解决甲醇制烯烃和分离装置长周期运行瓶颈的措施

2021-01-09王茂立中煤蒙大新能源化工有限公司烯烃中心内蒙古鄂尔多斯017320

化工管理 2021年34期

王茂立(中煤蒙大新能源化工有限公司烯烃中心，内蒙古鄂尔多斯 017320)

0 引言

中煤蒙大新能源化工有限公式是采用大连化物所甲醇制烯烃(DMTO)技术的大型煤化工项目，以甲醇为原料，主要产品有30万吨/年聚乙烯、30万吨/年聚丙烯和C4、MTBE等。项目包含DMTO、C4、LORU、PE、PP、PSA等六套主要生产装置及配套的热电、循环水、污水回用等公用工程装置。其中甲醇制烯烃装置起着承上启下的核心作用，是甲醇制烯烃项目成功的关键装置，甲醇经DMTO装置转化为包括乙烯、丙烯及混合碳四、碳五等烃类物质的产品气后进入DMTO装置的急冷水洗塔洗去反应气中携带的大部分催化剂及氧化物。DMTO装置水洗塔的水洗水通过沉降罐进入污水汽提塔，净化水通过污水汽提塔的汽提后送至污水处理厂。烯烃分离装置采用鲁姆斯的工艺技术，实现乙烯和丙稀分离。

1 解决甲醇制烯烃和分离装置长周期运行瓶颈立项背景

为解决DMTO和烯烃分离装置长周期运行瓶颈问题，提高装置运行稳定性，2016年装置投入生产运行后，我公司组织相关技术人员到国内多个DMTO和烯烃分离装置调研，这些装置包括中煤榆林、延长中煤、山东联泓、宁夏宝丰、浙江兴兴、中天合创等，他们的平均运行周期在2年。因此我公司根据调研经验、2017年的运行和检修情况，解决DMTO和烯烃分离装置长周期运行瓶颈问题，提高DMTO和烯烃分离装置运行周期，按DMTO装置每年消耗180万吨甲醇计算，装置运行周期由2年提高至4年，减少一次检修，每次检修时间按30天计算，可以多产5.548万吨烯烃，按超产1万吨，实现增效1 750万元计算，可以实现产量效益9 708万元。在减少一次检修，减少作业活动，同时经济安全效益显著[1]。

2 解决甲醇制烯烃和分离装置长周期运行研究项目研究内容及过程

2.1 项目主要研究内容

中煤蒙大公司解决甲醇制烯烃和分离装置长周期运行研究项目主要通过于解决以下九个方面的瓶颈问题：一是DMTO装置自动化运行程度低，降低内操劳动强度，实现装置平稳运行；二是DMTO装置急冷水悬浮物含量高，急冷塔堵塞快，烯烃分离装置急冷水换热器清洗频繁；三是DMTO装置反应气中催化剂含量高，甲醇反应气换热器换热效率下降，反应气进入急冷塔温度高；四是DMTO装置水洗塔塔盘容易堵蜡，造成水洗塔压差上涨；五是DMTO装置污水汽提塔上部塔盘堵塞，不能长周期运行；六是DMTO装置再生滑阀容易卡涩，造成催化剂中断；七是烯烃分离装置水洗塔塔盘堵塞；八是烯烃分离装置碱洗塔塔盘黄油多，造成碱洗塔压差上涨；九是解决循环水无法保证各装置在夏季稳定运行，存在的问题是，循环水温差小，循环水管网用量大。通过对以上几个瓶颈问题的解决，实现了DMTO和烯烃分离装置的4年长周期运行的目标[2]。

2.2 提高DMTO装置自动化控制研究

DMTO装置存在多变量、强耦合、非线性、自干扰等难题，常规控制难以实现自动化稳定运行。蒙大公司经过三年的运行，2019年通过研究未投用自动控制回路的PID参数和优化DMTO装置反应器密相温、再生器密相温度、进再生器主风量放空调节阀、汽包三冲量、急冷塔液位、污水气提塔液位、水洗塔液位、余热锅炉炉膛温度、甲醇蒸汽换热器液位串级控制回路，实现DMTO的稳定运行。

DMTO装置利用“两化”深度融合智能化技术改进煤化工装置的契机，成立提高DMTO装置自动化控制水平小组，主要针对以下四个方面进行改进：一是针对装置部分控制回路未投用自动、操作人员需要经常对回路进行干预操作以及控制效果不佳情况，自动化优化小组通过全装置所有控制回路的PID参数整定工作，使其能达到实际的控制效果，并使控制回路投用自动且改善其控制效果。二是针对复杂回路投用方面，将对控制方案进行全面分析，提出当前未投用复杂回路的解决方案后，对复杂回路进行投用，增强装置控制稳定性。三是针对当前装置报警较多问题，优化小组将经过深入分析，对报警频繁回路进行报警优化，减少装置报警频率。四是在全面优化过程中如发现装置上有控制方案不能够实现全流程自动控制，或没有自动控制手段，需要操作人员根据经验调整，且控制波动较大，不能够实现高精度和平稳的控制指标。优化小组将提出详细的控制方案进行完善工作。通过一年的努力和调整，实现了以下成果：

