超级石化推荐：甲醇制烯烃装置余热回收替代蒸汽研究！

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  主题活动信息内容：中国化工学好机构中国石油/中国石化/中国海油/中化集团/神定为2021年3月22-24日在宁波市举行“2021（第五届） 国际性烷烃及异戊橡胶交流会"。将以“烷烃及异戊橡胶全产业链:新时期、 新挑战、 新发展为主题风格”， 不断对焦三大重点领域的改革创新——“烷烃和异戊橡胶原料和生产工艺” 、 “异戊橡胶制取和金属催化剂技术性” 及其“异戊橡胶商品和运用” ， 深层次研究产业发展规划新方位、 技术性提升新思维。若有意愿宣传教育展现出席会议请联络非常石油化工。

  非常石油化工具体内容：对于甲醇制烷烃设备（MTO）反映物质余热和凝结水的余热沒有获得运用的状况，选用统计分析方法对原料甲醇-反映物质换热全过程开展剖析，明确提出2个提升对策，一是选用MHE高效率换热器收购反映系统软件余热，二是选用SER蒸气动能收购技术性收购凝结水余热。对于一套30万t/a的MTO设备提升后，烷烃用汽量减少0.3t/t，烷烃产品成本减少45元/t，经济收益1362万余元/a。

  非常石油化工关键字：甲醇；烷烃；余热环保节能；MTO

  甲醇制烷烃（MTO）技术性早已完成现代化，做为一个新起的加工工艺，发展趋势時间比较晚，在动能运用上不足充足，因而在环保节能层面有很大的提高室内空间[1,2]。MTO设备的原料为液态甲醇，必须根据换热和蒸汽换热器汽化后进到管式反应器。一套30万t/a（以烷烃生产量计）的MTO设备，原料加热必须耗费发热量12600万kW，在其中耗费蒸气70t/h，花费9408万¥/a，占成本费的12%。此外，该设备造成很多的凝结水，凝结水的余热沒有获得合理运用。

  浦江龙等[3]根据Aspen plus开展了热学仿真模拟获得了在化学反应全过程的影响因素中（温度、工作压力、水成分等），温度针对反映的危害较大的结果。汇能集团甲醇制烷烃（SHMTO）技术性通过生产流程和金属催化剂特性领域的提升后，初次得出的生产制造結果也做到了同业竞争领先地位[4]。周立进等[5]引进高溫烟气脱硫反映模块并提升商品高溫余热回收互联网后，与传统手工艺对比，总耗能减少24.5%。汇能集团呼和浩特煤化企业对MTO设备再造地热采暖系统软件实现了提升更新改造[6]，改造內容有：提升再造工作压力；减少金属催化剂循环系统量、提升待生定碳；增加再造运输蒸气占比；提液水回炼改入油水分离器系统软件；提升再造藏量；减少再造温度等技术改造计划方案，不但将生产制造负载提升到110%，并且还附加产出率3.5MPa蒸气，获得了较好的经济收益。孙高攀不起[7]将甲醇生成和甲醇制烷烃原料加热加工工艺开展了提升，明确提出甲醇生成工艺流程的脱轻塔后退至MTO入料加热工段长，减少设备实际操作难度系数，节省项目投资，减少耗能。

  对于减少MTO原料甲醇的汽化全过程用能提升层面的科学研究很少有报导，华贲[8]明确提出的“三阶段”基础理论从动能运用的实质考虑，对冶炼厂催化装置的余热开展提升综合利用，获得了明显的社会经济效益和社会效益。华贲[9]论述了节能减排的基本上意识和实施规划的关键实际意义，阐述了总步骤和动能综合性提升中间的密切相关，并对于老设备深层次环保节能和优化系统明确提出了改善建议。张高博等[10]选用“三阶段”基础理论各自对柴油机加氢装置的塔、换热互联网、热处理炉和机泵开展优化系统，获得了设备耗能降低38.9%的显著效果，该方式也可用作别的设备的全方位环保节能提升。

  文中以中国早已动工的一套30万t/a的MTO设备为例子，选用“三阶段”基础理论对原料加热步骤开展提升，明确提出收购凝结水余热，取代原料汽化用汽的改进方案。

  1 方式和基本原理

  1.1 的测算

  即合理能。针对一股货运物流，当系统软件由随意情况可逆性转变到自然环境情况时，其动能最大限度转换的有用功，称之为[11]，计算方法如下所示：

  1.2 换热器点评

  对一个换热器的动能利用率的评估通常选用热学第一基本定律，点评其热效η，热效率越高，该换热器的热量收购实际效果越好。但这类评价方法没法点评出换热器热气和内冷温位的合理配对，及其换热器的合理型号选择。选用热学第二基本定律，用高效率ηex来点评热传导全过程，可以获得更科学合理的結果，针对后面的换热器的改造方案强调方位。常用的公式计算如下所示：

