甲醇制烯烃工艺中急冷水和水洗水脱固除油的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种甲醇制烯烃工艺中急冷水和水洗水脱固除油装置。包括有急冷水塔、水洗水塔，急冷水塔的底部与第一超滤膜组件的进口连接，第一超滤膜组件的渗透侧连接至急冷水塔的急冷水进口处，第一超滤膜组件的截留侧连接至第一三相旋流分离器连接，第一三相旋流分离器的顶部是油相出口、侧部是催化剂出口、底部是水出口，底部连接至第一超滤膜组件的进口；水洗水塔的底部与第二超滤膜组件的进口连接，第二超滤膜组件的渗透侧连接至水洗水塔的水洗水进口处，第二超滤膜组件的截留侧连接至第二三相旋流分离器连接，第二三相旋流分离器的顶部是油相出口、侧部是催化剂出口、底部是水出口，底部连接至第二超滤膜组件的进口。
【专利说明】甲醇制烯烃工艺中急冷水和水洗水脱固除油的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种甲醇制烯烃工艺中急冷水和水洗水脱固除油的装置，具体地说涉及一种采用膜分离与三相旋流分离器集成耦合的工艺处理ΜΤ0/ΜΤΡ急冷水和水洗水，并达到系统内部水循环的目的的装置，属煤化工过程中工艺水处理与回用领域。
【背景技术】
[0002]ΜΤ0/ΜΤΡ是以甲醇为原料，借助类似催化裂化装置的流化床反应形式，生产低碳烯烃的化工技术。该工艺主要包括反应部分(反应器和再生器)、产物净化部分(急冷塔、水洗塔、碱洗塔和干燥塔)以及产物分离部分。
[0003]US6166282公开了一种MTO流化床反应器，在反应器顶部安装有一组旋风分离器。US0234281和CN1942558A公开了一种采用一套串联或并联组合运行的一个或多个固液旋风分离器或旋液分离器回收催化剂。CN200810042662.X公开了一种去除急冷水、水洗水中细微催化剂的微旋流浓缩方法与装置。以上实用新型均存在分离精度低、催化剂回收不彻底、功能单一等缺点。CN101962235A公开了一种MTO工艺高温废水处理及回用方法，该实用新型报道了调碱、曝气、过滤、微滤或超滤膜系统、高温反渗透系统处理汽提塔釜底排出的少量高温工艺废水的方法，主要去除废水中甲醇、二甲醚、乙酸、丙酸等，但在处理MTO工艺中大量急冷水及冷却水回收催化剂及油方面没有进行研究和报道，且该方法工艺复杂、试齐U消耗量大，温度高时有甲醇、二甲醚、乙酸、丙酸挥发。
[0004]ΜΤ0/ΜΤΡ反应过程中，除目的产物低碳烯烃外，还大量水蒸汽、混合烷烃、芳香烃、焦炭等副产物，当催化剂和副产物共存于在急冷塔和水洗塔中，催化剂起架桥作用形成大颗粒物质，磨损堵塞气孔；急冷水和水洗水未经处理，循环利用会导致反应釜中催化剂富集；急冷水和水洗水未经处理，直接排放导致水处理系统瘫痪；进入水洗塔中，经过换热后温度降低，油性物质析出，堵塞气孔。采用超滤/三相旋流分离器集成工艺处理ΜΤ0/ΜΤΡ急冷水和水洗水，可有效去除催化剂及副产物，达到系统内部水循环的目的。
实用新型内容
[0005]本实用新型针对甲醇制烯烃工艺(ΜΤ0/ΜΤΡ)中急冷水和水洗水处理过程中存在的问题，提出一种新的ΜΤ0/ΜΤΡ急冷水和水洗水脱固除油的方法及装置。具体的技术方案是:
[0006]甲醇制烯烃工艺中急冷水和水洗水脱固除油的方法，包括如下步骤:对甲醇制烯烃工艺中的过程水送入超滤膜进行浓缩，浓缩液进入三相旋流分离器进行分离，顶部出料是回收油，侧部出料是催化剂，底部出料返回至超滤膜的入口 ；所述的过程水是指急冷水或者水洗水。
[0007]本实用新型所述的甲醇制烯烃是提MTO(甲醇制乙烯)或者MTP(甲醇制丙烯)工艺。
