MTO装置急冷水过滤技术介绍

董家辉， 李文正

（天津大沽化工股份有限公司，天津300455）

现阶段国内MTO 装置的生产企业，在运行过程中均出现了因为急冷水中固体催化剂含量过高、副产物成分复杂等原因，导致急冷水洗系统出现严重堵塞的问题，固含量过高的急冷水在生产中严重影响装置安全、稳定、长周期、满负荷的运行，甚至必须停工抢修。现在部分装置以频繁清洗急冷水洗系统空冷器及下游换热器的方式维持装置生产，有的装置采用在急冷水中加絮凝剂的方法来促进催化剂的沉淀，但是效果并不理想。因此，需要水系统进行设计优化改良，增加相应的有效处理设施，完成急冷水的有效处理，针对MTO 急冷水处理的难点和必要性，近年来发展起来三种不同形式的、能够满足过滤要求的急冷水过滤器。

1 急冷水过滤技术简介

1.1 工艺简介

在MTO 装置中，携带催化剂粉末的反应气在急冷塔中自下而上与急冷塔顶急冷水逆流接触，反应气被降温的同时，携带的催化剂粉末大部分被急冷水洗涤下来，并存于急冷塔底部的急冷水中。急冷水经过两级旋液分离器，实现对急冷水的净化和对催化剂浆液的浓缩，但旋液分离器离精度为2.0μm，2.0μm 以下催化剂分离成为难点，小粒径催化剂不断累积，造成固含量升高，换热、空冷效果差，清洗频繁，影响装置长周期稳定运行。在旋液分离器溢流返塔之前，需增加急冷水过滤器高效分离设备，对小颗粒催化剂进行深度去除。

工艺见图1。

图1

1.2 MTO装置急冷水的特点

1.2.1 循环量大，急冷水循环量在600m3/h 左右（急冷水过滤器一般处理急冷水量为400～450t/h）；

1.2.2 成分复杂，除了含有大量催化剂外，还含有以苯环为主的几十种有机物，有机物的存在大大增加了急冷水过滤器的分离难度。

1.2.3 催化剂颗粒粒径分布范围广，小粒径催化剂颗粒增加分离难度。

1.2.4 急冷水中含有的催化剂颗粒硬度大，对过滤系统磨损严重。

由于急冷水的上述特点，使得传统的旋流分离、布袋过滤等无法满足分离的要求。

1.3 急冷水固含量影响

若不能对急冷水中的小粒径催化剂进行有效分离，导致水系统固含量高会对整个装置有如下影响。

1.3.1 下游烯烃分离装置以急冷水为热源的换热器堵塞严重。

1.3.2 急冷塔压降增加，急冷水循环量减少，产品气洗涤效果变差，催化剂带入到下游设备，水系统运行状态进一步恶化。

1.3.3 急冷水、水洗水、净化水空冷器堵塞严重。

水系统固含量高会影响装置运行的稳定性，也会影响装置的生产负荷，频繁清洗换热设备，会增加装置的运营费用，也可能增加工艺物料泄露和检修作业人员伤害的风险，由此可见对急冷水中催化剂的分离是MTO 装置的重中之重。

2 急冷水过滤技术介绍

MTO 行业各企业运行装置出现的问题以及对问题原因的分析，并充分考虑到装置的安全稳定运行、能源的综合利用、节能减排、装置负荷稳定提升等各方面综合因素，经过调研，目前经过装置运行试验且较为有效的急冷水过滤器有三种型式，分别为金属烧结膜过滤器、沸腾床过滤器和胀鼓列管式过滤器。

2.1 金属烧结膜过滤器

采用专利金属烧结膜滤芯为过滤器过滤元件，单台处理量最大135t/h。包括急冷水过滤系统，在线化学清洗系统，蒸汽蓄能反吹系统，浓浆暂存降温输送系统和乏汽吸收系统。过滤精度为1μ，芯设计寿命一般为5 a，能保证装置一个生产周期内的连续运行。过滤原理与普通金属烧结膜过滤器相同。过滤器采用多台并行联动。具备切换再生的方式，单台过滤器内部反吹单元采用分组反吹模型设计。针对急冷水的实际工况，制定了自动的常规清洗结合强化化学清洗的模式，根据实际急冷水工况，自主的选择清洗再生模式及流程。通过高效的蒸汽反吹再生、合理的化学清洗剂的使用，达到运行稳定的效果。但是金属烧结膜过滤器一次性投资较高，金属烧结膜滤芯的费用相对较贵，生产维护费用高。

