【全析】神华包头60万吨煤制烯烃示范项目

神华包头60万吨煤制烯烃项目
——国家煤制烯烃工业化示范项目

【1】项目概述及进程回顾

图为项目甲醇制烯烃装置

神华包头煤制烯烃项目是世界首套以煤为原料,通过煤气化制甲醇、甲醇转化制烯烃、烯烃聚合工艺路线生产聚烯烃塑料的特大型煤化工项目。其核心的甲醇制烯烃装置采用中国自主知识产权DMTO(甲醇制低碳烯烃)工艺技术。

神华包头煤制烯烃项目厂址位于包头市九原区哈林格尔镇西南,东距昆都仑区约 20 公里,东北距包钢厂区约10公里,北邻包头市南绕城公路和包兰铁路,南距黄河10公里,占地面积231公顷(3465亩)。

项目总投资170亿元,建设规模为:180万吨/年煤制甲醇、60万吨/年甲醇制烯烃、30万吨/年聚乙烯、30万吨/年聚丙烯、4套6万立方米/小时空分制氧、3套480吨/小时蒸发量的热电站以及辅助生产设施和公用工程等。

神华包头煤制烯烃示范工程采取的工艺技术路线集成了包括煤气化、合成气净化、甲醇合成、甲醇制烯烃、烯烃分离、烯烃聚合等技术。

其中:

甲醇制烯烃技术为核心技术,首次由1.67万吨级(进料)/年的中试装置放大至180万吨级(进料)/年的工业化装置;首次使用煤基甲醇制烯烃生产的乙烯和丙烯来生产聚乙烯、聚丙烯树脂;煤气化、合成气净化、甲醇合成技术均为世界最大的以煤为原料的工业化装置;制氧能力为6万Nm3/h空分为国产技术最大规模的工业化装置;煤制烯烃工业化示范工程污水处理和回用成套技术也是全世界首次技术开发和工业化应用。项目已取得授权发明专利25项,核心技术拥有自主知识产权。

进程回顾:

2004年初

神华集团提出在包头建设世界首套煤制烯烃工业化示范装置的设想;

2006年12月11日

获得国家发改委核准(发改工业〔2006〕2772号文);

2007 年5月8日,开工建设;

2007年9月
总投资170亿元的神华包头煤制烯烃项目装置区正式开工建设;

2009年12月
煤气化、合成气净化和甲醇三套装置实现中交;

2010年5月
该项目的6大系统共46套装置(单元)建成;

2010年5月30日
气化装置第1台气化炉投煤;

2010年7月3日
净化装置、甲醇合成装置打通流程,生产出合格的MTO级甲醇;

2010年8月8日,MTO装置首次投甲醇;

2010年10日,烯烃分离装置开车;

2010年12日和13日

分别产出合格的聚合级丙烯和乙烯;

2010年8月14日,聚丙烯装置开车;

2010年8月15日

产出合格的聚丙烯产品颗粒,聚乙烯装置开车;

2010年8月21日,生产出合格聚乙烯产品颗粒;

2010年,生产聚烯烃产品8.2万吨;

2011年1月

项目正式投入商业化运营;全年生产聚烯烃产品50万吨,实现销售收入50多亿元,负荷达到85%以上;

2013年1月

项目被环保部短期紧急叫停,后复产;

2013年11月

自2011年1月投入商业化运营以来,目前已累计生产烯烃130余万吨,实现收入148亿元,利润24.3亿元。

【二】项目总流程

1、气化及净化

原煤由火车运输入厂,进入卸车间卸车,翻车机卸煤进入受煤深地槽。地槽的贮煤经叶轮给煤机、地槽带式输送机、进入料场贮存;

料场的煤经仓下叶轮给煤机、仓底带式输送机输送进入环锤破碎机破碎。破碎合格后,经圆管带式输送机、带式输送机分别输送到煤气化和热电站系统;

由煤运系统送来的原料煤(干)送至煤贮斗,经称量给料机控制输送量送入棒磨机,出棒磨机的煤浆浓度约60%,经出料槽泵加压后送至气化工段煤浆槽;

煤浆由煤浆槽经煤浆给料泵加压后,连同空分送来的高压氧进入气化炉,气化反应在6.5MPa(G)、1350~1400℃下进行;

反应生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体;