(1)反再岗位内操的大幅度减少原来的操作，如调整反应器密相温度，再生器密相温度，甲醇蒸汽汽化器蒸汽流量和液位，主风进再生器放空阀调节阀调整，稳定生产时减少了外操频繁调整甲醇蒸汽换热器入口电动阀开度的操作。实例：甲醇蒸汽换热器入口蒸汽蝶阀在调整过程中，蒸汽波动量在10 t/h，造成甲醇蒸汽换热器液位波动在8%，外操需要现场调整蒸汽电动阀的开度。改造方案：通过在现场一个DN150的调节阀旁路，甲醇蒸汽换热器液位与新增的调剂阀组成控制回路。改造效果：每周操作次数从原来的494次直接降为0次，极大降低了操作人员的劳动强度，且换热器E1201A的甲醇液位的波动幅度也由8%降为2%。

(2)水洗水岗位内操大幅度减少了原来的操作，如急冷塔的液位，水洗塔的液位，水洗塔向急冷塔补水调节阀，污水气提塔液位，急冷塔上返塔流量。实例：急冷塔液位设计时有急冷水外甩流量调节阀FV1601控制，但此股水未投用。改造方案：通过急冷塔的液位由水洗水向急冷塔的补水调节阀FV1605的OP值组成串级控制，急冷塔T1201液位控制回路LIC1601实现了自动控制。改造效果：每周操作次数从原来的266次直接降为0次，极大地降低了操作人员的劳动强度，且液位的波动幅度也由16%降为1%[3]。

(3)热工岗位内操大幅度减少了原来的操作，如外取汽包液位余锅汽包液位控制，CO焚烧炉炉膛温度控制，鼓风机机入口流量控制，过热蒸汽温度控制，目前的主要内容监控好标准趋势组曲线运行情况、定期排污时调整汽包液位控制和根据分析指标调整外取汽包和余锅汽包的注磷酸三钠量。

3 提高DMTO装置急冷塔长周期运行研究

DMTO装置急冷塔的塔盘形式为人字挡板，根据中煤蒙大2017年急冷塔的检修情况，结合同类装置急冷塔的运行情况分析，急冷塔容易堵塞位置为急冷塔底部5层人字塔盘，且同类装置急冷塔的运行周期平均为2年。针对DMTO装置急冷塔堵塞的原因进行分析为：一是采用流化床反应器，催化剂的跑损造成了急冷塔的悬浮物高，造成急冷塔塔盘催化剂堵塞，急冷塔塔压差上涨；二是反应气进急冷塔温度高，造成反应气携带的催化剂在急冷塔底部烧结堵塞；三是原始设计中的急冷水过滤器无法投用，进入急冷水中的催化剂无法去除，急冷水悬浮无上涨，在急冷塔人字挡板上沉积。中煤蒙大通过一年的运行，研究建立催化剂跑损的理论物料平衡计算公式，根据催化剂跑损的途径，主要采取了以下措施降低急冷水中的悬浮物，提高急冷塔的运行周期：一是定期从反应三旋废催化剂罐卸剂，保证三级旋风分离器的分离效果；二是定期清理急冷水空冷器，将催化剂从急冷水系统中取出；三是将急冷塔上返塔流量由600 t/h提至900 t/h，冲洗急冷塔塔盘上的催化剂；四是通过每周定期向甲醇反应气换热气注氢氧化钙颗粒，提高换热器的换热效果，将反应气进急冷塔的温度由385 ℃降至320 ℃，减少因温度高造成急冷塔塔盘催化剂的结垢；五是通过将急冷水外排量由10 t/h提高至60 t/h，置换急冷塔的急冷水，将急冷水系统中的催化剂拿出；六是通过在进入急冷水过滤器入口加入TH型药剂投用急冷水过滤器，降低急冷水中的催化剂含量；七是试用新型催化剂，将反应气进入急冷塔的催化剂含量由1 t/d降至0.7 t/h；八是定期启动急冷塔底双泵运行，提高急冷上上返塔流量，冲洗急冷塔塔盘的催化剂；九是在急冷塔11-14层人字挡板处开孔，减缓急冷塔底部人字挡板堵塞的速率，延长急冷塔运行周期；十是每天从急冷水一级旋液分离器底部排污处排污，增加一级旋液分离器的分离效果。通过采取以上措施，急冷水中的悬浮含量有860 mg/L降低至180 mg/L,从而DMTO装置急冷塔年长周期运行的瓶颈问题[4]。

4 提高烯烃分离装置急冷水换热器运行周期

通过调研同类装置运行经验和中煤蒙大的运行情况，急冷水中的悬浮为水洗水悬浮的10倍，烯烃分离装置急冷水换热器容易发生堵塞，造成换热效果差，为充分利用DMTO装置反应产生的热源，降低全厂的生产能耗，改善烯烃分离换热器的运行条件，提高换热器的换热效率。烯烃分离采用急冷水换热器的换热设备容易发生堵塞，换热效率下降，中煤蒙大通过将烯烃分离急冷水换热器改造为水洗水换热器，实现了烯烃分离急冷水换热器的长周期稳定运行，解决了烯烃分离装置急冷水换热器运行周期短的问题。

