高鎮(zhèn)甬

(中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

反吹型過濾除塵系統(tǒng)及其在MTO裝置中的應(yīng)用

高鎮(zhèn)甬

(中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

文章介紹了反吹型過濾除塵系統(tǒng)在MTO裝置中的應(yīng)用情況，并從設(shè)計(jì)角度討論了選用時(shí)應(yīng)注意的問題。該系統(tǒng)除塵效率高，排出氣體含塵量不大于30mg/m3，滿足國家環(huán)保法規(guī)的排放要求，同時(shí)還可回收大量催化劑，效益可觀。這種除塵系統(tǒng)可進(jìn)一步取代再生煙氣四旋，具有推廣前景。

除塵系統(tǒng)；含塵氣體排放；MTO裝置

MTO(甲醇制低碳烯烴)工藝借鑒了FCC(流化催化裂化)流態(tài)化技術(shù)，MTO催化劑與FCC催化劑同為A類粒子[1]，具有相似的催化劑篩分組成與顆粒密度，因此也不可避免地面臨催化劑跑損的問題[2]。在催化劑罐加劑、轉(zhuǎn)劑過程因載氣夾帶排出系統(tǒng)而產(chǎn)生的損耗，大約占催化劑消耗總量的1%～2%[3]。夾帶催化劑細(xì)粉的外排會導(dǎo)致嚴(yán)重的大氣污染，并且MTO催化劑價(jià)格昂貴約為FCC催化劑的10倍，最大化回收MTO催化劑成為保護(hù)環(huán)境與“降本增效”的重要手段。目前國內(nèi)大部分FCC裝置以及神華包頭等早期建設(shè)的MTO裝置采用旋風(fēng)分離器除塵，由于旋風(fēng)分離器易受氣體流量變化、催化劑粒徑變小、料腿翼閥卡澀等影響使其效率較低[4]，且所排放氣體含塵量無法滿足國家規(guī)定的不大于30mg/m3(GB 31570-2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》)的要求。近年來，反吹型過濾除塵系統(tǒng)在洛陽石化、呼和浩特石化、四川石化等FCC裝置上用于催化劑罐頂除塵得到了成功應(yīng)用并在寧波富德、浙江興興、山東神達(dá)、蒲城能化等MTO裝置得到有效的推廣，實(shí)現(xiàn)了社會效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收。

本文以華東地區(qū)某180萬t/a甲醇進(jìn)料MTO裝置為例，從設(shè)計(jì)角度對反吹型過濾除塵系統(tǒng)在MTO裝置的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 設(shè)備描述及工藝原理

反吹型過濾除塵器系統(tǒng)主要由三部分組成如圖1所示：

圖1 除塵系統(tǒng)示意圖

A. 過濾部分，主要由過濾器殼體、空氣加速器、濾芯等組成。這部分是除塵回收系統(tǒng)的核心，主要起到氣固分離作用；

B. 反吹部分，主要由差壓變送器、開關(guān)閥及相連接的反吹氣體管道等組成，這部分主要起到濾芯的再生作用；

C. 控制部分，主要由PLC控制柜及控制系統(tǒng)組成。這部分主要功能是實(shí)現(xiàn)除塵回收系統(tǒng)的全自動。

反吹型過濾除塵系統(tǒng)采用的是表面過濾技術(shù)。其核心元件是金屬纖維多層燒結(jié)氈濾芯，該濾芯具有高孔隙率、高通量、梯級孔道結(jié)構(gòu)。濾芯的過濾周期由過濾和再生組成：在過濾過程中，含塵氣體從過濾器的外部進(jìn)入，通過濾芯的篩分作用，在濾層表面固體顆粒被截留形成薄濾餅，可以過濾比濾芯本體過濾精度更高的粉塵，從而實(shí)現(xiàn)深度凈化。過濾后潔凈氣體從濾芯內(nèi)表面脫附后，從過濾器上部排出。當(dāng)濾芯表面濾餅達(dá)到一定厚度(既過濾壓差達(dá)到設(shè)定值)或達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，控制系統(tǒng)自動啟動反吹系統(tǒng)，反吹氣體從過濾器頂部進(jìn)入，從濾芯的內(nèi)表面向外表面反吹，使濾芯外表面的濾餅在瞬間反向壓差作用下，脫離濾芯表面，濾芯內(nèi)外壓差得到恢復(fù)。過濾器中的濾芯管束被分割成若干個(gè)區(qū)，過濾過程中用壓縮氣體輪流反吹過濾區(qū)域，使濾芯得到再生。濾芯分組反吹，過濾與反吹同時(shí)進(jìn)行，以保持過濾的連續(xù)性，對MTO裝置的整體運(yùn)行影響較小。同時(shí)MTO裝置的操作波動對反吹型過濾除塵器連續(xù)高效運(yùn)行影響亦不大。該除塵器采用PLC控制，通過觸摸屏可實(shí)現(xiàn)手動/自動/故障模式的切換，畫面亦能顯示除塵器壓差值，以及閥位、故障狀態(tài)，并記錄故障信息。PLC調(diào)試成功后，現(xiàn)場無需人工值守，可通過通訊接口至DCS遠(yuǎn)程監(jiān)視。正常工況下，處理后潔凈空氣粉塵含量不大于30mg/m3。

