MTO污水汽提塔的运行与优化付亮移

第12期在MTO生产工艺上设置了污水汽提塔［1］。从水洗塔底部抽出的水洗水、烯烃分离装置产品气压缩机一段凝液、烯烃分离装置水洗塔水洗水以及废甲醇水中含有微量的甲醇、二甲醚、烯烃组分，通过汽提回收至反应器重新参与反应。污水汽提塔自上而下设有52层塔盘，其塔盘的形式为高效浮阀［2-3］。通过2台污水汽提塔底再沸器利用1.1MPa蒸汽作为热源，将沉降罐混合后的工艺水进行汽提，塔顶冷却后的凝结水为浓缩水送至反应单元参与反应，同时不凝气也回炼至反应［4］。塔底合格的净化水，送至下游污水处理装置进行处理后再回收利用，污水汽提塔流程见图1。污水汽提塔MTO水洗水烯烃分离水洗水甲醇废液罐烯烃分离一段凝液低压蒸汽凝结水凝结水浓缩水低压蒸汽界区外不凝气V1202V1203V1204V1207AE1208AP12051#T1203P1207E1208AP120641#52#E1207ABE1103AB图1污水汽提塔流程正常工况下，污水汽提塔的进料主要为MTO水洗水、烯烃分离水洗水、烯烃分离压缩机一段凝液，其外排物料为净化水、浓缩水和不凝气。根据物料平衡，进出污水汽提塔的物料平衡见表1。表1污水汽提塔的物料平衡进料项目MTO水洗水烯烃分离水洗水烯烃分离压缩机一段凝液合计进料量（t/h）143402185出料项目净化水浓缩水不凝气合计外排量（t/h）18131185在污水汽提塔的不断运行过程中，由于进料物质复杂性，导致了污水汽提塔堵塞，换热器管束结垢换热效率下降。不仅影响了污水汽提系统稳定运行，同时也造成了进料系统甚至反应系统的波动，严重时导致净化水COD大幅升高。1对污水汽提塔系统的影响1.1污水汽提塔塔盘堵塞，塔压差大幅度波动，净化水出水不合格在绝热条件下，根据蒸馏理论压力同温度成正比关系。在污水汽提塔的汽提过程中，由于气液相能量交换很平均，最终整个塔的压力和温度变化趋势较为一致。作者简介：付亮移（1968-），男，工程师，2008年毕业于辽宁工业大学，现任神华包头煤化工有限责任公司生产运营部经理，主要从事生产管理工作。Tel：[phone]，E-mail：[e-mail]第16卷第12期VOL.16NO.122018年12月Dec.2018MTO污水汽提塔的运行与优化付亮移（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头，014010）摘要：污水汽系统作为MTO生产工艺中重要的环保单元，其处理后的净化水不仅能够回用，同时能够有效降低外排水的COD，缓解污水处理系统的压力。MTO工艺中，污水汽提系统主要汽提不同单元的混合水。在运行过程中，由于含氧化合物的成分较为复杂，造成了污水汽提塔出现了堵塞、换热器结垢以及净化水COD超标现象。本文从MTO工艺污水汽提塔运行出现的问题进行具体分析，提出了优化措施，保证污水汽提系统的长周期稳定运行。关键词：MTO污水汽提塔稳定运行中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1674-8492（2018）12-089-05第12期付亮移：MTO污水汽提塔的运行与优化当污水汽提塔运行约一年时间后，在负荷不变的情况下（包括污水汽提塔进料以及再沸器加热蒸汽），污水汽提塔的压力变化情况，呈现以下规律：（1）污水汽提塔的塔顶压力下降，温度下降，塔顶回流罐液位下降；但同时污水汽提塔塔底温度升高，压力升高，塔底液位降低，塔的运行状态完全不符合经典的蒸馏理论。由污水汽提塔上下部分变化可以判断已经在塔盘形成液封。当液封突破后，塔顶压力升高，塔顶温度升高，回流罐液位大幅度上升；同时大量液体落入塔底，造成塔底液位大幅上升，温度大幅下降（波动范围为145～153℃），塔底压力下降。由以上情况，即判断污水汽提塔出现了堵塞现象，塔的压差大幅度变化。（2）污水汽提塔发生堵塞后，塔盘上形成液封，阻碍了在塔盘上的气液相的传质和传热过程。