降低粗煤气带水和带灰量的方法探究

常　亮，孙玉同，张　萍

(兖矿国宏化工有限责任公司　山东邹城　273500)



降低粗煤气带水和带灰量的方法探究

常亮，孙玉同，张萍

(兖矿国宏化工有限责任公司山东邹城273500)

摘要在甲醇装置精甲醇产量达到1 650 t以上的情况下，德士古水煤浆气化装置碳洗塔出现严重的带水和带灰现象，导致变换工段原料气预热器结垢堵塞。针对出现的问题，采取有针对性的改造措施后，再未发生过因原料气预热器堵塞而停车清理的问题，经济效益显著。

关键词德士古水煤浆气化碳洗塔带水带灰

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

兖矿国宏化工有限责任公司(以下简称兖矿国宏公司)德士古水煤浆气化装置于2005年开工建设，制取的原料气用于生产甲醇。随着系统运行趋于稳定，为了发挥生产装置的最大经济效益，兖矿国宏公司逐步尝试增大产能，但在甲醇装置精甲醇产量达到1 650 t/d以上时，德士古水煤浆气化装置碳洗塔出现严重的带水和带灰现象，导致变换工段原料气预热器结垢堵塞，严重制约了系统的长周期稳定运行。

1存在的问题

粗煤气洗涤流程示意见图1。

图1　粗煤气洗涤流程示意

来自高压煤浆泵的合格煤浆与来自空分装置的氧气一起进入气化炉进行燃烧，燃烧产生的粗煤气与水煤浆燃烧产生的灰渣一同进入气化炉水浴进行第1次洗涤，在此90%(质量分数)左右的灰渣与粗煤气分离。洗涤后的粗煤气经文丘里洗涤器时，与来自灰水循环泵的喷淋水均匀混合，使飞灰增湿，然后进入碳洗塔水浴进行第2次洗涤，再经碳洗塔4层塔盘被塔盘水洗涤后，含粉尘质量浓度<1 mg/m3的粗煤气送往变换工段。

随着生产负荷的提高，单位时间内的产气量增加，导致气体流速增大，粗煤气在洗涤过程中出现了如下问题：①气化炉水浴的黑水随粗煤气一起进入碳洗塔水浴；②碳洗塔水浴的黑水被粗煤气带至碳洗塔塔盘；③由于流经碳洗塔塔盘的粗煤气带灰和带水，增大了碳洗塔塔盘的负荷，从而降低了碳洗塔对粗煤气的洗涤效果,最终夹带大量飞灰的粗煤气被送往变换工段。变换工段的原料气预热器将粗煤气由230 ℃加热至300 ℃，使得原本湿润的飞灰黏附在原料气预热器列管内壁，最终导致换热列管堵塞,进而影响换热效果。

2原因分析

(1)通过对气化炉整体结构的分析可得出如下结论：①与同等负荷(日产精甲醇1 650 t)的气化炉相比，兖矿国宏公司德士古水煤浆气化炉激冷室偏短，使得粗煤气夹带的水沫不能及时被分离，从而被带出气化炉，故可增大气化炉高度；②加大气化炉内上升管内径，以增大上升管与下降管之间的环隙，降低气体流速[1]。

(2)在碳洗塔检修时发现：①碳洗塔塔盘出现不同程度的吹翻现象；②碳洗塔塔盘上的固阀阀孔有不同程度堵塞现象；③碳洗塔塔盘上有轻微结垢现象；④碳洗塔折流板除沫器下方的排液管有堵塞现象。

(3)通过计算实际运行工况下的气体流量，发现碳洗塔直径偏小，原塔盘开孔率不足，导致碳洗塔塔盘上的阀孔气体流速过大，而塔盘洗涤水量较少，影响气体洗涤效果。

(4)由于气化装置超负荷运行，而碳洗塔设计余量偏小，导致粗煤气流速较大，造成粗煤气带水和带灰现象严重。

(5)当出现操作不当或系统压力波动等情况时，气体雾沫夹带量增大(气相带液严重)，加上碳洗塔旋流板导液管导液能力有限，致使碳洗塔出口气体带水严重。

(6)碳洗塔塔盘结构形式单一，未能获得理想的洗涤效果[2- 3]。

3改造措施

3.1扩大激冷室上升管直径

气化炉本体不做大的改动，将气化炉激冷室上升管直径由Φ1 510 mm扩大至Φ1 580 mm，下降管直径保持在Φ1 150 mm不变。改造后，环隙面积由0.75 m2增大至0.92 m2，粗煤气流速可降低22.6%。

