國內(nèi)DMTO工藝煙氣除塵技術(shù)綜述

馬曉忠

[富德（常州）能源化工發(fā)展有限公司，江蘇常州 213000]

甲醇制烯烴（MTO）技術(shù)是我國自主研發(fā)的以煤為原料制甲醇，經(jīng)進(jìn)一步反應(yīng)制烯烴的先進(jìn)技術(shù)。自2010年世界首套神華包頭180萬t/a甲醇制烯烴裝置試驗成功，國內(nèi)甲醇制烯烴項目遍地開花。目前國內(nèi)共有甲醇制烯烴項目30多套（含在建），已建成投產(chǎn)的有27家，煤/甲醇制烯烴產(chǎn)能達(dá)到1 500萬t/a。甲醇制烯烴技術(shù)采用催化劑循環(huán)流化技術(shù)，在反應(yīng)器中甲醇與催化劑接觸反應(yīng)，反應(yīng)生成的焦炭堵塞催化劑微孔，催化劑逐漸失活。催化劑循環(huán)流化至再生器內(nèi)燒焦，燒焦后的煙氣經(jīng)旋風(fēng)分離器及余熱回收后排放至大氣。

目前國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)及建成的DMTO項目原設(shè)計、建設(shè)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)為GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，而在2015年環(huán)保部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布了GB 31571—2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，新標(biāo)準(zhǔn)中大氣污染物排放中的顆粒物含量由原標(biāo)準(zhǔn)中的120mg/m3降低至20mg/m3，對大氣污染物特別限值排放地域，顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)降至20mg/m3。為滿足GB 31571—2015標(biāo)準(zhǔn)要求，DMTO裝置需設(shè)置煙氣除塵設(shè)施，再生煙氣經(jīng)煙氣除塵設(shè)施處理達(dá)標(biāo)后才能排放。煙氣除塵技術(shù)在煉化、冶金、熱電等行業(yè)已得到十分廣泛的應(yīng)用，除塵器分離煙氣的催化劑顆粒以達(dá)到凈化煙氣的目的。

針對DMTO裝置再生煙氣的特點，目前國內(nèi)開發(fā)了多種煙氣除塵技術(shù)，本文選取可用于同一規(guī)模的DMTO裝置的過濾器除塵技術(shù)、濕法除塵技術(shù)進(jìn)行對比。過濾除塵技術(shù)主要介紹現(xiàn)已應(yīng)用的波爾過濾器技術(shù)與布袋除塵技術(shù)，波爾過濾器安裝在再生器三級旋風(fēng)分離器出口；由于布袋除塵設(shè)施濾布材料性能限制，袋式除塵設(shè)施一般布置在余熱鍋爐與煙囪之間；濕法除塵設(shè)施安裝在余熱鍋爐末端，經(jīng)濕法處理后的煙氣直接排入煙囪。

1 過濾除塵技術(shù)

1.1 過濾器除塵技術(shù)

目前國內(nèi)采用過濾器除塵技術(shù)以南京惠生清潔能源公司及山東陽煤恒通化工股份有限公司為代表。南京惠生清潔能源公司與山東陽煤恒通化工股份有限公司采用美國UOP公司開發(fā)的甲醇制低碳烯烴技術(shù)，設(shè)計規(guī)模為90萬t/a甲醇制烯烴。采用配套的MTO-100催化劑（SAPO-34），設(shè)計規(guī)模為甲醇處理量80萬t/a。設(shè)計再生煙氣流量為33 000Nm3/h。兩家公司規(guī)模及專利商均相同，使用同樣煙氣除塵方案。

1.1.1 除塵原理

采用波爾噴射脈沖反吹過濾技術(shù)。采用高效過濾材料將固體顆粒攔截在濾芯表面，工藝氣體通過濾芯表面進(jìn)入濾芯中部，隨后進(jìn)入罐體頂部，排入煙囪。隨著工藝氣體帶來的粉塵顆粒附著在濾芯外側(cè)，形成一層濾餅并造成壓降，在設(shè)計壓降和時間控制下，啟動反向瞬間吹掃，使濾餅脫落。