金属烧结膜过滤器在山东阳煤恒通DMTO 进行了中试，当过滤器固含量在5.0×10-2%时，过滤后清液固含量＜5.0×10-3%。宁波富德于2015 年10 月投用第一套急冷水金属烧结膜急冷水过滤器，采用2 台急冷水过滤器，处理能力共为100t/h，于2017 年1 月，延长中煤榆林第二套急冷水滤器投用，采用4 台急冷水过滤器，处理能力共为200t/h。目前过滤设施运行稳定，各项指标运行正常。

2.2 沸腾床过滤器

沸腾床过滤器利用床层的两层分离媒质，通过对催化剂颗粒的吸附、截留、碰撞、萃取等方式对急冷水中的催化剂进行分离，单台处理能力最大为75t/h 分离精度达到0.3μ，再生时利用氮气将整个分离媒质床层吹起，类似沸腾状，通过沸腾床过滤器顶部设置的三相分离器，将氮气、分离媒质和含有催化剂的污水进行分离，分离媒质靠自重在床层中重新形成两层，氮气在顶部排出，含催化剂污水在侧线排出。三相分离器为旋液分离形式，结构简单、巧妙，能有效分离气、固、液三相介质，为再生过程主要分离元件。分离媒质靠重力分层，使用周期长，更换简单，一次性投资和生产维护费用均较低。

沸腾床过滤器在浙江兴兴进行了中试。入口悬浮物为 500mg/L，流量为 20t/h，运行30h，出水浊度＜10NTU，0.5μm 催化剂分离效率达 98%，1.0μm 催化剂颗粒分离效率达99%。陕西延长延安（8 台过滤器处理能力共为400t/h）采用了该形式的急冷水过滤器

2.3 胀鼓列管式过滤器

胀鼓列管式过滤器使用的是非金属弹性膜滤芯，分离精度达到0.3μ，处理能力为50t/h。过滤时弹性膜紧贴在滤芯的笼架上，呈波纹状，将催化剂颗粒截留在弹性膜外表面；再生时，过滤器底部的快开阀快速打开，底部浆料排出的同时在弹性模外部形成负压，加上内部的反冲液的共同作用，使弹性膜呈胀鼓状态，形成向外突出的多节鼓状，使积聚在弹性膜外表面的催化剂脱落，完成再生。非金属弹性膜滤芯和过滤器底部快开阀均为某公司的专利产品。胀鼓列管式过滤器由于非金属弹性膜受温度限制较大，使用温度范围为-20℃≤T≤90℃，要控制进口压力＜0.2MPa。非金属弹性膜滤芯的寿命为1a。

该胀鼓列管式过滤器在山东神达进行了中试，在入口悬浮物为600mg/L，流量为1t/h，出水悬浮物＜1mg/L，浊度＜10NTU。山东神达采用了该形式的急冷水过滤器（共4 台）。

2.4 小结

三种过滤器的汇总见表3。

由表3 可见：三种过滤器都经过了中试，并且都有MTO 装置投用。金属烧结膜滤芯使用寿命相对较长，但一次性投资和滤芯更换费用较高，且需要化学清洗。胀鼓列管式过滤器一次性投资费用低，但非金属弹性膜滤芯寿命短，更换维护费用较高，并且受温度及压力限制较为明显。沸腾床过滤器使用石英砂作为分离媒介，投资和维护费用较低，是目前相对较为合理的急冷水过滤器型式。

表3

3 结语

急冷水过滤器是影响整个MTO 装置急冷水系统稳定运行的重点设备，该设备的运行效果极大程度的关系着整个装置的运行稳定性，以及后期的生产维护费用，所以MTO 装置急冷水过滤器的型式必须经过严格的分析论证，最终选择最有效、经济、合理的急冷水过滤器型式，延长装置安全稳定运行周期。