2 應(yīng)用實(shí)例分析

華東地區(qū)某180萬t/a甲醇進(jìn)料MTO裝置，采用中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(簡稱大連化物所)、新興能源科技有限公司、中石化洛陽工程有限公司(簡稱LPEC)共同開發(fā)的DMTO專利工藝技術(shù)，生產(chǎn)60萬噸烯烴產(chǎn)品(乙烯+丙烯)，年開工時(shí)數(shù)為8000小時(shí)。為滿足環(huán)保要求，同時(shí)最大限度的回收催化劑，該裝置在三臺催化劑罐頂分別加裝反吹型過濾除塵系統(tǒng)，進(jìn)料設(shè)計(jì)條件如表1所示。

表1 催化劑罐頂除塵器進(jìn)料設(shè)計(jì)條件

現(xiàn)以新鮮劑罐頂除塵為例具體分析，新鮮催化劑罐頂除塵主要用于開工向催化劑罐內(nèi)裝催化劑時(shí)，凈化由蒸汽噴射器帶出的粉塵，工藝流程詳見圖2所示。開工時(shí)采用稀相負(fù)壓操作向新鮮催化劑罐加劑350t，設(shè)計(jì)加劑速度按最高22t/h考慮，催化劑罐直徑7m，直筒段高度20m。設(shè)計(jì)選用除塵系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

(1) 選取合適的過濾精度。對于粒徑小于5μm的催化劑，依靠旋風(fēng)分離器是無法實(shí)現(xiàn)分離回收的，但本案例，含塵氣體中小于5μm的粒子約占總體積的5%，甚至有少量小于1μm的粒子。因此除塵系統(tǒng)濾芯應(yīng)選用過濾精度不應(yīng)大于5μm，并通過表面形成的濾餅可以深層過濾粒徑小于1μm的粒子。而過高的過濾精度，初始壓降過大，反吹頻率增加，在線反吹時(shí)間較長，效率降低。本例選用的濾芯過濾精度為5μm。

(2) 選取合適的過濾氣速。濾芯表面的過濾線速uf應(yīng)與催化劑罐稀相含塵氣體表觀線速u相當(dāng)。這是由于此時(shí)的濾芯處于催化劑罐頂氣相飽和攜帶區(qū)，氣相的含塵量在1600 Nm3/h氣體抽出量下趨于穩(wěn)定。若uf >u，導(dǎo)致選取的除塵系統(tǒng)過濾面積不夠，濾芯表面局部線速過高易形成擾流，致使?jié)舛却蠓脑黾?，壓差很快達(dá)到報(bào)警值，此時(shí)反吹閥頻繁動作，嚴(yán)重時(shí)可能造成局部濾芯永久性堵塞失效，這對濾芯和反吹閥的使用壽命以及加劑速度有較大影響。若uf < u , 選取的除塵系統(tǒng)過濾面積過大，成本增加且形不成有效的高過濾精度濾餅，除塵效率低。本案例中，合適的過濾氣速應(yīng)為1.5～2.5 m/min。

本例濾芯采用折波式濾材，其優(yōu)點(diǎn)是與常規(guī)濾芯相比單體過濾面積大，濾層反吹并非完全再生，反吹結(jié)束時(shí)，在濾層表面形成薄的濾餅層，能在下一個(gè)過濾周期立即攔截小于5μm的催化劑。其缺點(diǎn)是該濾材結(jié)構(gòu)必然造成一定過濾面積的損失，而且初始壓降可能會比常規(guī)濾芯稍高。

