甲醇制烯烃急冷水沸腾床分离装置的制作方法

本公开属于难降解污水处理与回用技术领域，涉及一种甲醇制烯烃急冷水的净化装置，适用于对甲醇制烯烃急冷水中颗粒物的去除和浓缩。具体的说，本公开提供了一种甲醇制烯烃急冷水沸腾床分离装置。

背景技术：

甲醇制烯烃，简称MTO(Methanol to Olefins)，是指以甲醇作为原料，通过催化反应制备低碳烯烃的过程。该反应一般通过流化床反应器实现，现用的催化剂为SAPO-34分子筛。反应产品气中会夹带部分催化剂颗粒，目前是通过三级或四级旋风分离器对催化剂进行回收。经催化剂回收的产品气再送往急冷塔进行降温。受旋风分离器分离精度的限制，经催化剂回收后的产品气中还含有少量粒径小于10μm或小于5μm的催化剂细粉，经急冷塔洗涤后大部分留在急冷水中，少量随气相去后续水洗塔。因此，为保证水系统正常运行，需要有效脱除急冷水中的颗粒物。

中国发明专利申请公开CN101352621A公开了一种MTO急冷水和水洗水旋流脱固方法与装置，通过微旋流分离器除去急冷水中夹带的催化剂。受到旋流分离器分离精度的限制，该方法实际应用时对2.5μm以下颗粒分离效果差，造成细颗粒无法有效去除，并在系统中累积。图1示出了根据现有技术的某甲醇制烯烃装置急冷水悬浮物含量及粒径的变化，如图1所示，随系统的连续运行，急冷水中催化剂平均粒径由10μm降至1μm，同时其总体浓度显著升高，可见系统中微细颗粒累积严重。由于小颗粒无法有效去除，造成急冷水换热器、空冷器堵塞严重，换热效率不足。

中国发明专利申请公开CN 101352620A公开的一种MTO急冷水、水洗水中细微催化剂微旋流浓缩方法与装置，以及中国发明专利CN 102093153B公开的一种MTO含催化剂微粉反应气优化组合净化分离的方法与装置，以上方法均使用多级旋液分离器对急冷水和水洗水中催化剂进行净化及浓缩，但由于旋液分离器自身分离特性，造成对2.5μm以下催化剂浓缩倍数不足。

为解决对2.5μm以下颗粒分离效率不足的问题，通常在旋流分离器清液返塔前增加金属烧结网精密过滤装置，用于小颗粒的去除，以降低急冷水固含量。中国发明专利申请公开CN 104649446A公开的一种MTO急冷水和水洗水液固分离方法与装置，该方法中采用精密过滤对急冷水催化剂进行分离和浓缩。但实际运行中，由于急冷水粒径小，并含有少量油蜡，颗粒和油蜡易进入滤芯孔道内部，造成孔道堵塞，并难以通过在线反冲洗去除，从而造成过滤器处理量不足、压差过大，设备无法正常投用。

中国实用新型专利申请公开CN205031975U公开了一种MTO急冷水与水洗水净化处理装置，该装置采用微孔过滤原件过滤，通过增加了有效的气体反吹和化学清洗方法，实现对过滤原件的清洗再生。但该系统反冲洗过程复杂、时间长，同时设备投资大，运行费用高。

中国发明专利CN 103951098B公开的一种甲醇制烯烃工艺中急冷水和水洗水脱固除油的方法及装置，该方法通过超滤膜对急冷水催化剂进行分离，该方法分离效果良好，但设备能耗高，运行费用高，以及超滤膜易被油蜡堵塞等问题，不适合MTO急冷水这种处理量大、成分复杂的场合。

因此，针对现有技术中存在的上述问题，本领域迫切需要开发出一种简单有效，解决了现有方法分离不彻底、设备运行周期短的问题，实现了对甲醇制烯烃装置急冷水中废催化剂的浓缩和对急冷水的净化的目的的装置。