离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴,被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉;气体经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段;

气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来,排入锁斗,定时排入渣池,由捞渣机捞出后装车外运;

气化炉及碳洗塔等排出的洗涤水(称为黑水)送往灰水处理,处理后的水循环使用;

由气化碳洗塔来的粗水煤气送至变换工段,经气液分离器分离掉气体夹带的水分后,进入变换炉,与自身携带的水蒸汽在耐硫变换催化剂作用下进行变换反应,出变换炉的高温气体经热量回收后进入低温甲醇洗系统,依次脱除H2S+COS、CO2后,净化气中CO2含量小于3%,H2S+COS<0.1ppm,压力约为5.76MPa,送到甲醇合成系统;

在净化工段,来自吸收塔上段的含CO2富液,中间二次塔底出来的含硫富液分别进行再生后,经泵送到吸收塔循环使用。从酸性气分离器出来的酸性气送至硫回收装置进行硫磺回收,硫回收尾气达标排放。

2、甲醇合成及精馏

经甲醇洗脱硫脱碳净化后的合成气经甲醇合成气压缩机增压与来自甲醇合成回路的循环气被压缩至合成需要的压力,送入甲醇合成回路进行甲醇合成,CO、CO2和H2在Cu-Zn催化剂作用下,合成粗甲醇;

出甲醇合成塔的热气体经回收热量和冷却后,进入甲醇分离器,从分离器上部出来的未反应气体除少部分作为弛放气送至氢回收,绝大部分进入循环气压缩机压缩,返回到甲醇合成回路;

粗甲醇从甲醇分离器底部排出,送往甲醇精馏工段。在甲醇精馏工段经过脱轻组分塔,得到MTO级甲醇;约30%的粗甲醇送入精馏塔生产商品级的精甲醇,并副产甲醇油。精甲醇和MTO级甲醇送入MTO装置或中间产品罐区储存,精制后的甲醇送入MTO装置或中间产品罐区储存。

3、MTO装置及烯烃回收

MTO装置包括甲醇转化和烯烃回收两部分;

首先将来自甲醇储槽的甲醇加热气化,和来自后续单元回收的轻烃一起送入到流化床催化反应器中,该反应器下部是反应区,上部是催化剂/反应气分离区。反应生成的热量通过反应器冷却器转化为中压蒸汽带走。与该反应器配套的有一套催化剂再生系统,反应器的催化剂由下部进入到催化剂再生反应器中,经再生后回到流化床催化反应器中。催化剂烧焦放出的热量通过再生催化剂冷却器被产生的中压蒸汽带走。反应器顶部出来的反应气体经急冷塔冷却和气体分离后送入烯烃回收单元;

在烯烃回收单元,首先经过四级压缩、氧化物分离、洗涤和干燥后,进入脱乙烷塔进行分离。塔顶物流经过乙炔转化后进入脱甲烷塔。脱甲烷塔塔顶产品主要是甲烷,塔底产品进入到乙烯塔中,在乙烯塔顶得到聚合级乙烯。而脱乙烷塔塔底物流经过脱丙烷塔和丙稀塔精制后,丙稀塔塔顶流股便是聚合级丙稀。聚合级的乙烯和丙稀产品分别送入PE装置和PP装置。

4、聚丙烯装置

来自界区的丙烯、乙烯、异丁烷、氢气等原料在原料供应及净化单元被净化,并被升压至需要的压力后经计量送反应单元;

主催化剂、助催化剂(TEAL、给电子体)经压送和计量后也送入反应单元。当生产均聚产品或共聚产品时,单体或单体和共聚单体在第一反应器内发生聚合反应,当生产抗冲共聚产品时,在串连的第二反应器内发生聚合反应;

反应单元生成的树脂粉料经脱气后,送挤压造粒。挤压造粒后的粒料产品精掺混,风送至界区外包装仓库的产品料仓;

树脂输送及树脂脱气排放的放空气经冷冻、闪蒸、精馏、膜分离等,回收丙烯返回反应单元,回收富氮气部分用于脱气气,部分排放至火炬,部分富丙烷液送界区外上游MOT装置。

5、聚乙烯装置

原料中所含的水、氧气、一氧化碳、二氧化碳对催化剂有毒化作用,所以反应物料乙烯、共聚单体丁烯-1、己烯-1、异戊烷、氮气根据进料质量情况进行精制除去上述杂质;

