激冷水系统油水分离装置优化研究

李瑞龙　张伟　李云

摘 要：针对煤基甲醇制丙烯（MTP）工艺激冷系统中油水分离困难的问题，通过对防涡流挡板、收集器降液管及烃侧溢流汽油管线进行了改造优化，减少了液体介质进入接管时回旋形成的旋涡及由此带入液体介质的气泡，增加了水/重烃停留时间，并将激冷水系统中重烃及时转移，解决了煤基甲醇制丙烯工艺中激冷系统油水分离的问题，激冷水泵汽蚀现象大幅度降低，实现了激冷系统平稳运行。

关 键 词：甲醇制丙烯；激冷系统；油水分离；装置优化

中图分类号：TQ 201 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）07-1444-03

Optimization of Oil and Water Separation Device in Quench Water System

LI Rui-long1，ZHANG Wei2，LI Yun2

（1. Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co. Ltd. Coal-to-Oil Branch， Ningxia Yinchuan 750411， China；

2. Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co. Ltd. Coal-to-Oil Research and Development Center， Ningxia Yinchuan 750411， China）

Abstract： Aiming at the problem that oil and water separation was difficult in the process of coal based methanol to propylene （MTP），the modification and optimization of the vortex breaker， the collector downcomer and the hydrocarbon side overflow gasoline pipeline were carried out. The problem of oil and water separation in quench water system was solved by the means of reducing the vortex and bubbles when liquid medium drained into the pipeline， extending the water and heavy hydrocarbon retention time and removing the heavy hydrocarbons from quench water. The result showed that the phenomenon of pump cavitation greatly reduced and the smooth running of the quench water system was realized.

Key words： Methanol to propylene；Quench system；Oil and water separation；Device optimization

煤基甲醇制丙烯（MTP）工藝产物中除了烯烃和工艺水外，还含有环烷烃、石蜡、芳烃及轻馏分等副产物。混合物中各组分的含量为约：烯烃85%，9%烷烃，芳烃<3%，环烷烃<2%（wt），以及一些轻组分（H2、CO、CO2）。反应产物经热量回收系统通过副产中压蒸汽和汽化进料甲醇回收热后，温度降为190 ℃进入与激冷塔用急冷水洗涤，然后再进入激冷塔。预激冷塔与激冷塔的主要作用是将MTP反应器产品气中的水与烃类化合物分离。在装置运行过程中，油水分离问题一直是困扰装置平稳运行的瓶颈。在煤基甲醇制丙烯工艺中，油水分离主要涉及激冷塔和预激冷塔，氧化物抽提塔和抽提塔。其中激冷塔和预激冷塔的油水分离问题是最值得关注的。激冷塔油水分离效果不好造成激冷水泵入口带油汽蚀跳车，进而导致烃压缩机入口温度高而发生跳车事故。

为了解决上述问题、确保煤基甲醇制丙烯装置的安全平稳运行，对激冷水系统油水分离装置进行了优化，防止激冷水泵的汽蚀。

1 激冷系统流程描述

激冷系统流程如图1所示。

MTP反应器出口产品气首先进入预激冷塔冷却，在自塔顶注入的工艺水的作用下，部分水和重烃被冷凝下来，经收集器降液管到达塔底部。水和重烃经沉降分离后，形成水/重烃界位。当重烃的液位高过溢流槽时，重烃溢流到烃侧，实现水/重烃分离。重烃经排出管线输送至后续压缩单元。预激冷塔底部水侧需排出的激冷水，流经防涡流挡板后经激冷水输送管线排出。气态烃从预激冷塔顶部离开，经气态烃输送管线被送到激冷塔中进行再次冷凝，使水和重烃进一步被冷凝下来。压缩单元主要是进一步脱除激冷单元气态烃中水，避免除水效果不好给后续的精馏单元造成除水压力，甚至导致产品中水超标。

MTP反应器出口产品气依次进入预激冷塔和激冷塔，工艺水分为两股，由工艺水泵分别泵入预激冷塔和激冷塔顶部。预激冷塔和激冷塔底部的凝液水（激冷水）分别通过管线和激冷水泵，用作循环激冷水输送到精馏单元分离塔再沸器，最终在激冷空冷器和激冷塔预冷器中被冷却，大部分循环的激冷水被重新送入到预激冷塔和激冷塔中。

