淺析神寧爐合成氣洗滌系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程

王國(guó)梁 張鎵鑠 陳鵬程 李紅娣

摘 要：針對(duì)西門子GSP氣化裝置合成氣夾帶細(xì)灰量較多的缺點(diǎn)，神華寧煤集團(tuán)通過(guò)原料氣液分離罐增加塔盤、增加鼓泡塔及氣化爐激冷室內(nèi)設(shè)置下降管等一系列改造優(yōu)化，最終形成了氣化爐燃燒室高溫合成氣和熔渣經(jīng)下降管進(jìn)入激冷室水浴，經(jīng)水浴冷卻除塵之后進(jìn)入后續(xù)一級(jí)文丘里+分液罐+二級(jí)文丘里+洗滌塔進(jìn)行分級(jí)洗滌的“神寧爐”氣化技術(shù)。

關(guān)鍵詞：GSP氣化；文丘里洗滌系統(tǒng)；合成氣帶灰；磨損；神寧爐

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

0 前言

西門子GSP煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)[1]是國(guó)內(nèi)首套商業(yè)化運(yùn)行的GSP氣流床氣化工藝。在經(jīng)歷了六年的商業(yè)化運(yùn)行至今，氣化裝置因氣化爐合成氣帶灰量大、文丘里洗滌系統(tǒng)磨損嚴(yán)重、變換系統(tǒng)原料氣加熱器和保護(hù)床堵塞等原因?qū)е孪到y(tǒng)停車頻繁，嚴(yán)重影響了裝置的穩(wěn)定及長(zhǎng)周期運(yùn)行。因此，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中合成氣洗滌系統(tǒng)問(wèn)題的分析及研究，并制定相應(yīng)技改措施，降低了合成氣的含塵量，有效地提高了系統(tǒng)運(yùn)行的長(zhǎng)周期及穩(wěn)定性。

“神寧爐”氣化技術(shù)[2]的合成氣洗滌系統(tǒng)就是基于此裝置的歷次技改優(yōu)化，聯(lián)合中國(guó)五環(huán)工程有限公司研發(fā)而來(lái)，現(xiàn)經(jīng)神華寧煤煤制油項(xiàng)目運(yùn)行驗(yàn)證，合成氣洗滌效果良好，含塵量小于0.5mg/m3。

1 西門子GSP粉煤加壓氣流床氣化技術(shù)

1.1 合成氣洗滌系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)述

合成氣洗滌系統(tǒng)的工藝意圖，是通過(guò)兩級(jí)文丘里，由洗滌水對(duì)合成氣進(jìn)行強(qiáng)化洗滌，把夾帶的煤灰和氣相水溶性雜質(zhì)從合成氣中脫除，得到符合變換裝置工藝要求的氣體。

氣化爐激冷室出來(lái)的合成氣，進(jìn)入第一文丘里T-101，與泵P-101A/B 送過(guò)來(lái)的洗滌水，跟合成氣按照一定的比值關(guān)系，進(jìn)行強(qiáng)化接觸和洗滌。第一文丘里直接連接到下游的氣液分離罐D(zhuǎn)-101。進(jìn)行氣液分離后，合成氣進(jìn)入第二文丘里T-102。帶有煤灰的洗滌水，通過(guò)管道與第二文丘里氣液分離罐出來(lái)的洗滌水混合后，排往激冷水罐 。

從泵P-101A/B 過(guò)來(lái)的洗滌水進(jìn)入第二文丘里，按照跟合成氣流量的比值關(guān)系，對(duì)合成氣進(jìn)行強(qiáng)化接觸和洗滌。洗滌完畢后，第二文丘里直接連接到下游的氣液分離罐D(zhuǎn)-102進(jìn)行氣液分離。之后合成氣通過(guò)部分冷凝器E-101后進(jìn)入原料氣分離罐D(zhuǎn)-103。帶有煤灰的洗滌水，匯合到總管后送往激冷水罐。

來(lái)自于變換裝置的工藝?yán)淠航?jīng)換熱器E-102預(yù)熱進(jìn)入原料氣分離罐D(zhuǎn)-103的底部，保持一定的液位作為緩沖，供往P-101A/B，再到第一和第二文丘里洗滌器作為合成氣的洗滌水。正常生產(chǎn)時(shí)，如果工藝?yán)淠旱牧髁坎蛔?，將打開(kāi)經(jīng)換熱器E-103預(yù)熱的脫鹽水進(jìn)行補(bǔ)充。

1.2 合成氣洗滌系統(tǒng)技改背景

1.2.1 合成氣帶灰量大，變換系統(tǒng)堵塞嚴(yán)重

根據(jù)西門子工藝設(shè)計(jì)，合成氣含塵量小于1mg/m3，但由于氣化反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)灰含量大，合成氣帶灰嚴(yán)重，合成氣含塵量在10-16mg/m3之間，造成變換系統(tǒng)原料氣加熱器、變換保護(hù)床堵塞，導(dǎo)致氣化系統(tǒng)停車頻繁。

