反吹型过滤除尘系统及其在MTO装置中的应用

高镇甬

(中石化洛阳工程有限公司，河南 洛阳 471003)

反吹型过滤除尘系统及其在MTO装置中的应用

高镇甬

(中石化洛阳工程有限公司，河南 洛阳 471003)

文章介绍了反吹型过滤除尘系统在MTO装置中的应用情况，并从设计角度讨论了选用时应注意的问题。该系统除尘效率高，排出气体含尘量不大于30mg/m3，满足国家环保法规的排放要求，同时还可回收大量催化剂，效益可观。这种除尘系统可进一步取代再生烟气四旋，具有推广前景。

除尘系统；含尘气体排放；MTO装置

MTO(甲醇制低碳烯烃)工艺借鉴了FCC(流化催化裂化)流态化技术，MTO催化剂与FCC催化剂同为A类粒子[1]，具有相似的催化剂筛分组成与颗粒密度，因此也不可避免地面临催化剂跑损的问题[2]。在催化剂罐加剂、转剂过程因载气夹带排出系统而产生的损耗，大约占催化剂消耗总量的1%～2%[3]。夹带催化剂细粉的外排会导致严重的大气污染，并且MTO催化剂价格昂贵约为FCC催化剂的10倍，最大化回收MTO催化剂成为保护环境与“降本增效”的重要手段。目前国内大部分FCC装置以及神华包头等早期建设的MTO装置采用旋风分离器除尘，由于旋风分离器易受气体流量变化、催化剂粒径变小、料腿翼阀卡涩等影响使其效率较低[4]，且所排放气体含尘量无法满足国家规定的不大于30mg/m3(GB 31570-2015《石油炼制工业污染物排放标准》)的要求。近年来，反吹型过滤除尘系统在洛阳石化、呼和浩特石化、四川石化等FCC装置上用于催化剂罐顶除尘得到了成功应用并在宁波富德、浙江兴兴、山东神达、蒲城能化等MTO装置得到有效的推广，实现了社会效益与经济效益的双丰收。

本文以华东地区某180万t/a甲醇进料MTO装置为例，从设计角度对反吹型过滤除尘系统在MTO装置的应用进行分析。

1 设备描述及工艺原理

反吹型过滤除尘器系统主要由三部分组成如图1所示：

图1 除尘系统示意图

A. 过滤部分，主要由过滤器壳体、空气加速器、滤芯等组成。这部分是除尘回收系统的核心，主要起到气固分离作用；

B. 反吹部分，主要由差压变送器、开关阀及相连接的反吹气体管道等组成，这部分主要起到滤芯的再生作用；

C. 控制部分，主要由PLC控制柜及控制系统组成。这部分主要功能是实现除尘回收系统的全自动。

反吹型过滤除尘系统采用的是表面过滤技术。其核心元件是金属纤维多层烧结毡滤芯，该滤芯具有高孔隙率、高通量、梯级孔道结构。滤芯的过滤周期由过滤和再生组成：在过滤过程中，含尘气体从过滤器的外部进入，通过滤芯的筛分作用，在滤层表面固体颗粒被截留形成薄滤饼，可以过滤比滤芯本体过滤精度更高的粉尘，从而实现深度净化。过滤后洁净气体从滤芯内表面脱附后，从过滤器上部排出。当滤芯表面滤饼达到一定厚度(既过滤压差达到设定值)或达到设定时间后，控制系统自动启动反吹系统，反吹气体从过滤器顶部进入，从滤芯的内表面向外表面反吹，使滤芯外表面的滤饼在瞬间反向压差作用下，脱离滤芯表面，滤芯内外压差得到恢复。过滤器中的滤芯管束被分割成若干个区，过滤过程中用压缩气体轮流反吹过滤区域，使滤芯得到再生。滤芯分组反吹，过滤与反吹同时进行，以保持过滤的连续性，对MTO装置的整体运行影响较小。同时MTO装置的操作波动对反吹型过滤除尘器连续高效运行影响亦不大。该除尘器采用PLC控制，通过触摸屏可实现手动/自动/故障模式的切换，画面亦能显示除尘器压差值，以及阀位、故障状态，并记录故障信息。PLC调试成功后，现场无需人工值守，可通过通讯接口至DCS远程监视。正常工况下，处理后洁净空气粉尘含量不大于30mg/m3。

2 应用实例分析

华东地区某180万t/a甲醇进料MTO装置，采用中国科学院大连化学物理研究所(简称大连化物所)、新兴能源科技有限公司、中石化洛阳工程有限公司(简称LPEC)共同开发的DMTO专利工艺技术，生产60万吨烯烃产品(乙烯+丙烯)，年开工时数为8000小时。为满足环保要求，同时最大限度的回收催化剂，该装置在三台催化剂罐顶分别加装反吹型过滤除尘系统，进料设计条件如表1所示。

表1 催化剂罐顶除尘器进料设计条件

现以新鲜剂罐顶除尘为例具体分析，新鲜催化剂罐顶除尘主要用于开工向催化剂罐内装催化剂时，净化由蒸汽喷射器带出的粉尘，工艺流程详见图2所示。开工时采用稀相负压操作向新鲜催化剂罐加剂350t，设计加剂速度按最高22t/h考虑，催化剂罐直径7m，直筒段高度20m。设计选用除尘系统时应注意以下两点：

