专利名称：Mto急冷水和水洗水微旋流脱固方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于煤转化技术领域，涉及一种采用微旋流分离器去除MTO工艺过程 急冷水和水洗水中存在的少量催化剂颗粒的方法，适于处理包括MTO工艺急冷水、 水洗水在内的固-液非均相分离过程。具体地说，本发明提供了一种MTO急冷水和 水洗水微旋流脱固方法与装置。
背景技术：
MTO (甲醇制烯烃)工艺催化剂颗粒分离属于物理固-液分离范畴，即液脱固。 当前传统的物理固-液分离技术主要可以分为过滤、沉降、静电分离、离心分离、 膜分离等。最近几年随着处理微细料浆的增加，膜技术将会成为以后的重点发展方 向，根据分离原理膜分离技术也属于过滤分离的范畴。现阶段根据所处理物料的性 质不同以及分离技术的不同，典型的分离工艺有(1)对稀浓度的料浆增加其固 体颗粒的浓度；(2)用预处理方法改善其分离特性；(3)固体颗粒的分离；(4)
脱液和洗涤。根据物料性质的不同应选择不同的处理工艺或者不同处理工艺的组 合，即，不同分离机械和分离技术的组合。
液体脱催化剂颗粒可采用的设备有精密过滤器、磁性分离器、陶瓷膜分离器、 旋流分离器等。前四类设备在固液分离过程中均有采用，使用场合不同，分离效果 也差别很大。
精密过滤器主要存在造价太高、维护成本也相对比较高，而且易发生堵塞， 堵塞后压降过大，在小流量、催化剂含量小的情况下使用效果好，但在大流量、催 化剂含量较大的情况下使用效果不好的问题。同样陶瓷膜分离器也存在以上的问 题，陶瓷膜在催化剂分离中主要采用错流过滤的方式，所以一般使用在处理量比较 小的装置中。磁性分离器需根据催化剂的本身性质进行选择设计，含催化剂颗粒的 液体通过一个高梯度磁分离器，催化剂受到很强的磁场力作用，被捕集截留，实现 催化剂的分离。该技术应用面比较窄，而且磁场需用电场产生，能耗较大，在大流
量小含量下效果并不好。由此可见，设计和制造出满足生产实际应用要求的、可以 长周期稳定经济运行的液体脱催化剂颗粒装置的难度比较大。
针对含氧化合物转化为低碳烃工艺，CN 1942558A提出了先三级旋风、再旋 液分离的方法和工艺来处理催化剂与反应产物的分离。根据目前国际先进水平，三 级旋风分离可以去除6微米以上的MTO催化剂颗粒，先进的旋流器只能去除5微 米以上的MTO催化剂颗粒。这种分离方法和工艺路线能够有效满足催化剂跑损(三 级旋风运行不正常的状态)等非稳态状态下大于5微米催化剂粒子的分离。但是， 在正常工况下，急冷废水、水洗水反应废水中小于5微米催化剂颗粒含量达到80%， 尽管催化剂颗粒浓度只有50mg/L，这也会导致急冷废水循环使用率大幅下降，反 应水外甩量大增。
此外，现有技术中尽管也采用在流化床反应器顶部安装一个或多个气固分 离装置的方法，但是出反应器的反应产物气流中仍然携带少量催化剂细粒子， 在急冷塔内这些催化剂粒子随反应废水离开急冷塔，致使汽提反应废水内含有 少量难以去除的固体颗粒。
因此，针对MTO工艺急冷水和水洗水含催化剂的物性和操作条件(即，催化 剂颗粒分布均匀、含量小、处理量大)，本领域迫切需要开发出一种能在正常工况 下去除固体颗粒的MTO急冷水和水洗水微旋流脱固方法。
发明内容
本发明提供了一种新的MTO急冷水和水洗水微旋流脱固方法与装置，克服了
现有技术存在的缺陷。
一方面，本发明提供了一种MTO急冷水和水洗水微旋流脱固方法，该方法
包括
对MTO急冷水进行微旋流分离，以除去其中夹带的催化剂颗粒； 对经微旋流分离的急冷净化水进行冷却，以实现水的循环利用； 对MTO水洗水进行微旋流分离，以除去其中夹带的催化剂颗粒；以及 对经微旋流分离的水洗净化水进行冷却，以实现水的循环利用。 在一个优选的实施方式中，所述MTO急冷水的工作温度为95-115°C，催 化剂含量为100-1000mg/L，催化剂粒径为1-20微米，催化剂的充水密度为1300-1500kg/mj。
在另一个优选的实施方式中，所述MTO急冷水的密度为900-930kg/m3， 粘度为0.15-0.35厘泊。
在另一个优选的实施方式中，所述MTO水洗水的工作温度为30-50°C，催 化剂含量为70-800mg/L，催化剂粒径为1-10微米。
