MTO水系统的运行与优化

张 亮

（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头 014010）

MTO水系统主要分为急冷水系统和水洗水系统[1]，急冷水系统是产品气脱固的主要场所，而水洗水系统是产品气脱除氧化物的主要场所。不管是急冷水系统或者是水洗水系统，其主要是利用洗涤水进行循环洗涤。在运行过程中，急冷水中催化剂细粉在不断积累和沉积下造成急冷水系统的管线等相关设备出现堵塞现象，影响了急冷水的稳定运行[2]。而水洗水系统主要洗涤产品气中的含氧化合物，而含氧化合物在水洗水的冷区进行冷凝，同样造成了管线等相关设备堵塞，影响了水洗水系统的稳定运行。

1 急冷水系统运行分析

1.1 急冷水系统堵塞的原因分析

1.1.1 急冷水的高固含量原因分析

MTO反应以典型的气-固湍流流化床为主。固相催化剂作为反应的核心，其在流化过程中存在一定的粒径分布。＜40μm的催化剂作为流化状态中的“润滑剂”而存在于系统中。同时催化剂在反应器和再生器中不断完成反应-再生这个过程中，催化剂同催化剂之间，以及催化剂同设备之间的磨损，造成催化剂逐步变成细粉。而在反应器顶设置了一级和二级旋风分离器，其对＜40μm的催化剂分离效率可达到99%以上，所以还有小部分＜40μm的催化剂随着产品气进入到下游装置。产品气经过三级旋风分离器和四级旋风分离器过滤后，部分催化剂细粉进入到急冷水系统。其进入到急冷水系统的催化剂细粉即为急冷水固含量的主要来源。

1.1.2 急冷水系统堵塞的原因分析

固相的催化剂细粉进入到急冷水系统中，催化剂细粉遇水后，形成泥浆。在急冷水系统中存在部分低流速区域，泥浆在此区域进行沉积，是造成急冷水系统堵塞的原因之一。其次，为了维持急冷水系统酸碱平衡，在急冷水系统中加入了碱液，同时存在立换吹灰使用的氢氧化钙随着吹扫气和产品气进入到急冷水系统中。高温的产品气（330～360℃）进入到急冷塔下部，同携带催化剂细粉的急冷水在人字形挡板上进行换热。在高温的作用下，催化剂细粉吸附、板结在人字形挡板上，同时由于盐类物质在高温产品气作用下析出，并同催化剂细粉相互吸附，加剧了在人字形挡板催化剂细粉的板结速度，最终造成了人字形挡板下三层严重堵塞[3]，影响装置的稳定运行。

1.2 急冷水系统的优化

1.2.1 降低催化剂细粉进入到急冷水系统的含量

急冷水的固含量主要来自反应系统，其反应系统核心为催化剂。催化剂的磨损指数是衡量催化剂机械强度的性能指标。通过对催化剂进行改性，适当提高催化剂的机械强度以降低催化剂的磨损指数，使催化剂的细粉含量相对降低。能够最有效地降低急冷水系统的固含量，其也是治本的方法。同时由于MTO反应是典型的湍流流化床工艺，由于非正常的波动会破坏反应系统流化状态，造成催化剂跑剂。所以，在日常生产中应避免非正常波动对系统的冲击，优化反应系统的各项操作。

1.2.2 优化工艺流程，降低急冷水系统固含量

作为国内首套示范装置，MTO装置已运行约10a。装置只能采取技术改造进行流程优化，通过治标的方法降低急冷水系统的固含量。在急冷水的主流程中增设急冷水沉降罐。先将急冷水引至急冷水沉降罐中，利用急冷水沉降罐多级重力自然沉降原理将急冷水系统中的催化剂沉降至罐底，再通过罐底排污阀将高浓度的泥浆排至污水池。上面的清液经过新增急冷水泵抽至烯烃分离后再循环至急冷塔，同时在沉降罐入口注入高温絮凝剂。高温絮凝剂和催化剂细粉快速结合，形成絮状物或者大颗粒沉淀物，沉降至罐底，最终排至污水池，可以有效降低系统中的固含量。急冷水的悬浮物由2 000mg/m³降低至500mg/m³，保证了系统的稳定运行。

2 水洗水系统的运行分析

2.1 水洗水系统堵塞原因分析

2.1.1 蜡状物的组成分析

MTO水洗水系统自2011年以来，陆续发现水系统换热器、空冷器被凝固的蜡状物堵塞，导致水系统换热效率下降，换热器清洗频繁，经过换热器清洗，发现水系统存在蜡状物，在低温处冷凝，堵塞管道和相关设备。将水洗水换热器的蜡状物委托某机构进行分析，分析结果见表1。

