甲醇制烯烴工藝中急冷水和水洗水脫固除油的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種MTO/MTP急冷水和水洗水脫固除油的方法及裝置。本發(fā)明所述的方法主要包括對MTO/MTP急冷水進行超濾膜分離，超濾膜濃縮液進三相旋流分離器分離系統(tǒng)，回收催化劑及油；超濾膜透過液經(jīng)過冷卻回急冷水系統(tǒng)循環(huán)利用；對MTO/MTP水洗水進行超濾膜分離，超濾膜濃縮液進三相旋流分離器分離系統(tǒng)，回收催化劑及油；超濾膜透過液經(jīng)過冷卻回水洗水系統(tǒng)循環(huán)利用；本發(fā)明還提供了一種MTO/MTP急冷水和水洗水脫固除油的裝置。
【專利說明】甲醇制烯烴工藝中急冷水和水洗水脫固除油的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種甲醇制烯烴工藝中急冷水和水洗水脫固除油的方法及裝置急冷水和水洗水脫固除油的方法及裝置，具體地說涉及一種采用膜分離與三相旋流分離器集成耦合的工藝處理ΜΤ0/ΜΤΡ急冷水和水洗水，并達到系統(tǒng)內(nèi)部水循環(huán)的目的的方法及裝置，屬煤化工過程中工藝水處理與回用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]ΜΤ0/ΜΤΡ是以甲醇為原料，借助類似催化裂化裝置的流化床反應(yīng)形式，生產(chǎn)低碳烯烴的化工技術(shù)。該工藝主要包括反應(yīng)部分(反應(yīng)器和再生器)、產(chǎn)物凈化部分(急冷塔、水洗塔、堿洗塔和干燥塔)以及產(chǎn)物分離部分。[0003]US6166282公開了一種MTO流化床反應(yīng)器，在反應(yīng)器頂部安裝有一組旋風分離器。US0234281和CN1942558A公開了一種采用一套串聯(lián)或并聯(lián)組合運行的一個或多個固液旋風分離器或旋液分離器回收催化劑。CN200810042662.X公開了一種去除急冷水、水洗水中細微催化劑的微旋流濃縮方法與裝置。以上發(fā)明均存在分離精度低、催化劑回收不徹底、功能單一等缺點。CN101962235A公開了一種MTO工藝高溫廢水處理及回用方法，該發(fā)明報道了調(diào)堿、曝氣、過濾、微濾或超濾膜系統(tǒng)、高溫反滲透系統(tǒng)處理汽提塔釜底排出的少量高溫工藝廢水的方法，主要去除廢水中甲醇、二甲醚、乙酸、丙酸等，但在處理MTO工藝中大量急冷水及冷卻水回收催化劑及油方面沒有進行研究和報道，且該方法工藝復雜、試劑消耗量大，溫度高時有甲醇、二甲醚、乙酸、丙酸揮發(fā)。
[0004]ΜΤ0/ΜΤΡ反應(yīng)過程中，除目的產(chǎn)物低碳烯烴外，還大量水蒸汽、混合烷烴、芳香烴、焦炭等副產(chǎn)物，當催化劑和副產(chǎn)物共存于在急冷塔和水洗塔中，催化劑起架橋作用形成大顆粒物質(zhì)，磨損堵塞氣孔；急冷水和水洗水未經(jīng)處理，循環(huán)利用會導致反應(yīng)釜中催化劑富集；急冷水和水洗水未經(jīng)處理，直接排放導致水處理系統(tǒng)癱瘓；進入水洗塔中，經(jīng)過換熱后溫度降低，油性物質(zhì)析出，堵塞氣孔。采用超濾/三相旋流分離器集成工藝處理ΜΤ0/ΜΤΡ急冷水和水洗水，可有效去除催化劑及副產(chǎn)物，達到系統(tǒng)內(nèi)部水循環(huán)的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對甲醇制烯烴工藝(ΜΤ0/ΜΤΡ)中急冷水和水洗水處理過程中存在的問題，提出一種新的ΜΤ0/ΜΤΡ急冷水和水洗水脫固除油的方法及裝置。具體的技術(shù)方案是:
[0006]甲醇制烯烴工藝中急冷水和水洗水脫固除油的方法，包括如下步驟:對甲醇制烯烴工藝中的過程水送入超濾膜進行濃縮，濃縮液進入三相旋流分離器進行分離，頂部出料是回收油，側(cè)部出料是催化劑，底部出料返回至超濾膜的入口 ；所述的過程水是指急冷水或者水洗水。
[0007]本發(fā)明所述的甲醇制烯烴是提ΜΤ0(甲醇制乙烯)或者MTP(甲醇制丙烯)工藝。
[0008]上述步驟中，超濾膜的濾液返回至過程水中進行回用。
[0009]上述步驟中，超濾的跨膜壓差優(yōu)選是0.2~0.6MPa，更優(yōu)選0.3~0.4MPa。[0010]上述步驟中,超濾的膜面流速優(yōu)選為0.5~6m/s,更優(yōu)選3~4m/s。
[0011]上述步驟中，超濾的平均孔徑優(yōu)選為5~200nm，更優(yōu)選20~50nm。
[0012]上述步驟中，所述的過程水是急冷水，超濾的溫度優(yōu)選80~130°C，更優(yōu)選90~120 0C ;濃縮倍數(shù)是優(yōu)選5~50倍，更優(yōu)選10~20倍。
[0013]上述步驟中，所述的過程水是水洗水，超濾的溫度30~60°C ;優(yōu)選濃縮5~50倍。
[0014]上述步驟中，超濾步驟中的反沖壓力優(yōu)選是0.4~1.0MPa，最優(yōu)為0.6~0.8MPa ；反沖周期優(yōu)選20~120min,最優(yōu)為45~60min ;反沖時間優(yōu)選3~IOs,最優(yōu)為5~8s。
[0015]上述步驟中，三相旋流分離器壓降優(yōu)選為0.1~0.25Mpa，最優(yōu)為0.15~0.2MPa ；進口速度降優(yōu)為I~6m/s,最優(yōu)為3~5m/s。
[0016]上述的步驟中，濃縮液進入至微濾膜進行再次濃縮，得到微濾濃縮液，再將微濾濃縮液送至三相旋流分離器進行分離。
[0017]本發(fā)明的另一個目的是提供了一種甲醇制烯烴工藝中過程水脫固除油的裝置，包括有急冷水塔、水洗水塔，急冷水塔的底部與第一超濾膜組件的進口連接，第一超濾膜組件的滲透側(cè)連接至急冷水塔的急冷水進口處，第一超濾膜組件的截留側(cè)連接至第一三相旋流分離器連接，第一三相旋流分離器的頂部是油相出口、側(cè)部是催化劑出口、底部是水出口，底部連接至第一超濾膜組件的進口 ；水洗水塔的底部與第二超濾膜組件的進口連接，第二超濾膜組件的滲透側(cè)連接至水洗水塔的水洗水進口處，第二超濾膜組件的截留側(cè)連接至第二三相旋流分離器連接 ，第二三相旋流分離器的頂部是油相出口、側(cè)部是催化劑出口、底部是水出口，底部連接至第二超濾膜組件的進口。
[0018]作為上述裝置的改進，第一超濾膜組件的截留側(cè)連接于第一微濾膜組件，第一微濾膜組件的截留側(cè)與第一三相旋流分離器連接，第一微濾膜組件的滲透側(cè)連接于第一超濾膜組件的進口處；第二超濾膜組件的截留側(cè)連接于第二微濾膜組件，第二微濾膜組件的截留側(cè)與第二三相旋流分離器連接，第二微濾膜組件的滲透側(cè)連接于第二超濾膜組件的進口處。
[0019]有益效果
[0020]1.采用超濾膜從ΜΤ0/ΜΤΡ急冷水和水洗水濃縮催化劑，三相旋流分離器回收催化劑，回收率>98%，具有顯著的經(jīng)濟效益。
[0021]2.采用超濾膜從ΜΤ0/ΜΤΡ急冷水和水洗水濃縮油性物質(zhì)，三相旋流分離器回收油，油回收率>95%，具有顯著的經(jīng)濟效益。
[0022]3.該方法可杜絕催化劑在急冷塔及水洗塔中富集，降低催化劑架橋形成大顆粒概率，降低氣孔堵塞率、增加設(shè)備運行周期、降低設(shè)備維護費用、大大提高設(shè)備穩(wěn)定性及生產(chǎn)連續(xù)性。