(1) 选取合适的过滤精度。对于粒径小于5μm的催化剂，依靠旋风分离器是无法实现分离回收的，但本案例，含尘气体中小于5μm的粒子约占总体积的5%，甚至有少量小于1μm的粒子。因此除尘系统滤芯应选用过滤精度不应大于5μm，并通过表面形成的滤饼可以深层过滤粒径小于1μm的粒子。而过高的过滤精度，初始压降过大，反吹频率增加，在线反吹时间较长，效率降低。本例选用的滤芯过滤精度为5μm。

(2) 选取合适的过滤气速。滤芯表面的过滤线速uf应与催化剂罐稀相含尘气体表观线速u相当。这是由于此时的滤芯处于催化剂罐顶气相饱和携带区，气相的含尘量在1600 Nm3/h气体抽出量下趋于稳定。若uf >u，导致选取的除尘系统过滤面积不够，滤芯表面局部线速过高易形成扰流，致使浓度大幅的增加，压差很快达到报警值，此时反吹阀频繁动作，严重时可能造成局部滤芯永久性堵塞失效，这对滤芯和反吹阀的使用寿命以及加剂速度有较大影响。若uf < u , 选取的除尘系统过滤面积过大，成本增加且形不成有效的高过滤精度滤饼，除尘效率低。本案例中，合适的过滤气速应为1.5～2.5 m/min。

本例滤芯采用折波式滤材，其优点是与常规滤芯相比单体过滤面积大，滤层反吹并非完全再生，反吹结束时，在滤层表面形成薄的滤饼层，能在下一个过滤周期立即拦截小于5μm的催化剂。其缺点是该滤材结构必然造成一定过滤面积的损失，而且初始压降可能会比常规滤芯稍高。

本例实施后，开始由于催化剂输送线路过于复杂，管道阻力大，加剂速度在6t/h左右，经过局部改造后，加剂速度提升至12～14t/h，除尘系统自动运行，过滤压差始终控制在20 kPa以内。

与新鲜剂罐顶除尘类似，但平衡剂罐与废催化剂罐顶除尘是在高温正压输送条件下运行，设计时亦应注意以上几点外，滤材应选择耐高温的材质。

图2 新鲜催化剂罐流程示意图

3 应用效果及经济效益评价

项目开工加剂时，以及高温卸MTO惰性剂时进行了抽检分析，结果见表2。

表2 催化剂罐顶除尘抽检结果

从抽检结果看，该除尘系统效果显著，除尘效率高达99.99%以上，滤后气体粉尘固含量远小于30mg/m3，满足国家环保要求，达到国际先进水平。该装置自2015年开工以来，并未进行人工维护。按回收气体含尘量50 mg/ m3，加剂30小时，气体流量1600 Nm3/h来计算，开工时可回收4.65吨新鲜催化剂，折合人民币93万元。装置原始开工时一般要进行MTO惰性剂的流化实验以对装置进行验证，因此保守测算开工时对催化剂的回收可节约人民币100万元。

4 结束语

MTO装置再生烟气四旋入口小于5μm细粉约占90%，由于四旋效率不高，长期运行易造成临界流速喷嘴严重磨损，并且细粉沉积在余热锅炉取热管上，降低其取热面积和传热效率，需要大量的蒸汽吹灰，迫使能耗增加。目前反吹型过滤除尘系统在国外FCC装置取代再生烟气四旋已有成功案例，那么MTO装置在以后的建设中亦可借鉴。一套180万吨/年甲醇进料规模的MTO装置，经过再生器四旋的烟气量约2400 m3/h，粉尘浓度150mg/m3，采用该除尘系统后能够回收催化剂细粉近3t。

随着乙烯、丙烯需求量日益增长，近年来开工的MTO装置越来越多，装置在投产过程中应尽量采用"清洁工艺"降低粉尘的排放。反吹型过滤除尘系统比传统旋风分离器效率高，且排放的含尘气体浓度小于30mg/m3，满足国家环保标准，对降低大气中PM2.5排放有巨大贡献。由于MTO催化剂昂贵，通过该除尘系统还能够高效回收含尘气体中的催化剂，可实现社会效益与经济效益最大化，有广阔的应用前景。

[1] 郭 伟，何 源. MTO装置与FCC装置技术对比[J].神华科技. 2016，14(2)：71-73.

[2] 赵正伟. 甲醇制烯烃装置催化剂跑损原因分析[J].辽宁化工. 2013，42(12)：1481-1483.

[3] 张黎明，赵新强. LANKE 高效工业气体除尘系统在催化裂化装置中的应用[J].石油化工设备. 2012，41(6)：82-84.

[4] 李晓曼，宋健斐，孙国刚，等. 入口含尘浓度变化对不同排气管结构PV型旋风分离器分离效率的影响[J].石油炼制与化工. 2015，46(10)：28-33.

(本文文献格式：高镇甬.反吹型过滤除尘系统及其在MTO装置中的应用[J].山东化工，2016，45(16)：199-201.)

Dust Control System with Blowback Filter and Its Application in MTO Unit

GaoZhenyong

(SINOPEC Luoyang Petrochemical Engineering Corporation, Luoyang 471003,China)

This paper introduces the dust control system with blowback filter and its application in MTO unit, also discusses some problems requiring attention in selection from perspective of designer. This system has high dust removal efficiency and its outlet gas contains less than 30mg/m3, which meets the emission requirements of national environmental regulations, meanwhile recycles a large number of catalysts, yielding considerable benefits. This dust control system may be further replace MTO 4th stage separation with promotion prospects.

dust control system; dust emission; MTO unit

2016-07-18

高镇甬 (1983—)，工程师，硕士研究生，主要从事催化裂化装置与MTO装置工程设计工作。

X701

A

1008-021X(2016)16-0199-03