  2 MTO设备步骤和剖析

  MTO设备主要包含反映再造系统软件和急凉水洗系统软件，及其搭配的供热工程项目系统软件。反映再造系統选用循环流化床和不彻底再造加工工艺；自设备外界的液态甲醇经加温汽化和太热后以汽态进到管式反应器，反映物质经旋风除尘器收购带入的小量石粉后进到急凉水洗系统软件。再造系统软件根据主离心风机为再造器给予烧糊气体。

  急凉水洗系统软件的首要机器设备包含急冷塔、水清洗塔和废水汽提塔。反映物质在激冷塔中去除太热，在水清洗塔中清洗出带上的金属催化剂。急冷塔和水清洗塔底端排除的清洗水送至废水汽提塔收购当中的甲醇、二甲醚等有机化合物。

  供热工程项目系统软件主要包含CO垃圾焚烧炉、余热加热炉和再造器外取热水器，其功效是自来水取下系统软件的热能发生蒸气。

  2.1 原料甲醇汽化步骤

  原料甲醇自储罐区至MTO设备的原料储罐，经甲醇泵变压后，先后与过滤水和凝结水换热器后，进到甲醇汽化器，由蒸气做为热原开展汽化，气化后的甲醇再度与气相反应物质换热后进到管式反应器，见图1。

  图1 原料汽化流程表

  液态甲醇汽化步骤中有3组换热器。对它进行剖析，换热器E1201AB、E1104AB、E1102AB的多数均值温度差各自为107℃、32℃、54℃，相匹配的损花费各自为306￥/h、35￥/h、51￥/h。由此可见，E1201AB的多数热传导温度差显著高过E1104AB和E1102AB，损花费也与此同时明显高过E1104AB、E1102AB，由此可见，减少损的具体措施是减少热传导温度差。对策来源于2个层面，一方面是以热原侧下手减少通道温度，另一方面从热阱侧下手，提升甲醇在进到甲醇汽化器以前的温度，见表1。

  2.2 反映物质换热全过程

  反映物质（125t/h，460℃）的换热步骤是最先与来源于甲醇汽化器的气相色谱甲醇换热至340℃，随后再进到激冷、水清洗塔，清洗金属催化剂，去除太热，将反映物质水冷疑后，反映气（40℃）进到烷烃分离出来设备。

  2.2.1 发热量剖析

  反映物质的发热量依照收购至60℃测算，可以收回的总发热量为209160MJ/h，具体收购的余热一部分用以与甲醇换热，换热量为62748MJ/h；剩下的发热量进到急冷塔和水清洗塔，根据急凉水和水清洗水做为烷烃分离出来塔底热原，换热量为134197MJ/h，发热量利用率为94%，剩下的发热量由冷却循环水和空冷器带出系统软件。

  2.2.2 剖析

  反映物质换热全过程的损比较大，尤其是激冷、水清洗塔的损占总损的67%。表明反映物质的发热量未获得灵活运用。现阶段反映物质-甲醇换热器选用一般的立柱式换热器，热侧进出口贸易温度为460~340℃，冷侧进出口温度为100~144℃，多数均值热传导温度差达到277℃。一般情形下，有效的热传导温度差在20~50℃。该加工工艺中因为热侧原材料中带有金属催化剂颗粒物，非常容易积垢，导致热传导实际效果降低，危害了反映物质余热的灵活运用，造成很多余热进到急冷塔由冷却循环水带出设备，导致损扩大。选用统计分析方法对该换热全过程开展剖析，与通常的换热温度差对比，损产生的经济效益损害达到3492万￥/a。

  2.3 凝结水系统软件的余热运用状况

  MTO设备凝结水关键来源于原料加热和废水汽提2个模块。双路凝结水与此同时进到到凝结水闪蒸罐V1205，闪蒸罐顶工作压力为0.17 MPa，凝结水中的闪蒸气变成乏气排尽，排汽量为2t/h。罐底的凝结水再次根据甲醇-凝结水换热器E1102AB换热，及其根据空冷器制冷至93℃送出设备，见图2。

  图2 凝结水系统软件工艺设计流程图

  凝结水的余热沒有获得收购。双路凝结水可回收利用的余热16733MJ/h，在其中：

  （1）废水汽提塔凝结水：该凝结水由污水汽提塔应用1.0MPa蒸气造成，总流量25t/h，温度176℃。假如收购余热至100℃，可回收利用的余热7949MJ/h。具体制造中，该路凝结水与原材料换热，温度从176℃降到116℃，收购的余热仅为6275MJ/h，余热利用率为79%。

  （2）甲醇汽化器凝结水：该凝结水由甲醇汽化器应用的0.4MPa蒸气造成，总流量70t/h，温度130℃。依照凝结水减温至100℃，可回收利用余热8784MJ/h。