1.1.2 使用效果

旋風(fēng)出口煙氣催化劑顆粒含量約200mg/m3（標(biāo)），經(jīng)過濾器除塵后，排煙顆粒含量為5~8mg/m3（標(biāo)），最大采樣分析結(jié)果為13mg/m3（標(biāo)）（過濾器出口顆粒物含量未正式標(biāo)定，數(shù)據(jù)僅為采樣分析結(jié)果）。過濾器自2013年9月22日投入使用，使用過程中維護(hù)簡單，未出現(xiàn)過異常狀況。

1.1.3 關(guān)鍵設(shè)備描述

波爾過濾器包括：過濾器本體、反吹氣體罐、自動控制系統(tǒng)、工藝管線/閥門、配電系統(tǒng)等。具體工作狀態(tài)如表1所示。

表1 波爾過濾器運行參數(shù)

1.1.4 項目投資

此項目核心價值部分在于過濾器濾芯。煙氣流量大小與濾芯數(shù)量有關(guān)，也直接涉及到項目投資大小。以南京惠生公司為例，再生器設(shè)計煙氣流量為27 360m3（標(biāo)）/h（正常）/33 000m3（標(biāo)）/h（最大），投資費用約5 000萬元。且濾芯為耗材部件，波爾公司向企業(yè)保證濾芯使用壽命為4a，對于長周期使用，更換濾芯將會是一筆不小的費用。

1.2 布袋除塵技術(shù)

布袋除塵技術(shù)早期在電力、冶金等行業(yè)使用較多，此項技術(shù)也已趨于成熟。但對于DMTO工藝中仍無使用先例。目前國內(nèi)甲醇制烯烴項目中選用布袋除塵技術(shù)的是富德（寧波）能源化工發(fā)展有限公司及富德（常州）能源化工發(fā)展有限公司。兩家企業(yè)正處在布袋除塵項目使用階段，均采用由中科院大連化物所、中石化洛陽工程有限公司和新興能源科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的DMTO技術(shù)。富德（寧波）能源化工發(fā)展有限公司項目規(guī)模為180萬t/a。富德（常州）能源化工發(fā)展有限公司項目規(guī)模為100萬t/a。

兩家富德能源化工發(fā)展有限公司現(xiàn)均采用DMTO專用催化劑（CM05），催化劑再生系統(tǒng)煙氣經(jīng)三級旋風(fēng)分離系統(tǒng)后進(jìn)入余熱鍋爐回收余熱，后經(jīng)煙囪排至大氣，因國家工業(yè)廢氣粉塵排放達(dá)標(biāo)的需要，各建一套煙氣中催化劑粉塵脫除系統(tǒng)。

1.2.1 除塵原理

LLJP系列長袋低壓脈沖袋式除塵器的氣體凈化方式為外濾式。煙氣經(jīng)過布袋，粉塵被濾袋阻擋，吸附在濾袋的外表面，過濾后的潔凈氣體穿透濾袋進(jìn)入上箱體并通過排風(fēng)總管排放，除塵器濾袋表面的粉塵越積越厚，通過定期清灰方式出去。

1.2.2 使用效果

旋風(fēng)出口煙氣催化劑顆粒含量約200mg/m3（標(biāo)），經(jīng)過濾器除塵后，排煙顆粒含量為8~12mg/m3（標(biāo)），最大采樣分析結(jié)果為14mg/m3（標(biāo)）（過濾器出口顆粒物含量未正式標(biāo)定，數(shù)據(jù)僅為采樣分析結(jié)果）。布袋過濾器自2017年11月投入使用，已使用接近5a時間，使用過程中維護(hù)簡單，未出現(xiàn)過異常狀況。