[0023]4.降低油性物質(zhì)在換熱器表面富集，提高換熱效率，降低能耗。
[0024]5.采用管式超濾膜，具有膜運行穩(wěn)定、膜使用壽命長(3~10年)、膜更換費用低、膜清洗費用低、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)且穩(wěn)定等優(yōu)點。
[0025]6.采用超濾膜/三相旋流分離器從大量急冷水和水洗水中脫固除油，水可以直接回用于急冷水和水洗水系統(tǒng)，降低循環(huán)補充水量，具有很好的經(jīng)濟效益、社會效益。
[0026]7.急冷水和水洗水經(jīng)處理后，水體中催化劑及油含量大大降低，可有效防止直接排放后，后續(xù)水處理系統(tǒng)癱瘓。[0027]8.采用全封閉系統(tǒng)，水處理系統(tǒng)借用反應(yīng)釜本身壓力，能耗大大降低；無需調(diào)節(jié)pH，試劑消耗量??；采用超濾膜滲透測背壓的方式，應(yīng)用范圍更廣，溫度為80~130°C。
[0028]9.三相旋流分離器能實現(xiàn)油-水-固三相同時分離，與普通除油和除砂式旋流器相比，三相旋流器具有體積小、效率高、投資和操作費用較低等特點。
[0029]10.采用微濾膜進一步濃縮，大大提高水回收率，水回收率>90%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明提供的脫固除油裝置的流程圖。
[0031]圖2是另一種改進的脫固除油裝置的流程圖。
[0032]其中，1、反應(yīng)釜；2、急冷塔；3、水洗塔；4_1、第一超濾膜進料泵；4_2、第二超濾膜進料泵；5_1、第一超濾膜組件；5-2、第二超濾膜組件；6-1、第一三相旋流分離器；6-2、第二三相旋流分離器；7_1、第一換熱器；7-2、第二換熱器；8-1、第一增壓泵；8-2、第二增壓泵；9-1、第一微濾膜組件；9-2、第二微濾膜組件。
【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明所涉及的甲醇制烯烴工藝中過程水的脫固除油的方法主要是針對ΜΤ0(甲醇制乙烯)或者MTP(甲醇制丙烯)工藝，在該工藝過程中的過程水主要是指急冷水和水洗水。急冷水溫度通常為80~130°C，催化劑含量為50~5000mg/L，油含量50~500mg/L ；水洗水溫度通常為30~80°C，催化劑含量為50~500mg/L，油含量1000~10000mg/L。
[0034]如圖1所示，本發(fā)明涉及的裝置及流程。甲醇進入反應(yīng)釜1，在催化劑的作用下反應(yīng)生成產(chǎn)物及副產(chǎn)物。產(chǎn)物及副產(chǎn)物以氣體形式夾帶部分催化劑進入急冷塔2，在急冷塔2中大部分催化劑進入水相。急冷塔2底部出來的水在第一超濾膜進料泵4-1的推動下，進入第一超濾膜組件5-1，超濾膜濃縮液進入第一三相旋流分離器6-1，第一三相旋流分離器6-1頂端出料回收油，側(cè)部出料回收催化劑，底部出料回第一超濾膜進料泵4-1前進入陶瓷膜系統(tǒng)，超濾膜清液與急冷塔2中上部排出的急冷水合并后進入第一換熱器7-1，換熱后的急冷水由第一增壓泵8-1輸送回急冷塔2。急冷塔2頂部氣體進入水洗塔3，水體塔3底部出來的水在第二超濾膜進料泵4-2的推動下，進入第二超濾膜膜元件5-2，超濾膜濃縮液進入第二三相旋流分離器6-2，頂端出料回收油，側(cè)部出料回收催化劑，底部出料回第二超濾膜進料泵4-2前進入陶瓷膜系統(tǒng)，超濾膜清液與水洗塔3中上部排出的急冷水合并后進入第二換熱器7-2，換熱后的水洗水由第二增壓泵8-2輸送回水洗塔3。
