提升氣化洗滌塔出口合成氣溫度的研究

祝鶴(內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017313)

0 引言

目前，世林化工氣化車間整體運(yùn)行正常，但由于洗滌塔內(nèi)洗滌水溫度較低，洗滌水與合成氣換熱溫差增大，導(dǎo)致洗滌塔出口合成氣升溫速度慢，開車時(shí)間延長(zhǎng)，并且洗滌塔出口的合成氣溫度最高僅能達(dá)到178℃。為使后工序合成氣溫度達(dá)標(biāo)，需要消耗大量蒸汽對(duì)合成氣進(jìn)行升溫。世林化工氣化車間洗滌塔洗滌水溫度較低，洗滌水與合成氣換熱溫差增大，導(dǎo)致洗滌塔出口合成氣溫度低，開車時(shí)間延長(zhǎng)，并且洗滌塔出口的合成氣溫度最高僅能達(dá)到184℃。

1 航天氣化工藝簡(jiǎn)介

1.1 氣化爐介紹

我公司氣化工藝采用航天粉煤加壓氣化技術(shù)將原料煤氣化產(chǎn)出粗合成氣。該技術(shù)為航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司自主創(chuàng)新的HT-L粉煤加壓氣化技術(shù)，粉煤與氣化劑(氧氣和水蒸汽)在氣化爐內(nèi)反應(yīng)，生成以CO和H2為主的粗合成氣，氣化反應(yīng)壓力為4.0MPa，反應(yīng)溫度為1390℃以上，碳轉(zhuǎn)化率≥99%，冷煤氣效率≥84%，氧耗低、液態(tài)排渣、產(chǎn)品氣體潔凈，滿足高效潔凈利用煤炭的技術(shù)要求。

1.2 煤氣化工藝

原煤經(jīng)過(guò)磨煤機(jī)研磨出5～90μm煤粉，由氮?dú)?二氧化碳加壓輸送至煤燒嘴，煤粉與氧氣通過(guò)煤燒嘴進(jìn)入氣化爐，在氣化爐內(nèi)發(fā)生不完全化學(xué)反應(yīng)生成CO和H2為主的氣體。

氣化爐產(chǎn)生粗合成氣經(jīng)過(guò)下降管進(jìn)入激冷室，被冷卻至210℃，粗合成氣進(jìn)入濕洗塔用來(lái)自除氧器的99℃除氧水進(jìn)行洗滌，除去粗合成氣中的細(xì)灰以及合成氣中較易溶于水的酸性氣體，然后送往后工序。

2 運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題

氣化車間原工藝采用灰水加熱器回收中壓閃蒸汽熱量并加熱洗滌水，閃蒸汽與灰水采用浮頭式列管換熱器換熱，換熱后的灰水溫度較低95℃進(jìn)入除氧器。由于氣化灰水是循環(huán)利用，水中的鈣、鎂離子較高，灰水硬度堿度均在1000mg/L以上，高硬度的灰水與高溫的閃蒸汽換熱時(shí)造成換熱器列管結(jié)垢、堵塞，換熱效果隨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)逐漸降低，結(jié)垢后的換熱器嚴(yán)重影響系統(tǒng)水量，當(dāng)換熱器過(guò)水量無(wú)法滿足工藝生產(chǎn)需求時(shí)，被迫只能打開換熱器副線降低換熱器效率，洗滌水與合成氣換熱溫差增大，導(dǎo)致洗滌塔出口合成氣溫度低，開車時(shí)間延長(zhǎng)，并且洗滌塔出口的合成氣溫度最高僅能達(dá)到184℃，同時(shí)造成閃蒸汽大量放空，熱量無(wú)法回收，給系統(tǒng)平衡帶來(lái)問(wèn)題，從而造成洗滌塔出口合成氣溫度低，甲醇車間變換工序僅能靠投加蒸汽緩解此問(wèn)題。在系統(tǒng)停車在開車時(shí)，由于熱量回收率低，合成氣提溫慢，造成變換車間接氣時(shí)間延長(zhǎng)，影響系統(tǒng)有效生產(chǎn)時(shí)間，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

3 解決方案

通過(guò)對(duì)洗滌塔出口合成氣溫度提高技術(shù)進(jìn)行研究，主要研究?jī)?nèi)容：對(duì)目前合成氣溫度低的原因進(jìn)行分析，將在洗滌塔給料泵入口增加一臺(tái)汽提塔，實(shí)現(xiàn)洗滌塔出口合成氣溫度的提高；對(duì)洗滌水溫度低的原因進(jìn)行研究，在開車初期將變換冷凝液改至循環(huán)水槽，減少因變換冷凝液溫度低而延長(zhǎng)的開車時(shí)間；通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)優(yōu)化及工藝管線優(yōu)化，提高合成氣水氣比，減少變換工序的蒸汽加入量。

(1)在洗滌塔給料泵入口增加一臺(tái)汽提塔，160℃的中壓閃蒸氣從汽提塔底部進(jìn)入，90℃的灰水從汽提塔塔頂進(jìn)入，閃蒸汽與灰水在汽提塔中充分接觸，將洗滌水的溫度提高至145℃，即縮小洗滌水與合成氣的溫差，使洗滌塔出口合成氣溫度達(dá)到200℃，減少后工序蒸汽的浪費(fèi)。