乙烯、共聚单体(丁烯-1和己烯-1)在流化床反应器进行聚合,生成粒状聚合物,载体型钛或-铬催化剂不断地加到反应器中,产品粉料通过排料系统不断地撤出,树脂经过产品脱气仓脱气、添加剂称重添加后进入水下造粒系统进行造粒;

造粒后的颗粒树脂经干燥后由气力输送系统送到掺混料仓进行掺混,掺混后的颗粒树脂由气力输送系统送到贮存料仓中贮存。合格的颗粒产品由气力输送系统从贮存料仓送到包装料斗,经准确称量后包装。码垛机自动地将装好颗粒料的袋子放到托盘上,然后用叉车送到成品仓库。

【三】工艺装置选型

核心技术采用国内自主知识产权的甲醇制烯烃技术,其它主要工艺装置均采用世界先进的煤化工/石油化工技术,包括GE水煤浆气化技术、德国林德公司低温甲醇洗技术、英国DAVY公司甲醇合成技术、美国DOW公司聚丙烯技术、美国UNIVATION公司聚乙烯技术等。

1、气化

采用美国GE公司的水煤浆气化技术,共七台单炉投煤量为1500吨/天的气化炉,包括煤浆制备、气化、渣水处理等工序,7台气化炉5开2备。由中国天辰工程公司详细设计。

装置规模:投煤量,5×1500吨/天,有效合成气54万Nm3/h。

2、空分

总规模为24万立方米/小时(氧气),采用了杭州杭氧股份有限公司4套单套规模为6万立方米/小时(氧气)规模的空分设备。空气压缩机采用德国MAN 透平公司设备。空分装置由盈德气体公司负责运营。采用内压缩、分子筛净化、单泵流程,包括空气压缩、预冷、净化、冷箱分离等工艺过程。

装置规模:氧气,4×6万Nm3/h。

3、净化装置

两条生产线,包括CO耐硫变换、酸性气体脱除、冷冻等。酸性气脱除采用林德Linde公司低温甲醇洗工艺技术,双系列。采用青岛庄信恒瑞的K8-11HR催化剂。

装置规模:粗合成气:66.4万Nm3/h。

4、硫回收

采用山东三维石化工程股份公司的SSR工艺技术,山东三维石化工程有限公司总承包。设计规模为2.2万吨/年硫磺产品。包括制硫、尾气处理、MDEA溶剂再生系统。

装置规模:硫磺,2万吨/年。

5、甲醇合成

采用英国庄信万丰公司旗下DAVY工艺技术公司的甲醇合成技术,庄信万丰公司的甲醇合成催化剂。包括合成气压缩、甲醇合成、甲醇精馏、氢回收、罐区等。

装置规模:MTO级甲醇,180万吨/年;精甲醇,60万吨/年。

6、甲醇制烯烃

采用中国科学院大连化物所的甲醇制烯烃(DMTO)技术,中国科学院大连化学物理研究所提供DMTO工艺包,包括进料汽化、反应/再生产品急冷和热量回收等。反应器和工艺设计单位是中石化洛阳工程公司,DMTO催化剂由正大集团正大能源材料有限公司提供。

装置规模:MTO级甲醇,180万吨/年。

7、烯烃分离单元

采用ABB Lummus前脱丙烷后加氢、丙烷洗工艺技术,包括产品气压缩、碱洗干燥、产品精馏、丙烯制冷和罐区等。由CB&I Lummus公司提供技术和基础设计,中石化上海工程公司详细设计。

装置规模:聚合级乙烯,30万吨/年;聚合级丙烯,30万吨/年。

8、聚乙烯装置

采用Univation公司UNIPOL工艺技术原料精制系统、催化剂及助剂进料系统、聚合反应系统、产品输送系统、脱气回收系统、掺混造粒系统等组成。

装置规模:聚乙烯,30万吨/年。

9、聚丙烯装置

采用DOW化学公司的UNIPOL气相流化床反应器技术,由原料供给和精制、催化剂及助剂进料系统、反应系统、树脂脱气、排放气回收、添加剂系统、造粒掺混风送系统组成。

装置规模:聚丙烯,30万吨/年。

【四】产品方案

 