[0035]本發(fā)明的技術(shù)原理如下:由于在急冷水與水洗水中是含有一定量的催化劑，如果將其送入廢水處理系統(tǒng)之后，會造成催化劑的浪費，首先通過超濾膜濃縮之后，可以得到較為純凈的超濾透過液，而催化劑、油質(zhì)等都會留存于超濾的濃縮液中，再進一步地通過三相旋流分離器對油質(zhì)、催化劑進行分離，在三相旋流分離器中，頂部為分離出的油性物質(zhì)，側(cè)部為分離出的催化劑，而底部為含有一定量催化劑、油脂的水，這些底部的水可以再返回至超濾膜過濾系統(tǒng)中進行回用。
[0036] 在對急冷水與水洗水進行超濾過程中，如果超濾的跨膜壓差過大，會導致油性物質(zhì)受到擠壓透過超濾膜，而且會容易造成較嚴重的膜面污染；如果超濾的跨膜壓差過小，會導致濃縮倍數(shù)無法提高，在低濃縮倍數(shù)下，三相旋流分離器無法較好地將催化劑、水、油性物質(zhì)分離，導致了分離效率低、回收率低?？缒翰顑?yōu)選為0.2~0.6MPa，更優(yōu)選0.3~
0.4MPa。。由于急冷水的壓力和溫度會較高，為了維持跨膜壓差在合理的范圍內(nèi)，可以在超濾膜的背壓側(cè)加壓，以控制跨膜壓力。
[0037]如果超濾過程中的膜面流速過大，會導致膜面無法形成較好的濾餅層，這些濾餅層能夠起到進一步地截留油性物質(zhì)的作用，則會導致油性物質(zhì)透過超濾膜；如果膜面流速過小，則會導致超濾的通量過小，使?jié)饪s倍數(shù)無法進一步地提高，使得濃縮液中的水含量過高，進而導致三相旋流分離器的分離效率低、分離效果差。膜面流速優(yōu)選為0.5~6m/s，更優(yōu)選3~4m/ s。
[0038]如果使用的超濾膜的平均孔徑過小，則會導致滲透通量低、無法滿足工程所需，使?jié)饪s倍數(shù)低，使三相旋流分離中的效率降低；如果平均孔徑過大，會導致有較多的油性物質(zhì)和催化劑透過膜層，使油質(zhì)和催化劑的回收率受到損失。平均孔徑優(yōu)選為5~200nm，更優(yōu)選 20 ~50nm。
[0039]超濾過程中，如果溫度過高，會導致油性物質(zhì)在水中的溶解性和分散性提高，使超濾膜的截留率下降，而且容易破壞掉在膜孔內(nèi)形成的水的連續(xù)相，使油質(zhì)進入滲透側(cè)；如果溫度過低，會導致料液的粘度過低，進而會使過濾通量偏低，使?jié)饪s倍數(shù)偏小。對于急冷水的超濾中，過濾溫度是80~130°C，更優(yōu)選90~120°C ;對于水洗水的超濾中，過濾溫度優(yōu)選為30~60°C。
[0040]對于急冷水的超濾中優(yōu)選濃縮5~50倍，更優(yōu)選10~20倍。對于水洗水的超濾中優(yōu)選濃縮5~50倍。
[0041]在超濾的過程中，可以進行反沖措施，用于減緩膜污染并恢復通量。如果反沖強度過高(例如:反沖壓力過高、反沖周期過短或者反沖時間長)，會導致膜表面無法形成穩(wěn)定的濾餅層，使油質(zhì)的截留率偏低。如果反沖強度過小，會導致過濾通量小、濃縮倍數(shù)小，進而使三相旋流分離的效率不高。反沖壓力優(yōu)選是0.4~1.0MPa，最優(yōu)為0.6~0.8MPa ;反沖周期優(yōu)選20~120min,最優(yōu)為45~60min ;反沖時間優(yōu)選3~IOs,最優(yōu)為5~8s。
[0042]在三相旋流分離器中，膜分離的濃縮液是從側(cè)面進入分離器，分離器的頂部可以使油質(zhì)得到分離，分離器的另一方面的側(cè)壁上可以分離出催化劑，而在底部為水，水中仍然含有一部分油質(zhì)和催化劑，因此需要送入超濾膜的入口進行回用。三相旋流分離器壓降優(yōu)選為0.1~0.25Mpa，最優(yōu)為0.15~0.2MPa ;進口速度優(yōu)選為I~6m/s，最優(yōu)為3~5m/s。