技术实现要素：

本公开提供了一种新颖的甲醇制烯烃急冷水沸腾床分离装置，解决了现有技术中存在的问题。

一方面，本公开提供了一种甲醇制烯烃急冷水沸腾床分离方法，该方法包括以下步骤：

(i)甲醇原料在流化床反应器中反应后得到的产品气去除催化剂大颗粒物后送至急冷塔洗涤降温，同时将产品气中夹带的催化剂细粉洗至急冷水中；

(ii)经急冷塔洗涤降温的产品气送至水洗塔洗涤，再次降温并洗去产品气中冷凝下的油蜡类物质；

(iii)水洗塔洗涤得到的水洗水外排一部分去汽提塔，汽提水洗水中的有机物后处理，剩余部分的汽提产物用于沸腾床分离器分离媒质再生；

(iv)步骤(i)中得到的急冷水和步骤(ii)中得到的水洗水回收热量并冷却降温后回用，分别在急冷塔和水洗塔中循环；

(v)步骤(i)中得到的急冷水通过微旋流分离器进行液固分离，去除其中夹带的大颗粒物；

(vi)微旋流分离器清液经沸腾床分离器二次分离，脱除急冷水中剩余颗粒物后返回急冷塔；

(vii)在沸腾床分离器连续运行一段时间后，通过汽提塔净化水或急冷水反向进料对分离媒质进行再生，释放其吸附的催化剂颗粒；以及

(viii)将微旋流分离器和沸腾床分离器浓缩的催化剂浆液做进一步浓缩脱水处理。

在一个优选的实施方式中，在步骤(i)中，所述急冷水的固体颗粒含量为0.1-5.0g/L，固体颗粒平均粒径为0.5-50μm。

在另一个优选的实施方式中，在经过步骤(v)中的微旋流分离后，急冷水中的催化剂平均粒径降至5μm以下。

在另一个优选的实施方式中，在经过步骤(vi)中的沸腾床分离后，急冷水中的催化剂含量降至10mg/L以下，平均粒径降至0.5μm以下。

在另一个优选的实施方式中，所述微旋流分离器的压力损失为0.15-0.30MPa，沸腾床分离器的压力损失为0.02-0.30MPa。

在另一个优选的实施方式中，所述沸腾床分离器为间歇操作，连续运行至设定压差(例如，≥0.2MPa)后通过反向通入汽提塔净化水或急冷水，以及进一步的，氮气或蒸汽使分离媒质进行流化呈沸腾状，对其进行清洗再生。

另一方面，本公开提供了一种甲醇制烯烃急冷水沸腾床分离装置，该装置包括：

流化床反应器，用于甲醇原料在其中反应；

与流化床反应器连接的急冷塔，用于将流化床反应器中得到的产品气去除催化剂大颗粒物后洗涤降温，同时将产品气中夹带的催化剂细粉洗至急冷水中；

与急冷塔连接的水洗塔，用于对经急冷塔洗涤降温的产品气进行洗涤，再次降温并洗去产品气中冷凝下的油蜡类物质；

与水洗塔连接的汽提塔，用于对水洗塔洗涤得到的一部分水洗水进行汽提；

与汽提塔连接的沸腾床分离器，用于对汽提产物分离媒质再生；

分别与急冷塔和沸腾床分离器连接的微旋流分离器，用于对急冷水进行液固分离，去除其中夹带的大颗粒物，并将微旋流分离器清液送入沸腾床分离器二次分离。

在一个优选的实施方式中，该装置还包括与急冷塔连接的换热器和空冷器，用于将急冷水和水洗水回收热量并冷却降温后回用，分别在急冷塔和水洗塔中循环。

在另一个优选的实施方式中，所述沸腾床分离器采用一种或多种颗粒状分离媒质，所述分离媒质的材料为对分子筛催化剂颗粒具有吸附性的有机或无机材料。

在另一个优选的实施方式中，所述沸腾床分离器通过顶部旋流三相分离器中形成的旋流场增强分离媒质再生效果，同时实现沸腾再生时媒质颗粒的回收。

有益效果：

1)本实用新型的装置将微旋流分离方法和颗粒床过滤方法串联组合使用，弥补了原有微旋流分离器组对小于2μm颗粒分离效率不足的问题，同时弥补了沸腾床分离器中颗粒床对较高固含量废水分离能力不足的缺陷，两种分离方法互相补充。

2)本实用新型的装置利用沸腾床分离器中的颗粒床对旋流器溢流急冷水净化，通过分离媒质对水中颗粒的筛分、拦截、吸附等作用，使水中颗粒物含量随滤层深度逐渐降低，相比精密过滤，该装置设备简单，投资少，分离媒质易再生，能耗低，维护费用低。

3)本实用新型的装置利用沸腾床方法对分离媒质进行再生，通过设备顶部旋流分离装置中形成的旋流场增强分离媒质再生效果，同时实现沸腾再生时媒质颗粒的回收，相比传统颗粒床具有再生强度大、再生效果好的优点，适用于对MTO急冷水催化剂这种粘附性强、含油蜡介质的分离。

