新型抗垢劑在MTO裝置碳四汽化器上的工業(yè)應用

高華南，楊華棟，付 鑫，齊家俊

（浙江興興新能源科技有限公司，浙江嘉興 314000）

MTO是指以煤基或天然氣基合成的甲醇為原料，借助類似催化裂化裝置的流化床反應形式，生產(chǎn)低碳烯烴的新型煤化工工藝技術[1]。中國科學院大連化學物理研究所、新興能源科技有限公司和中石化洛陽工程有限公司共同開發(fā)的DMTO工藝技術采用SAPO-34型分子篩作為主反應催化劑。研究表明，幾何孔道的限制可有效抑制氫轉移及芳構化等副反應的進行，提高目的產(chǎn)物的收率和選擇性[2-4]。在此基礎上開發(fā)的碳四預積碳技術通過優(yōu)化調(diào)整裝置操作參數(shù)，雙烯烴（乙烯、丙烯）收率提高0.229%，且甲醇單耗降低0.022t/t，經(jīng)濟效益顯著。

1 概述

浙江興興新能源科技有限公司MTO裝置處理量為180×104t/a。為提高裝置的經(jīng)濟效益，對原料進行精細化管理，通過外購高烯烴碳四作為MTO預積碳，從而增加乙烯和丙烯主產(chǎn)品產(chǎn)量，提高裝置整體經(jīng)濟效益。

然而由于高烯烴碳四中含有一定量的丁二烯、碳五烯烴等不飽和化合物，在碳四汽化器的高溫條件下容易聚合結垢，造成碳四汽化器傳熱效果變差，需提高加熱蒸汽量，同時汽化器清理周期也容易縮短，嚴重時會導致汽化器堵塞，不僅會導致物料和能量損耗，而且加大操作人員操作難度，影響裝置正常運行。為解決這一問題，裝置技術人員與浙江杭化科技股份有限公司進行了技術交流，決定在汽化系統(tǒng)試用汽化器抗垢劑HK-18D，并對其抑制聚合結垢效果進行了驗證和評價。

2 結垢原因分析

MTO裝置碳四汽化器單元加工原料油基本性質(zhì)見表1。通過對原料油成分進行分析，產(chǎn)生垢物的主要原因為原料油組成較復雜，其中含有的二烯烴等在高溫下易聚合生成有機垢。

表1 高烯烴碳四基本性質(zhì)

由表1可知，原料油中丁二烯含量相對較高。當原料油被加熱至42~44 ℃后，丁二烯等不飽和烴類物質(zhì)會發(fā)生聚合反應，生成高聚物并逐漸黏附、沉積在汽化器設備表面，形成有機垢。

3 抗垢劑性質(zhì)及特點

抗垢劑HK-18D外觀為油狀液體，沸點較高，不會被帶至反應系統(tǒng)，同時助劑不含重金屬和鹵素，不會對催化劑造成不利影響。其質(zhì)量指標見表2。

表2 HK-18D的物化性質(zhì)

抗垢劑HK-18D為多功能復合型抗垢劑，其含有抗氧成分，能清除系統(tǒng)中微量自由氧從而抑制自由基產(chǎn)生；對于已經(jīng)形成的自由基，其含有的阻聚劑成分，能迅速終止鏈增長；其還含有金屬離子鈍化成分，可與設備金屬表面結合形成保護膜，或絡合溶解在介質(zhì)當中的金屬離子以阻止金屬離子的催化作用；除此以外還含有清凈分散成分，具有較強的滲透和分散功能，它能滲入垢物和設備接觸面之間，削弱其結合力，使介質(zhì)帶走垢物。該清凈分散成分還能與系統(tǒng)中已經(jīng)生成但未黏附在設備表面的垢物母體形成膠束，使其不易黏附在設備表面而隨介質(zhì)帶出系統(tǒng)。

4 抗垢劑現(xiàn)場應用

浙江興興新能源科技有限公司在汽化器進料量維持穩(wěn)定且進料成分不變的情況下，于2022年1月17日至2月24日出現(xiàn)E-1105蒸汽用量持續(xù)上升現(xiàn)象，蒸汽用量由750kg/h左右逐漸上升到900kg/h左右，同時E-1105蒸汽側出口凝結水溫度由50 ℃左右逐漸上升到90 ℃左右。初步判斷原料高烯烴碳四在汽化器中高溫下聚合結垢，汽化器效率不斷降低，導致加熱用蒸汽用量持續(xù)上升，蒸汽側凝結水溫度相應升高，裝置能耗增加，嚴重影響裝置正常穩(wěn)定運行。

