提升气化洗涤塔出口合成气温度的研究

祝鹤(内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017313)

0 引言

目前，世林化工气化车间整体运行正常，但由于洗涤塔内洗涤水温度较低，洗涤水与合成气换热温差增大，导致洗涤塔出口合成气升温速度慢，开车时间延长，并且洗涤塔出口的合成气温度最高仅能达到178℃。为使后工序合成气温度达标，需要消耗大量蒸汽对合成气进行升温。世林化工气化车间洗涤塔洗涤水温度较低，洗涤水与合成气换热温差增大，导致洗涤塔出口合成气温度低，开车时间延长，并且洗涤塔出口的合成气温度最高仅能达到184℃。

1 航天气化工艺简介

1.1 气化炉介绍

我公司气化工艺采用航天粉煤加压气化技术将原料煤气化产出粗合成气。该技术为航天长征化学工程股份有限公司自主创新的HT-L粉煤加压气化技术，粉煤与气化剂(氧气和水蒸汽)在气化炉内反应，生成以CO和H2为主的粗合成气，气化反应压力为4.0MPa，反应温度为1390℃以上，碳转化率≥99%，冷煤气效率≥84%，氧耗低、液态排渣、产品气体洁净，满足高效洁净利用煤炭的技术要求。

1.2 煤气化工艺

原煤经过磨煤机研磨出5～90μm煤粉，由氮气/二氧化碳加压输送至煤烧嘴，煤粉与氧气通过煤烧嘴进入气化炉，在气化炉内发生不完全化学反应生成CO和H2为主的气体。

气化炉产生粗合成气经过下降管进入激冷室，被冷却至210℃，粗合成气进入湿洗塔用来自除氧器的99℃除氧水进行洗涤，除去粗合成气中的细灰以及合成气中较易溶于水的酸性气体，然后送往后工序。

2 运行中出现的问题

气化车间原工艺采用灰水加热器回收中压闪蒸汽热量并加热洗涤水，闪蒸汽与灰水采用浮头式列管换热器换热，换热后的灰水温度较低95℃进入除氧器。由于气化灰水是循环利用，水中的钙、镁离子较高，灰水硬度碱度均在1000mg/L以上，高硬度的灰水与高温的闪蒸汽换热时造成换热器列管结垢、堵塞，换热效果随系统运行时间延长逐渐降低，结垢后的换热器严重影响系统水量，当换热器过水量无法满足工艺生产需求时，被迫只能打开换热器副线降低换热器效率，洗涤水与合成气换热温差增大，导致洗涤塔出口合成气温度低，开车时间延长，并且洗涤塔出口的合成气温度最高仅能达到184℃，同时造成闪蒸汽大量放空，热量无法回收，给系统平衡带来问题，从而造成洗涤塔出口合成气温度低，甲醇车间变换工序仅能靠投加蒸汽缓解此问题。在系统停车在开车时，由于热量回收率低，合成气提温慢，造成变换车间接气时间延长，影响系统有效生产时间，造成较大经济损失。

3 解决方案

通过对洗涤塔出口合成气温度提高技术进行研究，主要研究内容：对目前合成气温度低的原因进行分析，将在洗涤塔给料泵入口增加一台汽提塔，实现洗涤塔出口合成气温度的提高；对洗涤水温度低的原因进行研究，在开车初期将变换冷凝液改至循环水槽，减少因变换冷凝液温度低而延长的开车时间；通过对控制系统优化及工艺管线优化，提高合成气水气比，减少变换工序的蒸汽加入量。

(1)在洗涤塔给料泵入口增加一台汽提塔，160℃的中压闪蒸气从汽提塔底部进入，90℃的灰水从汽提塔塔顶进入，闪蒸汽与灰水在汽提塔中充分接触，将洗涤水的温度提高至145℃，即缩小洗涤水与合成气的温差，使洗涤塔出口合成气温度达到200℃，减少后工序蒸汽的浪费。

(2)基于进入洗涤塔各路水温数据的研究，对进入洗涤塔的变换冷凝液工艺流程进行优化，在开车初期将变换冷凝液输送至循环水罐，从而减少合成气温度的降低。

(3)对操控系统及相应工艺管线进行优化，提高合成气水气比，减少变换工序蒸汽消耗量3t/h。本项目有效的解决了合成气升温速度慢、开车时间长和合成气温度低的问题，全年可增加甲醇产量1000吨，减少开车费用110万元，减少蒸汽消耗量24000吨，产生经济效益550万元。主要技术指标：洗涤塔出口合成气温度达到200℃以上；开车时间：由10个小时缩短至5个小时；灰水温度：由90℃提高至130℃；将合成气与闪蒸气的温差由70℃缩小至30℃；每年减少24000吨蒸汽使用量。

通过对洗涤塔出口合成气温度的工艺流程进行技术性的分析研究，达到缩短变换系统接气时间和提高湿洗塔出口合成气温度的目的，将原灰水加热器取消并增加汽提塔，0.5MPa/约160℃的中闪闪蒸汽进入汽提塔中部，1.0MPa/约90℃的除氧水泵送来的除氧水经汽提塔上部加入，经塔盘与中压闪蒸汽逆流接触换热，将闪蒸汽中的水汽降温冷凝回收，灰水温度由90℃升高至约145℃，回收了系统的热量与水汽，闪蒸汽中的乏汽经过中闪冷凝器冷却后经分离罐分离送入硫回收系统。加热后的灰水靠重力流入塔底，由灰水加压泵送入洗涤塔作为合成气的洗涤用水。

汽提塔塔板采用目前先进技术的past防结垢塔板(蛇形塔板)，塔板具有自清洁功能，灰水与高压闪蒸汽逆流接触时高速的气体经塔板开孔穿过，防止了塔板结垢，提高了换热效率，保证了系统长周期、高负荷、稳定运行，同时较高的回收了系统热量。

4 运行效果与结论

通过对洗涤塔出口合成气温度的工艺技术进行研究，达到缩短变换系统接气时间和提高湿洗塔出口合成气温度。在洗涤塔给料泵入口增加一台汽提塔，160℃的中压闪蒸气从汽提塔塔釜底部进入，90℃的灰水从汽提塔塔顶进入，闪蒸汽与灰水在汽提塔中充分换热，将洗涤水的温度提高至145℃左右，使洗涤塔出口合成气的温度提高10℃，减少变换工序的蒸汽投加量，缩短2个小时接气时间，运行中合成气温度已达到196℃。

汽提塔换热技术与列管换热器换热技术相比具有换热效率高、热量回收大、塔盘抗结垢能力强、系统稳定运行周期长等特点，其专利的past塔盘具备自清洁、防结垢功能给该项技术。根据我公司实际运行情况来看，在系统高负荷生产运行时其热量回收量大，可以将灰水温度可提升55℃，减少了系统热量损失，降低了气化系统对蒸汽的消耗，节约了生产成本。同时提高了合成气温度，降低了变换反应对蒸汽的需求量，缩短了系统开车时的导气时间。该技术与过去的灰水列管式换热器相比较具备明显的优势与市场竞争力。

本次创新拟对洗涤塔出口合成气温度的工艺技术进行研究，缩短湿洗塔出口合成气温度的达标时间。在洗涤塔给料泵入口增加一台汽提塔，160℃的中压闪蒸气从汽提塔塔釜底部进入，90℃的灰水从汽提塔塔顶进入，闪蒸汽与灰水在汽提塔中充分换热，将洗涤水的温度提高至145℃左右，使洗涤塔出口合成气的温度提高12℃，减少变换工序的蒸汽投加量，接气时间缩短2小时。