表1 蜡状物分析结果

通过对水洗水中蜡状物的化性进行分析，在蜡状物的组成分析中：芳烃占93.91%，烷烃占6.09%。蜡状物主要是以四甲基苯、五甲基苯、六甲苯为主的混合油蜡。

MTO催化剂为酸性催化剂，在反应过程中甲醇反应生成碳池，然后在催化剂笼内形成苯类物质，特别是多甲基苯，多以四甲基苯、五甲基苯和六甲基苯为主，同时副产物生成长链烃物质。多甲基苯类物质和长链烃物质其凝点一般在60℃。所以在水洗水系统中存在多甲基苯和长链烃的原因有两个：①反应生成的多甲基苯和长链烃，最终释放到产品气中，随着产品气进入到水洗水系统。②催化剂细粉进入到水系统中，在碱性环境下，分子筛在碱性环境下得到破坏，多甲基苯和长链烃从分子筛的骨架中释放出来，最终进入到产品气中，进入到水洗水系统。

2.1.2 水洗水系统堵塞的原因分析

水洗水系统是氧化物洗涤和热量交换的主要场所。水洗水系统冷区的温度一般维持在40℃以下。多甲基苯和长链烃的凝点一般为60℃，在这样低温的环境下造成了多甲基苯和长链烃的析出，同时为了维持水洗水系统酸碱平衡，向水洗水系统注入液碱，同样也为多甲基苯和长链烃析出创造了有利的碱性环境。析出的多甲基苯和长链烃物质最终附着在管道内壁和塔盘上，形成蜡状物。由于蜡状物的不断积累，最终造成水洗水系统堵塞，导致系统波动。

2.2 水洗水系统的优化

2.2.1 优化工艺流程，降低水洗水系统蜡状物的饱有量

造成水洗水系统堵塞的原因，主要为蜡状物在系统中不断积累，由量变最终形成了质变。在一定负荷和催化剂转化率的情况下，每小时蜡状物的生成量基本保持一致。所以降低水洗水系统中的蜡状物的饱有量，可避免蜡状物的快速聚集，延长了生产周期。利用侧线采出，将水洗水引至膜分离系统，将水洗水系统中的蜡状物质进行膜过滤，降低其在水洗水中的饱有量。同时为了防止蜡状物在系统中局部积累造成系统堵塞，定期对冷换设备进行离线高压水清洗和在线高压水清洗塔盘，也可有效地延长水洗塔的运行周期。

2.2.2 利用化学方法降低水洗水系统蜡状物的饱有量

蜡状物在生成过程中，其主要化学物质为多甲基苯和长链烃物质。利用化学物质的相似相溶原理，其蜡状物主要为多甲基苯，经过实验室多次实验，利用工业的二甲苯可以对蜡状物进行萃取，使用二甲苯能有效地萃取水洗水系统中的多甲基苯等蜡状物质。但二甲苯易挥发，同时二甲苯为非极性物质与水不互溶，使用二甲苯不能达到充分洗涤水洗水系统的目的，还有二甲苯为有毒物质，易对操作人员造成伤害。而水洗水阻垢分散剂为水溶性的化学药剂。水洗水阻垢分散剂能够和蜡状物作用，形成松散的絮状物，这些絮状物最终随着水洗水排出系统，这种水溶性药剂，对人体伤害很小，安全性较好。值得注意的是，使用水洗水阻垢分散剂的最好时期为新开工或者新开车的装置，进行连续注入，能够对生成的蜡状物进行有效的阻垢和分散，保证了水洗系统的稳定性。

3 急冷水系统和水洗水系统相互作用关系

虽然将水系统设置为急冷水系统和水洗水系统，但两者的相互关系是密不可分的。在MTO生产工艺上，流程上设置先进行急冷水除固和急冷降温，然后再进行氧化物脱除。如果催化剂细粉不能够在急冷塔脱除，会造成产品气夹带大量催化剂细粉进入到水洗水系统中，蜡状物同催化剂细粉的相互吸附，同样会加剧水洗水系统的堵塞。而急冷水系统发生堵塞后，系统的除固能力和急冷降温能力下降，势必造成水洗水系统固含量升高，热负荷大量增加。水洗塔是连接下游系统分离装置的重要单元，当水洗水系统堵塞后，会对整个MTO生产工艺造成影响。由于系统压力的变化，反应系统的波动，造成催化剂异常跑损，急冷水系统的固含量会大幅升高，最终造成急冷水系统堵塞。所以，水洗水系统和急冷水系统既是独立的系统，也是相互作用的有机整体。

4 结语

MTO生产技术在随着时代不断改进和进步，MTO催化剂在不断进行优化和改良。人们在追求催化剂高收率的同时往往会忽略在高收率的前提下，对整个生产工艺的影响。MTO水系统作为反应系统密不可分的一部分，也是MTO生产工艺生产有机整体的一部分，因此应上下游兼顾，优化整个系统。