浅析神宁炉合成气洗涤系统优化过程

王国梁 张镓铄 陈鹏程 李红娣

摘 要：针对西门子GSP气化装置合成气夹带细灰量较多的缺点，神华宁煤集团通过原料气液分离罐增加塔盘、增加鼓泡塔及气化炉激冷室内设置下降管等一系列改造优化，最终形成了气化炉燃烧室高温合成气和熔渣经下降管进入激冷室水浴，经水浴冷却除尘之后进入后续一级文丘里+分液罐+二级文丘里+洗涤塔进行分级洗涤的“神宁炉”气化技术。

关键词：GSP气化；文丘里洗涤系统；合成气带灰；磨损；神宁炉

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.032

0 前言

西门子GSP煤粉加压气流床气化技术[1]是国内首套商业化运行的GSP气流床气化工艺。在经历了六年的商业化运行至今，气化装置因气化炉合成气带灰量大、文丘里洗涤系统磨损严重、变换系统原料气加热器和保护床堵塞等原因导致系统停车频繁，严重影响了装置的稳定及长周期运行。因此，通过对生产过程中合成气洗涤系统问题的分析及研究，并制定相应技改措施，降低了合成气的含尘量，有效地提高了系统运行的长周期及稳定性。

“神宁炉”气化技术[2]的合成气洗涤系统就是基于此装置的历次技改优化，联合中国五环工程有限公司研发而来，现经神华宁煤煤制油项目运行验证，合成气洗涤效果良好，含尘量小于0.5mg/m3。

1 西门子GSP粉煤加压气流床气化技术

1.1 合成气洗涤系统工艺流程简述

合成气洗涤系统的工艺意图，是通过两级文丘里，由洗涤水对合成气进行强化洗涤，把夹带的煤灰和气相水溶性杂质从合成气中脱除，得到符合变换装置工艺要求的气体。

气化炉激冷室出来的合成气，进入第一文丘里T-101，与泵P-101A/B 送过来的洗涤水，跟合成气按照一定的比值关系，进行强化接触和洗涤。第一文丘里直接连接到下游的气液分离罐D-101。进行气液分离后，合成气进入第二文丘里T-102。带有煤灰的洗涤水，通过管道与第二文丘里气液分离罐出来的洗涤水混合后，排往激冷水罐 。

从泵P-101A/B 过来的洗涤水进入第二文丘里，按照跟合成气流量的比值关系，对合成气进行强化接触和洗涤。洗涤完毕后，第二文丘里直接连接到下游的气液分离罐D-102进行气液分离。之后合成气通过部分冷凝器E-101后进入原料气分离罐D-103。带有煤灰的洗涤水，汇合到总管后送往激冷水罐。

来自于变换装置的工艺冷凝液经换热器E-102预热进入原料气分离罐D-103的底部，保持一定的液位作为缓冲，供往P-101A/B，再到第一和第二文丘里洗涤器作为合成气的洗涤水。正常生产时，如果工艺冷凝液的流量不足，将打开经换热器E-103预热的脱盐水进行补充。

1.2 合成气洗涤系统技改背景

1.2.1 合成气带灰量大，变换系统堵塞严重

根据西门子工艺设计，合成气含尘量小于1mg/m3，但由于气化反应过程中产生的细灰含量大，合成气带灰严重，合成气含尘量在10-16mg/m3之间，造成变换系统原料气加热器、变换保护床堵塞，导致气化系统停车频繁。

1.2.2 合成气带灰量大，文丘里洗涤水带灰渣大，造成系统磨损严重

GSP气化炉激冷室采用喷嘴进行激冷降温除灰渣，在实际运行过程中，因为细灰含量大，气化炉激冷室的除渣效果不好，激冷室出口合成气带灰渣量较大，造成文丘里洗涤系统洗涤分离后的洗涤水中固含量高，造成排液管线堵塞、阀门磨损，导致气化系统停车频繁。

