殼牌煤氣化反吹系統(tǒng)的應(yīng)用以及改進(jìn)

蔣忠斌 馮秋平 張子泉 韋福軍 （柳州化工股份有限公司二造氣分廠(chǎng) 柳州 545002）

引言

殼牌粉煤加壓氣化是當(dāng)今國(guó)際上先進(jìn)的煤氣化技術(shù)，屬于氣流床氣化的第2代煤氣化技術(shù)，已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)和生產(chǎn)廠(chǎng)家首選的氣化工藝。該技術(shù)對(duì)煤種、粒度具有較大兼容性，具有煤種適應(yīng)性廣、單系列能力大、氣化溫度高、氣化用氧耗量低、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)、環(huán)境效益好等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與我國(guó)的能源資源的基本國(guó)情相適應(yīng)。殼牌煤氣化系統(tǒng)生產(chǎn)的合成氣有多種作用，可用來(lái)制造純氫，生產(chǎn)合成氨、甲醇、含氧化合物，也可以用于制取運(yùn)輸燃油、城市煤氣、合成天然氣及發(fā)電。而我們柳州化工股份有限公司是國(guó)內(nèi)第一批引進(jìn)殼牌煤氣化的公司，于2007年投產(chǎn)，開(kāi)車(chē)至今，積累了豐富的開(kāi)車(chē)經(jīng)驗(yàn)，并且做了一系列本地化改造，達(dá)到了滿(mǎn)負(fù)荷95%年運(yùn)行率，本文即是本公司針對(duì)殼牌煤氣化反吹系統(tǒng)所做的改進(jìn)。

一、殼牌煤氣化反吹系統(tǒng)的作用

殼牌煤氣化主要是將煤粉、氧氣及蒸汽在加壓條件下并流進(jìn)入氣化爐內(nèi),在極為短暫的時(shí)間內(nèi)完成升溫、揮發(fā)分脫除、裂解、燃燒及轉(zhuǎn)化等一系列物理和化學(xué)過(guò)程。在殼牌氣化過(guò)程中，煤經(jīng)過(guò)高溫、高壓反應(yīng)后，大量灰分以渣的形式直接排放至除渣工段，少量則以飛灰形式串入氣化爐環(huán)形空間或者粘附在氣化爐水冷壁上又或者隨合成氣進(jìn)入后系統(tǒng)，飛灰的存在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常工作有很大的危害，比如堵塞過(guò)熱段輸氣管道，從而使氣流只能通過(guò)窄小的通道對(duì)水冷壁管道造成劇烈沖刷而造成漏水，使得系統(tǒng)不得不停車(chē)檢修；甚至飛灰過(guò)多，粘附在高溫高壓過(guò)濾器的濾棒上，導(dǎo)致過(guò)濾器前后壓差過(guò)大，濾棒經(jīng)受不住而斷裂，或者壓差過(guò)高而被迫停車(chē)。因此，必須通過(guò)反吹系統(tǒng)將飛灰從合成氣中盡可能的去除。國(guó)內(nèi)外的殼牌煤氣化系統(tǒng)基本上都是用來(lái)自空分系統(tǒng)提供的高溫高壓氮?dú)鈦?lái)進(jìn)行反吹，而本公司由于空分系統(tǒng)負(fù)荷不足以提供足夠量的高溫高壓氮?dú)膺M(jìn)行反吹，所以將高溫高壓氮?dú)飧臑閺暮蠊ば騼艋幚砀蓛舻臍涞獨(dú)饧訅汉髞?lái)進(jìn)行反吹。所以本文所討論的主要是針對(duì)殼牌煤氣化反吹系統(tǒng)的高壓高溫氮?dú)饬坎蛔阌只蛘卟环€(wěn)定的情況下所做的一種高價(jià)有效的改進(jìn)。

二、反吹系統(tǒng)的工藝流程

如圖示1所示，在高溫高壓氮?dú)獬渥愕那闆r下，由空分提供的高溫高壓氮?dú)馔ㄟ^(guò)反吹氣加熱熱器，加熱至225℃，然后進(jìn)入反吹氮?dú)饩彌_罐作為反吹氣源。當(dāng)高溫高壓氮?dú)獠蛔銜r(shí)，可以由濕洗單元反吹氣洗滌塔來(lái)的粗合成氣進(jìn)入氣水分離器分離水后，經(jīng)反吹氣壓縮機(jī)加壓后通過(guò)反吹氣加熱器加熱至225℃后進(jìn)入反吹氣緩沖罐，然后送往各用戶(hù)。其用戶(hù)為高溫高壓過(guò)濾器反吹、氣化爐激冷段反吹、合成氣冷卻器反吹以及氣化爐底部環(huán)型空間冷卻氣。當(dāng)合成氣冷卻器反吹時(shí)，高壓氮?dú)饩彌_罐可消除對(duì)高溫高壓過(guò)濾器供氣壓力的影響。緩沖罐的大小確保在合成氣冷卻器反吹系統(tǒng)峰值消耗情況下壓力不低于5.9MPa。通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)穩(wěn)定出口壓力，經(jīng)管道返回濕洗單元。