由于传质和传热不够充分，汽提效果不明显，无法充分地汽提出混合水中的有机物，造成净化水COD波动较大，频繁出现COD超标现象，对下游污水系统造成了冲击，净化水COD变化趋势见图2。MTO净化水COD45004000350030002500200150010005000CODmg/L样品1样品6样品11样品18样品23样品28样品33样品38样品43样品48样品53样品58样品63样品68样品73样品78样品83图2净化水COD变化趋势1.2再沸器管束出现结垢，换热效率下降污水汽提塔的再沸器采用的低压蒸汽做为液相加热介质。在正常工况下，塔底再沸器采取双换热器运行，使用的蒸汽量约为32t/h，塔底温度可达145℃即能满足工艺生产要求。可随着装置的连续运行，汽提效果逐渐变差，为了维持工艺条件的145℃，塔底再沸器最终提至了38t/h。造成换热器换热效率下降的主要原因为换热器管束发生了结垢，形成了热阻。1.3塔顶冷却负荷不均，塔顶冷却器出现水击现象在塔顶冷却器进回流罐前采用的是U型液封设计。在正常工况下，塔顶冷凝水不断聚集，伴随着U型液封的冷凝液不断溢流，最终达到冷凝量等于外溢量即达到动态平衡。但污水汽提塔发生堵塞后，塔顶压力发生大幅度变化，破坏了原有的动态平衡。当塔顶压力突破液封高度后，U型管路的冷凝液被压空，由于压力突变以及气液相的共同作用下，发生了塔顶冷却器水击现象。2对反应系统影响2.1污水汽提塔堵塞对甲醇进料系统的影响在甲醇进料系统设置了甲醇蒸汽换热器和甲醇汽提气换热器。其中，甲醇汽提器换热器使用汽提塔顶气相作为热源用于甲醇加热汽化。正常工况下，污水汽提塔运行稳定时，塔顶的汽提气的温度和压力变化不大，所以甲醇汽提气换热器中，甲醇的蒸发量相对一定。当污水汽提塔发生堵塞，塔顶压力和温度会大幅度变化，导致甲醇汽提气换热器中甲醇蒸发量发生大幅度变化。塔顶压力和温度升高，甲醇的蒸发量增加，即增加了甲醇进料量，反之降低了甲醇进料量。由于压差的频繁波动，造成了反应进料的频繁波动，这样破坏了反应器密相流化床的流化状态，旋风分离器的分离效率下降，催化剂出现了跑损现象，急冷水的固含量升高。由于甲醇汽提气的换热效率下降，在相同负荷的条件下，造成了甲醇蒸汽换热器的蒸汽使用量大幅增加，提高了装置的能耗，造成了能源的浪费。2.2浓缩水和不凝气回炼对反应系统的影响浓缩水和不凝气主要是汽提后的有机物以及大部分水。当污水汽提塔发生堵塞后，造成系统波动，回流罐的液位超高。为了维持系统操作，在生产中会提高浓缩水和不凝气的回炼量。提高浓缩水和不凝气回炼量会对反应系统造成影响：①浓缩水中的大部分水进入到反应系统中，由于水在汽化过程中吸收热量，能够造成反应温度降低。②高温催化剂与水接触后会发生热崩，催化剂出现跑损现象。③浓缩水的有机物进入到反应系统，在甲醇进料分布管内与催化剂接触形成堵塞物，甲醇进料分布管堵塞。由于甲醇进料分布管堵塞，造成局部气相甲醇线速过高，反应密相床局部流化剧烈，导致催化剂破损。3影响污水汽提塔运行的物料分析污水汽提塔的进料组成由MTO水洗塔水洗水，烯烃分离水洗塔水洗水以及烯烃分离的一段凝液。由于MTO反应为复杂的“碳池”反应，副反应较多，其副产物最终在水洗塔洗涤下来了，送至污水汽提塔进行汽提。对污水汽提塔的有机物进行了定性和定量分析，分析结果见表2。··90第12期表2污水汽提塔进料中有机物的组成分类醇类烷烃烯烃酮类芳烃含量（%）5.851.461.4019.9371.36由表2可以看出，在有机物中主要为芳烃物质，其中主要为多甲基苯。4污水汽提塔堵塞原因分析MTO工艺为气-固的湍流流化床工艺，催化剂细粉即小于10μm的催化剂会随着产品气进入到水系统中，先后经过急冷和水洗进行洗涤，但仍会有催化剂细粉颗粒进入到污水汽提系统。而在污水汽提塔富集的有机物中主要的为芳烃，其中，芳烃中主要为多甲基苯类物质。在催化剂细粉和多甲基苯的共同作用下，在塔盘以及换热器的管束上不断积累，最终导致污水汽提塔堵塞和换热器的效率下降。