降低粗煤氣帶水和帶灰量的方法探究

常　亮，孫玉同，張　萍

(兗礦國宏化工有限責(zé)任公司　山東鄒城　273500)

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降低粗煤氣帶水和帶灰量的方法探究

常亮，孫玉同，張萍

(兗礦國宏化工有限責(zé)任公司山東鄒城273500)

摘要在甲醇裝置精甲醇產(chǎn)量達(dá)到1 650 t以上的情況下，德士古水煤漿氣化裝置碳洗塔出現(xiàn)嚴(yán)重的帶水和帶灰現(xiàn)象，導(dǎo)致變換工段原料氣預(yù)熱器結(jié)垢堵塞。針對出現(xiàn)的問題，采取有針對性的改造措施后，再未發(fā)生過因原料氣預(yù)熱器堵塞而停車清理的問題，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

關(guān)鍵詞德士古水煤漿氣化碳洗塔帶水帶灰

Inquiry into Ways of Reduction of Entrainment of Water and Ash in Raw Gas

Chang Liang, Sun Yutong, Zhang Ping

(Yankuang Guohong Chemical Co., Ltd.Shandong Zoucheng273500)

AbstractWhen refined methanol output of methanol unit reaching more than 1 650 t, water entrainment and ash entrainment phenomena appear in carbon washing tower of Texaco coal-water slurry gasifier seriously, causing feed gas preheater of shift conversion section scaling and blocking. In connection with the arisen problem, targeted revamp measures are taken, and shutdown for equipment cleaning caused by raw gas preheater blocking has never happened again, the economic benefit is significant.

KeywordsTexaco coal-water slurry gasificationcarbon washing towerwater and ash entrainment

兗礦國宏化工有限責(zé)任公司(以下簡稱兗礦國宏公司)德士古水煤漿氣化裝置于2005年開工建設(shè)，制取的原料氣用于生產(chǎn)甲醇。隨著系統(tǒng)運(yùn)行趨于穩(wěn)定，為了發(fā)揮生產(chǎn)裝置的最大經(jīng)濟(jì)效益，兗礦國宏公司逐步嘗試增大產(chǎn)能，但在甲醇裝置精甲醇產(chǎn)量達(dá)到1 650 t/d以上時(shí)，德士古水煤漿氣化裝置碳洗塔出現(xiàn)嚴(yán)重的帶水和帶灰現(xiàn)象，導(dǎo)致變換工段原料氣預(yù)熱器結(jié)垢堵塞，嚴(yán)重制約了系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1存在的問題

粗煤氣洗滌流程示意見圖1。

圖1　粗煤氣洗滌流程示意

來自高壓煤漿泵的合格煤漿與來自空分裝置的氧氣一起進(jìn)入氣化爐進(jìn)行燃燒，燃燒產(chǎn)生的粗煤氣與水煤漿燃燒產(chǎn)生的灰渣一同進(jìn)入氣化爐水浴進(jìn)行第1次洗滌，在此90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))左右的灰渣與粗煤氣分離。洗滌后的粗煤氣經(jīng)文丘里洗滌器時(shí)，與來自灰水循環(huán)泵的噴淋水均勻混合，使飛灰增濕，然后進(jìn)入碳洗塔水浴進(jìn)行第2次洗滌，再經(jīng)碳洗塔4層塔盤被塔盤水洗滌后，含粉塵質(zhì)量濃度<1 mg/m3的粗煤氣送往變換工段。

隨著生產(chǎn)負(fù)荷的提高，單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)氣量增加，導(dǎo)致氣體流速增大，粗煤氣在洗滌過程中出現(xiàn)了如下問題：①氣化爐水浴的黑水隨粗煤氣一起進(jìn)入碳洗塔水浴；②碳洗塔水浴的黑水被粗煤氣帶至碳洗塔塔盤；③由于流經(jīng)碳洗塔塔盤的粗煤氣帶灰和帶水，增大了碳洗塔塔盤的負(fù)荷，從而降低了碳洗塔對粗煤氣的洗滌效果,最終夾帶大量飛灰的粗煤氣被送往變換工段。變換工段的原料氣預(yù)熱器將粗煤氣由230 ℃加熱至300 ℃，使得原本濕潤的飛灰黏附在原料氣預(yù)熱器列管內(nèi)壁，最終導(dǎo)致?lián)Q熱列管堵塞,進(jìn)而影響換熱效果。

2原因分析

(1)通過對氣化爐整體結(jié)構(gòu)的分析可得出如下結(jié)論：①與同等負(fù)荷(日產(chǎn)精甲醇1 650 t)的氣化爐相比，兗礦國宏公司德士古水煤漿氣化爐激冷室偏短，使得粗煤氣夾帶的水沫不能及時(shí)被分離，從而被帶出氣化爐，故可增大氣化爐高度；②加大氣化爐內(nèi)上升管內(nèi)徑，以增大上升管與下降管之間的環(huán)隙，降低氣體流速[1]。

(2)在碳洗塔檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)：①碳洗塔塔盤出現(xiàn)不同程度的吹翻現(xiàn)象；②碳洗塔塔盤上的固閥閥孔有不同程度堵塞現(xiàn)象；③碳洗塔塔盤上有輕微結(jié)垢現(xiàn)象；④碳洗塔折流板除沫器下方的排液管有堵塞現(xiàn)象。

(3)通過計(jì)算實(shí)際運(yùn)行工況下的氣體流量，發(fā)現(xiàn)碳洗塔直徑偏小，原塔盤開孔率不足，導(dǎo)致碳洗塔塔盤上的閥孔氣體流速過大，而塔盤洗滌水量較少，影響氣體洗滌效果。