本项目产品为:聚乙烯和聚丙烯,副产品为混合碳四、碳五和硫磺。其中聚乙烯产品,30万吨/年,可生产17个牌号的产品;聚丙烯产品,30万吨/年,可生产均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物三类产品共121个牌号的产品。

(一) 聚乙烯树脂系列(PE)

  • 高密度(HD)大零件吹塑类
  • 高密度(HD)注塑类
  • 高密度(HDPE)管材类
  • 高密度(HDPE)膜(双峰)类
  • 高性能薄膜类
  • 线性低密度(LLD)薄膜类
  • 线性低密度(LLD)注塑类

1、高密度(HD)大零件吹塑类

产品牌号:DMDC-6143 DMDA-6147

产品特性:HD大零件吹塑类聚乙烯树脂为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒,粒径2~5mm,密度为0.946~0.954g/cm3,熔融指数 8~19g/10min(21.6kg)。具有较高的刚性和韧性,优良的机械强度,使用温度 80℃,有较好的耐溶性和耐环境应力开裂性。

产品用途:HD大零件吹塑类聚乙烯树脂适用于制作装运容器桶、罐(9-200升)等。

2、高密度(HD)注塑类

 

产品牌号:DMDA-8007 DMDA-8907 DMDA-8920

产品特性:高密度(HD)注塑类聚乙烯树脂为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒,粒径2~5mm,密度为 0.950~0.961g/cm3,熔融指数 5.5~9.2g/10min (2.16kg);16~24 g/10min(21.6kg)。具有较高的刚性和韧性,优良的机械强度,使用温度80℃,有较好的耐溶性和耐环境应力开裂性。

产品用途:高密度注塑类聚乙烯树脂适用制作板条箱、容器、箱柜、桶盖、日常用品及玩具等。

3、高密度(HD)管材类

产品牌号:DGDB-2480 DGDA-2400 UHXP-4808

产品特性:HD高密度管材类聚乙烯树脂为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒,粒径2~5mm,密度为0.937~0.950g/cm3 , 5~23g/10min (21.6kg)。具有较高的刚性和韧性,优良的机械强度的使用温度(80℃),有较好的耐溶性和耐环境应力开裂性。

产品用途:高密度管材类聚乙烯适用制作大直径管、气体分配管、天然气分配管、下水管等。

4、高密度(HDEP)膜(双峰)类

产品牌号:UBBF-4990

产品特性:高密度(HDEP)膜(双峰)类聚乙烯树脂为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒,粒径2~5mm,密度为0.947~0.951g/cm3, 7~11g/10min(2.16kg)。具有较高的刚性和韧性,优良的机械强度的使用温度(80℃),有较好的耐溶性和耐环境应力开裂性。

产品用途:高密度(HDEP)膜(双峰)聚乙烯树脂适用制作运输袋、小包装袋等。

5、高性能薄膜类

产品牌号:HPR-18H10AX HPR-18H27DX

产品特性:高性能薄膜类聚乙烯树脂其粒径2~5mm,密度为0.916~0.920g/cm3,熔融指数为0.8~2.9g/10min(2.16kg),与普通LLDPE相比,它的韧性高、耐穿刺强度高、耐撕裂、使用寿命长,热密封起始温度低,因而在包装市场应用比较广泛。

产品用途:高性能薄膜类聚乙烯树脂适于制作运送编织袋、食品包装袋和高性能拉伸膜等。

6、线性低密度(LLD)薄膜类

产品牌号:DFDA-7042 DFDC-7050 DFDA-7047 DFDA-7080

产品特性:线性低密度(LLD)薄膜类聚乙烯树脂为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒,粒径2~5mm,密度为0.915~0.923g/cm3,熔融指数为0.8~2.3g/10min(2.16kg)。LLD比LD熔点高,熔体粘度高、熔体弹性小、热变形温度高。用LLD做吹塑料,其制品拉伸强度、刚性、抗环境应力开裂性、抗弯曲性、耐低温性、冲击强度、撕裂强度和耐高温性均比LD高。