附图说明

附图是用以提供对本实用新型的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

图1示出了根据现有技术的某甲醇制烯烃装置急冷水悬浮物含量及粒径的变化。

图2是根据本实用新型的一个实施方式的甲醇制烯烃急冷水净化方法总体工艺流程示意图。

图3是根据本实用新型的另一个实施方式的甲醇制烯烃急冷水净化方法总体工艺流程示意图。

图4是根据本实用新型的一个实施方式的沸腾床分离系统工艺流程示意图。

图5是根据本实用新型的一个实施方式的沸腾床分离器设备示意图。

具体实施方式

本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，对于甲醇制烯烃装置急冷水这种操作流量大、固含量不高、颗粒粒径较小的液固体系，最有效、最低成本的方法是采用微旋流分离器组分离；但实际应用中发现，该方法对急冷水中小于2μm颗粒分离效果不佳，通常在微旋流分离器组后串联一级金属烧结网精密过滤装置；精密过滤装置是通过滤饼过滤方法进行过滤，急冷水中固体颗粒由于粒径小，同时含部分油蜡，造成其形成的滤饼极为致密，透水性差，形成滤饼后过滤压差会快速升高；同时，由于急冷水催化剂粒径分布较宽，含有部分小于0.5μm颗粒，过滤时易进入滤芯孔道内，造成孔道堵塞，并且这部分颗粒难以通过简单的反冲洗方法脱除；为解决该系统问题，采用微旋流分离器和沸腾床分离器组合的方法分离甲醇制烯烃装置急冷水中催化剂颗粒；该方法通过将颗粒床过滤和微旋流分离器组组合使用，不仅解决了原有微旋流分离器组对小于2μm颗粒分离效率不足的问题，也弥补了颗粒床过滤方法对于较高固含量废水分离能力不足的缺陷，同时避免了原有精密过滤方法压差升高快、反冲洗不彻底的缺陷，并且该方法相比精密过滤方法设备成本更低、能耗更低、运行更可靠。

本实用新型的技术构思如下：

通过微旋流分离器对急冷塔底水进行预分离，以去除其中较大的亚微米级颗粒物；通过沸腾床分离器对经过微旋流分离器净化后的急冷水进行二次分离，脱除剩余的纳米颗粒物后返回急冷水循环系统；经微旋流分离器和沸腾床分离器回收的催化剂浆液送至浆液浓缩系统进一步脱水。该方法实现了急冷水中纳微米级颗粒物的深度脱除和水的循环利用，出水悬浮物浓度降至10mg/L以下，可使系统换热器、空冷器清洗频次减少90％。

在本公开的第一方面，提供了一种甲醇制烯烃急冷水沸腾床分离方法，该方法包括以下步骤：

甲醇原料在流化床反应器中反应，得到的产品气经多级旋风分离器回收催化剂颗粒后送至急冷塔洗涤降温，同时将产品气中夹带的催化剂细粉洗至急冷水中；

经急冷塔洗涤降温的产品气再送至水洗塔洗涤，再次降温并洗去产品气中冷凝下的油蜡类物质；

水洗水外排一部分去汽提塔，汽提水洗水中有机物后送至污水处理厂，剩余部分用于沸腾床分离器分离媒质再生；

急冷水和水洗水经换热器、空冷器回收热量并冷却降温后回用，分别在急冷系统和水洗系统中循环；

含催化剂颗粒的急冷水通过微旋流分离器对急冷水进行液固分离，去除水中较大的颗粒物；

微旋流分离器清液再经沸腾床分离器二次分离，脱除水中剩余颗粒物后返回急冷水循环系统；

通过沸腾床分离器连续运行一段时间后，通过汽提塔净化水或急冷水反向进料对分离媒质进行再生，释放其吸附的催化剂颗粒；以及

将微旋流分离器和沸腾床分离器浓缩的催化剂浆液送至浆液浓缩单元做进一步浓缩脱水处理。

在本公开中，所述急冷水的工作温度为95-115℃，固体颗粒为甲醇制烯烃催化剂细粉，通常为破碎的SAPO-34分子筛，含量为0.1-5.0g/L，优选0.1-1.0g/L，平均粒径为0.5-50μm，优选1-20μm。

在本公开中，所述净化方法包括微旋流分离和颗粒床过滤两种分离方式，通过两种分离方式串联组合应用来实现急冷水中催化剂的分级脱除。

较佳地，所述急冷水在经过微旋流分离后，水中催化剂平均粒径降至5μm以下，优选2.5μm以下；经过沸腾床分离后，水中催化剂含量降至10mg/L以下，平均粒径降至0.5μm以下。