在另一个优选的实施方式中，所述MTO水洗水的密度为923-953kg/m3， 粘度为0.551-0.751厘泊。
在另一个优选的实施方式中，在进行了所述微旋流分离后，催化剂含量降 至30mg/L以下。
另一方面，本发明提供了一种MTO急冷水和水洗水微旋流脱固装置，该
装置包括
与急冷塔连接的，用于对MTO急冷水进行微旋流分离，以除去其中夹带 的催化剂颗粒的微旋流分离器；与所述微旋流分离器连接的，用于对经微旋流 分离的急冷净化水进行冷却，以实现水的循环利用的急冷水冷却器；与所述急 冷塔连接的，用于对经急冷塔分离的烯烃产物进行水洗，以进一步除去烯烃产 物中的催化剂颗粒的水洗塔；与所述水洗塔连接的，用于对MTO水洗水进行 微旋流分离，以除去其中夹带的催化剂颗粒的微旋流分离器；以及与所述微旋 流分离器连接的，用于对经微旋流分离的水洗净化水进行冷却，以实现水的循 环利用的水洗水冷却器。
在一个优选的实施方式中，所述微旋流分离器是由单个、两个或更多个旋 流芯管并联组成的。
在另一个优选的实施方式中，所述微旋流分离器的入口速度为5-10米/秒、 压力损失为0.1-0.3MPa、进水表压为0.9-1.3MPa。
在另一个优选的实施方式中，所述微旋流分离器的入口速度为8-15米/秒、 压力损失为0.1-0.3MPa、进水表压为1.2-1.6MPa。
图1是根据本发明一个实施方式的MTO工艺催化剂微旋流分离流程的示意图。
图2是根据本发明另一个实施方式的MTO工艺催化剂微旋流分离流程的示意图。
图3是根据本发明再一个实施方式的MTO工艺催化剂微旋流分离流程的示意图。
具体实施例方式
本发明的发明人经过广泛而深入的研究后发现，对于MTO急冷水、水洗水这 种操作通量大，固体含量低的固液体系，最有效、价廉的方法是采用旋流分离器； 但是由于常规的旋流、旋液分离器的分割粒径大于5微米，在正常工况下很难去除 5微米以下的固体颗粒，因此，发明了采用微旋流分离技术来去除急冷水和水洗水 中的催化剂颗粒，因为微旋流分离器具有旋流分离装置适用性广泛、结构简单、适 应性强、易维护、可靠性高等优点，而且和普通的旋流分离装置相比，分离效率要 高很多(c/"小于3微米)。基于上述发现，本发明得以完成。
MTO是Methane To Olefin的简称，SP，甲醇制烯烃。MTO的反应机理是甲 醇先脱水生成二甲醚，然后二甲醚与甲醇的平衡混合物脱水转化为以乙烯、丙烯为 主的低碳烯烃和少量饱和烃、芳烃等，反应过程中由于脱水反应生成了大量的水。 水以蒸汽的形式携带少量催化剂随产物离开反应器，排出反应器的物流称为反应 气。为了分离反应气中的水和烯烃产物，反应气进入急冷塔进行冷却。在急冷塔内 水蒸气转化为液态水由塔底排出，称为急冷塔底水，烯烃产物从塔顶排出到水洗塔 进行水洗。经过急冷塔后，还有少量小颗粒的催化剂夹带在烯烃产物气流中，因此 反应气进入水洗塔进一步脱除催化剂固体颗粒。
急冷水和水洗水中含有催化剂固体颗粒，颗粒较大(约1-20微米)，为了 减少冷却装置的清洗次数，延迟装置的运转周期，有必要对急冷水和水洗水进 行净化处理。微旋流分离器由若干个旋流芯管组成，其分离效率远高于常规的旋 流器，同时微旋流分离器的操作压降小，能耗低。
在本发明的第一方面，提供了一种MTO工艺急冷塔底水微旋流固液分离净 化方法，该方法包括
急冷水全部由急冷塔底部排出，全部急冷水都经过微旋流分离器分离后， 一部分到汽提塔，另一部分经冷却器降温后作为急冷剂返回急冷塔，采用微旋流分离器对全部的急冷水进行净化处理；
一部分急冷水由急冷塔底部排出，这部分急冷水经过微旋流分离器分离 后，又经冷却器降温后作为急冷剂返回急冷塔，另一部分急冷水从塔的中上部 排出后到汽提塔，微旋流分离器只对急冷塔底水进行了净化处理；
一部分急冷水由急冷塔底部排出，这部分急冷水经过微旋流分离器分离 后，又经冷却器降温后作为急冷剂返回急冷塔，另一部分急冷水从塔的中上部 排出后又分为两部分， 一部分去汽提塔，另一部分到冷却降温后回急冷塔，微 旋流分离器只对急冷塔底水进行了净化处理；
采用微旋流分离器对MTO工艺急冷塔底水-急冷水进行微旋流分离，以去 除急冷水中的催化剂颗粒(即，从反应器内夹带的催化剂颗粒，其含量约为