(4)由于氣化裝置超負(fù)荷運(yùn)行，而碳洗塔設(shè)計(jì)余量偏小，導(dǎo)致粗煤氣流速較大，造成粗煤氣帶水和帶灰現(xiàn)象嚴(yán)重。

(5)當(dāng)出現(xiàn)操作不當(dāng)或系統(tǒng)壓力波動等情況時(shí)，氣體霧沫夾帶量增大(氣相帶液嚴(yán)重)，加上碳洗塔旋流板導(dǎo)液管導(dǎo)液能力有限，致使碳洗塔出口氣體帶水嚴(yán)重。

(6)碳洗塔塔盤結(jié)構(gòu)形式單一，未能獲得理想的洗滌效果[2- 3]。

3改造措施

3.1擴(kuò)大激冷室上升管直徑

氣化爐本體不做大的改動，將氣化爐激冷室上升管直徑由Φ1 510 mm擴(kuò)大至Φ1 580 mm，下降管直徑保持在Φ1 150 mm不變。改造后，環(huán)隙面積由0.75 m2增大至0.92 m2，粗煤氣流速可降低22.6%。

3.2改造碳洗塔塔盤

(1)碳洗塔從上至下，1#，2#和3#塔盤改用高效固閥VG塔盤，堰高可維持在30 mm或增加至80 mm，以提高氣體洗滌效果。

(2)最下層的4#塔盤采用固舌塔板，以增大氣體對從塔盤上洗滌下來的粉塵的推力。

(3)4層塔板可采用鏡面板或經(jīng)拋光處理的塔板，以減少結(jié)垢。

(4)對碳洗塔頂部除沫器進(jìn)行改造，適當(dāng)加粗導(dǎo)液流管,以提高其通液能力，同時(shí)保證液封。

(5)優(yōu)化操作，降低塔釜黑水中鈣、鎂離子及灰分含量。

(6)增大碳洗塔塔盤洗滌水流量，并保證降液管可滿足40～100 m3/h的液體通過能力。

(7)為防止因塔內(nèi)壓力波動較大而導(dǎo)致塔盤被吹翻，在塔盤安裝完成后，進(jìn)行點(diǎn)焊加固。

4改造效果

4.1冷凝液含灰量

由表1可看出，改造后，變換工段粗煤氣冷凝液中含灰量大幅下降。

表1改造前、后變換工段粗煤氣冷凝液含灰量分析數(shù)據(jù)/(mg·L-1)

改造前改造后0.580.211.600.320.600.180.720.230.540.200.500.18

4.2原料氣預(yù)熱器壓差趨勢

改造前、后原料氣預(yù)熱器壓差趨勢對比如圖2所示。

圖2　改造前、后原料氣預(yù)熱器壓差趨勢對比

由圖2可看出，改造完成后，經(jīng)3個(gè)月的運(yùn)行，原料氣預(yù)熱器壓差無明顯變化，表明改造效果較好。

4.3經(jīng)濟(jì)效益

改造前，每個(gè)季度需停車對原料氣預(yù)熱器進(jìn)行機(jī)械清洗，從系統(tǒng)停車至恢復(fù)生產(chǎn)，至少需3 d。按精甲醇產(chǎn)量1 500 t/d、甲醇價(jià)格2 000元/t計(jì)，停車1次影響甲醇產(chǎn)量4 500 t，產(chǎn)值900萬元。甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)從氣化爐開車至恢復(fù)生產(chǎn)需24 h，期間煤耗費(fèi)用約70萬元，氧耗費(fèi)用26萬元左右，其他消耗費(fèi)用約40萬元，共計(jì)136萬元。即改造前，停車1次的費(fèi)用約為1 036萬元。

改造措施實(shí)施后，再未發(fā)生過因原料氣預(yù)熱器堵塞而需停車清理的問題。

單季度成本：按實(shí)際改造總投資233萬元、綜合折舊率7%計(jì)，則綜合折舊費(fèi)用為4.08萬元；按維護(hù)費(fèi)率2%計(jì)，則設(shè)備維護(hù)費(fèi)為1.17萬元；按賬務(wù)費(fèi)率6%計(jì)，則賬務(wù)費(fèi)用為3.50萬元；其他費(fèi)用(銷售費(fèi)用等)0.50萬元。以上共計(jì)單季度成本為9.25萬元。

改造項(xiàng)目實(shí)施后，每個(gè)季度可增加經(jīng)濟(jì)效益1 026.75萬元。

5結(jié)語

通過實(shí)施有針對性的改造措施，變換工段原料氣預(yù)熱器使用周期大大延長(超過3個(gè)月)，且未對系統(tǒng)造成不良影響；由于氣化裝置粗煤氣帶水和帶灰量的減少，使得進(jìn)入變換爐的細(xì)灰量也大大減少，延長了變換催化劑的使用壽命；每減少1次非計(jì)劃停車，增加經(jīng)濟(jì)效益1 026.75萬元。無論從系統(tǒng)的長周期運(yùn)行還是從經(jīng)濟(jì)效益來看，本次改造效果都是非常顯著的。

參考文獻(xiàn)

[1]安曉熙，曹月梅.Texaco煤氣化爐帶水問題的分析與探討[J].當(dāng)代化工，2012(8)：850- 852.

[2]李波，郭本陸，張艷群.德士古煤氣化工藝氣管道堵塞的原因及處理方法[J].大氮肥，2008(3)：187- 189.

[3]顧進(jìn).德士古煤氣化裝置合成氣洗滌的改進(jìn)[J].安徽化工，2005(3)：57- 58.

(收稿日期2015- 04- 28)

中圖分類號:TQ546

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

文章編號：1006- 7779(2016)02- 0055- 02

作者簡介：常亮(1982—)，男，工程師，主要從事德士古氣化的研究；changliang19821030@163.com。