  各界凝结水的状况见表3。

  表3 DMTO设备凝结水基本数据分析表

  3 改进方案和效益评估

  3.1 改进方案

  3.1.1 更新改造立柱式换热器

  MHE高效率换热器是一种防积垢换热器[12]，选用了高效率换热管 螺旋式折流板，具备避免固态颗粒物积垢的工作能力，与此同时增强了管程和壳程的流动速度，明显增强了换热实际效果，因而合适用在带有金属催化剂颗粒物的反映物质的换热步骤中。将现阶段的立柱式换热器拆换为MHE高效率换热器，可以加强反映物质和气相色谱甲醇换热，充足收购反映物质余热，减少甲醇汽化蒸气量。其特性是具备较好的防堵特性，可以合理降低因为反映物质中金属催化剂的堆积造成的换热高效率降低的问题。更新改造后，立柱式换热器出入口气相色谱甲醇的温度由144℃提升至180℃，提高了36℃。提升后的甲醇汽化步骤如下图3所显示（图内实线框中为提升后結果）。

  图3 甲醇汽化提升后的流程表

  3.1.2 收购凝结水余热

  现阶段的蒸气动能收购技术性包含超低温热发电量、蒸气引射和蒸汽缩小三种。蒸汽压缩机技术方案选用蒸汽压缩机对凝结水闪蒸的乏气开展充压[13]，收购凝结水的余热，热能工程变换高效率做到80%以上。上海市慧得企业对该技术性开展了转换，开发设计了SER蒸气动能收购发电机组。选用电为驱动力，对凝结水余热开展收购和更新运用，发电机组造成0.3MPa蒸气6.6t/h可用以原料汽化，收购蒸气以后的凝结水温度100~105℃依然选用原来的步骤与甲醇原料换热以后送出设备。该工艺既收购了凝结水的余热，又减少空冷器的能耗。

  提升后的过程见图4（图内实线框中为提升后結果）。

  图4 凝结水提升流程表

  3.2 提升后的剖析

  提升后，再度选用分析方法对甲醇汽化步骤和反映物质的换热步骤开展剖析。

  3.2.1 原料甲醇汽化步骤

  采用增上SER发电机组的提升对策后，E1201AB的热侧通道温度由210℃减少至190℃，降低了20℃；E1102AB冷侧出入口温度由73℃提升至80℃，提高了7℃。换热全过程的损由提升前的5606 MJ/h减少至提升后的4812 MJ/h，减少了14%。损花费由329万￥/a减少到283万￥/a，降低了14%。結果见表4。

  表4 提升后甲醇汽化步骤剖析

  3.2.2 反映物质换热步骤

  选用MHE高效率换热器对反映物质换热器E1202AB开展更新改造，提升了甲醇进管式反应器的温度，由提升前的144℃提高至180℃，提升36℃。反映物质换热步骤的损由提升前的59383 MJ/h减少至提升后的57383 MJ/h，减少了3.3%。损花费由3492万￥/a减少到3373万￥/a，降低了3.3%。結果如表5所显示。

  表5 提升后反映物质汽化步骤剖析

  3.3 环保节能实际效果

  （1）反映物质换热步骤。选用MHE高效率换热器对反映物质换热器E1202AB开展更新改造，提升了甲醇进管式反应器的温度，这一部分发热量最后转换为3.5MPa蒸气2.6t/h，可减少蒸气耗费4%。

  （2）凝结水余热收购。增上SER蒸气动能收购发电机组可以从凝结水中收购0.3MPa蒸气6.6t/h（5.5万t/a），减少蒸气耗费9%。与此同时节省空冷器额定功率101kW，需要耗电452kW，节能量折标煤5227t/a。

  3.4 经济效益

  两项措施后，按照每吨3.5MPa蒸汽200元、每吨0.3MPa蒸汽120元、1kWh电0.7元计算，总效益1362万￥/a，当前装置的乙烯/丙烯产量为30万t/a，平均降低乙烯/丙烯生产成本45元/t，具有良好的经济效益。

  MTO装置的规模越来越大，目前研究的这套装置建成时间为2014年，建设年代较早。目前国内大型的MTO装置已经达到80万t/a（以产品计）。但各装置的原料气化和反应产物余热回收的流程相似，因此该方法可以推广应用到其它规模的MTO装置，同样可以产生良好的经济效益。

  4 结论

  甲醇制烯烃（MTO）装置原料气化流程和反应产物换热流程存在温差大，蒸汽耗量大的问题，以及凝结水余热没有得到利用的问题。采用分析方法对甲醇回收系统进行分析，可以发现损较大的换热设备，确定节能方向。

  使用两项专利技术对系统进行改造，一是采用MHE高效防垢换热器更换反应产物-甲醇气换热器，解决反应产物侧含有催化剂颗粒容易结垢，以及流速偏低换热效率低的问题；二是使用SER蒸汽能量回收机组回收凝结水的余热产生蒸汽，用于替代甲醇气化器使用的0.4 MPa蒸汽。

  以一套30万t/a的MTO装置为例，两项措施实施后可以提高反应产物的效率3.3%，可以降低甲醇气化流程的损14%。回收蒸汽9.2t/h，降低原料甲醇的气化用汽13%，总效益1362万￥/a。每吨烯烃的耗汽量降低0.3t，每吨烯烃的生产成本降低45元。

  不同规模的MTO装置换热流程基本相同，该技术可以推广到各种规模的甲醇制烯烃装置。（作者：张高博1，魏云辉1，汪广春1，郭忠江2，陈平平3，1.上海；2.山东联；3.福建）

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