产品用途:线性低密度聚乙烯树脂适用于制作混合农膜、衬垫、地膜、外包装袋、产品包装袋、中度薄膜、衬垫(爽滑剂、抗结块剂)等。

7、线性低密度(LLD)注塑类

产品牌号:DNDA-8320 DNDA-8350

产品特性:线性低密度(LLD)注塑类聚乙烯树脂为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒,粒径2~5mm,密度为0.922~0.928g/cm3,熔融指数为16~60g/10min(2.16kg)。LLD比LD熔点高,熔体粘度高、熔体弹性小、热变形温度高。用LLD做吹朔料,其制品拉伸强度、刚性、抗环境应力开裂性、抗弯曲性、耐低温性、冲击强度、撕裂强度和耐高温性均比LD高。

产品用途:线性低密度聚乙烯树脂适于制作日常用品、垃圾箱、容器、盖子等。

(二) 聚丙烯树脂系列(PP)

  • 扁丝、纤维类
  • 薄膜类
  • 管板材类
  • 挤出、吹塑类
  • 注塑类

1、扁丝、纤维类

产品牌号:L5E89 L5D49

产品特性:扁丝、纤维类聚丙烯树脂是一种结构规整的结晶聚合物,为无色、无味、无毒、无臭,质轻的热塑性塑料,相对密度为0.90~0.91g/cm3,熔融指数为1.7~46g/10min(2.16kg,230℃)。机构性能优良,其熔点为170℃左右,无外力作用下150℃不变形,化学稳定性好,耐酸、碱和有机溶剂,与多数化学药品不发生作用。由于几乎不吸收水分绝缘性能优良且绝缘性能不受湿度的影响。

产品用途:扁丝、纤维类聚丙烯树脂适于制作纺织纤维、编织袋、地毯背衬、沙发布、捆扎材料、绳索等。

2、薄膜类

产品牌号:L5D98 L5E66 L5D37 LDX6E62.M LDS6D82.M

产品特性:薄膜类聚丙烯树脂是一种结构规整的结晶聚合物,为无色、无味、无毒、无臭,质轻的热塑性塑料,相对密度为0.90~0.91g/cm3,熔融指数为1.2~10.8g/10min(2.16kg,230℃)。机构性能优良,其熔点为 170℃左右,无外力作用下150℃不变形,化学稳定性好,能耐酸、碱和有机溶剂。由于几乎不吸收水分绝缘性能优良且绝缘性能不受湿度的影响。

产品用途:薄膜类聚丙烯树脂分为吹膜薄膜、流延薄膜(CPP)、双向拉伸薄膜(BOPP)等,可用于制作服装、针织品、食品、香烟等外包装。

3、管板材类

 

产品牌号:LR1725-01.M

产品特性:管板材类聚丙烯是一种结构规整的结晶聚合物,为无色、无味、无毒、无臭,质轻的热塑性塑料,相对密度为0.90~0.91g/cm3,熔融指数为0.1~1.5g/10 min(2.16kg,230℃),机构性能优良,其熔点为170℃左右,无外力作用下150℃不变形,化学稳定性好,耐酸、碱和有机溶剂,与多数化学药品不发生作用。由于几乎不吸收水分绝缘性能优良,且绝缘性能不受湿度的影响。

产品用途:管板材类聚丙烯树脂适于制作装配式动力反应堆专用的冷、热水管道。

4、挤出、吹塑类

产品牌号:LH1705-03 LC1813-01.L

产品特性:挤出、吹塑类聚丙烯是一种结构规整的结晶聚合物,为无色、无味、无毒、无臭,质轻的热塑性塑料,相对密度为0.90~0.91g/cm3,熔融指数为0.2~4.8g/10min(2.16kg,230℃),机构性能优良,其熔点为170℃左右,无外力作用下150℃不变形。化学稳定性好,耐酸、碱和有机溶剂,与多数化学药品不发生作用。由于几乎不吸收水分绝缘性能优良,且绝缘性能不受湿度的影响。

产品用途:挤出、吹塑类聚丙烯树脂适于制作管材、型材、单丝、渔用绳索、打包带、捆扎绳、编织袋,纤维,复合涂层,片材,板材等。吹塑中空成型制品各种小型容器等。

5、注塑类

产品牌号:LH7714-12 LC7822-04 LT7745-20N.L LC7805-20N.L LC7825-08N.L

产品特性:注塑类聚丙烯树脂是一种结构规整的结晶聚合物,为无色、无味、无毒、无臭,质轻的热塑性塑料,相对密度为0.90~0.91g/cm3,熔融指数2.2~24g/10min (2.16kg,230℃),机构性能优良,其熔点为170℃左右,无外力作用下150℃不变形,化学稳定性好,耐酸、碱和有机溶剂,与多数化学药品不发生作用。由于几乎不吸收水分绝缘性能优良,且绝缘性能不受湿度的影响。