[0008]上述步骤中，超滤膜的滤液返回至过程水中进行回用。[0009]上述步骤中，超滤的跨膜压差优选是0.2?0.6MPa，更优选0.3?0.4MPa。
[0010]上述步骤中，超滤的膜面流速优选为0.5?6m/s,更优选3?4m/s。
[0011]上述步骤中，超滤的平均孔径优选为5?200nm，更优选20?50nm。
[0012]上述步骤中，所述的过程水是急冷水，超滤的温度优选80?130°C，更优选90?120 0C ;浓缩倍数是优选5?50倍，更优选10?20倍。
[0013]上述步骤中，所述的过程水是水洗水，超滤的温度30?60°C ;优选浓缩5?50倍。
[0014]上述步骤中，超滤步骤中的反冲压力优选是0.4?1.0MPa，最优为0.6?0.8MPa ；反冲周期优选20?120min,最优为45?60min ;反冲时间优选3?1s,最优为5?8s。
[0015]上述步骤中，三相旋流分离器压降优选为0.1?0.25Mpa，最优为0.15?0.2MPa ；进口速度降优为I?6m/s,最优为3?5m/s。
[0016]上述的步骤中，浓缩液进入至微滤膜进行再次浓缩，得到微滤浓缩液，再将微滤浓缩液送至三相旋流分离器进行分离。
[0017]本实用新型的另一个目的是提供了一种甲醇制烯烃工艺中过程水脱固除油的装置，包括有急冷水塔、水洗水塔，急冷水塔的底部与第一超滤膜组件的进口连接，第一超滤膜组件的渗透侧连接至急冷水塔的急冷水进口处，第一超滤膜组件的截留侧连接至第一三相旋流分离器连接，第一三相旋流分离器的顶部是油相出口、侧部是催化剂出口、底部是水出口，底部连接至第一超滤膜组件的进口 ；水洗水塔的底部与第二超滤膜组件的进口连接，第二超滤膜组件的渗透侧连接至水洗水塔的水洗水进口处，第二超滤膜组件的截留侧连接至第二三相旋流分离器连接，第二三相旋流分离器的顶部是油相出口、侧部是催化剂出口、底部是水出口，底部连接至第二超滤膜组件的进口。
[0018]作为上述装置的改进，第一超滤膜组件的截留侧连接于第一微滤膜组件，第一微滤膜组件的截留侧与第一三相旋流分离器连接，第一微滤膜组件的渗透侧连接于第一超滤膜组件的进口处；第二超滤膜组件的截留侧连接于第二微滤膜组件，第二微滤膜组件的截留侧与第二三相旋流分离器连接，第二微滤膜组件的渗透侧连接于第二超滤膜组件的进口处。
[0019]有益效果
[0020]1.采用超滤膜从ΜΤ0/ΜΤΡ急冷水和水洗水浓缩催化剂，三相旋流分离器回收催化齐U，回收率>98%，具有显著的经济效益。
[0021]2.采用超滤膜从ΜΤ0/ΜΤΡ急冷水和水洗水浓缩油性物质，三相旋流分离器回收油，油回收率>95%，具有显著的经济效益。
[0022]3.该方法可杜绝催化剂在急冷塔及水洗塔中富集，降低催化剂架桥形成大颗粒概率，降低气孔堵塞率、增加设备运行周期、降低设备维护费用、大大提高设备稳定性及生产连续性。
[0023]4.降低油性物质在换热器表面富集，提高换热效率，降低能耗。
[0024]5.采用管式超滤膜，具有膜运行稳定、膜使用寿命长(3?10年)、膜更换费用低、膜清洗费用低、产品质量优且稳定等优点。
[0025]6.采用超滤膜/三相旋流分离器从大量急冷水和水洗水中脱固除油，水可以直接回用于急冷水和水洗水系统，降低循环补充水量，具有很好的经济效益、社会效益。
[0026]7.急冷水和水洗水经处理后，水体中催化剂及油含量大大降低，可有效防止直接排放后，后续水处理系统瘫痪。
[0027]8.采用全封闭系统，水处理系统借用反应釜本身压力，能耗大大降低；无需调节pH，试剂消耗量小；采用超滤膜渗透测背压的方式，应用范围更广，温度为80?130°C。