由于MTO工艺中使用的催化剂为酸性催化剂，同时在MTO反应过程中会产生甲酸等酸性物质，造成水系统的pH值偏低，为了防止水系统的pH偏低对设备和管道的腐蚀，在急冷水和水洗水中设置了注碱系统来维持系统的酸碱平衡。所以水洗水显弱碱性，水洗水做为污水汽提塔的进料，其有机物质不断的汽提和浓缩，这样就导致污水汽提塔中的水环境明显显碱性。而有机物中含有醇类和酮类，在碱性的环境下，很容易发生羟醛缩合反应，形成长链高分子物质，在塔盘和换热器中不断积累，造成了塔的堵塞和换热器的效率的下降。5污水汽提塔堵塞后的处理措施5.1避免对反应系统的影响由于污水汽提塔堵塞以及甲醇汽提气换热器换热效率的大幅度下降，造成对反应系统的冲击，采取了将甲醇汽提气换热器进行切出和隔离，避免因污水汽提塔波动对反应系统的冲击，虽然能耗有所增加，但也能有效避免生产事故的发生。浓缩水和不凝气中的有机物质成分较为复杂，不仅影响着甲醇进料分布管的运行，同时也对整个反应过程有着很大的影响。通过流程优化，将浓缩水改送至废油罐沉降脱水，收集的废油送往装车栈台装车销售，不凝气经水封罐洗涤脱除重组分后排放至火炬。5.2离线药剂清洗污水汽提塔为了防止MTO装置污水汽提塔堵塞问题而导致装置停车检修事件发生，选择将污水汽提塔切除后对污水汽提塔进行在线清洗。5.2.1离线清洗药剂的选择通过对污水汽提塔的垢样进行分析后，在离线清洗的药剂针对性的配比，选择的型号和作用见表3。表3药剂的型号和作用药剂型号清洗剂pH值控制剂缓蚀剂作用对垢状物剥离，分散提供碱性环境，利于垢状物分散避免碱性环境对设备和管道的腐蚀清洗过程中，首先使用清洗剂，将大量有机物脱除，使垢样变得松散，然后再通过清洗剂、pH值控制剂以及缓蚀剂的混合药剂进行液相清洗，将松散的垢样溶散成小块或泥沙状，通过过滤和外排将垢状物去除。5.2.2离线药剂清洗的具体实施步骤在确保公用工程污水场有能力接收在离线清洗过程中外排水的工况下，将污水汽提塔进行切除。把回流罐液位、塔釜的液位降至最低液位，停相关机泵，排液，所有的换热器旁路运行。排液完毕后，引入低压蒸汽进行蒸塔1h，然后将药剂与蒸汽配比送入到污水汽提中进行药剂清洗。维持整塔温度在110℃左右，保证药剂清洗温度在110℃环境下进行。当回流罐和污水汽提塔底的液位达到30%，启动循环泵进行药剂的反复清洗。从泵入口以及入口过滤网处判断清洗情况。通过不断外排垢状物，待洗涤水中无垢状物时，停止药剂清洗，引入除氧水或者凝结水进行系统洗涤，最终清洗物进行收纳，进行逐步处理。清洗工作结束，恢复污水汽提塔的进料流程。5.2.3离线药剂清洗后的效果通过离线药剂清洗，最终使污水汽提塔的压差稳定在60kPa左右，净化水的COD能够维持在400～600mg/l。由于时间限制，虽然本次药剂清洗工作只能部分解决污水汽提塔堵塞问题，但还是避免了装置的全面停车的事件发生，维持了装置长周期稳定运行，同时能够缓解下游污水装置的压力。5.3污水汽提塔的人工及机械清理为了能够彻底解决污水汽提塔堵塞问题，必须进··91第12期行人工清理或者机械清理。其实施人工清理或者机械清理最好的时机为停工检修时段。但在实际生产过程中，停车检修是个整个公司统筹的，按计划实施的工作。如在某个时段出现汽提塔堵塞问题，也无法进行停工检修。则为了彻底解决此问题，将污水汽提塔完全切除进行系统隔离。在实施人工和机械清理清理前必须要核算好装置的运行负荷以及污水场可接纳的污水量。在进行人工清理塔盘时，此项工期较长。首先进行蒸塔，蒸塔结束监测可燃气浓度合格，打开人孔，通风降温后，确认测氧测爆合格，方可进行人工清理工作。但塔内空间狭小，不利于人工清理工作的进行，其工期较长。另一个方法为机械清理。机械清理有2种：①将塔盘拆除移至塔外部，视结焦情况采取人工清理或者高压水射流清理。清理完成后将原有塔盘复位。②视塔盘的结焦情况，如果垢状物为蓬松的物质，未出现结焦现象，可以采取在线塔盘高压水射流清洗。5.4再沸器结垢问题解决方法再沸器管束采用波纹管，虽然波纹管的接触面积较光管的大，但实际运行过程中，大量的垢状物板结到波纹管上，并在管束缝隙之间聚集，一旦接触氧气，利用