5 提高DMTO装置甲醇反应气换热器换热效率和长周期运行

DMTO装置采用流化床反应器，每天反应气中携带的催化剂在油类物质的作用下，在甲醇反应气换热器管程沾附，造成换热效率下降，进入反应气的温度升高，造成DMTO装置急冷塔和水洗塔的热负荷增加以及急冷塔下部塔盘结垢，且该换热器无法实现在线切出清洗工作。中煤蒙大通过调研同类装置的运行经验，采取以下二个方面的措施：一是提高反应气线速的方法，提高换热气的运行周期，开车1年运行单台甲醇反应气换热器，然后进行切换运行，3年后双台并联运行；二是采取向甲醇反应气换热器管程侧注入氢氧化钙粒料，除去附着在管程的催化剂，提高换热效率，通过采用的以上措施，反应气进入急冷塔的问题由385 ℃降低至320 ℃，解决了DMTO装置甲醇反应气换热器换热效率和长周期运行的瓶颈问题[5]。

6 提高DMTO再生滑阀长周期运行

根据同类装置的运行经验，再生滑阀容易发生阀板磨穿，阀杆磨断，再生滑阀上部催化剂架桥等现象，是DMTO装置长周期运行的瓶颈。为解决此类事故在我公司的发生，采取了以下措施：一是对再生滑阀的阀板和阀杆表面镀硬质合金，避免阀板磨穿；二是停用再生滑阀阀杆的吹扫蒸汽，避免阀杆磨断；三是建立再生滑阀定期活动制度，避免再生滑阀上部催化剂架桥，造成催化剂输送中断。通过以上措施，解决了再生滑阀长周期运行瓶颈问题，自2017年中煤蒙大公司未发生一次催化剂输送中断事故。

7 提高DMTO污水汽提塔长周期运行

DMTO装置污水汽提塔的长周期运行一直各类同类装置运行的难点，运行周期为1年，主要原因是污水汽提塔顶回炼浓缩水中的醛酮在塔盘上发生缩合反应，与催化剂包裹在一起造成污水汽提塔1-11层塔盘堵塞，污水汽提塔汽提效果下降，污水汽提塔压差上涨。蒙大公司针对污水汽提塔的长周期运行采用了以下措施，一是提高污水汽提塔顶不凝气量在4 500 Nm3/h以上，降低浓缩水中的醛酮含量，将浓缩水中的醛有6%降低至2%以下，酮有700 mg/L降低至100 mg/L以下；二是在保证净化水指标合格的情况下，降低塔底再沸蒸汽量，污水汽提塔底塔底再沸蒸汽流量控制在24～28 t/h；三是根据1-11层堵塞物质的比较硬和黏，降低回流量，减少浓缩水与塔盘的接触；四是根据污水汽提1-52层堵塞情况，将浮阀塔盘技改为筛板塔盘。通过采取的以上措施，污水汽提塔的运行周期可由1年清洗一次增加为4年清洗两次，解决了污水汽提塔长周期运行瓶颈问题。

8 提高烯烃分离水洗塔长周期运行

因烯烃分离原始设计中采用的净化水作为烯烃分离水洗塔水洗水的水源，净化水中携带的油类物质和催化剂易造成烯烃分离泡罩塔盘堵塞，压差上涨，且水洗无法实现离线切出清洗，是烯烃分离装置长周期运行的瓶颈问题。蒙大公司通过采取以下措施：一是将烯烃分离水洗塔水洗水热源技改为透平凝液；二是通过净化水过滤装置将净化水中的催化剂和油类物质过滤，过滤后的水洗水作为烯烃分离水洗塔的水源。通过采取的以上措施，实现烯烃分离装置水洗塔了长周期稳定运行[6]。

9 提高烯烃分离碱洗塔长周期运行

烯烃分离碱洗塔位于压缩机二三段之间，碱洗塔主要作用是利用氢氧化钠除去产品气中的二氧化碳，但是在碱性环境下产品气中醛和酮在碱的催化下发生醛、酮缩合反应以及重烯烃类物质的冷凝和聚合反应，并在碱洗塔上面漂浮一层黄或红色油包水型的碱性乳化物—黄油。碱洗塔中的黄油影响碱洗塔的正常运行和碱洗效果，严重时造成碱洗塔盘堵塞。根据黄油生产的条件，为减少黄油的生成，蒙大公司采取了以下措施：一是在碱洗塔强碱、中碱、弱碱泵出口注入黄油抑制剂；二是停止浓缩水进入DMTO装置反应器的回炼，降低反应器携带醛酮含氧化合物；三是控制碱洗塔的温度在42.5 ℃，减少因碱洗塔温度高而造成黄油生产量大；四是控制好各碱洗段的浓度，降低黄油生成速率；五是提高水洗塔上返量，尽可能多的洗涤反应气中携带的含氧化合物；六是控制好待生定碳，降低反应器中醛酮含氧化合的生产。通过采取的以上措施，实现碱洗塔了长周期稳定运行。