100-1000mg/L，密度约为900-930kg/m3，粒径约为l-20微米)；以及
采用微旋流分离器对MTO工艺水洗塔底水-水洗水进行微旋流分离，以去
除水洗水中的催化剂颗粒(即，从反应器内夹带的催化剂颗粒，其含量约为
70-800mg/L，密度约为923-953kg/m3，粒径约为1-10微米)。
较佳地，所述急冷水的工作温度约为95-115°C;所述水洗水的工作温度
约为30-50°C。
较佳地，所述急冷水的粘度约为0.15-0.35厘泊；所述水洗水的粘度约为 0.551-0.751厘泊。
较佳地，所述催化剂的充水密度约为1300-1500kg/m3。
较佳地，在进行了所述微旋流分离后，催化剂的含量可以由原来的 70-1000mg/L降低到30mg/L以下，分离精度约为2.5微米。
在本发明的第二方面，提供了一种MTO急冷水、水洗水-催化剂固液分离装 置，该装置包括
与MTO反应器1连接的，用于对甲醇制烯烃反应所得到的产物和携带催 化剂颗粒的气流进行急冷以使产物中的烯烃和水得以分离的急冷塔2，大部分 催化剂颗粒进入水中；与所述急冷塔2连接的，用于对经急冷塔分离后的烯烃 产物进行水洗的水洗塔3，用以进一步除去烯烃产物中的催化剂颗粒；与所述
急冷塔2连接的，用于对急冷水进行固液分离的急冷水微旋流分离器4-1;与
所述急冷水微旋流分离器4-1连接的，用于对经固液分离得到的急冷净化水进行冷却降温的急冷水冷却器5-1，用以实现水的循环利用；与所述急冷水冷却
器5-1连接的，.用于将经急冷水冷却器5-1冷却的急冷净化水输送到急冷塔2
的急冷水泵6-l;与所述水洗塔3连接的，用于对经水洗后的水洗水进行旋流 分离的水洗水微旋流分离器4-2，用以除去水洗水中的催化剂细粉；与所述水
洗水微旋流分离器4-2连接的，用于对经分离后得到的水洗净化水进行冷却降 温的水洗水冷却器5-2;以及与所述水洗水冷却器5-2连接的，用于将经水洗 水冷却器5-2冷却的水洗净化水输送到水洗塔3的水洗水泵6-2，用以实现水 的完全循环利用。
较佳地，所述急冷水、水洗水微旋流分离器是由若干套旋流芯管组成的。
较佳地，所述急冷水微旋流分离器的入口速度约为5-15米/秒，压力损失 约为0.1-0.3 MPa，进水表压约为0.9-1.3MPa。
较佳地，所述水洗水微旋流分离器的入口速度约为8-15米/秒，压力损失 约为0.1-0.3 MPa，进水表压约为1.2-1.6MPa。
较佳地，本发明的方法和装置也可以应用于MTP (甲醇制丙烯)和OTO (从 含氧化合物制取轻烃)工艺的急冷水和水洗水中细微催化剂颗粒的分离。
以下参看附图。
图1是根据本发明一个实施方式的MTO工艺催化剂微旋流分离流程的示意 图。如图1所示。甲醇从MTO反应器1底部进入后在催化剂的作用下经过一系列 的脱水反应生产以乙烯和丙烯为主的烯烃产物，与此同时还生成大量的水；以气体 形式存在于MTO反应器1内的反应物和未消耗的产物从MTO反应器1顶部离开； 从MTO反应器1出来的反应产物和部分反应物到急冷塔2冷却，冷凝下来的水从 急冷塔2的底部排出；急冷塔底水经过急冷水微旋流分离器4-1脱除催化剂颗粒后 一部分经过急冷水冷却器5-1进行冷却；经冷却后的急冷净化水由急冷水泵6-1输 送回到急冷塔2;另外一部分急冷净化水去汽提；急冷后的反应气随后到水洗塔3 进行水洗，脱除催化剂的反应气由水洗塔3底部出水洗塔3，水和洗下来的催化剂 细粉一起从水洗塔3底部排出，称为水洗水；水洗水通过水洗水微旋流分离器4-2 除去催化剂后经水洗水冷却器5-2冷却，再由水洗水泵6-2提供动力回到水洗塔3 循环。
图2是根据本发明另一个实施方式的MTO工艺催化剂微旋流分离流程的示意
图。该流程与图l所示的流程不同的是，只要部分对急冷水进行固液微旋流分离。 一部分急冷水从急冷塔中上部排出，因为塔内位置越高处，催化剂颗粒含量越少， 因此选择从塔上部抽出急冷水，这部分急冷水可以直接去汽提。
如图2所示，MTO反应器1内反应物和产物均以气体形式存在，随着反应的 进行，产物和一部分未反应的反应物一起夹带少量催化剂颗粒离开MTO反应器1; 从反应器l出来的物流到急冷塔2冷却，冷凝下来的水称为急冷水； 一部分急冷水
