新型抗垢剂在MTO装置碳四汽化器上的工业应用

高华南，杨华栋，付 鑫，齐家俊

（浙江兴兴新能源科技有限公司，浙江嘉兴 314000）

MTO是指以煤基或天然气基合成的甲醇为原料，借助类似催化裂化装置的流化床反应形式，生产低碳烯烃的新型煤化工工艺技术[1]。中国科学院大连化学物理研究所、新兴能源科技有限公司和中石化洛阳工程有限公司共同开发的DMTO工艺技术采用SAPO-34型分子筛作为主反应催化剂。研究表明，几何孔道的限制可有效抑制氢转移及芳构化等副反应的进行，提高目的产物的收率和选择性[2-4]。在此基础上开发的碳四预积碳技术通过优化调整装置操作参数，双烯烃（乙烯、丙烯）收率提高0.229%，且甲醇单耗降低0.022t/t，经济效益显著。

1 概述

浙江兴兴新能源科技有限公司MTO装置处理量为180×104t/a。为提高装置的经济效益，对原料进行精细化管理，通过外购高烯烃碳四作为MTO预积碳，从而增加乙烯和丙烯主产品产量，提高装置整体经济效益。

然而由于高烯烃碳四中含有一定量的丁二烯、碳五烯烃等不饱和化合物，在碳四汽化器的高温条件下容易聚合结垢，造成碳四汽化器传热效果变差，需提高加热蒸汽量，同时汽化器清理周期也容易缩短，严重时会导致汽化器堵塞，不仅会导致物料和能量损耗，而且加大操作人员操作难度，影响装置正常运行。为解决这一问题，装置技术人员与浙江杭化科技股份有限公司进行了技术交流，决定在汽化系统试用汽化器抗垢剂HK-18D，并对其抑制聚合结垢效果进行了验证和评价。

2 结垢原因分析

MTO装置碳四汽化器单元加工原料油基本性质见表1。通过对原料油成分进行分析，产生垢物的主要原因为原料油组成较复杂，其中含有的二烯烃等在高温下易聚合生成有机垢。

表1 高烯烃碳四基本性质

由表1可知，原料油中丁二烯含量相对较高。当原料油被加热至42~44 ℃后，丁二烯等不饱和烃类物质会发生聚合反应，生成高聚物并逐渐黏附、沉积在汽化器设备表面，形成有机垢。

3 抗垢剂性质及特点

抗垢剂HK-18D外观为油状液体，沸点较高，不会被带至反应系统，同时助剂不含重金属和卤素，不会对催化剂造成不利影响。其质量指标见表2。

表2 HK-18D的物化性质

抗垢剂HK-18D为多功能复合型抗垢剂，其含有抗氧成分，能清除系统中微量自由氧从而抑制自由基产生；对于已经形成的自由基，其含有的阻聚剂成分，能迅速终止链增长；其还含有金属离子钝化成分，可与设备金属表面结合形成保护膜，或络合溶解在介质当中的金属离子以阻止金属离子的催化作用；除此以外还含有清净分散成分，具有较强的渗透和分散功能，它能渗入垢物和设备接触面之间，削弱其结合力，使介质带走垢物。该清净分散成分还能与系统中已经生成但未黏附在设备表面的垢物母体形成胶束，使其不易黏附在设备表面而随介质带出系统。

4 抗垢剂现场应用

浙江兴兴新能源科技有限公司在汽化器进料量维持稳定且进料成分不变的情况下，于2022年1月17日至2月24日出现E-1105蒸汽用量持续上升现象，蒸汽用量由750kg/h左右逐渐上升到900kg/h左右，同时E-1105蒸汽侧出口凝结水温度由50 ℃左右逐渐上升到90 ℃左右。初步判断原料高烯烃碳四在汽化器中高温下聚合结垢，汽化器效率不断降低，导致加热用蒸汽用量持续上升，蒸汽侧凝结水温度相应升高，装置能耗增加，严重影响装置正常稳定运行。