[0028]9.三相旋流分离器能实现油-水-固三相同时分离，与普通除油和除砂式旋流器相比，三相旋流器具有体积小、效率高、投资和操作费用较低等特点。
[0029]10.采用微滤膜进一步浓缩，大大提高水回收率，水回收率>90%。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本实用新型提供的脱固除油装置的流程图。
[0031]图2是另一种改进的脱固除油装置的流程图。
[0032]其中，1、反应釜；2、急冷塔；3、水洗塔；4_1、第一超滤膜进料泵；4_2、第二超滤膜进料泵；5_1、第一超滤膜组件；5-2、第二超滤膜组件；6-1、第一三相旋流分离器；6-2、第二三相旋流分离器；7_1、第一换热器；7-2、第二换热器；8-1、第一增压泵；8-2、第二增压泵；9-1、第一微滤膜组件；9-2、第二微滤膜组件。
【具体实施方式】
[0033]本实用新型所涉及的甲醇制烯烃工艺中过程水的脱固除油的方法主要是针对MTO(甲醇制乙烯)或者MTP(甲醇制丙烯)工艺，在该工艺过程中的过程水主要是指急冷水和水洗水。急冷水温度通常为80?130°C，催化剂含量为50?5000mg/L，油含量50?500mg/L ;水洗水温度通常为30?80 °C，催化剂含量为50?500mg/L，油含量1000?10000mg/L。
[0034]如图1所示，本实用新型涉及的装置及流程。甲醇进入反应釜1，在催化剂的作用下反应生成产物及副产物。产物及副产物以气体形式夹带部分催化剂进入急冷塔2，在急冷塔2中大部分催化剂进入水相。急冷塔2底部出来的水在第一超滤膜进料泵4-1的推动下，进入第一超滤膜组件5-1，超滤膜浓缩液进入第一三相旋流分离器6-1，第一三相旋流分离器6-1顶端出料回收油，侧部出料回收催化剂，底部出料回第一超滤膜进料泵4-1前进入陶瓷膜系统，超滤膜清液与急冷塔2中上部排出的急冷水合并后进入第一换热器7-1，换热后的急冷水由第一增压泵8-1输送回急冷塔2。急冷塔2顶部气体进入水洗塔3，水体塔3底部出来的水在第二超滤膜进料泵4-2的推动下，进入第二超滤膜膜元件5-2，超滤膜浓缩液进入第二三相旋流分离器6-2，顶端出料回收油，侧部出料回收催化剂，底部出料回第二超滤膜进料泵4-2前进入陶瓷膜系统，超滤膜清液与水洗塔3中上部排出的急冷水合并后进入第二换热器7-2，换热后的水洗水由第二增压泵8-2输送回水洗塔3。
[0035]本实用新型的技术原理如下:由于在急冷水与水洗水中是含有一定量的催化剂，如果将其送入废水处理系统之后，会造成催化剂的浪费，首先通过超滤膜浓缩之后，可以得到较为纯净的超滤透过液，而催化剂、油质等都会留存于超滤的浓缩液中，再进一步地通过三相旋流分离器对油质、催化剂进行分离，在三相旋流分离器中，顶部为分离出的油性物质，侧部为分离出的催化剂，而底部为含有一定量催化剂、油脂的水，这些底部的水可以再返回至超滤膜过滤系统中进行回用。
[0036]在对急冷水与水洗水进行超滤过程中，如果超滤的跨膜压差过大，会导致油性物质受到挤压透过超滤膜，而且会容易造成较严重的膜面污染；如果超滤的跨膜压差过小，会导致浓缩倍数无法提高，在低浓缩倍数下，三相旋流分离器无法较好地将催化剂、水、油性物质分离，导致了分离效率低、回收率低。跨膜压差优选为0.2?0.6MPa，更优选0.3?0.4MPa。。由于急冷水的压力和温度会较高，为了维持跨膜压差在合理的范围内，可以在超滤膜的背压侧加压，以控制跨膜压力。