三、反吹系統(tǒng)容易出現(xiàn)的問(wèn)題

反吹系統(tǒng)必須使用反吹氣定時(shí)清潔氣化爐和除灰單元的高溫高壓過(guò)濾器，以保證設(shè)備裝置不積灰堵塞，本公司假如使用高壓氮?dú)庾鞣创禋?，氣化爐系統(tǒng)因高壓氮?dú)獠蛔阒荒芫S持80%的負(fù)荷；而使用反吹壓縮機(jī)的話(huà)，由于合成氣只是經(jīng)過(guò)洗滌塔進(jìn)行水洗的粗略處理，合成氣中還是帶有很大一部分酸性氣體，在路經(jīng)反吹管線(xiàn)時(shí)，對(duì)管線(xiàn)以及設(shè)備造成非常大的腐蝕，所以經(jīng)常導(dǎo)致反吹壓縮機(jī)、換熱器、反吹管線(xiàn)、高溫高壓過(guò)濾器環(huán)管泄漏著火等嚴(yán)重事故。表1中為殼牌裝置反吹系統(tǒng)一年之內(nèi)出現(xiàn)的問(wèn)題以及所影響的后果。

四、改進(jìn)措施

為了解決反吹系統(tǒng)的問(wèn)題，我們可以從后工序凈化系統(tǒng)引用處理過(guò)的凈化氫氮?dú)?，?jīng)新配管線(xiàn)加壓接至氣化工段反吹氣總管，并安裝工藝閥和儀表閥進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，并增加換熱器，將凈化氫氮?dú)獾臏囟燃訜岬?80℃以上，以滿(mǎn)足反吹氣的要求。而在系統(tǒng)開(kāi)車(chē)時(shí)，可以先啟用反吹壓縮機(jī)，待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定之后再切換至凈化氫氮?dú)?。而?dāng)凈化氫氮?dú)夤?yīng)有問(wèn)題時(shí)，則又可切換至反吹壓縮機(jī)，從而避免降負(fù)荷，維持生產(chǎn)穩(wěn)定，系統(tǒng)的應(yīng)急處理能力也能得到很大的改善。

表1

五、改造后效益

氣化爐使用反吹氣壓縮機(jī)來(lái)壓縮洗滌后的合成氣用作壓縮氣源，從圖表列出的影響產(chǎn)量計(jì)算，每月影響產(chǎn)量為400噸氨氣，消耗高壓氮?dú)?6噸，按每噸氨3000元，每噸氮?dú)?800元計(jì)，一年經(jīng)濟(jì)效益為 3000×400×12+1800×12×26＝1496 萬(wàn)元。而改造估價(jià)也就在200萬(wàn)元左右。

正常情況下主要使用凈化氫氮?dú)庾鳛榉创禋庠矗?dāng)凈化氫氮?dú)鈿饬坎蛔銜r(shí)，可切換反吹氣壓縮機(jī)來(lái)提供反吹氣源，這樣即可保證殼牌煤氣化長(zhǎng)周期高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。

六、總結(jié)

經(jīng)過(guò)改進(jìn)之后，反吹系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題得到良好改善，基本上沒(méi)有因?yàn)榉创迪到y(tǒng)出現(xiàn)停車(chē)現(xiàn)象，泄漏現(xiàn)象也基本再也沒(méi)有發(fā)生過(guò)。但是還是有點(diǎn)缺陷，由于是用氫氮?dú)庾龇创禋庠?，?dāng)反吹管線(xiàn)有泄漏需要帶壓堵漏時(shí)，必須要切換高壓氮?dú)庾鳛榉创禋庠矗坏貌唤档拓?fù)荷，所以如果后工序有足夠多的二氧化碳，可以用來(lái)當(dāng)成反吹氣源使用，那樣即可有效的解決上述問(wèn)題。

[1]王永鋒 殼牌煤氣化工藝流程中合成氣反吹系統(tǒng)方案優(yōu)化的探討.化工設(shè)計(jì)，2004(14)

[2]陳伯適 21世紀(jì)我國(guó)煤化工發(fā)展方向 中氮肥，2002.(1)

[3]牛玉奇，段志廣，沈小炎.Shell氣化爐合成氣冷卻器積灰原因及應(yīng)對(duì)策略.化肥設(shè)計(jì)，2009(4)

[4]吳國(guó)祥.Shell粉煤氣化工藝運(yùn)行問(wèn)題探討及改進(jìn)思路.廣州化工，2010(8)