因此急冷水中小于1.5μm的催化剂颗粒会不
断累积，导致其分离难度增加。

以某180万t/aDMTO装置为例。

1.1.3急冷水空冷器容易堵塞
由于急冷水中微细催化剂颗粒无法有效去除，故急冷水中催化剂平衡质量浓
度较高，一般在400~800mg/L，容易造成急冷水空冷器堵塞，需要频繁地对空冷
器进行清洗，一般需要清洗4~6台次/月，从而增加了装置的运行成本。

1.2水洗循环系统
原料甲醇中含有的重组分及反应过程中生成的芳烃类物质（主要为多甲基苯）
〔1〕，这些有机物中相当一部分熔沸点较高，它们随产品气进入水系统，由于
急冷塔温度较高，为109℃，固留在急冷水中的芳烃类物质较少〔14〕。

但随后
反应气进入水洗塔中，水洗塔内温度较低，芳烃类物质会冷凝并在水洗水中形成
油蜡。

因此水洗水特点是含油量高，含少量催化剂细粉。

由于水洗水的特点，水
洗系统存在油蜡难以有效去除、换热器、空冷器、水洗塔塔盘易结蜡堵塞等问题。

1.2.1水洗水中油蜡难以有效去除
在水洗塔中设有隔油槽，可通过控制水洗塔液位，将漂浮于水洗塔塔釜中的
油分离到隔油槽内，送出装置外。

但经隔油后，水洗水中仍含油100~200mg/L。

水洗塔设有1台旋流除油器，但主要是用于降低去汽提塔的水洗水中的油含量，
其净化后的返塔量不到水洗水循环量的1%，同时由于水洗水中含有部分含氧有
机物，易造成水中部分油蜡乳化，而旋流除油器很难有效分离乳化油，因此对水
洗水旋流器除油作用十分有限。

1.2.2水洗水换热器、空冷器、水洗塔塔盘易结蜡堵塞
由于水洗水中的油蜡无法有效去除，因此其中熔点较高的组分易在水洗系统
中的低温区域凝固，造成系统堵塞。

导致水洗系统堵塞的物质主要是芳烃。

其堵
塞位置主要在温度较低的水洗水换热器、空冷器以及水洗塔上层塔盘。

水洗水换
热器、空冷器堵塞，导致换热效率降低，需要对换热设备频繁清洗。

水洗塔塔盘
堵塞，一般是堵塞塔盘上的浮阀，会导致水洗塔整体压降增高，易造成产品气窜
入降液管，导致液相流通困难，形成液泛，并使塔液位急剧波动，从而影响整个DMTO装置的正常运行。

2低温热利用的优化方案
2.1优化前存在的问题
来自MTO装置的急冷水主要为分离装置低压脱丙烷塔塔底再沸器E504A/B、
乙炔转化器进料加热器E604和2#丙烯塔底再沸器E613提供加热热源。

由于急冷
水携带催化剂细粉，固含量高，随着运行周期的延长，换热器急冷水侧堵塞，换
热效果变差，清洗频繁，严重制约装置的高效平稳运行，且增加了检修成本。

按
照近几年工况来看，E504A/B清洗完毕后一个月左右，其换热效果就会变差，需
再清洗，重新投用大概需要四、五天时间，清洗阶段需投用备用再沸器E514以
维持再沸量，增加了低低压蒸汽消耗。

E604加热器清洗完成一个月后，换热效果
变差，导致乙烯塔进料温度低，影响乙烯塔运行，增加乙烯损失。

E613再沸器清
洗时，2#丙烯塔再沸量不足，增大了1#丙烯塔和其回流泵P609的运行负担，导
致丙烯纯度降低，丙烯损失严重。

这些问题亟待解决，需要寻找可代替急冷水的
热源。

夏季高温，MTO装置水洗塔热负荷较高，水洗水完全可以满足再沸器负荷
需求。

因此提出将水洗水代替急冷水作为相关换热器热源的方案。

2.2方案的实施及应用
检修期间对急冷水和水洗水管线进行倒空并置换合格，在MTO至烯烃分离界区急冷水和水洗水管线加连接跨线，通过手阀控制。

正常生产时关闭阀门A和B，急冷水去烯烃分离用户1（低压脱丙烷塔底再沸器、乙炔转化器进料加热器和2#
丙烯塔底再沸器）的流程被切断，通过急冷水给水与回水间的跨线自循环，保证
了急冷水的正常运行；全开阀门C和D，水洗水为烯烃分离用户1和烯烃分离用
户2（碱洗塔进料加热器、脱乙烷塔底再沸器和1#丙烯塔底再沸器）提供热源后，返回MTO装置。

优化方案实施后，保证了急冷水的平稳运行，减少了E504A/B、
E604和E613的清洗次数和低低压蒸汽的用量，减轻了乙烯、丙烯精馏塔再沸负担，降低了乙烯、丙烯损失，使原料的利用更加高效合理。

3结语
MTO装置作为一项新的工艺和技术，也是烯烃中心的龙头装置，其运行状况在生产中起着举足轻重的作用，在生产和操作中存在的一些问题还需要在长期的生产实践中不断总结摸索改善，对于生产中出现的问题，不断创新解决了一个又一个难题，使MTO装置能够平稳生产，各项指标处于同行业领先水平。

参考文献:
[1]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,2017,37(11):167-170.
[2]王艳琪.典型甲醇制烯烃装置环保措施有效性分析及补偿性建议[D].中国石油大学(华东),2017.
[3]李志光,张邦文.甲醇制烯烃工艺净化水的洁净与利用研究[J].小氮
肥,2017,45(03):6-8.
[4]崔积山,王艳琪,段潍超,孙慧,赵东风.甲醇制烯烃装置水系统问题分析及改进建议[J].现代化工,2016,36(12):124-128.。