较佳地，所述微旋流分离器的压力损失为0.15-0.30MPa，沸腾床分离器的压力损失为0.02-0.30MPa。

在本公开中，所述沸腾床分离器为间歇操作，分离操作时为颗粒床过滤，连续运行一定时间后切换至再生操作，通过反向通入汽提塔净化水或急冷水使分离媒质进行流化呈沸腾状，对其进行清洗再生，也可同时通入一定量氮气或蒸汽用于强化沸腾再生效果。

较佳地，所述沸腾床分离器在系统催化剂磨损量较小、急冷水催化剂平衡浓度较低时，可单独使用，不与微旋流分离器串联操作。

在本公开的第二方面，提供了一种甲醇制烯烃急冷水沸腾床分离装置，该装置包括：

与急冷塔相连的用于对急冷水催化剂预分离的微旋流分离器；以及与微旋流器相连的用于二级净化的沸腾床分离器。

较佳地，所述沸腾床分离器采用一种或多种颗粒状分离媒质，材质为对分子筛催化剂颗粒具有吸附性的有机或无机材料，分离媒质可以为石英砂、无烟煤、果壳、活性炭、碳球或陶瓷球等颗粒分离媒质，也可以是多种分离媒质的组合，通过分离媒质对水中颗粒的筛分、拦截、吸附等作用，使水中颗粒物含量随滤层深度逐渐降低，实现对急冷水的净化。

较佳地，所述沸腾床分离器通过顶部旋流三相分离装置中形成的旋流场增强分离媒质再生效果，同时实现沸腾再生时媒质颗粒的回收。

较佳地，本实用新型的甲醇制烯烃急冷水沸腾床分离装置可以推广到各种液体夹带微细颗粒的非均相分离场合。

以下参看附图。

图2是根据本实用新型的一个实施方式的甲醇制烯烃急冷水净化方法总体工艺流程示意图。如图2所示，反应物甲醇经加热后送至流化床反应器1-1，反应后的催化剂送入再生器1-2烧焦再生(再生得到的催化剂返回流化床反应器，CO₂等废气排出)，产品气经过多级旋风分离器回收催化剂颗粒后送至急冷塔1-3，部分粒径小于10微米的催化剂细粉随产品气进入急冷塔1-3，经急冷降温后去水洗塔1-8；急冷水循环系统中通过换热器1-4和空冷器1-5实现热量回收和对急冷水降温；急冷水组合净化系统主要由微旋流分离器1-6和沸腾床分离器1-7组成；急冷水由离心泵加压送至微旋流分离器1-6，对急冷水进行初级净化，去除水中较大颗粒物；微旋流分离器底流浊液送至浓缩系统，溢流清液送至沸腾床分离器1-7；微旋流分离器溢流清液经沸腾床分离器再次净化，脱除剩余颗粒物后返回急冷塔，浊液送至浓缩系统；经急冷塔洗涤降温的产品气再送至水洗塔洗涤，再次降温并洗去产品气中冷凝下的油蜡类物质(去烯烃分离)；水洗水外排一部分去汽提塔1-9，汽提水洗水中有机物后浓缩水送至污水处理厂，部分用于沸腾床分离器分离媒质再生；沸腾床分离器连续运行一段时间后，通过汽提塔净化水反向进料对分离媒质进行再生，释放其吸附的催化剂颗粒。

图3是根据本实用新型的另一个实施方式的甲醇制烯烃急冷水净化方法总体工艺流程示意图。该实施方式适用于催化剂磨损量较小、急冷水催化剂平衡浓度较低(<500mg/L)的MTO装置。如图3所示，该实施方式相比图2所示的实施方式，取消了微旋流分离器，仅用沸腾床分离器对急冷水进行净化，其他流程与图2一致。

图4是根据本实用新型的一个实施方式的沸腾床分离系统工艺流程示意图。如图4所示，沸腾床分离系统可由多台沸腾床分离器并联操作，正常运行时急冷水由设备顶部入口进料，底部出口出料，净化后的急冷水返回急冷塔；设备连续运行至压差上升到一定值时，设备轮流切换至反冲洗操作；反冲洗时，关闭设备进口阀2-1和出口阀2-2，打开排污阀2-3、排气阀2-4，同时打开氮气入口阀2-5和反洗阀2-6，通过净化水和氮气使分离器中颗粒床变为沸腾状，释放颗粒床中拦截和吸附的污染物，实现分离媒质的再生；再生出的污染物催化剂浆液由排污口排出，送至浓缩单元做进一步脱水处理，混合废气由排气口排出。