产品用途:注塑类聚丙烯树脂适于制作日用器具、体育用品、玩具等;汽车部件如保险杠、蓄电池壳体、空调零件、散热器叶片等;硬包装,如医疗洗涤器、盖罩、化妆品盒;机械零件如洗衣机洗槽、搅拌器;食品器具、冷藏用容器等。

【五】公用工程及设施

 

卸储煤装罝

建设内容:卸煤、破碎、储存

设计能力:原料煤500t/h、燃料煤500 t/h

热电站

建设内容:3台粉煤锅炉、2台汽轮机发电、烟气脱硫、化学水处理

设计能力:蒸汽:3x480t/h发电:2x50MW化学水处理:1000t/h

净水场

建设内容:配水井、反应沉淀池、V型滤池、淸水池、泵房

设计能力:5000t/h

第一循环水场

建设内容:逆流机械通风冷却塔、集水池

设计能力:30000t/h

第二循环水场

建设内容:2套系统,逆流机械通风冷却塔、集水池

设计能力:A系统:30000t/h B系统:20000t/h

第三循环水场

建设内容:逆流机械通风冷却塔、集水池

设计能力:40000t/h

污水处理装置

建设内容:废水预处理、A/O生化处理、曝气生物滤池(BAF)、污泥处理

设计能力:400m3/h

回用水装置

建设内容:石灰软化、高密度沉淀、V型滤池、超滤和反渗透

设计能力:1400m3/h

全厂火炬

建设内容:高压富氢火柜、低压重烃火柜、酸性气火柜

设计能力:高压富氢火炬1400t/h、低压重烃火炬925t/h,酸性气火炬60t/h

空压站

建设内容:空压机4台(2开2备)

设计能力:仪表空气16000m3/h工艺空气10000m3/h

220kV变电站

建设内容:2台主变压器

设计能力:2x150MVA变压器

产品包装仓库

建设内容:4条聚丙烯包装线、4条聚乙烯包装线、1条硫磺包装线、仓库

设计能力:8条聚烯烃包装线单线包装能力为30t/h。聚烯烃仓库面积为43680m2,可储存25000t聚烯烃产品。1条硫磺包装线,包装能力为10t/h。硫磺仓库面积为3000m2。可储存3000t硫磺副产品。

【六】工程技术风险控制

1、DMTO催化剂磨损

风险分析:由于DMTO采用连续反应——再生的密相循环流化反应,可实现催化剂的连续反应一再生过程;有利于反应热的及时导出,很好地解决反应床层温度分布均匀性的问题;控制反应条件和再生条件,通过合理的取热,可实现反应的热量平衡;可以实现较大的反应空速。这种催化剂循环流化反应方式,必然导致催化剂存在一定程度的磨损消耗,而DMTO专用催化剂价格较高,催化剂单耗过大会直接影响最终产品的成本。

采取措施:在反应器和再生器的取热设计中,采用内取热盘管代替常规炼油催化剂外取热器的设计;反应器和再生器内设置内取热盘管,可最大限度地避免催化剂磨损消耗,而DMTO专用催化剂价格较高,催化剂单耗过大会直接影响到最终产品的成本。

取得效果:通过对MTO装置实际运行进行检测,发现催化剂的单耗较常规催化装置催化剂单耗低近一半。

2、DMTO反应器筒体及内件酸腐蚀

风险分析:根据DMTO反应机理,反应产物有少量的乙酸生成,会对反应器内件和筒体造成腐蚀,影响装置长周期安全运行。

采取措施:为避免乙酸对设备内构件的腐蚀,可以采用高等级不锈钢材料,但会带来装置投资的大幅增加。国外MTO技术反应器内件和壳体大多选用347或316不锈钢材料,但造价昂贵。为了降低投资,开展了几种备选材料在气相乙酸不同温度下腐蚀性的大量试验,最终确定了反应器壳体选用20R材料,内件选用0Cr18Ni10Ti材料。