从急冷塔2的底部排出，称为急冷塔底水；另一部分急冷水从急冷塔2的中上部排 出，这部分急冷水的催化剂含量很低，直接去汽提；急冷塔底水经过急冷水微旋流 分离器4-1脱除催化剂颗粒后经过急冷水冷却器5-1进行冷却；经冷却后的急冷净
化水由急冷水泵6-1输送回到急冷塔2;急冷后的反应气随后到水洗塔3进行水洗， 脱除催化剂的反应气由水洗塔3底部出水洗塔，水和洗下来的催化剂细粉一起从水 洗塔3底部排出，称为水洗水；水洗水通过水洗水微旋流分离器4-2除去催化剂后 经水洗水冷却器5-2冷却，再由水洗水泵6-2提供动力回到水洗塔3循环。
由于在急冷塔内颗粒分布不均匀，位置越高，含颗粒量越少，因此部分急冷 水从塔的中上部分排出，这样可以减少急冷水微旋流分离器的处理量，降低了分离 的能耗；同时急冷塔底水的催化剂颗粒浓度和图l所示的流程相比要高，对于固体
含量较高的处理物料，微旋流分离器会达到更高的分离效果。
图3是根据本发明再一个实施方式的MTO工艺催化剂微旋流分离流程的示意 图，该流程与图2所示的流程相似，不同的是急冷塔底水量更少，更多的急冷水从 塔的中上部排出急冷塔。急冷塔底水送到急冷水微旋流分离器进行固液分离，其它 急冷水一部分去汽提， 一部分到急冷水冷却器冷却后作为急冷剂使用。
如图3所示，MTO反应气从MTO反应器1出来后到急冷塔2冷却，冷凝下 来的急冷水一部分从急冷塔2的底部排出，称为急冷塔底水；另一部分急冷水从急 冷塔2的中上部排出，这部分急冷水的催化剂含量很低， 一部分直接去汽提；另一 部分和急冷水净化水合并后到急冷水冷却器5-1冷却后由急冷水泵6-1输送回到急 冷塔2;急冷后的反应气随后到水洗塔3进行水洗，脱除催化剂的反应气由水洗塔 3底部出水洗塔，水和洗下来的催化剂细粉一起从水洗塔3底部排出，称为水洗水； 水洗水通过水洗水微旋流分离器4-2除去催化剂后经水洗水冷却器5-2冷却，再由
水洗水泵6-2提供动力回到水洗塔3循环。
由于在急冷塔中上部排出的急冷水含固体颗粒量少，为了节约能耗，尽可能 少的急冷水从塔底排出。未经分离的急冷水直接返回急冷塔，也起到了增浓的作用，
急冷塔底水的固含量大于图2所示的流程，而图2所示的流程的急冷塔底水固含量
又大于图1所示的流程；能耗却是图1所示的流程大于图2所示的流程，图2所示
的流程又大于图3所示的流程。由于固含量高有利于旋流分离的效率，因此图3所 示的流程是最优选择。
旋流分离器的压力损失是性能评价的一个重要参数，直接关系到系统的能量 消耗。因为水洗水中催化剂的粒径要比急冷水中催化剂颗粒小，为了取得好的分离 效率，水洗水微旋流分离器的压力损失要略大于急冷水微旋流分离器的压力损失。
从急冷塔出来的急冷水底水催化剂颗粒的含量约为100-1000mg/L，密度约为 1300-1500kg/m3，颗粒的粒径约为l-20)am。含有少量催化剂的急冷水(操作压力 约为0.9-1.3MPa，操作温度约为95-115'C)以约5-10米/秒的速度进入旋流分离器， 在离心力场中进行液固分离，调节急冷水微旋流分离器的压力损失(入口和净化水 出口之间的压差)约为0.1-0.3MPa。由于水和催化剂颗粒之间的密度差很大，因此 可以得到非常好的分离效果。其中，催化剂的脱除率可以达到约80重量％以上， 颗粒的^/75切割粒径约为3微米以下。
从水洗塔出来的水洗水催化剂颗粒的含量约为70-800mg/L，颗粒的粒径约为 l-10pm。含有少量催化剂的急冷水(操作压力约为1.2-1.6MPa，操作温度约为 30-50°C)以约8-15米/秒的速度进入旋流分离器，在离心力场中进行液固分离。和 急冷水相比小粒径的颗粒占的比例较大，因此调节急冷水微旋流分离器的压力损失 约为0.2-0.3 MPa，此时水洗水催化剂的脱除率也可以达到约80重量％以上，颗粒 的As切割粒径约为3微米以下。
本发明的方法和装置还可以用于脱除其它液体中的油滴或固体颗粒。
本发明的方法和装置的主要优点在于
本发明采用微旋流分离器对MTO工艺急冷水和水洗水进行了脱除催化剂颗 粒处理，分离效率高，净化了水质，回收催化剂颗粒同时延长了下游设备的运转周期。
