浅谈影响MTO装置旋风分离器分离效率的因素

摘 要：國内外的专家和学者针对旋风分离器进行的了大量的研究，影响旋风分离器的效率的因素很多，并且很多的影响因素都具有一定的关联性，包括旋风分离器的本身结构的影响因素同时还包括在实际生产过程中的操作参数等因素。本文结合旋风分离器的结构和原理，分析在DMTO工业化装置实际操作过程中影响旋风分离器效率的因素。

关键词：旋风分离器；DMTO；催化剂

DMTO技术为典型的湍流循环流化床工艺，气相甲醇原料同催化剂在反应器内接触反应生成产品气同时形成含有定碳的催化剂，已结碳的催化剂通过循环管输送至再生器进行再生，恢复活性的催化剂，然后继续循环至反应器进行反复使用。在整个循环流化过程中，催化剂与器壁、管壁和催化剂自身等碰撞导致催化剂破损，形成细粉造成消耗。形成的细粉不仅关系到下游装置的稳定运行，还关系到烟气中的含尘量等环保问题。在整个循环流化床设置旋风分离，实现了气固分离，其性能好坏，直接关系到整套工艺的长周期运行和经济效益。

DMTO工艺中旋风分离器入口方式采用矩形截面切向进入为主，生成的产品气或者再生烟气由切向进入旋风分离器内，由于离心力和重力作用，气体在旋风分离器中做旋转运功。产品气中和烟气中的粉尘颗粒随着气体向下做螺旋运动。催化剂颗粒和细粉颗粒在旋风分离器中受到了离心力、浮力、重力和气体阻力的共同作用。由于气体的密度远小于催化剂颗粒和细粉颗粒的密度，所以催化剂颗粒和细粉颗粒所受的浮力忽略不计。相对于较大颗粒的催化剂颗粒，重力起到主导作用。相对于一般催化剂颗粒来说，离心力和气体阻力起到主导作用。催化剂颗粒在离心力的作用下，甩至器壁并会沿着器壁随着向下的产品气或者烟气流带入至排尘口，进入灰斗，最终返回至反应器或者再生器。旋风分离器的分离效率不仅受设备本体、入口烟道及排气管结构的影响，还受旋风分离器的运行条件温度、压力、入口颗粒浓度等影响。

1旋风分离器入口线速

对于旋风分离器而言，在旋风分离器的设计范围之内，旋风分离器的入口线速高，入口粒径分布较小，旋风分离器的回收效率高。一旦产品气或者烟气的湍流程度大，造成粒径分布较大的催化剂颗粒二次夹带严重。于此同时，由于气速较高，造成催化剂与器壁的摩擦加剧，造成催化剂破损，使细粉含量增加，严重时会影响旋分分离器的效率。旋风分离器的入口线速高，造成旋分压降大，增加了旋风分离器的灰斗的负压，阻碍回收的催化剂颗粒进入灰斗，引起催化剂返混，旋风分离器的分离效率大大下降。在实际生产过程中，设置了旋风分离器的入口线速的上限，超过旋风分离器的入口线速的上限，旋风分离器的效率会下降。旋风分离器的入口线速的平方与产品气或者烟气通过旋风分离器的压力降成正比关系。在增加旋风分离器的入口线速后，旋风分离器的效率会相对提高。但是旋风分离器的压降会大幅提高，能耗会大幅提高。

2旋风分离器的入口含细粉浓度

相对于DMTO工艺的旋风分离器的总分离效率随着细粉浓度的增加而提高。由于在含量较高的细粉的气流中颗粒的凝聚和团聚性能增强，一般不能被分离的直径较小的催化剂颗粒，会聚集或者团聚在较大催化剂颗粒上而被收集。随着含催化剂细粉浓度增加旋风分离器的分离效率有所提高，但是从旋风分离器的升气管排出的催化剂细粉含量会大大提高。

3旋风分离器的入口压力和温度

在DMTO湍流流化床流化过程中，随着温度的升高，产品气或者烟气等气体的粘性和催化剂颗粒的粘结性都会迅速的增加而时阻力增加。这样使湍流流化床的湍流程度降低，温度升高，压降降低。除细粉的效率随温度的提高而降低，特别是<10μm的细粉颗粒分离效率下降明显。

产品气或者烟气的压力对催化剂的粒径中位数的影响是通过其相关气体密度的变化而影响旋风分离器的入口线速。相对于气体动力粘度和颗粒密度，压力影响的因素很小。在实际生产过程中，不管是高温高压，旋风分离器的入口线速控制在一定范围之内。此外，产品气或烟气的密度远小于催化剂催化剂的颗粒密度。压力变化对旋风分离器效率的影响仅限于对入口线速的影响。但是通过调整入口线速可以消除压力对旋风分离器分离效率的影响。同温度相对比，压力对旋风分离器的分离效率影响较小。

4结论

DMTO旋风分离器的分离效率受到入口线速度，温度和压降等诸多因素影响。可以通过工艺生产条件的调整，提高入口线速和适当的催化剂浓度。一般反应器一旋的入口线速度控制在20m/s，再生器一旋入口线速度控制在18m/s。

在实际生产过程中，要根据旋风分离器的设计工况，对温度，入口线速等进行合理的限制。只有通过不断优化工艺生产，才能将旋风分离器的分离效率发挥到极致。

参考文献：

[1]吴秀章，闫国春，等.煤制低碳烯烃工艺与工程[M].北京：化学工业出版社，2014.

[2]孙保全，王志军，侯宝元.MTO示范装置实现满负荷运行的优化调整过程分析[J].煤制油化工，2014（s1）：392-395.

[3]刘文成.旋风分离器的能耗与减阻杆减阻机理研究[D].北京：清华大学航天航空学院，2006.

作者简介：

闫庆亮（1984- ），男，汉族，黑龙江省齐齐哈尔人，中级工程师职称，主要从事MTO装置生产和技术管理工作。

赫文秀（1971- ），女，汉族，内蒙古包头人，博士，教授，系本文通讯作者，通讯地址：内蒙古包头市内蒙古科技大学化学与化工学院。