阳煤平定乙二醇项目气化框架优化设计①

2017-03-01吴凯

化工机械 2017年5期

关键词：灰水黑水闪蒸

吴凯

(华陆工程科技有限责任公司)

阳煤平定乙二醇项目气化框架优化设计①

吴凯

(华陆工程科技有限责任公司)

详细介绍了灰水处理装置中闪蒸框架的优化布置和由此给设备布置带来的优化设计。

气化装置灰水处理设备布置闪蒸优化设计

近年来，我国煤化工行业已经进入现代煤化工阶段，它具有装置规模大、技术集成度高和资源利用优于传统煤化工的特点[1]。随着化工行业各产品工艺流程趋于成熟、稳定，配套于同一工艺流程的设备布置也趋于模式化，形成相对固定的布置形式。而最近几年国家大力推行节能减排、综合利用，在这样的政策引导下，对石油化工行业提出了新的要求。在进行工程设计时，需要对已经比较成熟的工艺流程、设备布置进行进一步的方案优化，满足当前形势的需要。另一方面，由于受项目建设场地的限制，业主往往都要求尽可能将各装置紧凑布置，最大程度提高场地的利用率。

在这样的前提下，为了适应市场的需要，满足业主的要求，笔者在阳煤平定乙二醇项目中，打破传统的布置模式，对气化装置、灰水处理装置的设备布置进行了尝试性改动。此优化方案主要针对灰水处理装置中的闪蒸框架。灰水处理系统的作用是将气化装置和煤气初步净化工序产生的黑水中所含的固体和溶解的气体分离出来，并对黑水所含的热量加以回收[2]。

1 流程简介

水煤浆、氧气经过工艺烧嘴雾化后在气化炉内进行部分氧化反应，产生CO、H2等有效组分的合成气[3]，合成气经文丘里洗涤器、合成气洗涤塔(水洗塔)洗涤、除尘、冷却后送往变换装置。反应中生成的熔渣由气化炉底部排至渣池，经冷却后捞出装车外运。未反应的碳与气化炉的黑水一起送入黑水闪蒸渣水分离单元[4]。

由气化炉和碳洗塔(水洗塔)排出的黑水，送往灰水处理装置，进入闪蒸框架，回收热量。由于阳煤平定乙二醇项目采用的是4.5MPa的“清华”炉，因此只有两级闪蒸，同时除氧水槽被饱和热水塔取代。从气化炉和水洗塔来的黑水分别经过液位控制阀、流量控制阀减压[5]，分别依次进入高压闪蒸罐、真空闪蒸罐及真空冷凝器等设备，经闪蒸降温、浓缩后，送往澄清槽，加入絮凝剂使它加速沉淀。经过沉淀，澄清槽底部的细渣浆经泵加压后送去细渣过滤机脱水，渣饼装车运出。澄清槽上部的清水溢流至灰水槽，由低压灰水泵分别送至饱和热水塔、锁斗冲洗水罐循环使用。少量灰水作为废水排放，送去废水处理。闪蒸出的高压闪蒸汽作为热源直接送往饱和热水塔，饱和热水塔出口灰水经过高压灰水泵加压后，送去水洗塔循环使用。

2 布置优化

气化装置、灰水处理装置一般均为独立布置，即气化装置在一个区域，灰水处理在另一个区域。两个装置区通过装置内管廊或装置管廊串联。气化装置与灰水处理装置通常布置于同侧或分立对面两侧。灰水处理装置中，高压闪蒸罐、低压闪蒸罐、真空闪蒸罐及其配套附属设备均布置在一个独立的框架中(闪蒸框架)，为了保证自流要求，闪蒸框架的高度一般不低于35m。在传统的设备布置中，由于气化装置、灰水处理装置分别为独立区域，黑水管线需要经过管廊进出气化装置、灰水处理装置，因此在进行管道设计时，都避免不了几方面的问题：首先，进出气化框架、闪蒸框架的黑水管线需要占用管廊上的管位，降低了管廊上管道设计的自由度，甚至造成一些不必要的浪费；其次，由于闪蒸系统黑水系统含有灰渣，严重磨损管道阀门[6]；同时，煤气(合成气)中的CO2溶于灰水中形成CO32-、HCO3-1，灰水中的Ca2+含量高，在温度较高的条件下，会促进CaCO3的生成，形成结垢[7]，造成管线堵塞。所以在管道设计时，工艺要求需要黑水管线应尽量短。然而一旦经过管廊输送，必然造成管道线路过长，同时可能存在低点。