在本发明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，在阅读了本发明的上述讲授内容之后， 本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，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。
权利要求
1.一种MTO急冷水和水洗水微旋流脱固方法，该方法包括对MTO急冷水进行微旋流分离，以除去其中夹带的催化剂颗粒；对经微旋流分离的急冷净化水进行冷却，以实现水的循环利用；对MTO水洗水进行微旋流分离，以除去其中夹带的催化剂颗粒；以及对经微旋流分离的水洗净化水进行冷却，以实现水的循环利用。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述MTO急冷水的工作温度为 95-115°C，催化剂含量为100-1000mg/L，催化剂粒径为1-20微米，催化剂的充 水密度为1300-1500kg/m3。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述MTO急冷水的密度为 900-930kg/m3，粘度为0.15-0.35厘泊。
4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述MTO水洗水的工作温度为 30-50°C，催化剂含量为70-800mg/L，催化剂粒径为1-10微米。
5. 如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述MTO水洗水的密度为 923-953kg/m3，粘度为0.551-0.751厘泊。
6. 如权利要求2或4所述的方法，其特征在于，在进行了所述微旋流分离后， 催化剂含量降至30mg/L以下。
7. —种MTO急冷水和水洗水微旋流脱固装置，该装置包括与急冷塔(2)连接的，用于对MTO急冷水进行微旋流分离，以除去其中夹 带的催化剂颗粒的微旋流分离器(4-1);与所述微旋流分离器(4-1)连接的， 用于对经微旋流分离的急冷净化水进行冷却，以实现水的循环利用的急冷水冷却 器(5_1);与所述急冷塔(2)连接的，用于对经急冷塔(2)分离的烯烃产物进 行水洗，以进一步除去烯烃产物中的催化剂颗粒的水洗塔(3);与所述水洗塔 (3)连接的，用于对MTO水洗水进行微旋流分离，以除去其中夹带的催化剂颗 粒的微旋流分离器(4-2);以及与所述微旋流分离器(4-2)连接的，用于对经 微旋流分离的水洗净化水进行冷却，以实现水的循环利用的水洗水冷却器(5-2)。
8. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述微旋流分离器是由单个、两 个或更多个旋流芯管并联组成的。
9. 如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述微旋流分离器(4-1)的入口速度为5-10米/秒、压力损失为0.1-0.3MPa、进水表压为0.9-1.3MPa。
10. 如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述微旋流分离器(4-2) 的入口速度为8-15米/秒、压力损失为0.1-0.3MPa、进水表压为1.2-1.6MPa。
全文摘要
本发明提供了一种MTO急冷水和水洗水微旋流脱固方法，该方法包括对MTO急冷水进行微旋流分离，以除去其中夹带的催化剂颗粒；对经微旋流分离的急冷净化水进行冷却，以实现水的循环利用；对MTO水洗水进行微旋流分离，以除去其中夹带的催化剂颗粒；以及对经微旋流分离的水洗净化水进行冷却，以实现水的循环利用。本发明还提供了一种MTO急冷水和水洗水微旋流脱固装置。
文档编号B04C5/00GK101352621SQ20081004271
公开日2009年1月28日 申请日期2008年9月10日 优先权日2008年9月10日
发明者张艳红, 强 杨, 汪华林, 白志山, 吉 马 申请人:华东理工大学