航天爐變換冷凝液系統改造總結

張世飛,張林峰

(安徽晉煤中能化工股份有限公司，安徽阜陽 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司(簡稱中能化工)一期航天爐裝置碳洗塔為后序變換工序提供用水。2020年上半年，碳洗塔發生堵塞，粗煤氣帶水帶塵，直接影響變換工序的安全運行。為此，筆者分析了碳洗塔結垢堵塞的原因，并提出解決措施。

1 存在的問題

(1) 氣化碳洗塔用水來自變換工序的鍋爐水和變換氣冷凝液。鍋爐水為除氧水，水質合格；變換氣冷凝液是系統循環使用的水，沒有配套的處理裝置，水體積流量為20 m3/h，經分析氨氮質量濃度、化學需氧量(COD)高達3 000 mg/L。

(2) 碳洗塔一旦結垢，系統壓差上升很快，氣化爐到變換工序的壓差最高達1.0 MPa，變換工序帶水、帶灰嚴重，系統只能減負荷生產。

(3) 煤氣帶水帶塵嚴重，溫度低至180 ℃(設計值為200 ℃)，變換工序需要大量外加蒸汽。

(4) 煤塵積在換熱器和觸媒層中，造成變換工序阻力大，并嚴重影響換熱效果和觸媒使用壽命。

2 目標確定

為延長航天爐裝置運行周期，實現穩產高產，確定年度目標：(1) 降低變換氣冷凝液中氨氮質量濃度、COD(<10 mg/L)；(2) 減少裝置因結垢堵塞造成的停車檢修次數；(3) 將冷凝液現場排放量降低到零。

3 原因分析

筆者從工藝、設備、人員等方面分析了氣化碳洗塔堵塞的原因。

工藝方面的原因為：(1) 工藝流程設計不合理；(2) 系統冷凝液循環使用；(3) 變換氣中氨含量高；(4) 變換副反應多[1-2]。

設備方面的原因為：(1) 現有裝置處理能力低；(2) 沒有配套冷凝液處理系統。

人員方面的原因為：(1) 操作不當導致工況波動大；(2) 操作規程不完善；(3) 業務技能差，缺乏應變能力[3-4]。

另外，分析監控項目缺失、系統用水緊張導致置換量小均是造成碳洗塔堵塞的原因。

4 對策措施

(1) 技改增設水處理裝置。

2020年3月，在變換汽提塔增設1臺泵(利舊)，將冷凝液先在常壓下進行加熱汽提，解吸出其中的氨，再通過泵加壓把汽提后的冷凝液送往氣化碳洗塔，冷凝液中氨氮質量濃度、COD由原來的3 000 mg/L降到10 mg/L以下。

(2) 調整操作，提升平衡變換率，變換氣冷凝液中氨質量濃度平衡在600 mg/L。

自從開車以來，變換爐二段觸媒一直未更換過，由于觸媒老化，變換系統的壓差達到480 kPa左右，影響系統負荷的增加。利用變換爐原有管線進行改造，對變換爐二段增加1條副線，通過二段副線的調節，降低變換爐的壓差，減小系統的阻力。變換爐壓差從480 kPa降到350 kPa，保證了系統的正常運轉。

針對變換系統3臺廢鍋列管泄漏的問題，利用2020年7月停車檢修機會，對3臺廢鍋進行換芯，保證3臺廢鍋運行的正常。另外增加1臺加藥泵去除氧槽，通過配堿來保證脫鹽水pH合格，從而減少設備的腐蝕，保證3臺廢鍋能長時間正常運行。

(3) 合理優化工藝流程。

(4) 制定操作法，統一操作思路。

(5) 組織業務學習，加強培訓。

5 實施效果

汽提塔泵投用后，外送冷凝液中氨氮質量濃度、COD降至10 mg/L以下，系統冷凝液完全實現循環使用。

改造后未再出現因氣化碳洗塔堵塞導致粗煤氣帶水現象，保障了變換系統的正常運行。

煤氣帶水帶塵問題得到解決，煤氣溫度高達190 ℃，1號變換爐外加蒸汽質量流量由原來的5.0 t/h減少至3.5 t/h。

6 效益計算

技改后煤氣溫度由180 ℃升至190 ℃，變換爐外加4.9 MPa蒸汽質量流量減少1.5 t/h。每噸蒸汽成本為130元，2020年下半年生產按150 d計算，節約的蒸汽費用為70.2萬元。

由于技改后，氣化來粗煤氣氣質好轉，變換阻力上升較為緩慢，比上一年同期壓差降低 0.2 MPa，合成氣壓縮機組蒸汽消耗質量流量降低約0.68 t/h，則半年可以節約費用約31.82萬元。

冷凝液完全循環利用后，污水減排體積流量為20 m3/h，處理每噸污水成本為2.0元，則減少污水處理產生的費用約為14.4萬元。

變換冷凝液系統改造后，2020年下半年生產中為公司直接節約的費用共計約116.42萬元。

7 結語

針對由于氣化碳洗塔堵塞而造成的粗煤氣帶水帶塵、系統阻力大、各項消耗高的問題，分析認為碳洗塔結垢堵塞的原因是水中氨氮質量濃度高、COD高。通過改變冷凝液水質解決了該問題，防止粗煤氣帶水給變換工序造成影響。變換冷凝液系統改造后，每年可為公司直接節約232.84萬元，經濟效益明顯。