阳煤平定乙二醇项目的设备布置，综合考虑各方面的限制因素，首次提出取消闪蒸框架，在空间上利用气化框架的高度，将高压闪蒸罐、真空闪蒸罐及真空闪蒸冷凝器等设备布置在气化框架水洗塔所在一侧的框架中。为保证黑水管线能够自流至澄清槽，水洗塔一侧框架相较于传统布置中的高度，需要适当抬高，以满足工艺要求。由于将气化炉、水洗塔、高压闪蒸罐、真空闪蒸罐都布置在同一个装置区中，因此相比传统的设备布置，气化炉、水洗塔排出的黑水管线，送去闪蒸框架时可以不再通过管廊输送。这样，首先可以解决进出气化框架、闪蒸框架的黑水管线，占用管廊上管位的问题。其次，管道线路明显短了很多，可以降低黑水管线的管道材料用量。再次，在管道布置中可以做到一路低或者一路高，不会存在明显的低点，降低了由于布置原因造成的管线堵塞的风险。另外，取消了闪蒸框架，将气化框架与闪蒸框架合并成一个框架，仅仅地基处理一项，至少可以节约三分之一的土建施工费用。当然，此优化设计也存在它自身的缺陷。由于将两个框架合二为一，闪蒸框架的主要设备全部集中在气化框架中布置，必然导致布置紧凑，通道、操作空间狭小，管道布置紧密，管道间距紧凑。

3 结束语

随着阳煤平定乙二醇项目的竣工，投料试车，也标志着本项目中进行的尝试性突破得以实现。足以说明本项目中气化装置、灰水处理装置，设备布置的可操作性。当然，该项目也有它的局限性和特殊性。首先，该项目采用的是4.5MPa的“清华”炉，项目的产品和产量决定了此工艺流程中，核心设备的尺寸相对偏小。其次，由于气化的压力不高，致使灰水处理单元中只有两级闪蒸，同时用饱和热水塔取代了除氧水槽。以上这几个方面是敢于对本项目进行优化设计的先决条件。尽管该设计方案有它的局限性与特殊性，依然可以提供一个新的思路。随着我国经济下行压力不断加大，大气污染防治和应对气候变化要求的提高，煤炭行业发展面临极其严峻的挑战，同时煤化工行业也必将因此受到严重影响。尤其是当下去产能的大环境下，高温、高压大规模的化工装置不再成为主流，精细化产品、甲醇的下游产品将占据大量市场份额，面对如此的市场条件，该项目中的优化设计不失为一种值得推广的设计理念。同时，如果在场地条件允许的条件下，通过合理规划与布局，完全可以解决通道、操作空间狭小的问题。

[1] 张明.现代煤化工产业的现状及展望[J].化工机械，2012，39(3)：257～265.

[2] 步建军.多喷嘴气化装置灰水处理工段运行问题探讨[J].小氮肥，2015，43(5)：1～4.

[3] 马廷卫，朱敏，孙西英.多喷嘴对置式水煤浆气化装置的优化与运行[J].现代化工，2011，31(z1)：401～402.

[4] 任翔，伍凌，程兴.水煤浆气化装置的安全联锁控制关键点和难点的实施[J].化工自动化及仪表，2015，42(6)：708～711.

[5] 张旭东，包宗宏.德士古水煤浆气化装置工程设计问题探讨[J].化学工业与工程技术，2005，26(4)：37～41,58.

[6] 刘怀祥.德士古煤气化技术改造的思路及存在的问题探讨[J].内蒙古石油化工，2011，(18)：111～113.

[7] 刘乐利.德士古水煤浆气化灰水处理系统的优化[J].中氮肥，2005，(5)：11～13.

OptimalDesignofGasificationFrameforEthyleneProject

WU Kai

(HualuEngineeringamp;TechnologyCo.,Ltd.)

The optimal layout of “flashing module” in ash-water treatment was introduced, including the optimal design it brings to the pipeline layout.

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