1.2.3 關(guān)鍵設(shè)備描述

殼體、鋼支架、濾袋及花板組件、噴吹清灰裝置、進(jìn)出風(fēng)管、壓縮空氣系統(tǒng)、閥門、保護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及其他部分共同組成了除塵器的過濾系統(tǒng)，濾袋為主要耗材部件。具體設(shè)備明細(xì)如表2所示。

表2 布袋過濾器設(shè)備及運行條件表

1.2.4 項目投資

煙氣流量大小與濾芯數(shù)量有關(guān)，涉及到整個除塵設(shè)備布置大小，會影響項目總投資。富德（寧波）能源化工發(fā)展有限公司除塵系統(tǒng)投資總費用為454萬元；富德（常州）能源化工發(fā)展有限公司除塵系統(tǒng)投資總費用為389萬元，一次性投資相對較小。以濾袋為主要耗材，濾袋更換也將成為項目維護(hù)的費用，另外濾袋更換頻次勢必比過濾器濾芯更換頻次高，由于更換濾袋引起裝置局部停工也將會造成裝置潛在能耗增加。

2 濕法除塵技術(shù)

濕法除塵技術(shù)在電廠及催化煉油裝置使用較為廣泛。目前使用在DMTO工藝中的有聯(lián)泓新材料有限公司及寧夏寶豐能源集團(tuán)公司。聯(lián)泓新材料有限公司設(shè)計規(guī)模100萬t/a。寧夏寶豐設(shè)計規(guī)模180萬t/a。

2.1 除塵原理

除塵系統(tǒng)主要包括預(yù)洗滌系統(tǒng)和文丘里洗滌系統(tǒng)，煙氣進(jìn)入除塵系統(tǒng)，與循環(huán)水逆流接觸，粉塵顆粒被洗滌在塔底，氣體向上，從塔頂排至排氣筒，無霧氣產(chǎn)生，不結(jié)垢且壓降低，能自行清洗。

2.2 使用效果

旋風(fēng)出口煙氣催化劑顆粒含量約200mg/Nm3，經(jīng)除塵激冷塔、列管式文丘里洗滌塔后，排煙顆粒含量能保持在15mg/Nm3。排煙溫度能不超過60℃。過濾器自2014年11月29日投入使用，使用過程中維護(hù)簡單，已平穩(wěn)運行近8a。

2.3 關(guān)鍵設(shè)備描述

濕法除塵技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備如表3所示。

表3 濕式除塵關(guān)鍵設(shè)備

2.4 項目投資

聯(lián)泓新材料有限公司DMTO裝置尾氣除塵洗滌系統(tǒng)總投資約為1 800萬元，一次性投資相對較大。

3 除塵方式性能對比

通過表4三種除塵方式的性能對比，可以看出三種除塵方式均可滿足環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)要求，操作平穩(wěn)，使用周期長。其中波爾過濾器系統(tǒng)除塵運行費用低，但其一次性投資高且維護(hù)成本極高；布袋除塵系統(tǒng)除塵運行費用低，一次性投資低且維護(hù)成本較低；濕法除塵技術(shù)運行費用較高，一次性投資較高。

表4 三種除塵方式的性能對比

4 結(jié)束語

近年來我國環(huán)保要求日漸提高，DMTO技術(shù)對煙氣除塵系統(tǒng)的研究已逐步形成。DMTO工藝催化劑硬度大，顆粒小，在工藝選擇時要充分結(jié)合DMTO工藝特點。

布袋除塵技術(shù)具有工藝流程簡化、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資低、無二次污染等特點。目前布袋除塵技術(shù)的布袋質(zhì)量只能維持連續(xù)運行3a，布袋的性價比不高。后期可研發(fā)性價比高的布袋來降低維護(hù)費用，這樣布袋除塵技術(shù)在未來MTO行業(yè)內(nèi)將具有較強的市場競爭力。