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甲醇制低碳烯烃装置急冷水系统除固实践高春枝，黄令漫（国能包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头 014060）收稿日期：2023-06-11第一作者：高春枝（1985），女，汉族，内蒙古呼和浩特人，工程师，硕士，2008 年本科毕业于内蒙古科技大学化学专业，现主要从事煤化工相关工作，E-mail：。DOI：10.19889/ki.10059598.2023.05.012乙烯和丙烯是化工行业中重要的基础原材料，可用于生产多种重要的有机化工产品。生产乙烯和丙烯的传统工艺方法是将石油中的轻油部分回炼裂解，而我国石油资源匮乏，采用煤制甲醇，再由甲醇制低碳烯烃，经分离得到乙烯和丙烯，可缓解烯烃行业对石油的依赖度。甲醇制低碳烯烃是指以甲醇为原料，在流化床反应器中经 Sapo-34 酸性分子筛催化转化生成低碳烯烃的化工技术。包头某公司甲醇制低碳烯烃装置随着运行时间的延长，急冷水系统的急冷水外排量较少，导致急冷水系统中的催化剂含量和固含量持续增加。急冷水系统中的固含量高会造成系统中设备的损坏，大大缩短甲醇制低碳烯烃装置的运行周期，增加检修难度和维护费用。在正常运行期间，夹带着细小催化剂的高温产品气离开反应器进入急冷塔，经急冷水降温洗涤后进入水洗塔，继续降温后作为混合原料去下游装置。鉴于此，本文设计了一种能够降低急冷水系统中固含量的急冷水沉降罐系统，首先将急冷水引至 1 210 m3的急冷水沉降罐中，借鉴目前废水和污水除固的常用方法，将液体高温萃取剂和固体絮凝剂引入急冷水沉降罐系统中，可将急冷水中的固体催化剂絮凝结团，并自然沉降至急冷水沉降罐底部，最后通过底部排污阀排至污水池，整个系统的建立可将急冷水系统中的固含量维持在较低水平，现介绍如下。1急冷水系统的作用及固含量高的危害急冷水系统在甲醇制低碳烯烃装置中的作用主要有 3 个：一是为反应器出来的高温产品气降温；二是洗脱产品气中夹带的固体催化剂；三是作为热源去下游装置，经换热后回到急冷水空冷器降温，之后作为降温水（冷源）返回到急冷塔的中部和上部。急冷水系统中固含量高的危害主要有 4 个：一是导致急冷塔塔底泵的入口管线及过滤网易堵、急冷塔塔底泵的机封易损坏，这些问题都会导致机泵无法正常运行；二是导致急冷水换热器和空冷器的管束易堵，换热器管束在冬季容易被冻裂；三是催化剂易集聚在急冷塔塔板中，导致急冷水洗涤产品气效果不佳；四是影响急冷水作为热源去下游装置的换热效果。2急冷水沉降罐系统工艺2.1急冷水沉降罐系统的设计急冷水沉降罐系统工艺流程示意图见图 1。急冷水沉降罐内有 3 块挡板，将急冷水沉降罐内部分为三个区域，分别为集油区（阀 5 连接区）、沉降区（阀 6 连摘要介绍了甲醇制低碳烯烃装置急冷水系统的作用及固含量高的危害，针对包头某公司甲醇制低碳烯烃装置急冷水系统固含量高的问题，设计了一种急冷水沉降罐系统，并选取多聚季铵盐为液体高温萃取剂、聚丙烯酰胺类为固体絮凝剂。该系统正常投用后，可以将急冷水系统中的固体催化剂有效排出，并长时间将急冷水系统的固含量维持在较低水平，确保急冷水系统的稳定运行。关键词甲醇制低碳烯烃；急冷水系统；固体催化剂；固含量；沉降罐系统；萃取絮凝文章编号：1005-9598(2023)-05-0050-03中图分类号：TQ221；TQ08文献标识码：B引用格式：高春枝，黄令漫.甲醇制低碳烯烃装置急冷水系统除固实践J.煤化工，2023，51（5）：50-52.第 51 卷第 5 期2023 年 10 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.5Oct.2023第 51 卷第 5 期表 1不同运行时间时各采样点的急冷水固含量运行时间012 h24 h48 h1 周1 月泵 1 出口258326122498232022242252阀 425941289512949127291265412682阀 625771325613351133051321813129泵 2 出口256920162009187418491865接区）和抽出区（阀 4 连接区）。将急冷塔中急冷水（流量 500 t/h）通过泵 1 引至急冷水沉降罐（1 210 m3）中，当液位达到 80%时，启动泵 2 将急冷水从急冷水沉降罐抽出区抽出，送回原系统管线，并作为热源去下游装置，从而建立急冷水沉降罐系统平衡。