图5是根据本实用新型的一个实施方式的沸腾床分离器设备示意图。如图5所示，沸腾床分离器主要分为设备壳体3-1、颗粒床3-2、分隔板3-3、水帽3-4、进料分配器3-5、防涡器3-6、旋流三相分离器3-7等部分；正常运行时，急冷水由顶部入口管进入设备，经进料分配器送至颗粒床层，经颗粒床分离后，急冷水通过分隔板上的水帽，经防涡器后由底部出口送至后续处理单元；设备切换至反冲洗操作后，急冷水改由底部进料，同时混入氮气，由下向上穿过颗粒床层，使床层呈沸腾状，释放分离媒质间的污染物，使媒质再生；含分离媒质和污染物经顶部旋流三相分离器，使媒质颗粒在旋流场内洗涤，强化媒质再生，同时回收媒质颗粒，污染物随液相由设备侧面排污口排出，氮气由顶部排气口排出。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本实用新型。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本实用新型而不构成对本实用新型范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1：

在一个180万吨/年甲醇制烯烃工艺过程中，按照本公开的方法，采用沸腾床分离小试实验装置，用以对含有固体催化剂的急冷水进行侧线试验，其具体运作过程及效果描述如下：

1.物料性质及相关参数

甲醇制烯烃急冷水为液固两相混合物，水中含有固体催化剂颗粒和油，其中水为连续相，油和固体催化剂为分散相介质。实验装置处理量为50L/h，液相操作状态下密度为915.4kg/m³，粘度为0.255cP，操作温度为109℃，废催化剂含量为450mg/L，平均粒径为2.0μm，油含量为15mg/L。

2.急冷水净化装置

该装置为单台直径为72mm的沸腾床分离器，分离媒质为粒径为1～2mm的改性石英砂，颗粒床层高度为1000mm，单个过滤器处理量为50L/h。

3.实施过程

含催化剂细粉的甲醇制烯烃急冷水送至沸腾床分离实验装置，经颗粒床层后脱除水中颗粒物外排；连续运行至压差升高至0.3MPa后，切换反冲洗操作。

4.结果分析

通过微旋流和沸腾床分离组合净化，急冷水固含量由450mg/L降至30mg/L以下，去除率超过90％，沸腾床分离器操作平均压降为0.05MPa；测试期间经过1000小时连续运行及100次反冲洗再生操作后仍能持续保持超初始分离效果，分离效率超过90％。

实施例2：

在一个180万吨/年甲醇制烯烃工艺过程中，按照本公开的方法，采用微旋流分离和沸腾床分离组合装置，用以对含有固体催化剂的急冷水进行净化，达到对急冷水中的废催化剂微粒有效分离的目的，其具体运作过程及效果描述如下：

1.物料性质及相关参数

甲醇制烯烃急冷水为液固两相混合物，水中含有固体催化剂颗粒和油，其中水为连续相，油和固体催化剂为分散相介质。急冷水处理量为240t/h，液相操作状态下密度为915.4kg/m³，粘度为0.255cP，操作温度为109℃，废催化剂含量为450mg/L，平均粒径为2.0μm，油含量为15mg/L。

2.急冷水净化装置

该装置主要分为两部分，一部分为微旋流器组，单根微旋流器内径为25mm，单根处理量为0.8m³/h，300根并联壳装。另一部分为沸腾床分离器组，分离媒质为粒径为1～2mm的改性石英砂，颗粒床层高度为1400mm，单个过滤器处理量为50m³/h，6台并联使用，5开1备，轮流切换反冲洗。

3.实施过程

含催化剂细粉的甲醇制烯烃急冷水通过微旋流分离器组进行液固分离，去除水中较大的颗粒物；经微旋流分离器组初步净化的急冷水再送至沸腾床分离器组，脱除水中剩余颗粒物后返回急冷塔；沸腾床分离器组为6台并联工作，5开1备，连续运行至压差升高至0.3MPa后，轮流切换反冲洗；旋液分离器浓相和沸腾床分离器反冲洗液送至浓缩单元做进一步浓缩处理。

4.结果分析

通过微旋流和沸腾床分离组合净化，急冷水固含量由450mg/L降至10mg/L以下，去除率超过95％，微旋流器组操作压降为0.25MPa，沸腾床分离器操作平均压降为0.05MPa。

本实用新型通过将颗粒床过滤方法与微旋流分离器方法结合，在提高了分离精度的同时，避免了原有精密过滤方法压差升高快、反冲洗不彻底的缺陷，并且该方法相比精密过滤方法设备成本、能耗更低。

上述所列的实施例仅仅是本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依据本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本实用新型的技术范畴。

在本实用新型提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。