[0043]作為上述方案的改進，如圖2所示的裝置，與圖1的區(qū)別在于第一超濾膜組件(5-1)的截留側(cè)連接于第一微濾膜組件(9-1)的進口，第一微濾膜的截留側(cè)與第一三相旋流分離器(6-1)連接，第一微濾膜組件(9-1)的滲透側(cè)再與第一超濾膜組件(5-1)的進口連接；第二超濾膜組件(5-1)的截留側(cè)連接于第二微濾膜組件(9-1)的進口，第二微濾膜的截留側(cè)與第二三相旋流分離器出-1)連接，第二微濾膜組件(9-1)的滲透側(cè)再與第二超濾膜組件(5-1)的進口連接。這種改進工藝中需要對超濾膜的濃縮液進行微濾之后，再將微濾的濃縮液送入三相旋流分離器進行分離。由于超濾膜的截留率較高，其濃縮液中還包括有一定量的石蠟等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在引入至三相旋流分離器中會使分離效率不高，有一部分的油脂與催化劑會留存于濃縮液中從旋流分離器的底部流出，使回收率得不到提高。由于微濾膜的孔徑大于超濾膜，其具有更低的操作壓力，以及可以透過一部分料液，使?jié)饪s液的濃縮倍數(shù)進一步地提高，并且排除出一部分的雜質(zhì)，將微濾的濃縮液進行三相旋流分離時，相對于直接用超濾濃縮液可以使分離得到的油質(zhì)和催化劑的回收率得到提高。優(yōu)選的微濾膜的平均孔徑是200nm~500nm ;微濾的跨膜壓差是0.05MPa~0.3MPa，膜面流速是4 ~5m/ s。
[0044]以下實施例中采用上述的裝置及裝置對甲醇制烯烴工藝中的過程水進行脫固除油處理，其中需要考察油的回收率、催化劑的回收率與水的回收率，油的回收率是指三相旋流分離器中得到的油的重量與過程水中的油的重量的比值，催化劑的回收率是三相旋流分離器中得到的催化劑的重量與過程水中催化劑的重量的比值，水的回收率是超濾膜滲透液與進料液體積的比值。
[0045]實施例1
[0046]如圖1所示的裝置流程，甲醇進入反應(yīng)釜1，在催化劑的作用下反應(yīng)生成產(chǎn)物及副產(chǎn)物。產(chǎn)物及副產(chǎn)物以氣體形式夾帶部分催化劑進入急冷塔2，急冷塔2底部出來的急冷水水質(zhì)為溫度115°C，催化劑含量189mg/L，油含量510mg/L。在第一超濾膜進料泵4_1的推動下，進入第一超濾膜組件5-1，內(nèi)部安裝的超濾膜是氧化鈦膜，超濾膜在不同壓力條件下工作，同時也可以加背壓形成跨膜壓差，膜面流速5m/s，孔徑5nm，溫度87°C，滲透側(cè)背壓
0.2MPa ;反沖條件為0.8MPa，反沖周期45min，反沖時間6s。氧化鈦超濾膜濃縮液進入第一三相旋流分離器6-1，壓降為0.15Mpa，進口速度為3m/s，第一三相旋流分離器6-1頂端出料回收油，側(cè)部出料回收催化劑，底部出料回第一超濾膜進料泵4-1前進入第一超濾膜組件，超濾膜清液與急冷塔2中上部排出的急冷水合并后進入第一換熱器7-1，換熱后的急冷水由第一增壓泵8-1輸送回急冷塔2。在不同跨膜壓差條件下的油回收率、催化劑回收率如表1-1所示。
[0047]表1-1不同跨膜壓差條件下的油回收率、催化劑回收率