运行正常后，从急冷水入口管线向急冷水沉降罐沉降区中持续注入液体高温萃取剂和固体絮凝剂，急冷水中的固体催化剂经高温萃取絮凝后自然沉降，沉降在沉降区和抽出区底部的絮凝物经阀 6 和阀 4 排至污水池，排放周期为每 4 h 排放罐中 3%的液位。系统长期运行后，急冷水中上部含有少量油类物质，将罐的液位高度控制在约 92%时，上层累积的浮油溢流至集油区，收集的浮油通过阀 5 排至污水池。固含量相对较小的急冷水溢流至抽出区后，通过泵 2 从急冷水沉降罐中下部抽出，送回原系统主管线，并作为热源去下游装置。换热后的急冷水经过急冷水空冷器降温，作为降温水回到急冷塔。阀 1 为跨线阀，可以将急冷水沉降罐系统切出，也可作为并联阀（一部分水进入急冷水沉降罐系统，另一部分直接去下游装置)。当关闭阀 3 和阀 2、打开阀 1 后，即可将整个急冷水沉降罐系统切出。阀4 和阀 6 为沉降絮凝后排污阀，阀 5 为排油阀。急冷水沉降罐罐顶有一条平衡线和一组安全阀，用来保证急冷水沉降罐的安全压力。调节阀 1 和调节阀 2 为电动调节阀，阀 1 阀 6 为截止阀，泵 1 和泵 2 为电动离心泵。2.2急冷水沉降罐加药系统的设计急冷水沉降罐的加药系统共设计 2 个加药罐（1用 1 备）、2 个加药泵（计量泵、1 用 1 备）和 1 个气动隔膜泵。加药流程如下：将桶装的液体高温萃取剂和水用气动隔膜泵（用工厂风为流动介质）按照一定比例加入到加药罐中，将固体絮凝剂从加药罐罐顶直接加入到加药罐中，三者经过充分搅拌稀释混合，形成混合药剂，然后经加药泵加入到急冷水沉降罐的入口管线，与急冷水一起进入急冷水沉降罐的沉降区。加入的液体高温萃取剂的量约 15 kg/h，固体絮凝剂的量约 50 g/h。生产过程中可根据急冷水系统中固含量的高低，调节加药泵的冲程和加药浓度，进而改变加入沉降罐系统的药剂量。2.3液体高温萃取剂和固体絮凝剂的选取采用的液体高温萃取剂为多聚季铵盐，是一种有机高分子，用于降低污水中的 COD 和重金属含量。其可以使乳液转化并加速固液分离，中和液体中固体悬浮物表面电荷，形成的胶体可以使污水中的微小粒子絮凝，同时起着“架桥”作用，使粒子团聚在一起形成更大的絮团，这样在重力作用下更容易沉降至底部，达到固液分离的目的。固体絮凝剂为聚丙烯酰胺类，是一种线状的有机高分子聚合物，主要用于吸附水中的悬浮颗粒，并在颗粒之间起链接“架桥”作用，使细颗粒形成较大的絮团，这样在重力作用下可以加快沉淀速度，最终达到固液分离的目的。因其絮凝效果较好，被广泛用于化工工业废水、污水的处理。3急冷水固含量数据分析在急冷水沉降罐系统正常投用后，分别选取 4 个位置作为急冷水样的采取点和检测点：急冷水沉降罐的入口即急冷塔塔底泵泵 1 的出口导淋处、2 个排污口阀 4 和阀 6 的导淋处、回主管线去下游装置的泵 2出口导淋处。不同运行时间时各采样点的急冷水固含量的数据如表 1 所示。由表 1 可知：随着急冷水沉降罐系统投用时间的增加，泵 1 出口的急冷水含固质量浓度由 2 600 mg/L左右缓慢降低，在 48 h 时维持在 2 300 mg/L 左右，持续运行 1 周和 1 月时，基本维持在 2 250 mg/L 左右，说明急冷水沉降罐系统在运行 1 周后，将原急冷水系统中的催化剂和急冷塔洗脱进入急冷水系统的催化剂持续外排。泵 2 出口的含固质量浓度由 2 600 mg/L 左右缓慢降低，在 48 h 时维持在 1 870 mg/L 左右，与同时期急冷塔泵 1泵 2阀 1阀 2阀 3阀 4阀 5阀 6调节阀 1调节阀 2污水池平衡线急冷水沉降罐萃取剂去下游装置图 1急冷水沉降罐系统工艺流程示意图高春枝等：甲醇制低碳烯烃装置急冷水系统除固实践含固质量浓度/(mg L-1)51-2023 年煤 化 工泵 1 出口的含固质量浓度 2 300 mg/L 左右对比可知，急冷水沉降罐中的急冷水经过液体高温萃取剂和固体絮凝剂作用后，急冷水中的固体催化剂经絮凝沉降至沉降区和抽出区底部，然后经阀 6 和阀 4 定期排污至污水池，从而使急冷水系统中的固含量降低且维持在较低水平。阀 4 和阀 6 定期外排污水有 2 个作用：一是将原急冷水系统中累积的固体催化剂有效外排，二是将急冷塔从产品气中洗脱下来进入急冷水系统的固体催化剂有效外排，并能较好地维持整个急冷水系统的固含量。