Texaco合成气洗涤的两次改造.doc

我公司Texaco合成气洗涤的两次改造夏洪强，陈方林（安徽淮化集团有限责任公司，安徽 淮南 232038） 2004-12-160 前 言 我公司德士古水煤浆加压气化装置有3台气化炉，2开1备，由日本宇部公司(UBE)设计,于2000年8月化工投料试车一次成功, 成为国内继山东鲁化、上海焦化、陕西渭化之后的第4套德士古装置。该装置设计灰分值为14.76%，但由于煤炭供应紧张，公司所用原料煤的灰分一直较高,灰分含量通常都在20%左右，有时甚至高达25%以上，由此造成洗涤塔阻力上升较快，致使其中1台气化炉运行不到20 d就必须停炉清理；同时带来合成气带灰、带水及变换催化剂失活等问题。本文就灰分高造成的合成气带灰、带水及洗涤塔阻力上升快等问题进行分析，并对实施的改造措施进行介绍。1 Texaco气化系统粗合成气洗涤过程 合格的水煤浆和从空分来的氧气经烧嘴喷入气化炉燃烧室, 氧气和水煤浆在13001400、4.0 MPa条件下进行部分氧化反应, 生成的水煤气和熔融灰渣经过均布激冷水的下降管进入激冷室的水浴中，大部分的熔渣经冷却固化后落入激冷室底部。粗合成气沿下降管和上升管的环隙上升后，出气化炉激冷室。在合成气出口管处设有冲洗水，以防气体中固体颗粒在出口管累积堵塞，同时给合成气增湿。经过初步洗涤的合成气进入喷嘴洗涤器，在此加入大量增湿水，使合成气夹带的固体颗粒完全湿润，以便在洗涤塔内快速除去。经增湿的合成气沿洗涤塔下降管进入底部水浴中，再向上穿过水层，大部分固体颗粒沉降到塔底部与合成气分离。上升的合成气沿下降管和导气管的环隙向上穿过两层冲击式塔板，并与洁净的喷淋水逆向接触，洗涤余下的固体颗粒，再经除雾器除去雾沫后送往后工序。要求出洗涤塔的合成气含尘量1 mg/m3。我公司Texaco合成气洗涤流程示意图见图1。图1 Texaco合成气洗涤流程示意图2 合成气洗涤的第一次改造2.1 合成气带灰、带水及洗涤塔阻力上升原因 2001年下半年，煤的灰分通常都在16%20%，1台气化炉清理后运行仅16 d左右就会出现洗涤塔合成气带灰、带水现象，20 d左右带水已相当严重，且洗涤塔阻力上升至0.25 MPa以上,被迫停炉清理。经认真分析和研究后，认为洗涤塔阻力上升的主要原因是： （1）煤质发生变化，灰分上升； （2）洗涤塔有关尺寸不合理； （3）工艺指标不合理，造成气化炉、洗涤塔洗涤效果不好； （4）分散剂、絮凝剂的添加量不合理并疏于管理。2.2 改造措施 （1）增加一排除雾器，使原3组除雾器变成4组。 （2）对塔板进行扩孔，使孔径由原来的6 mm扩为7 mm，增加筛孔面积，降低孔速。（3）将塔板溢流堰增加到134 mm，水封槽溢流堰槽高度增加到184 mm。 （4）调整工艺指标：激冷水量由原109 m3/h加大到120 m3/h以上；加大喷射洗涤器的水量，超过70 m3/h；洗涤塔排黑水量加大，超过15 m3/h。 （5）加强分散剂和絮凝剂的使用管理，保证灰水品质。 实施以上技改措施后，在现有灰分下，基本实现了1台气化炉运行3040 d不带水、不带灰的目标（在此灰分下工艺烧嘴也只能使用30余天就需倒炉更换）。3 合成气洗涤的第二次改造 2004年初煤炭供应异常紧张，至2月下旬，所供煤的灰分大部分都在20%25%，再次造成洗涤塔阻力上升较快，致使1台气化炉运行20 d左右就必须停炉清理。 