多元料漿氣化裝置摻燒煤－油共煉殘渣總結(jié)

瞿 磊，王軍龍，丁海洋，李文虎，王 濤

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500）

陜西延長中煤榆林能源化工有限公司（簡稱榆林能化）是陜西延長石油集團與中煤能源通過增資擴股共同組建的一家大型煤、氣、油綜合利用化工企業(yè)，其“綜合利用啟動項目”為主要以煤、天然氣、渣油為原料生產(chǎn)聚烯烴產(chǎn)品的大型化工聯(lián)合裝置，包含1800kt／a甲醇、1500 kt／a渣油催化裂解（DCC）、4×300kt／a聚烯烴、90kt／a甲基叔丁基醚（MTBE）等8套主裝置，整個項目于2014年7月底一次性開車成功，目前各裝置運行穩(wěn)定。

1800kt／a煤－氣－油聯(lián)合制甲醇裝置（工藝流程框圖見圖1）中，600kt／a煤制甲醇項目氣化裝置采用西北化工研究院開發(fā)的多元料漿氣化工藝，設(shè)有3臺氣化爐（簡稱A爐、B爐、C爐，兩開一備），氣化壓力6.5MPa，設(shè)計消耗原料煤3240t／d，裝置自2014年6月原始開車以來，運行平穩(wěn)。1800kt／a煤－氣－油聯(lián)合制甲醇裝置設(shè)計過程中充分利用了“碳?xì)浠パa”的機理，運行考核結(jié)果表明，其相較于常規(guī)甲醇裝置，能源轉(zhuǎn)化效率提高16.88%，碳資源利用率提高17.74%，單位產(chǎn)品（以噸甲醇計）綜合能耗［1.20tce（35.17GJ）］降低15.50%以上、水耗降低70.33%以上、CO2減排60.38%（單位產(chǎn)品CO2排放量1.03t），節(jié)能減排效果非常顯著。

圖1 煤－氣－油聯(lián)合制甲醇裝置工藝流程框圖

2011年陜西延長石油集團啟動建設(shè)“煤－油共煉試驗示范項目”，項目投產(chǎn)后會產(chǎn)生共煉殘渣（簡稱殘渣），殘渣處理成本高、污染大。為節(jié)約共煉殘渣的危廢處理費用，節(jié)省原料煤，實現(xiàn)集團內(nèi)部副產(chǎn)品的綜合利用，據(jù)共煉殘渣的特性，2017年提出將共煉殘渣按照一定比例摻混入原料煤中作為氣化原料，充分利用共煉殘渣中的含C、H物質(zhì)（共煉殘渣中C、H含量高）生產(chǎn)有效氣的思路。

經(jīng)論證，榆林能化多元料漿氣化裝置于2017年10月23日開始摻燒共煉殘渣，迄今已連續(xù)運行1a多。以下就摻燒共煉殘渣對水煤漿品質(zhì)、粗煤氣中有效氣含量及產(chǎn)量、灰水水質(zhì)、硫回收系統(tǒng)運行狀況等的影響作一總結(jié)。

1 原料煤和共煉殘渣的工業(yè)分析數(shù)據(jù)對比分析

榆林能化多元料漿氣化裝置采用的原料煤來自陜西魏強煤礦（簡稱魏強煤），進廠后在煤儲運工段按比例摻入共煉殘渣，再送到磨煤工段煤倉，與磨煤用水和煤漿添加劑一起進入磨機制出氣化用煤漿。共煉殘渣與原料煤（魏強煤）的工業(yè)分析數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 共煉殘渣與魏強煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)對比

由表1可以看出：共煉殘渣與原料煤（魏強煤）的成分比較相近，并且共煉殘渣的固定碳含量和熱值均高于原料煤，可以達(dá)到氣化用原料的基本要求；共煉殘渣中硫含量較高，會對硫回收系統(tǒng)負(fù)荷有一定的影響，但因摻燒比例較低，經(jīng)論證后認(rèn)為對硫回收系統(tǒng)的影響不大。

2 共煉殘渣摻燒對氣化裝置的影響

2.1 對水煤漿品質(zhì)的影響

水煤漿品質(zhì)穩(wěn)定是氣化裝置穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，生產(chǎn)中主要對水煤漿的粘度、濃度和穩(wěn)定性進行監(jiān)控，這3項為水煤漿品質(zhì)判定最重要的指標(biāo)。據(jù)共煉殘渣產(chǎn)量，核算共煉殘渣摻燒比例為3%～5%，不同摻燒比例下其對煤漿品質(zhì)的影響見表2。

表2 摻燒共煉殘渣后煤漿特性分析結(jié)果

由表2可以看出：隨著共煉殘渣摻燒比例的不斷增大，煤漿粘度開始上升，但漲幅較小，摻燒比例達(dá)5%時，煤漿粘度仍可滿足煤漿泵的輸送要求；煤漿濃度和穩(wěn)定性隨共煉殘渣摻燒比例的增大未有明顯變化。可見，共煉殘渣摻燒比例在5%以內(nèi)時，煤漿特性未受到明顯影響，煤漿質(zhì)量能達(dá)到設(shè)計要求。