3.2改造碳洗塔塔盘

(1)碳洗塔从上至下，1#，2#和3#塔盘改用高效固阀VG塔盘，堰高可维持在30 mm或增加至80 mm，以提高气体洗涤效果。

(2)最下层的4#塔盘采用固舌塔板，以增大气体对从塔盘上洗涤下来的粉尘的推力。

(3)4层塔板可采用镜面板或经抛光处理的塔板，以减少结垢。

(4)对碳洗塔顶部除沫器进行改造，适当加粗导液流管,以提高其通液能力，同时保证液封。

(5)优化操作，降低塔釜黑水中钙、镁离子及灰分含量。

(6)增大碳洗塔塔盘洗涤水流量，并保证降液管可满足40～100 m3/h的液体通过能力。

(7)为防止因塔内压力波动较大而导致塔盘被吹翻，在塔盘安装完成后，进行点焊加固。

4改造效果

4.1冷凝液含灰量

由表1可看出，改造后，变换工段粗煤气冷凝液中含灰量大幅下降。

表1改造前、后变换工段粗煤气冷凝液含灰量分析数据/(mg·L-1)

改造前改造后0.580.211.600.320.600.180.720.230.540.200.500.18

4.2原料气预热器压差趋势

改造前、后原料气预热器压差趋势对比如图2所示。

图2　改造前、后原料气预热器压差趋势对比

由图2可看出，改造完成后，经3个月的运行，原料气预热器压差无明显变化，表明改造效果较好。

4.3经济效益

改造前，每个季度需停车对原料气预热器进行机械清洗，从系统停车至恢复生产，至少需3 d。按精甲醇产量1 500 t/d、甲醇价格2 000元/t计，停车1次影响甲醇产量4 500 t，产值900万元。甲醇生产系统从气化炉开车至恢复生产需24 h，期间煤耗费用约70万元，氧耗费用26万元左右，其他消耗费用约40万元，共计136万元。即改造前，停车1次的费用约为1 036万元。

改造措施实施后，再未发生过因原料气预热器堵塞而需停车清理的问题。

单季度成本：按实际改造总投资233万元、综合折旧率7%计，则综合折旧费用为4.08万元；按维护费率2%计，则设备维护费为1.17万元；按账务费率6%计，则账务费用为3.50万元；其他费用(销售费用等)0.50万元。以上共计单季度成本为9.25万元。

改造项目实施后，每个季度可增加经济效益1 026.75万元。

5结语

通过实施有针对性的改造措施，变换工段原料气预热器使用周期大大延长(超过3个月)，且未对系统造成不良影响；由于气化装置粗煤气带水和带灰量的减少，使得进入变换炉的细灰量也大大减少，延长了变换催化剂的使用寿命；每减少1次非计划停车，增加经济效益1 026.75万元。无论从系统的长周期运行还是从经济效益来看，本次改造效果都是非常显著的。

参考文献

[1]安晓熙，曹月梅.Texaco煤气化炉带水问题的分析与探讨[J].当代化工，2012(8)：850- 852.

[2]李波，郭本陆，张艳群.德士古煤气化工艺气管道堵塞的原因及处理方法[J].大氮肥，2008(3)：187- 189.

[3]顾进.德士古煤气化装置合成气洗涤的改进[J].安徽化工，2005(3)：57- 58.

(收稿日期2015- 04- 28)

中图分类号:TQ546

文献标识码:B

文章编号：1006- 7779(2016)02- 0055- 02

作者简介：常亮(1982—)，男，工程师，主要从事德士古气化的研究；changliang19821030@163.com。