工程技术人员通过认真分析、研究并参考其他采用德士古技术厂家的工艺流程和工艺参数后认为，洗涤塔阻力上升快的原因是水气比波动较大，而这又是洗涤塔排水不稳定的结果。因为两台洗涤塔共用一根排黑水管线，排水压差不同而造成相互排斥，排水不稳定更造成洗 涤塔内灰尘累积严重。为此，公司借鉴了鲁化厂的经验，将两台洗涤塔的黑水管线分开，各走一条，解决了因相互排斥所造成的排水不稳定问题。4 改造效果 洗涤塔经过两次改造后，基本消除了阻力上升快的问题，有效地延长了系统带灰、带水周期，稳定了水气比，从而消除了变换炉操作不稳定的因素。带灰的减少也大大延长了变换催化剂的使用寿命。改造效果见表1。我公司德士古水煤浆加压气化装置的改进陈方林(安徽淮化集团有限公司，安徽 淮南 232038) 2001-05-16 我公司“1830”工程是一套年产18万t合成氨、30万t尿素的生产装置，是由空分、气化、净化、合成、尿素等几个工序组成。其中气化装置采用美国德士古公司(TEXACO)水煤浆加压气化工艺，引进美国德士古公司技术软件包(PDP)，由日本宇部公司(UBE)承包并进行基础设计，东华公司(原化工部第三设计院)进行详细设计，是国内继山东兖矿鲁南化肥厂、上海焦化有限公司、渭河化肥厂之后投运的第4套水煤浆加压气化装置。 1 试车及运行情况 该装置于2000年二季度末建成，2000年8月9日进行第一次化工投料试车并取得成功， 2000年10月9日全面打通合成氨流程。在稳定运行的基础上转入试生产阶段。为解决气化用煤单一的问题，于2000年11月成功地进行了义马煤与华亭煤的掺烧(华亭煤与义马煤各占50)。 2000年12月15日，德士古与宇部公司专家共同对装置进行了24h满负荷性能试验，各项指标均达到或优于PDP性能保证值，见表1。考核期间主要工艺参数见表2。 该装置试车时间短(20天)，试生产期间运行稳定可靠，单炉最长运行时间已达42天，到2001年1月底，已生产合成氨4.6万t，创造了德士古水煤浆加压气化工艺的新纪录。 2 装置改进 美国德士古公司和日本宇部公司在总结以前德士古装置生产经验的基础上，对我公司德士古装置作了如下改进。 2.1 采用新型激冷环 气化炉燃烧室产生的高温煤气和熔渣，在激冷水的激冷下，通过下降管进入激冷室。激冷环直接接触高温煤气和熔渣，工作条件恶劣。激冷环必须保证激冷水在下降管上分布均匀，并形成足够厚度的水幕，将高温介质与下降管隔开，使下降管不至于被烧穿。在运行中常会因激冷环结垢，堵塞激冷环通道，导致水量不足，被迫停车清理。 我公司激冷环是德士古新开发的专利产品，材质选用耐氧离子腐蚀的Incoloy825(耐热镍铬铁合金)，在结构上与以往的激冷环有细微的差别，主要有二方面的显著优点：(1)该新型激冷环可以使激冷水在激冷环的水腔旋转流动，且流速较大，使激冷水中的杂质难以在激冷环水腔结垢，有效地解决了激冷环的堵塞问题。(2)激冷水经激冷环喷出后，沿下降管旋转下降，在水量较小的情况下，仍能形成较均匀的水幕，防止下降管被烧穿。开车以来，该激冷环一直运行良好。 2.2 气化炉取压点设在筒体部位 在以往的德士古装置中，气化炉的取压点都设在气化炉的拱顶部位，运行时，易引起拱顶炉壁超温，被迫停炉处理。原因为拱顶是气化炉内衬不规则部位，筑炉难度相对较大，易出现不规则缝隙，取压点又靠近炉口，这样取压点、可压缩层及炉口三者之间易形成通道，导致窜气，特别是在气化炉渣口缩小，气体返混时，窜气量更大，从而引起拱顶超温。 