[0037]如果超滤过程中的膜面流速过大，会导致膜面无法形成较好的滤饼层，这些滤饼层能够起到进一步地截留油性物质的作用，则会导致油性物质透过超滤膜；如果膜面流速过小，则会导致超滤的通量过小，使浓缩倍数无法进一步地提高，使得浓缩液中的水含量过高，进而导致三相旋流分离器的分离效率低、分离效果差。膜面流速优选为0.5?6m/s，更优选3?4m/ s。
[0038]如果使用的超滤膜的平均孔径过小，则会导致渗透通量低、无法满足工程所需，使浓缩倍数低，使三相旋流分离中的效率降低；如果平均孔径过大，会导致有较多的油性物质和催化剂透过膜层，使油质和催化剂的回收率受到损失。平均孔径优选为5?200nm，更优选 20 ?50nm。
[0039]超滤过程中，如果温度过高，会导致油性物质在水中的溶解性和分散性提高，使超滤膜的截留率下降，而且容易破坏掉在膜孔内形成的水的连续相，使油质进入渗透侧；如果温度过低，会导致料液的粘度过低，进而会使过滤通量偏低，使浓缩倍数偏小。对于急冷水的超滤中，过滤温度是80?130°C，更优选90?120°C ;对于水洗水的超滤中，过滤温度优选为30?60°C。
[0040]对于急冷水的超滤中优选浓缩5?50倍，更优选10?20倍。对于水洗水的超滤中优选浓缩5?50倍。
[0041]在超滤的过程中，可以进行反冲措施，用于减缓膜污染并恢复通量。如果反冲强度过高(例如:反冲压力过高、反冲周期过短或者反冲时间长)，会导致膜表面无法形成稳定的滤饼层，使油质的截留率偏低。如果反冲强度过小，会导致过滤通量小、浓缩倍数小，进而使三相旋流分离的效率不高。反冲压力优选是0.4?1.0MPa,最优为0.6?0.8MPa ;反冲周期优选20?120min,最优为45?60min ;反冲时间优选3?1s,最优为5?8s。
[0042]在三相旋流分离器中，膜分离的浓缩液是从侧面进入分离器，分离器的顶部可以使油质得到分离，分离器的另一方面的侧壁上可以分离出催化剂，而在底部为水，水中仍然含有一部分油质和催化剂，因此需要送入超滤膜的入口进行回用。三相旋流分离器压降优选为0.1?0.25Mpa，最优为0.15?0.2MPa ;进口速度优选为I?6m/s，最优为3?5m/s。
[0043]作为上述方案的改进，如图2所示的装置，与图1的区别在于第一超滤膜组件(5-1)的截留侧连接于第一微滤膜组件(9-1)的进口，第一微滤膜的截留侧与第一三相旋流分离器(6-1)连接，第一微滤膜组件(9-1)的渗透侧再与第一超滤膜组件(5-1)的进口连接；第二超滤膜组件(5-1)的截留侧连接于第二微滤膜组件(9-1)的进口，第二微滤膜的截留侧与第二三相旋流分离器出-1)连接，第二微滤膜组件(9-1)的渗透侧再与第二超滤膜组件(5-1)的进口连接。这种改进工艺中需要对超滤膜的浓缩液进行微滤之后，再将微滤的浓缩液送入三相旋流分离器进行分离。由于超滤膜的截留率较高，其浓缩液中还包括有一定量的石蜡等杂质，这些杂质在引入至三相旋流分离器中会使分离效率不高，有一部分的油脂与催化剂会留存于浓缩液中从旋流分离器的底部流出，使回收率得不到提高。由于微滤膜的孔径大于超滤膜，其具有更低的操作压力，以及可以透过一部分料液，使浓缩液的浓缩倍数进一步地提高，并且排除出一部分的杂质，将微滤的浓缩液进行三相旋流分离时，相对于直接用超滤浓缩液可以使分离得到的油质和催化剂的回收率得到提高。优选的微滤膜的平均孔径是200nm~500nm ;微滤的跨膜压差是0.05MPa~0.3MPa，膜面流速是4 ~5m/ s。