2.2 對有效氣含量和產(chǎn)量的影響

磨煤系統(tǒng)產(chǎn)出的煤漿通過煤漿泵加壓后送到氣化爐內(nèi)進行氣化反應(yīng)，產(chǎn)出后續(xù)工段——甲醇合成所需的粗煤氣（有效氣成分為CO和H2）。B爐于2017年10月23日開始摻燒共煉殘渣，摻燒比例為5%，取其摻燒前后各5d粗煤氣中的有效氣含量進行對比，結(jié)果見表3。可以看出，B爐摻燒共煉殘渣前后粗煤氣中有效氣（CO＋H2）含量無明顯變化。另據(jù)甲醇合成工段監(jiān)控數(shù)據(jù)，有效氣產(chǎn)量穩(wěn)定在213000m3／h左右，與摻燒前有效氣產(chǎn)量相比無明顯變化。

表3 摻燒前后粗煤氣中有效氣含量的對比%

2.3 對灰水水質(zhì)的影響

灰水水質(zhì)比較復(fù)雜，實際生產(chǎn)中保證灰水系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵是減緩結(jié)垢速度。B爐摻燒共煉殘渣前后灰水水質(zhì)分析結(jié)果見表4。可以看出，摻燒共煉殘渣后，灰水總硬度由1345mg／L上漲至1670mg／L，鈣硬度也呈上漲趨勢。

灰水總硬度可有效反映出氣化灰水系統(tǒng)的結(jié)垢趨勢，當(dāng)灰水總硬度超過1800mg／L時，灰水系統(tǒng)結(jié)垢速度會明顯加快。氣化灰水系統(tǒng)在高硬度情況下運行，主要通過投加分散劑的方式減緩結(jié)垢速度。為減緩摻燒共煉殘渣后灰水系統(tǒng)的結(jié)垢速度，分散劑廠家技術(shù)人員通過現(xiàn)場水質(zhì)和垢樣分析確定分散劑配方及投加量，并進行了靜態(tài)阻垢試驗輔助確定最佳投加濃度，最終確定分散劑投加濃度為85×10－6。

2.4 對硫回收系統(tǒng)的影響

共煉殘渣硫含量為4.48%，而原料煤的硫含量為2.80%（見表1），2017年10月23日B爐開始摻燒共煉殘渣后，其對600kt／a煤制甲醇裝置氣化下游系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在硫回收系統(tǒng)的運行負(fù)荷方面，即摻燒共煉殘渣后硫回收系統(tǒng)入口酸性氣量有所上漲（見表5），但總體上因摻燒比例低（當(dāng)期共煉殘渣摻燒比例最高5%），硫回收系統(tǒng)運行穩(wěn)定，未見明顯異常。

表5 摻燒前后硫回收系統(tǒng)入口酸性氣量m3／h

2.5 小 結(jié)

共煉殘渣在多元料漿氣化裝置已實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定摻燒，摻燒后對水煤漿品質(zhì)、氣化爐運行狀況、粗煤氣中有效氣含量及產(chǎn)量無明顯影響，灰水系統(tǒng)總硬度雖有所上漲，但經(jīng)調(diào)整灰水藥劑配方和投加量，此問題已得到解決，全系統(tǒng)運行穩(wěn)定。此外，從多元料漿氣化裝置的運行情況來看，共煉殘渣摻燒比例仍有提升空間，但摻燒比例提高后可能面臨灰水總硬度繼續(xù)升高等問題，需從加大新鮮水置換量和灰水藥劑調(diào)整等方面進行探索。

3 經(jīng)濟效益

600kt／a煤制甲醇項目氣化裝置目前按原料煤用量的5%摻燒共煉殘渣，每月消耗共煉殘渣約4860t，據(jù)系統(tǒng)運行情況測算，共煉殘渣可1∶1替代原料煤，即月可節(jié)省原料煤4860t，魏強煤到廠價約450元／t，由此每月可減少原料煤成本支出約218.7萬元，而摻燒共煉殘渣增加的灰水分散劑等運行成本很少，可忽略不計，整體而言摻燒共煉殘渣降本增效效果非常明顯。

4 結(jié) 語

（1）共煉殘渣按照原料煤用量的5%進行摻燒時，對水煤漿品質(zhì)、氣化裝置及硫回收系統(tǒng)等的運行無明顯影響；氣化灰水總硬度雖有所上升，但通過調(diào)整分散劑配方及投加量，不會對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成不良影響。當(dāng)然了，摻燒過程中也存在一些問題，尚需不斷優(yōu)化調(diào)整。

（2）傳統(tǒng)共煉殘渣處理方法成本高、污染大，多元料漿氣化裝置摻燒共煉殘渣，不僅節(jié)省了原料煤，還節(jié)省了共煉殘渣的危廢處理費用，開創(chuàng)了一條變廢為寶的新路子，為石化行業(yè)固體殘渣處理提供了新的解決思路，具有一定的借鑒意義；同時，摻燒共煉殘渣也拓寬了多元料漿氣化裝置的原料范圍及其適應(yīng)性，對多元料漿氣化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也產(chǎn)生了積極的作用。