阀 4 和阀 6 在运行 48 h 期间，外排的固含量最高，这是因为其将原系统中的固含量持续外排；随着运行时间的延长，外排的含固质量浓度降低，分别维持在 12 700 mg/L 和 13 200 mg/L 左右，阀 6 比阀 4外排的固含量高，这是因为液体高温萃取剂和固体絮凝剂是直接加入到阀 6 上部沉降区的液体中，而阀 4上部抽出区的液体是由沉降区中固含量较低的急冷水溢流至此处，抽出区的絮凝催化剂更少，所以外排的含固质量浓度较阀 6 低 500 mg/L 左右。由于急冷水沉降罐的液位一直维持在较高的液位（85%90%），且整个急冷水系统的固含量较高，沉降区和抽出区的固体催化剂絮凝的效果相差不大，所以两处采样口的固含量相差不大。4结语包头某公司原有甲醇制低碳烯烃工艺中，随着装置运行时间的延长，急冷水系统中的固含量逐渐增加，这主要是因为急冷水中含有大量固体催化剂。为此，设计了一种急冷水沉降罐系统，利用液体高温萃取剂和固体絮凝剂萃取絮凝污水中的固体悬浮物，进而达到固液分离的效果。急冷水沉降罐系统投用后，可以将系统中原有的固体催化剂和日常生产中急冷水洗脱下来的催化剂絮凝沉降并外排至污水池中，将急冷水系统的固含量长时间维持在较低水平，有利于维持整个甲醇制低碳烯烃装置水系统的平稳，大大延长了甲醇制低碳烯烃装置的运行周期，减小了检修难度和设备维护费用，有利于装置的稳定运行。Method for solid removal from quench water system of methanol to low carbon olefin unitGao Chunzhi,Huang Lingman(China Energy Baotou Coal Chemical Co.,Ltd.,Baotou Inner Mongolia 014060,China)AbstractThe function of quench water system of methanol to low carbon olefin unit and the harm of high solid contentwere introduced.In view of the problem of high solid content in quench water system of methanol to low carbon olefin unit of acompany in Baotou,a quench water settling tank system was designed.Polyquaternary ammonium salt was selected as liquidhigh temperature extractant and polyacrylamide as solid flocculant.After the system was put into normal operation,the solidcatalyst in the quench water system could be effectively discharged,and the solid content of the quench water system could bemaintained at a low level for a long time to ensure the stable operation of the quench water system.Key wordsmethanol to low carbon olefin;quench water system;solid catalyst;solid content;settling tank system;extraction and flocculation中国化学签订 650 亿元海外大单2023 年 10 月 8 日，中国化学工程集团有限公司发布公告：中国化学工程第七建设有限公司与俄罗斯波罗的海甲醇有限责任公司签署年产 500 万 t 天然气制甲醇项目 FEED+EPC 总承包合同，合同总金额 84 亿欧元（折合人民币 650.5 亿元）。该项目是继成功实施波罗的海“千亿大单”后，中国化学在海外签订的第二大合同额项目，也是 2020 年以来中国企业“走出去”最大合同额项目。据介绍，俄罗斯波罗的海天然气制甲醇化工综合体项目建设内容主要包括年产 500 万 t 天然气制甲醇装置和装置外部基础设施，合同工期 48 个月。（全国煤化工信息总站编辑整理）窑简讯窑52-