我公司德士古装置，取压口设在气化炉筒体部位，并通以小流量高压氮气，这样一方面使筒体比较规则，筑炉质量易于保证，另一方面取压口离炉口相对较远，不易形成通道。目前，国内其它3套装置已将拱顶的取压口封死，将筒体的热电偶口作为取压口，也取得了较为满意的效果。 2.3 激冷室出口合成气管增设喷淋装置 激冷室出口合成气含有较多灰尘，在以往的装置中，常发现该出口管处有大量积灰，增大了阻力。我公司装置中，增设了出口合成气喷淋装置，即在激冷水管线上引一部分激冷水，经二个喷头对合成气进行洗涤。一个喷头喷出的水垂直于气流方向，呈扇形分布，另一喷头喷出的水顺着气流方向呈锥形分布，二路总水量达10m3h。在历次的停炉检查中发现激冷室合成气出口管无灰沉积，效果明显。 2.4 采用一套二级闪蒸系统 我公司德士古装置的灰水处理工序仅一套系统，分为中压闪蒸(0.485 MPa)和真空闪蒸 (0.049MPa)二级，流程简单，操作方便，投资少。而上海焦化德士古装置采用的是二套二级闪蒸系统，渭化德士古装置采用的是四级闪蒸。 2.5 灰水换热器可作加热、冷却用 灰水换热器一般作为加热用，回收闪蒸热量，提高灰水进碳洗塔的温度，调整碳洗塔出口合成气水汽比。但当原料煤灰分高时，为使熔渣顺畅流过渣口，将耗更多的氧，导致整个系统热负荷增高，从而引起合成气水汽比超标。为适应义马煤灰分变化大(从12到26)的要求，当原料煤灰分高时(20以上)，我公司灰水换热器通循环冷却水，作为冷却器用。 2.6 激冷室和碳洗塔黑水排放管线的改进 在以往的德土古装置设计中，激冷室和碳洗塔排放的黑水均通过一根总管进入中压闪蒸罐。由于激冷室的压力较碳洗塔压力高，使激冷室的黑水可顺畅排向中压闪蒸罐，而碳洗塔内黑水往往排不出去，经常出现细灰堵死碳洗塔黑水排放管的现象，并导致系统水质变差。 我公司德士古装置将3台激冷室的黑水合并到一根总管，3台碳洗塔的黑水合并到另一根总管，二路总管的黑水分别排到中压闪蒸罐，圆满地解决了上述矛盾。目前国内其它3套德士古装置也已改为相似的流程。 2.7 拱顶内衬设计为球形 对于气化炉内衬，拱顶是最薄弱的地方，我公司采用了德士古公司新推出的球形拱顶。该拱顶目前使用情况良好。 3 存在的问题及改造 3.1 中心氧量偏低，且无调节手段 德士古烧嘴是三通道结构，最里面是氧气，通常称中心氧，最外面也是氧气，通常称外环氧，中间环隙走水煤浆。中心氧和外环氧的作用不同，中心氧能提高氧气和水煤浆的返混程度，外环氧能减少水煤浆对炉膛内壁的冲刷磨蚀。中心氧是可调的，应根据渣口的扩大、缩小适当调整中心氧量，中心氧量应为总氧量的820，最好为12。 我公司中心氧量偏低，满负荷时不足8。且中心氧管线无自调阀，仅一个手动球阀和一个止回阀，阀门全开也达不到设计要求。为此，我们进行了如下改进：在外环氧管上增加一个38 mm的限流孔板，使中心氧量提高到总氧量的10.511.5。如果要实现中心氧量自调，还必须对中心氧管进行改造。 3.2 激冷室黑水排放管配管设计不合理 激冷室黑水管线分为三路，正常运行时黑水排到中压闪蒸系统，开、停车过程中黑水通过另外两路排到渣池和开工冷却器，后二路在气化炉正常运行时阀门是关闭的，但在停车时多次发现该二路阀前被灰渣堵死，给停车带来困难。原因之一是阀门内漏，黑水中的水从球面和阀座间渗透过去，而将灰渣过滤了下来，沉积在阀前，时间一长，堵塞管道；原因之二是配管走向不合理，形成死角。我们对此进行了改造：(1)消除死角；(2)去渣池和开工冷却器管线上的2只球阀由水平放置改为竖直放置，即使阀门内漏，灰渣也不易堵住进口管