泵的汽蚀现象发生只要是因为当泵的入口处绝对压力小于该液体饱和蒸汽压时，液体就在泵入口处气化，泵内液体处于沸腾状态，生成大量蒸汽泡，随液体从叶轮入口向叶轮外周迅速运动，在此过程中，气泡所受的压力急剧加大，故迅速冷凝，周围液体以极大速度冲向气泡中心，产生非常大的冲击压力，冲击叶轮、泵壳、泵体发生振动和不正常的噪音，甚至使叶轮脱屑、开裂和损坏。伴随着泵的流量、扬程、效率都急剧下降，会使泵中液体中断，不能正常工作，严重时会影响生产平稳运行。

为了防止泵的汽蚀现象，必须核算泵的安装高度以及液体的温度，使泵在运转时泵入口处的压力大于液体的饱和蒸气压。对于激冷系统激冷水泵汽蚀问题主要分析有以下两点原因：（1）液体介质进入接管时回旋形成旋涡，形成的紊流和旋流可能带来诸如管线震动等不利因素，涡流带入气泡，造成汽蚀。（2）降液管的设计直通塔底，导致水/重烃停留时间不充分，重烃被带入激冷水泵入口管线，由于油的密度比水低，则该液体混合物的沸点比纯水的沸点要低，饱和蒸汽压也随之降低，极易导致激冷水泵汽蚀，使泵损坏以致影响生产运行。

2 激冷水系统油水分离装置优化

2.1 防涡流挡板优化

结合液体介质进入接管时会回旋形成旋涡的特点，优化涡流挡板形状，如图2所示。改变后，激冷塔防涡流挡板的直径与激冷塔直径之比为1∶5，防涡流挡板的垂直高度与激冷塔直径之比为1∶18。预激冷塔防涡流挡板的直径与预激冷塔直径之比为1∶4，防涡流挡板的垂直高度与预激冷塔直径之比为1： 1∶12。改造后的激冷塔和预激冷塔的防涡流挡板均为环状结构，内部设有两个相互垂直的隔板，隔板的两端环状结构的内壁固定连接。

防涡流挡板的添加，有效地改善了液体介质进入接管时的流形，避免了管线震动等现象的发生，为了考察改造前后的效果，我们运用CFD软件对预激冷塔中流体分布进行了模拟。

由图3和图4液体物料矢量分布图可知，防涡流挡板的添加，可有效减少在预激冷塔中形成的紊流和旋流，液体物料在预激冷塔中分布更加均匀。

图5和图6的速度分布表明，防涡流挡板起到了减缓高速液体物料冲击，防止涡流或旋流的产生的作用。由图7和8湍流分布可看出，增加防涡流挡板后，预激冷塔内湍流现象大大减弱，物料分布更加均匀，向下流动更加平稳。

2.2 收集器降液管的优化

对激冷系统改造之前，收集器降液管的设计直通塔底（如图9、10中虚线所示），使得水/重烃未充分分离，水就由塔底排出，重烃随水被带入激冷水泵入口管线，容易引起机泵汽蚀。经过优化后，将降液管高度方向部分切除，使降液管底部略低于水/重烃界位之下1～3 cm。底部加装堵板，使得水/重烃混合物不直接到达水侧塔底，避免重烃随水被带入激冷水泵入口管线。堵板上方靠近设备中心侧开若干槽，水/重烃由增开的若干槽流出，尽量增加水/重烃停留时间，避免重烃被带入激冷水泵入口管线。

2.3 激冷水系统烃侧溢流汽油管线的优化

为了防止油水乳化影响分离效果，在激冷塔和预激冷塔烃侧溢流汽油管线改造中，将激冷塔烃侧液位计两个管口改造成为溢流汽油泵的吸入口，并重新调整工艺指标，将预激冷塔液位设定在60%～90%之间，溢流汽油泵在烃侧有油时，始终保持泵能将激冷塔内重烃及时转移，防止激冷塔下段降液盘损坏。

3 激冷水系统优化效果

通过对激冷塔和预激冷塔防涡流挡板设计进行优化，减少了液体介质进入接管时回旋形成的旋涡，消除了紊流和旋流引起的管线震动现象。同时，液体介质形成涡流后带入气泡，泵抽空造成汽蚀的情况基本消除。收集器降液管的改造，增加了水/重烃停留时间，有效减少了重烃被带入激冷水泵入口管线概率，避免了激冷水泵汽蚀。激冷水系统烃侧溢流汽油管线的优化，达到了将激冷水系统中重烃及时转移的效果，避免激冷塔下段降液盘损坏。通过设计优化， 解决了煤基甲醇制丙烯工艺中激冷系统油水分离的问题，激冷水泵汽蚀现象大幅度降低，实现了激冷系统平稳运行。

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