本例實(shí)施后，開始由于催化劑輸送線路過于復(fù)雜，管道阻力大，加劑速度在6t/h左右，經(jīng)過局部改造后，加劑速度提升至12～14t/h，除塵系統(tǒng)自動運(yùn)行，過濾壓差始終控制在20 kPa以內(nèi)。

與新鮮劑罐頂除塵類似，但平衡劑罐與廢催化劑罐頂除塵是在高溫正壓輸送條件下運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)亦應(yīng)注意以上幾點(diǎn)外，濾材應(yīng)選擇耐高溫的材質(zhì)。

圖2 新鮮催化劑罐流程示意圖

3 應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)

項(xiàng)目開工加劑時(shí)，以及高溫卸MTO惰性劑時(shí)進(jìn)行了抽檢分析，結(jié)果見表2。

表2 催化劑罐頂除塵抽檢結(jié)果

從抽檢結(jié)果看，該除塵系統(tǒng)效果顯著，除塵效率高達(dá)99.99%以上，濾后氣體粉塵固含量遠(yuǎn)小于30mg/m3，滿足國家環(huán)保要求，達(dá)到國際先進(jìn)水平。該裝置自2015年開工以來，并未進(jìn)行人工維護(hù)。按回收氣體含塵量50 mg/ m3，加劑30小時(shí)，氣體流量1600 Nm3/h來計(jì)算，開工時(shí)可回收4.65噸新鮮催化劑，折合人民幣93萬元。裝置原始開工時(shí)一般要進(jìn)行MTO惰性劑的流化實(shí)驗(yàn)以對裝置進(jìn)行驗(yàn)證，因此保守測算開工時(shí)對催化劑的回收可節(jié)約人民幣100萬元。

4 結(jié)束語

MTO裝置再生煙氣四旋入口小于5μm細(xì)粉約占90%，由于四旋效率不高，長期運(yùn)行易造成臨界流速噴嘴嚴(yán)重磨損，并且細(xì)粉沉積在余熱鍋爐取熱管上，降低其取熱面積和傳熱效率，需要大量的蒸汽吹灰，迫使能耗增加。目前反吹型過濾除塵系統(tǒng)在國外FCC裝置取代再生煙氣四旋已有成功案例，那么MTO裝置在以后的建設(shè)中亦可借鑒。一套180萬噸/年甲醇進(jìn)料規(guī)模的MTO裝置，經(jīng)過再生器四旋的煙氣量約2400 m3/h，粉塵濃度150mg/m3，采用該除塵系統(tǒng)后能夠回收催化劑細(xì)粉近3t。

隨著乙烯、丙烯需求量日益增長，近年來開工的MTO裝置越來越多，裝置在投產(chǎn)過程中應(yīng)盡量采用"清潔工藝"降低粉塵的排放。反吹型過濾除塵系統(tǒng)比傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器效率高，且排放的含塵氣體濃度小于30mg/m3，滿足國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，對降低大氣中PM2.5排放有巨大貢獻(xiàn)。由于MTO催化劑昂貴，通過該除塵系統(tǒng)還能夠高效回收含塵氣體中的催化劑，可實(shí)現(xiàn)社會效益與經(jīng)濟(jì)效益最大化，有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 郭 偉，何 源. MTO裝置與FCC裝置技術(shù)對比[J].神華科技. 2016，14(2)：71-73.

[2] 趙正偉. 甲醇制烯烴裝置催化劑跑損原因分析[J].遼寧化工. 2013，42(12)：1481-1483.

[3] 張黎明，趙新強(qiáng). LANKE 高效工業(yè)氣體除塵系統(tǒng)在催化裂化裝置中的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備. 2012，41(6)：82-84.

[4] 李曉曼，宋健斐，孫國剛，等. 入口含塵濃度變化對不同排氣管結(jié)構(gòu)PV型旋風(fēng)分離器分離效率的影響[J].石油煉制與化工. 2015，46(10)：28-33.

(本文文獻(xiàn)格式：高鎮(zhèn)甬.反吹型過濾除塵系統(tǒng)及其在MTO裝置中的應(yīng)用[J].山東化工，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

高鎮(zhèn)甬 (1983—)，工程師，碩士研究生，主要從事催化裂化裝置與MTO裝置工程設(shè)計(jì)工作。

X701

A

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