| 标题 | 浅谈MTO装置反再系统设备布置及管道设计研究 |
| 范文 | 孙长文 摘要：介绍了MTO装置反应再生系统设备布置和管道设计，包括反再框架设备布置、反再系统关键管线的设计、滑阀设计以及管道支吊架设计。 关键词：MTO工艺流程；反再系统；反再系统设备布置；反应器配管 乙烯、丙烯等低碳烯烃作为重要的基本化工原料，發展非石油资源来制取低碳烯烃的技术日益引起人们的重视。随着国内新建甲醇装置能力的释放，以及中东地区大甲醇装置的陆续开工，甲醇供应商正在为新增产能寻求出口。甲醇制烯烃的MTO工艺是目前重要的化工技术。该技术以煤或天然气合成的甲醇为原料，生产低碳烯烃，是发展非石油资源生产乙烯、丙烯等产品的核心技术。 一、MTO工艺流程简介 以甲醇为原料制乙烯、丙烯的化学反应方程式和热效应。 2CH3OH→C2H4+2H2O （△H=11.72KJ/mol，427℃） 3CH3OH→C3H6+3H2O （△H=30.98KJ/mol，427℃） MTO制取乙烯、丙烯主要工艺路线大致如下：原料甲醇经过加热、气化和过热以气态进入反应器，与催化剂进行反应，生成气相产品（甲烷、乙烯、丙烯等）。产品气体携带催化剂进入反应器旋风分离器进行气固分离，分离后的产品气体携带少量的催化剂进入急冷塔和水洗塔，在塔内进行净化分离，脱除夹带的催化剂、水和油等。净化后的产品进入烯烃分离装置，进行产品分离，产出乙烯、丙烯等产品。此外通过烯烃裂解装置将烯烃分离装置和轻烯烃回收装置产生的C4及以上重烃裂解为乙烯和丙烯，以提高乙烯和丙烯的收率。当MTO以最大量生产乙烯时，乙烯、丙烯和丁烯的收率分别为46%、30%、9%，其余副产物为15%。 二、MTO反应再生系统 MTO反应器采用“快速流化床”设计。反应器分为上下两部分，反应器下部包括进料分布器、催化流化床和提升管。反应器上部是气相与固相分离区域。自提升管出来的气固相混和物进入旋风分离后实现气相和固相的完全分离。分离出来的催化剂经滑阀从反应器上部返回到反应器底部以维持反应器下部催化剂的密度。MTO反应是一个放热反应，原料甲醇进入反应器底部后开始反应。反应器温度通过调节反应器催化剂冷却器催化剂的循环量或者流化风的量来进行控制，移出的反应热量用以产生低压蒸汽。失活的催化剂在汽提出反应气后，经过待生催化剂立管和提升管在输送风的作用下进入再生器，进行烧焦。MTO再生器采用鼓泡床设计，包括再生空气分布器、催化流化床和两级旋风。催化剂烧焦是放热反应，再生温度通过调节再生器催化剂冷却器流化风的量来进行控制，移出的热量用以产生低压蒸汽。恢复活性的催化剂在气提出烟气和氧气后，送回反应器。 三、反应系统主要管道设计 （一）反应气和烟气管线设计 从反应器出口至出口冷却器和从再生器至降压孔板室之间的管道，管径大，温度高，管内衬有隔热或耐磨衬里。使用冷壁管道，可以降低投资，运行安全可靠。但管道较重，自然补偿刚度较大，也可以采用膨胀节补偿器的方式，但从以往生产运行来看，膨胀节存在衬里较为困难，并易泄露。综合比较，推荐使用自然补偿的形式。 （二）催化剂管线设计 催化剂通常靠靠压缩空气正压输送。在30万吨MTO项目为了防止催化剂对管道的磨损，管道壁要有足够的厚度，并且应尽量少拐弯。当管道拐弯时，为了防止固体颗粒对弯头的快速冲击和磨损。需要选用弯曲半径不小于9DN的弯管。在60万吨MTO项目里又对催化剂管线的设计进行了优化，对于管道拐弯或有支管接入时采用三通加管帽或四通加管帽的设计，利用催化剂本身在这些地方堆积减少催化剂对管道的磨蚀。当催化剂管道较长时，每15米增加一组松动风，以防止催化剂堆积。对于吹扫管线布置，采用多组站式布置，占地空间小，布置整齐，便于操作和维修。 （三）反应器应力管线的设计 从表可已看出反应器和再生器的温度很高，设备本身热胀位移较大，与设备连接的管道也会相应位移。例如在靠近平台处的管道支吊架，不能生根在平台框架上，原因是管道随着设备位移升高，管道支吊架是冷的，产生反力对管道或者平台造成破坏，管支架脱空。如有需要宜设立弹簧支吊架。在实际生产中反应器和再生器的膨胀量可以达到约300mm左右，对于反应和再生器大的应力管线，要通过应力计算采取补偿器补偿。对于小的管线一般采取自然补的方式空间的Z型补偿。在个别项目中由于对小管线的应力关注不够，没有再设计时给予足够的重视，导致在试车时，大的管线通过应力计算没有问题，往往是小的管线由于反应器的膨胀被扯断，发生泄漏，危害安全。 （四）滑阀的设计 滑阀是反应装置关键设备之一，安装于装置反应器与再生器之间的立管上，用于控制压力。滑阀主要由传动机构及自动控制柜两部分组成。在反应器立管上有8个滑阀，其中有的滑阀传动机构长5m，控制柜2x1x2m。并要求控制柜靠近阀体布置。针对这种情况，的设计中采取了空间分层的做法，即平台的上方集中布置阀体，平台的下方集中布置控制柜体，且平台下的空间高度不小于2.2m达到做为检修通道的要求，人可自由通过。整体上操作平台采取对称布置，美观又便于操作检修， 四、结论 在反应器的配管中，要根据反应器自身的特点，在设计过程中利用三维模型对操作空间以及吊装空间进行充分考虑。反应器应力管线要充分考虑设备的变形量，在设计时进行应力考虑。滑阀采取空间布置或对称布置的方式可以有效的节约空间。 参考文献： [1]张德姜，王怀义，刘绍叶.工艺管道安装设计手册[S].中国石化出版社，1997. [2]宋苛苛.压力管道设计及工程应用[J].中国石化出版社，2011.1. [3]张德姜，修长征.全国压力管道设计审批人员考核培训教材[S].中国石化出版社，2005. |
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