[0044]以下实施例中采用上述的装置及装置对甲醇制烯烃工艺中的过程水进行脱固除油处理，其中需要考察油的回收率、催化剂的回收率与水的回收率，油的回收率是指三相旋流分离器中得到的油的重量与过程水中的油的重量的比值，催化剂的回收率是三相旋流分离器中得到的催化剂的重量与过程水中催化剂的重量的比值，水的回收率是超滤膜渗透液与进料液体积的比值。
[0045]实施例1
[0046]如图1所示的装置流程，甲醇进入反应釜1，在催化剂的作用下反应生成产物及副产物。产物及副产物以气体形式夹带部分催化剂进入急冷塔2，急冷塔2底部出来的急冷水水质为温度115°C，催化剂含量189mg/L，油含量510mg/L。在第一超滤膜进料泵4_1的推动下，进入第一超滤膜组件5-1，内部安装的超滤膜是氧化钛膜，超滤膜在不同压力条件下工作，同时也可以加背压形成跨膜压差，膜面流速5m/s，孔径5nm，温度87°C，渗透侧背压0.2MPa ;反冲条件为0.8MPa，反冲周期45min，反冲时间6s。氧化钛超滤膜浓缩液进入第一三相旋流分离器6-1，压降为0.15Mpa，进口速度为3m/s，第一三相旋流分离器6-1顶端出料回收油，侧部出料回收催化剂，底部出料回第一超滤膜进料泵4-1前进入第一超滤膜组件，超滤膜清液与 急冷塔2中上部排出的急冷水合并后进入第一换热器7-1，换热后的急冷水由第一增压泵8-1输送回急冷塔2。在不同跨膜压差条件下的油回收率、催化剂回收率如表1-1所示。
[0047]表1-1不同跨膜压差条件下的油回收率、催化剂回收率
[0048]
【权利要求】
1.一种甲醇制烯烃工艺中过程水脱固除油的装置，其特征在于:包括有急冷水塔(2)、水洗水塔(3)，急冷水塔(I)的底部与第一超滤膜组件(5-1)的进口连接，第一超滤膜组件(5-1)的渗透侧连接至急冷水塔(2)的急冷水进口处，第一超滤膜组件(5-1)的截留侧连接至第一三相旋流分离器(6-1)连接，第一三相旋流分离器(6-1)的顶部是油相出口、侧部是催化剂出口、底部是水出口，底部连接至第一超滤膜组件(5-1)的进口 ；水洗水塔(3)的底部与第二超滤膜组件(5-2)的进口连接，第二超滤膜组件(5-2)的渗透侧连接至水洗水塔(3)的水洗水进口处，第二超滤膜组件(5-2)的截留侧连接至第二三相旋流分离器(6-2)连接，第二三相旋流分离器(6-2)的顶部是油相出口、侧部是催化剂出口、底部是水出口，底部连接至第二超滤膜组件(5-2)的进口。
2.根据权利要求1所述的甲醇制烯烃工艺中过程水脱固除油的装置，其特征在于:第一超滤膜组件(5-1)的截留侧连接于第一微滤膜组件(9-1)，第一微滤膜组件(9-1)的截留侧与第一三相旋流分离器(6-1)连接，第一微滤膜组件(9-1)的渗透侧连接于第一超滤膜组件(5-1)的进口处；第二超滤膜组件(5-2)的截留侧连接于第二微滤膜组件(9-2)，第二微滤膜组件(9-2)的截留侧与第二三相旋流分离器(6-2)连接，第二微滤膜组件(9-2)的渗透侧连接于第二超滤膜组(5-2)件的进口处。
3.根据权利要求1所述的甲醇制烯烃工艺中过程水脱固除油的装置，其特征在于:第一超滤膜组件(5-1)和第二超滤膜组件(5-2)的平均孔径为5?200nm。
4.根据权利要求3所述的甲醇制烯烃工艺中过程水脱固除油的装置，其特征在于:所述的平均孔径是20?50nm。
5.根据权利要求2所述的甲醇制烯烃工艺中过程水脱固除油的装置，其特征在于:微滤膜的平均孔径是200 nm?500 nm。
【文档编号】C07C11/06GK203820559SQ201420208889
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】姜海凤, 彭文博, 吴正雷, 项娟, 王肖虎, 张建嵩 申请人:江苏久吾高科技股份有限公司