4.1 抗垢剂加注方案

抗垢剂加注点如图1所示。根据MTO装置相关流程、结垢部位、工艺条件、助剂物性等情况，确定将抗垢剂以纯剂连续加注的方式注入E-1105高烯烃碳四进料管线上。由于添加在此处助剂流经整个系统，起到对整个系统的阻聚清净作用。注入浓度以原料进料量为基准，加注浓度一般为（100~180）×10-6，本次工业试验加注浓度为178×10-6。在现场试验过程中根据具体情况进一步调整。

图1 抗垢剂加注点

4.2 抗垢剂的应用效果评价

抗垢剂性能应用效果分析和评价主要从两个方面进行：①E-1105蒸汽用量；②E-1105蒸汽侧出口凝结水温度。

碳四汽化器装置从2022年2月14日开始加注抗垢剂，在实际应用过程中，为保证装置生产稳定，防止过快剥离垢物从而对管线设备产生其他负面影响，本次药剂加注浓度采用逐步提高的方式。

4.2.1 汽化器进料量

汽化器进料量（FIC1413R）与碳四温度趋势图如图2所示，试用期间与试用前，进料量稳定在4.65t/h， 有利于更准确地评价抗垢剂使用效果，汽化器碳四出口温度（TI1427）稳定在43~44℃。其中，2022年1月9日开始出现碳四出口温度明显下降趋势，2022年2月20日出现碳四出口温度明显上升趋势。

图2 汽化器进料量与碳四出口温度趋势图

4.2.2 E-1105蒸汽温度与蒸汽侧出口凝结水温度

E-1105蒸汽温度（TI1426）与蒸汽侧出口凝结水温度（TI1425）如图3所示，试用期间与试用前，E-1105蒸汽进料温度稳定在162~169℃。从2022年1月1日至2022年1月17日，蒸汽侧出口凝结水温度由47℃左右上升至89℃左右，原因是从2022年1月9日开始，汽化器碳四出口温度呈下降趋势，为了维持碳四出口温度稳定，提升E-1105蒸汽用量。2022年1月14日加注抗垢剂后，汽化器各项指标未出现明显恶化趋势，说明抗垢剂HK-18D对汽化器系统无副作用。2022年2月20日出现碳四出口温度明显上升趋势，经综合分析，加注抗垢剂1个月之后，汽化器中结垢情况得到了明显改善，并于2022年2月22日开始降低蒸汽用量，蒸汽侧出口凝结水温度由89℃左右上升至84℃左右。HK-18D对E-1105蒸汽侧出口凝结水温度有降低和稳定的作用。

图3 E-1105蒸汽温度与蒸汽侧出口凝结水温度趋势图

4.2.3 E-1105蒸汽用量

E-1105蒸汽用量变化（FIC1412）如图4所示，从2022年1月1日至2022年1月17日，E-1105蒸汽用量在725~825kg/h，随着碳四出口温度出现明显下降趋势，蒸汽用量提升至900~950kg/h。2022年1月14日加注抗垢剂1个月时间后，E-1105蒸汽用量逐渐降低至750kg/h左右，随后一直保持平稳。抗垢剂HK-18D对E-1105蒸汽用量有降低和稳定的作用。

图4 E-1105蒸汽用量趋势图

5 结论

兴兴新能源MTO碳四汽化器装置原料油中丁二烯含量相对较高，在被加热至42~44℃后，丁二烯等烃类物质在该条件下下会发生聚合反应，并逐渐黏附、沉积在汽化器设备表面，形成有机垢，提升装置能耗。结垢与腐蚀通常同时存在，如不及时处理，还可造成设备的腐蚀，严重威胁装置安全长期运行。

1）试用期间，在汽化器进料量保持4.65t/h不变的情况下，E-1105蒸汽用量从900kg/h左右降低并平稳于750kg/h。HK-18D对E-1105蒸汽用量有降低和稳定的作用。

2）试用期间，在E-1105蒸汽进料温度稳定在162~169℃的情况下，E-1105蒸汽侧出口凝结水温度从89℃降低并平稳于85℃。HK-18D对E-1105蒸汽侧出口凝结水温度有降低和稳定的作用。

3）试用期间，抗垢剂HK-18D未对产品质量和装置运行造成负面影响。