摘要：本文论述了OCU装置分离聚结器的原理和应用，分析了聚结器不能正常使用的原因，提出了聚结器改造方案。
关键词：分离 聚结器 原理 气化
一、前言
MTO经烯烃分离分离出丙烯、乙烯外还有11%左右的混合C4，其主要成分为丁二烯、丁烯，分别占65%、30%。OCU装置是通过烯烃转化技术(Olefin Conversion Technology，简称OCT)把丁烯与乙烯发生歧化反应增产丙烯的一种技术。 为了将占65%的丁二烯转化为丁烯，OCU装置设置了加氢反应器。MTO合成气中同时富含二甲醚、甲醇，以及多种醛或酮等含氧有机物，会降低催化剂的活性。为了除去杂质，在加氢反应器前设置了水洗塔和脱二甲醚塔，为了控制进入加氢反应器的游离水，在水洗塔后设置了聚结分离器。该聚结器的目的是将进入加氢反应器的游离水分控制在10ppm。之后, 经泵加压, 进入脱二甲醚塔, 少量的水可能与二甲醚形成共沸物, 从塔顶蒸出, 在塔底得到无水的纯 C4 馏分。原料中游离水分含量高，对加氢催化剂的活性和强度有较大影响。
二、问题的提出及处理
自装置投用，该聚结器水包液位始终未有显示。现场在聚结器上下游检查水含量，结果都在2000 ppmw 左右，更换了聚结器滤芯后，仍旧排不出来水分。
在表－1列出了相关的流体参数，及设计和操作工况。连续相为 C4 馏分，分散相为水，含有少量含氧有机物。
为了进一步分析原因，决定在现场进行侧线试验。试验装置如下图图-1所示。液/液聚结器中试装置由预过滤器和聚结器滤壳和滤芯、流量计、阀门、压力表及相关管道组成。中试试验依照颇尔公司 SLS 全球技术支持中心试验标准 HLSM106 进行。主要考察不同流量下聚结分离情况。在不同条件下，测量聚结出水体积，同时取样分析试验进出 C4 馏分中总水含量。分析工作由新疆神华负责，采用卡尔费休法测定。
1) 预过滤器放空阀; 2) 水相储罐隔断阀; 3) 排油阀; 4) 进料阀(1”); 5) 出料阀(1”);6) 流量调节阀(1”); 7) 油相储罐; 8) 预过滤器; 9) 预过滤器排放阀; 10) 取样阀;11) 液/液聚结器滤壳; 12) 聚结器滤芯; 13) 压力表; 14)流量计
图－1 水平式液/液聚结器中试装置（油中除水）
2.2试验滤芯
包括一只预过滤器滤芯和一只聚结器滤芯，其规格如表-2所示。
表-2试验滤芯规格
试验滤芯聚结滤芯预过滤滤芯
滤芯尺寸6”L*2.75”OD10”L*2.75”OD
结构材料含氟聚合物介质，不锈钢芯核及端盖，环氧树脂粘结，氟橡胶垫片。玻璃纤维介质，聚丙烯芯核和端盖，丁晴橡胶垫片。
滤芯型号LCS06H2AH
滤芯精度14um10um
三、试验结果
3.1中试试验结果
试验于 2017 年 4 月 9 至 13 日进行。试验流量起始为 2.0 升/分钟。之后，试验流量逐渐增加到 3.0 升/分钟及 4.0 升/分钟，逐点取样观测分析，试验运行结果和分析结果列于表－3中。
由上表1可知操作温度40℃，由表4可知介质组分的气化温度均小于40℃，可见，在该装置的操作压力和温度条件下，C4 馏分必然会发生明显的汽化。
四、聚结分离器原理：
聚结分离精细过滤器又称聚结器或聚结分离器。其核心内件是由聚丙烯、聚脂等材料通过树脂粘结成有褶皱的滤芯，并且这些滤芯经疏油、疏水技术处理。