1.3 文丘里洗涤水系统的技改

基于上述影响气化装置长周期运行的瓶颈问题，对气化装置文丘里洗涤系统及黑水闪蒸系统进行一系列的技术改造。

1.3.1 技改内容

（1）第一阶段技改。

1）将原料气分离罐D-103原设计除沫器取掉，增加了3层塔盘。

2）增加一二文丘里分离罐的长度，并内件进行改造，增大气渣分离空间，减少分离罐底部的积渣。

3）一二级文丘里气液分离罐的洗涤水不再进入激冷水罐，改为进入旁路闪蒸进行处理，改善激冷水水质。

4）在气化炉内合成气出口增加折流板[3]，合成气从下往上流出时经过由原先一个喷头改为四个喷头的激冷喷头的进一步洗涤。

通过此次改造，合成气尘含量降到了5.0mg/m3[4]以下，达到了预期效果。

（2）第二阶段技改。

1）新增鼓泡塔D-105，通过水浴式洗涤分离气化炉出口合成气中的大颗粒灰，达到初步净化合成气。

2）增加洗涤塔循环泵P-101C。

3）将原料气分离罐D-103改造成洗涤塔，具体将原料气分离罐筒体加长2.4米，同时内部新增三层泡罩塔盘，每层塔盘安装有393个泡罩，以进一步提高除尘效果。

4）一二级文丘里气液分离罐的洗涤水不再进入旁路闪蒸，改为直接进入洗涤塔。

5）泵P-101出口的洗涤水不在做为一二级文丘里洗涤器的洗涤水，而是进入鼓泡塔对合成气进行洗涤，一二级文丘里洗涤器的洗涤水改为黑水装置循环水泵过来的高压循环水。

通过此次改造，合成气尘含量降到了0.5mg/m3以下，达到了预期效果。

1.3.2 技改流程

气化反应产生的合成气首先进入鼓泡塔中，在水浴中将合成气中所带的大颗粒的灰和少量细灰除掉后，进入两级洗涤系统，再经过部分冷凝器后进入改造后的洗涤塔D-103，然后进入变换装置，达到除去合成气中灰尘的目的。洗涤塔中的洗涤水通过泵送至鼓泡塔作为合成气洗涤水，鼓泡塔黑水直接排往闪蒸旁路处理。

文丘里洗涤系统改造后，黑水处理系统相应处理量增大，因而也进行了相应改造。

2 神宁炉合成气洗涤系统

2.1 神宁炉合成气洗涤系统工艺流程

在西门子GSP气化装置合成气洗涤系统的基础上，研发了神宁炉合成气洗涤系统，该系统中激冷水通过气化炉激冷室激冷环旋转喷出，对燃烧室出来的高温原料气和激冷室设备本身进行冷却、洗涤，洗涤后合成气通过下降管进入气化炉激冷室水浴中鼓泡逸出水面，进入一级文丘里与高压循环水混合增湿后，在文丘里气液分离罐分离除尘分离出粗煤气中大部分灰渣后，再进入二级文丘里与高压循环水混合，润湿的粗煤气进入合成气洗涤塔水浴，合成气进入合成气洗涤塔后分别经过高温循环水、变换凝液充分洗涤后从合成气洗涤塔顶部将灰含量降至0.5mg/m3，最后进入变换装置。

2.2 神宁炉合成气洗涤系统的优势

（1）与西门子GSP气化装置相比，神宁炉取消了鼓泡塔，在气化炉内增加下降管，气化炉燃烧室高温合成气和熔渣经下降管进入激冷室水浴，经水浴冷却除尘的合成气尘含量低至3mg/m3.。

（2）神宁炉气化装置采用一级文丘里+分液罐+二级文丘里+洗涤塔分级洗涤的工艺，洗涤塔出口合成气尘含量小于0.5mg/m3，与西门子GSP气化装置相比，取消了二级文丘里气液分离罐和部分冷凝器，二级文丘里洗涤器直接与洗涤塔法兰连接，节省了设备的布置空间和成本。

（3）神宁炉气化装置的洗涤塔分粗细段和精洗段，洗涤效果好于西门子GSP气化装置改造后的洗涤塔，且进行合成气精洗的高压工艺水主要来源于各等级蒸汽产生的凝液，在凝液回收利用方面亦优于西门子GSP气化装置。

3 结论

神宁炉气化技术的合成气洗涤系统是一种高效的洗涤系统，通过激冷室下降管水浴冷却除尘后进入一级文丘里+分液罐+二级文丘里+洗涤塔的工艺使进变换装置合成气尘含量小于0.5mg/m3，在工艺流程、设备上更优化，既保证了技术性能的稳定，也满足了生产工艺的要求，同时又通过回收各等级蒸汽凝液而节省了脱盐水用量，减少了资源的浪费，降低了运行成本。

参考文献：

[1]姜永.GSP气化技术运行改造[J].科技创新与应用，2013（13）：120-120.

[2]汪建寿.现代煤气化技术发展趋势及应用综述[J].化工进展，2016，35（03）：653-664.

[3]井云环，张劲松，杨英. GSP气化工艺工业应用中的技术改造 [J].现代化工，2013，12（33）：102-106.

[4]陈鹏程，王婷.GSP干煤粉气化技术的应用及优化[J].广州化工，2012，21（40）：149-151.

作者简介：王国梁（1987-），男，工学学士，助理工程师，主要从事煤化工气化工艺技术及管理工作。