(2)基于進(jìn)入洗滌塔各路水溫?cái)?shù)據(jù)的研究，對(duì)進(jìn)入洗滌塔的變換冷凝液工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，在開車初期將變換冷凝液輸送至循環(huán)水罐，從而減少合成氣溫度的降低。

(3)對(duì)操控系統(tǒng)及相應(yīng)工藝管線進(jìn)行優(yōu)化，提高合成氣水氣比，減少變換工序蒸汽消耗量3t/h。本項(xiàng)目有效的解決了合成氣升溫速度慢、開車時(shí)間長(zhǎng)和合成氣溫度低的問(wèn)題，全年可增加甲醇產(chǎn)量1000噸，減少開車費(fèi)用110萬(wàn)元，減少蒸汽消耗量24000噸，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益550萬(wàn)元。主要技術(shù)指標(biāo)：洗滌塔出口合成氣溫度達(dá)到200℃以上；開車時(shí)間：由10個(gè)小時(shí)縮短至5個(gè)小時(shí)；灰水溫度：由90℃提高至130℃；將合成氣與閃蒸氣的溫差由70℃縮小至30℃；每年減少24000噸蒸汽使用量。

通過(guò)對(duì)洗滌塔出口合成氣溫度的工藝流程進(jìn)行技術(shù)性的分析研究，達(dá)到縮短變換系統(tǒng)接氣時(shí)間和提高濕洗塔出口合成氣溫度的目的，將原灰水加熱器取消并增加汽提塔，0.5MPa/約160℃的中閃閃蒸汽進(jìn)入汽提塔中部，1.0MPa/約90℃的除氧水泵送來(lái)的除氧水經(jīng)汽提塔上部加入，經(jīng)塔盤與中壓閃蒸汽逆流接觸換熱，將閃蒸汽中的水汽降溫冷凝回收，灰水溫度由90℃升高至約145℃，回收了系統(tǒng)的熱量與水汽，閃蒸汽中的乏汽經(jīng)過(guò)中閃冷凝器冷卻后經(jīng)分離罐分離送入硫回收系統(tǒng)。加熱后的灰水靠重力流入塔底，由灰水加壓泵送入洗滌塔作為合成氣的洗滌用水。

汽提塔塔板采用目前先進(jìn)技術(shù)的past防結(jié)垢塔板(蛇形塔板)，塔板具有自清潔功能，灰水與高壓閃蒸汽逆流接觸時(shí)高速的氣體經(jīng)塔板開孔穿過(guò)，防止了塔板結(jié)垢，提高了換熱效率，保證了系統(tǒng)長(zhǎng)周期、高負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)較高的回收了系統(tǒng)熱量。

4 運(yùn)行效果與結(jié)論

通過(guò)對(duì)洗滌塔出口合成氣溫度的工藝技術(shù)進(jìn)行研究，達(dá)到縮短變換系統(tǒng)接氣時(shí)間和提高濕洗塔出口合成氣溫度。在洗滌塔給料泵入口增加一臺(tái)汽提塔，160℃的中壓閃蒸氣從汽提塔塔釜底部進(jìn)入，90℃的灰水從汽提塔塔頂進(jìn)入，閃蒸汽與灰水在汽提塔中充分換熱，將洗滌水的溫度提高至145℃左右，使洗滌塔出口合成氣的溫度提高10℃，減少變換工序的蒸汽投加量，縮短2個(gè)小時(shí)接氣時(shí)間，運(yùn)行中合成氣溫度已達(dá)到196℃。

汽提塔換熱技術(shù)與列管換熱器換熱技術(shù)相比具有換熱效率高、熱量回收大、塔盤抗結(jié)垢能力強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，其專利的past塔盤具備自清潔、防結(jié)垢功能給該項(xiàng)技術(shù)。根據(jù)我公司實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，在系統(tǒng)高負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)其熱量回收量大，可以將灰水溫度可提升55℃，減少了系統(tǒng)熱量損失，降低了氣化系統(tǒng)對(duì)蒸汽的消耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。同時(shí)提高了合成氣溫度，降低了變換反應(yīng)對(duì)蒸汽的需求量，縮短了系統(tǒng)開車時(shí)的導(dǎo)氣時(shí)間。該技術(shù)與過(guò)去的灰水列管式換熱器相比較具備明顯的優(yōu)勢(shì)與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

本次創(chuàng)新擬對(duì)洗滌塔出口合成氣溫度的工藝技術(shù)進(jìn)行研究，縮短濕洗塔出口合成氣溫度的達(dá)標(biāo)時(shí)間。在洗滌塔給料泵入口增加一臺(tái)汽提塔，160℃的中壓閃蒸氣從汽提塔塔釜底部進(jìn)入，90℃的灰水從汽提塔塔頂進(jìn)入，閃蒸汽與灰水在汽提塔中充分換熱，將洗滌水的溫度提高至145℃左右，使洗滌塔出口合成氣的溫度提高12℃，減少變換工序的蒸汽投加量，接氣時(shí)間縮短2小時(shí)。