聚结器应用于：气～液分离，和液～液分离，能将气相中的微量液滴（如水滴、油滴等）及固体颗粒去除。也能将液相中的另一微量分散相去除（如油中去水、水中去油及两相均为非水相混合物的分离）。在工业装置中，应用于对各类介质的分离净化，能有效地保护下游关键设备。
聚结器最主要的设备是滤芯，也是聚结器产生分离作用的关键部件。聚结器内部装有两种功能不同的滤芯——聚结滤芯和分离滤芯。欲脱水的介质由过滤分离器进口进入壳体，当液体通过含有特殊聚结介质的滤芯时，液体从聚结滤芯内部流向外部，经过过滤、破乳、聚结、沉降四个过程，将乳化的液体破乳，再将破乳后的小水珠聚结成大水珠，沉降到壳体底部。
部分未来得及沉降的小水珠随液体流向分离滤芯，分离滤芯由特种材料制成，具有良好的憎水性能，小水珠被完全有效地拦截在滤芯外面，再次聚结成大水珠沉降，从而确保有效地脱除水份。沉降到壳体底部的水份由液位计显示出来，可定期不定期地将水份及污物通过排水阀排出。油液由滤芯外向内流动，分离掉水份的介质由分离滤芯托盘汇集后，从分离器出口流出。水和油通过不同的排液口排出。
参照如图－2 所示的颇尔立式液/液聚结器示意图。
图－2 颇尔立式液/液聚结器示意图
C4 馏分和水先通过颇尔预过滤器去除机械杂质，再从上至下、从里到外通过颇尔聚结器滤芯。同时，分散在油相中的水聚结成较大水滴，靠重力沉降到聚结器下部，从侧面排出。油相进入到分离器滤芯，流到聚结器滤壳底部，从下面排出。因分离器材料是疏水的，水滴不能进入。由此实现从 C4 馏分中分离出水。
在实际使用中，因 C4 馏分发生部分汽化，聚结器壳体中有气态烃积累，使得聚结器滤芯部分过滤面积被气体占据，有效过滤面积减少，影响聚结效果。这应该是现场聚结器不能有效除水的重要原因。
适当降低聚结器的操作温度及增加其操作压力，有利于减少 C4 馏分的汽化。现场通过添加一台脱盐水换热器，可适当降低脱盐水温度，进而可以降低水洗后C4 馏分温度。考虑到脱二甲醚塔操作压力较高，可以考虑将聚结器移到脱二甲醚塔前面。对于颇尔卧式聚结器，C4 馏分的汽化对聚结器性能也会有些许的影响，但好于立式聚结器。
五.结论与建议
通过现场 C4 馏分的汽化脱水中试试验和相关分析检测，我们得到如下结论和建议：
1. 采用颇尔卧式聚结器和标准相分离滤芯，能从 C4 馏分中分离出水。推荐流量为 4.0 升/分钟。
2. 在水洗塔正常运行的情况下，脱二甲醚塔底出料 C4 馏分中总水含量始终低于10 ppmw。建议保持水洗塔持续运行。
3. 试验中观察到在聚结器滤芯下游存在明显的 C4 馏分汽化现象。这种情况会影响聚结器的操作和聚结性能。适当降低聚结器的操作温度及增加其操作压力，有利于减少 C4 馏分的汽化。考虑到脱二甲醚塔操作压力较高，可以考虑将聚结器移到脱二甲醚塔前面。
4. 推荐现场保持颇尔预过滤器，同时将颇尔立式聚结器改为卧式聚结器，可以减缓 C4 馏分的汽化对聚结器操作的影响。按照试验流量放大，建议使用 9 只40 英寸颇尔相分离滤芯。
六、改造效果：
实际采用方案3进行改造，改造后，经过一年的运行，一切正常，证明原因分析和改造方案是成功的。
参考资料：
1、《液/液聚结器用于C4馏分脱水中试试验报告》—PALL 任晋银
2、《高效聚结器的原理及应用》---《炼油技术与工程》2003年 张晓东
论文作者:杨保江
论文发表刊物:《科技新时代》2019年4期
论文发表时间:2019/6/18
标签：聚结论文; 滤芯论文; 馏分论文; 过滤器论文; 操作论文; 介质论文; 装置论文; 《科技新时代》2019年4期论文;