4.1 抗垢劑加注方案

抗垢劑加注點如圖1所示。根據(jù)MTO裝置相關流程、結垢部位、工藝條件、助劑物性等情況，確定將抗垢劑以純劑連續(xù)加注的方式注入E-1105高烯烴碳四進料管線上。由于添加在此處助劑流經(jīng)整個系統(tǒng)，起到對整個系統(tǒng)的阻聚清凈作用。注入濃度以原料進料量為基準，加注濃度一般為（100~180）×10-6，本次工業(yè)試驗加注濃度為178×10-6。在現(xiàn)場試驗過程中根據(jù)具體情況進一步調(diào)整。

圖1 抗垢劑加注點

4.2 抗垢劑的應用效果評價

抗垢劑性能應用效果分析和評價主要從兩個方面進行：①E-1105蒸汽用量；②E-1105蒸汽側出口凝結水溫度。

碳四汽化器裝置從2022年2月14日開始加注抗垢劑，在實際應用過程中，為保證裝置生產(chǎn)穩(wěn)定，防止過快剝離垢物從而對管線設備產(chǎn)生其他負面影響，本次藥劑加注濃度采用逐步提高的方式。

4.2.1 汽化器進料量

汽化器進料量（FIC1413R）與碳四溫度趨勢圖如圖2所示，試用期間與試用前，進料量穩(wěn)定在4.65t/h， 有利于更準確地評價抗垢劑使用效果，汽化器碳四出口溫度（TI1427）穩(wěn)定在43~44℃。其中，2022年1月9日開始出現(xiàn)碳四出口溫度明顯下降趨勢，2022年2月20日出現(xiàn)碳四出口溫度明顯上升趨勢。

圖2 汽化器進料量與碳四出口溫度趨勢圖

4.2.2 E-1105蒸汽溫度與蒸汽側出口凝結水溫度

E-1105蒸汽溫度（TI1426）與蒸汽側出口凝結水溫度（TI1425）如圖3所示，試用期間與試用前，E-1105蒸汽進料溫度穩(wěn)定在162~169℃。從2022年1月1日至2022年1月17日，蒸汽側出口凝結水溫度由47℃左右上升至89℃左右，原因是從2022年1月9日開始，汽化器碳四出口溫度呈下降趨勢，為了維持碳四出口溫度穩(wěn)定，提升E-1105蒸汽用量。2022年1月14日加注抗垢劑后，汽化器各項指標未出現(xiàn)明顯惡化趨勢，說明抗垢劑HK-18D對汽化器系統(tǒng)無副作用。2022年2月20日出現(xiàn)碳四出口溫度明顯上升趨勢，經(jīng)綜合分析，加注抗垢劑1個月之后，汽化器中結垢情況得到了明顯改善，并于2022年2月22日開始降低蒸汽用量，蒸汽側出口凝結水溫度由89℃左右上升至84℃左右。HK-18D對E-1105蒸汽側出口凝結水溫度有降低和穩(wěn)定的作用。

圖3 E-1105蒸汽溫度與蒸汽側出口凝結水溫度趨勢圖

4.2.3 E-1105蒸汽用量

E-1105蒸汽用量變化（FIC1412）如圖4所示，從2022年1月1日至2022年1月17日，E-1105蒸汽用量在725~825kg/h，隨著碳四出口溫度出現(xiàn)明顯下降趨勢，蒸汽用量提升至900~950kg/h。2022年1月14日加注抗垢劑1個月時間后，E-1105蒸汽用量逐漸降低至750kg/h左右，隨后一直保持平穩(wěn)?？构竸〩K-18D對E-1105蒸汽用量有降低和穩(wěn)定的作用。

圖4 E-1105蒸汽用量趨勢圖

5 結論

興興新能源MTO碳四汽化器裝置原料油中丁二烯含量相對較高，在被加熱至42~44℃后，丁二烯等烴類物質(zhì)在該條件下下會發(fā)生聚合反應，并逐漸黏附、沉積在汽化器設備表面，形成有機垢，提升裝置能耗。結垢與腐蝕通常同時存在，如不及時處理，還可造成設備的腐蝕，嚴重威脅裝置安全長期運行。

1）試用期間，在汽化器進料量保持4.65t/h不變的情況下，E-1105蒸汽用量從900kg/h左右降低并平穩(wěn)于750kg/h。HK-18D對E-1105蒸汽用量有降低和穩(wěn)定的作用。

2）試用期間，在E-1105蒸汽進料溫度穩(wěn)定在162~169℃的情況下，E-1105蒸汽側出口凝結水溫度從89℃降低并平穩(wěn)于85℃。HK-18D對E-1105蒸汽側出口凝結水溫度有降低和穩(wěn)定的作用。

3）試用期間，抗垢劑HK-18D未對產(chǎn)品質(zhì)量和裝置運行造成負面影響。