取得效果:MTO装置实际运行来看,这种设计防腐蚀效果明显,一方面降低了投资,另一方面也很好地解决了反应器简体腐蚀的问题。

3、DMTO催化剂跑损

风险分析:催化剂是在反应器和再生器内发生反应和再生烧焦,在反应器和再生器沉降段上部仍然会有催化剂随气体带出,通过反应器内置的两级旋风分离器回收下来,但在开工初期和变工况情况下催化剂仍然有可能被带出进入后系统,造成催化剂消耗增加及堵塞设备的情况发生。

采取措施:反应器和再生器外均设带预分离的三级旋风分离器。

取得效果:增加三级旋风分离器对催化剂进一步回收,催化剂回收效率达到99.97%以上。

4、MTO急冷水中催化剂细粉堵塞设备

风险分析:催化剂在反应器和再生器内处于流化状态,且在一级、二级、三级旋风分离器入口以很高的线速进行气固分离,必然会有少量的催化剂破碎,粒径较小的催化剂细粉将随反应气带入急冷塔,在急冷水中沉积。由于催化剂细粉连续进入急冷水中,当催化剂细粉积累到一定程度,会造成急冷塔、换热器、空冷器等堵塞,影响装置正常运行。

采取措施:为了将连续带入急冷水中的催化剂细粉去除,确保装置能够正常运行,在急冷塔底设置高效旋液分离器,将急冷水中的固体颗粒及时移出。

取得效果:实际运行效果良好,能够保证急冷水中固体含量在设计指标范围内。

5、DMTO初始反应条件的建立

风险分析:根据DMTO反应机理,初始反应需要一定的条件,即催化剂温度最好达到300℃以上,这样才能使反应放出的热量维持正常的反应温度,使甲醇转化为烯烃,建立期望的反应平衡,初始反应条件的建立非常关键,其是引发正常甲醇转化反应的必要条件,如果达不到初始反应条件,反应就无法进行。

采取措施:在流程上设计了开工加热炉,在每次开工投料前,采用外引热氮气对反应器中的DMTO专用催化剂进行预加热,然后再将气相甲醇引入开工加热炉进入反应器进行反应。

取得效果:从2010年8月原始投料到目前经历的几次开工均能很好满足初始反应条件,从开始甲醇进料到反应产物分布正常只需要不到一个小时就能完成,效果良好,从流程打通到产品调整合格,耗时短、物料损失少。

6、反应产物中NOx存在的风险

风险分析:由于DMTO反应会有微量NOx生成,因此采用常规的乙烯分离技术有很大的安全风险,因为NOx在零下80℃工况下会出现结晶析出,尤其在冷箱处易发生堵塞爆聚。

采取措施:为了规避风险,在流程设计上没有采取深冷分离流程,而是采用浅冷分离,辅助以脱甲烷塔丙烷洗吸收法回收乙烯。

取得效果:从实际运行情况看,未出现结晶,乙烯损失控制在性能考核范围内。

7、微量含氧化合物对烯烃聚合反应的影响

风险分析:由于DMTO技术生成副产物的特点,痕量的有机氧化物都会影响到聚乙烯装置和聚丙烯装置聚合反应顺利进行。

采取措施:在丙烯精馏塔丙烯产品采出流程上设置丙烯产品保护床,用于进一步脱除这些有机含氧化合物,达到聚合级丙烯产品要求。

取得效果:聚合级丙烯产品质量指标合格,且比常规石脑油蒸汽裂解生产的聚合级丙烯质量好,在下游聚丙烯装置生产的聚丙烯产品质量更稳定、更好。

8、少量有机氧化物对酸性气脱出的影响

风险分析:由于DMTO技术会生成醚类和醛类有机氧化物,而二甲醚在常规乙烯分离流程碱洗塔中聚合生产类似涂料状白色黏稠物质,乙醛在碱性条件下生成黄油状低聚物,这都会影响到酸性气碱洗中和反应的发生。

采取措施:在碱洗塔前设置一个填料塔,通过水洗将甲醇、二甲醚、乙醛等物质去除,确保酸性气(CO2)的很好去除。

取得效果:碱洗塔生成的黄油量少,CO2去除率高,新鲜碱消耗量少。

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