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種甲醇制烯烴工藝中急冷水和水洗水脫固除油的方法，其特征在于，包括如下步驟:對甲醇制烯烴工藝中的過程水送入超濾膜進行濃縮，濃縮液進三相旋流分離器進行分離，頂部出料是回收油，側(cè)部出料是催化劑，底部出料返回至超濾膜的入口 ；所述的過程水是指急冷水或者水洗水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制烯烴工藝中急冷水和水洗水脫固除油的方法，其特征在于:超濾的跨膜壓差是0.2~0.6Mpa ;膜面流速為0.5~6m/s ;超濾的平均孔徑為5~200nm,反沖壓力是0.4~1.0Mpa ;反沖周期為20~120min ;反沖時間是3~IOs ;三相旋流分離器壓降為0.1~0.25Mpa,進口速度為I~6 m/s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制烯烴工藝中急冷水和水洗水脫固除油的方法，其特征在于:超濾的跨膜壓差是0.3~0.4Mpa ；，膜面流速是3~4m/s ;超濾的平均孔徑為20~50nm ;反沖壓力是0.6~0.8MPa ;反沖周期為45~60min ;反沖時間為5~8s ;三相旋流分離器壓降為0.15~0.2Mpa,進口速度為3~5 m/s ;。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制烯烴工藝中急冷水和水洗水脫固除油的方法，其特征在于:所述的過程 水是急冷水，超濾的溫度80~130°C，濃縮倍數(shù)是5~50倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制烯烴工藝中急冷水和水洗水脫固除油的方法，其特征在于:所述的過程水是水洗水，超濾的溫度30~80°C ;優(yōu)選濃縮5~50倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制烯烴工藝中急冷水和水洗水脫固除油的方法，其特征在于:濃縮液進入至微濾膜進行再次濃縮，得到微濾濃縮液，再將微濾濃縮液送至三相旋流分離器進行分離。
7.一種甲醇制烯烴工藝中過程水脫固除油的裝置，其特征在于:包括有急冷水塔(2)、水洗水塔(3)，急冷水塔(I)的底部與第一超濾膜組件(5-1)的進口連接，第一超濾膜組件(5-1)的滲透側(cè)連接至急冷水塔(2)的急冷水進口處，第一超濾膜組件(5-1)的截留側(cè)連接至第一三相旋流分離器(6-1)連接，第一三相旋流分離器(6-1)的頂部是油相出口、側(cè)部是催化劑出口、底部是水出口，底部連接至第一超濾膜組件(5-1)的進口 ；水洗水塔(3)的底部與第二超濾膜組件(5-2)的進口連接，第二超濾膜組件(5-2)的滲透側(cè)連接至水洗水塔(3)的水洗水進口處，第二超濾膜組件(5-2)的截留側(cè)連接至第二三相旋流分離器(6-2)連接，第二三相旋流分離器(6-2)的頂部是油相出口、側(cè)部是催化劑出口、底部是水出口，底部連接至第二超濾膜組件(5-2)的進口。
8.根據(jù)權(quán)利要求9所述的甲醇制烯烴工藝中過程水脫固除油的裝置，其特征在于:第一超濾膜組件(5-1)的截留側(cè)連接于第一微濾膜組件(9-1)，第一微濾膜組件(9-1)的截留側(cè)與第一三相旋流分離器(6-1)連接，第一微濾膜組件(9-1)的滲透側(cè)連接于第一超濾膜組件(5-1)的進口處；第二超濾膜組件(5-2)的截留側(cè)連接于第二微濾膜組件(9-2)，第二微濾膜組件(9-2)的截留側(cè)與第二三相旋流分離器(6-2)連接，第二微濾膜組件(9-2)的滲透側(cè)連接于第二超濾膜組(5-2)件的進口處。
【文檔編號】C07C1/20GK103951098SQ201410173205
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】姜海鳳, 彭文博, 吳正雷, 項娟, 王肖虎, 張建嵩 申請人:江蘇久吾高科技股份有限公司