1.2.2 合成氣帶灰量大，文丘里洗滌水帶灰渣大，造成系統(tǒng)磨損嚴(yán)重

GSP氣化爐激冷室采用噴嘴進(jìn)行激冷降溫除灰渣，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)榧?xì)灰含量大，氣化爐激冷室的除渣效果不好，激冷室出口合成氣帶灰渣量較大，造成文丘里洗滌系統(tǒng)洗滌分離后的洗滌水中固含量高，造成排液管線堵塞、閥門磨損，導(dǎo)致氣化系統(tǒng)停車頻繁。

1.3 文丘里洗滌水系統(tǒng)的技改

基于上述影響氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的瓶頸問(wèn)題，對(duì)氣化裝置文丘里洗滌系統(tǒng)及黑水閃蒸系統(tǒng)進(jìn)行一系列的技術(shù)改造。

1.3.1 技改內(nèi)容

（1）第一階段技改。

1）將原料氣分離罐D(zhuǎn)-103原設(shè)計(jì)除沫器取掉，增加了3層塔盤。

2）增加一二文丘里分離罐的長(zhǎng)度，并內(nèi)件進(jìn)行改造，增大氣渣分離空間，減少分離罐底部的積渣。

3）一二級(jí)文丘里氣液分離罐的洗滌水不再進(jìn)入激冷水罐，改為進(jìn)入旁路閃蒸進(jìn)行處理，改善激冷水水質(zhì)。

4）在氣化爐內(nèi)合成氣出口增加折流板[3]，合成氣從下往上流出時(shí)經(jīng)過(guò)由原先一個(gè)噴頭改為四個(gè)噴頭的激冷噴頭的進(jìn)一步洗滌。

通過(guò)此次改造，合成氣塵含量降到了5.0mg/m3[4]以下，達(dá)到了預(yù)期效果。

（2）第二階段技改。

1）新增鼓泡塔D-105，通過(guò)水浴式洗滌分離氣化爐出口合成氣中的大顆?；?，達(dá)到初步凈化合成氣。

2）增加洗滌塔循環(huán)泵P-101C。

3）將原料氣分離罐D(zhuǎn)-103改造成洗滌塔，具體將原料氣分離罐筒體加長(zhǎng)2.4米，同時(shí)內(nèi)部新增三層泡罩塔盤，每層塔盤安裝有393個(gè)泡罩，以進(jìn)一步提高除塵效果。

4）一二級(jí)文丘里氣液分離罐的洗滌水不再進(jìn)入旁路閃蒸，改為直接進(jìn)入洗滌塔。

5）泵P-101出口的洗滌水不在做為一二級(jí)文丘里洗滌器的洗滌水，而是進(jìn)入鼓泡塔對(duì)合成氣進(jìn)行洗滌，一二級(jí)文丘里洗滌器的洗滌水改為黑水裝置循環(huán)水泵過(guò)來(lái)的高壓循環(huán)水。

通過(guò)此次改造，合成氣塵含量降到了0.5mg/m3以下，達(dá)到了預(yù)期效果。

1.3.2 技改流程

氣化反應(yīng)產(chǎn)生的合成氣首先進(jìn)入鼓泡塔中，在水浴中將合成氣中所帶的大顆粒的灰和少量細(xì)灰除掉后，進(jìn)入兩級(jí)洗滌系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)部分冷凝器后進(jìn)入改造后的洗滌塔D-103，然后進(jìn)入變換裝置，達(dá)到除去合成氣中灰塵的目的。洗滌塔中的洗滌水通過(guò)泵送至鼓泡塔作為合成氣洗滌水，鼓泡塔黑水直接排往閃蒸旁路處理。

文丘里洗滌系統(tǒng)改造后，黑水處理系統(tǒng)相應(yīng)處理量增大，因而也進(jìn)行了相應(yīng)改造。

2 神寧爐合成氣洗滌系統(tǒng)

2.1 神寧爐合成氣洗滌系統(tǒng)工藝流程

在西門子GSP氣化裝置合成氣洗滌系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了神寧爐合成氣洗滌系統(tǒng)，該系統(tǒng)中激冷水通過(guò)氣化爐激冷室激冷環(huán)旋轉(zhuǎn)噴出，對(duì)燃燒室出來(lái)的高溫原料氣和激冷室設(shè)備本身進(jìn)行冷卻、洗滌，洗滌后合成氣通過(guò)下降管進(jìn)入氣化爐激冷室水浴中鼓泡逸出水面，進(jìn)入一級(jí)文丘里與高壓循環(huán)水混合增濕后，在文丘里氣液分離罐分離除塵分離出粗煤氣中大部分灰渣后，再進(jìn)入二級(jí)文丘里與高壓循環(huán)水混合，潤(rùn)濕的粗煤氣進(jìn)入合成氣洗滌塔水浴，合成氣進(jìn)入合成氣洗滌塔后分別經(jīng)過(guò)高溫循環(huán)水、變換凝液充分洗滌后從合成氣洗滌塔頂部將灰含量降至0.5mg/m3，最后進(jìn)入變換裝置。

2.2 神寧爐合成氣洗滌系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

（1）與西門子GSP氣化裝置相比，神寧爐取消了鼓泡塔，在氣化爐內(nèi)增加下降管，氣化爐燃燒室高溫合成氣和熔渣經(jīng)下降管進(jìn)入激冷室水浴，經(jīng)水浴冷卻除塵的合成氣塵含量低至3mg/m3.。

（2）神寧爐氣化裝置采用一級(jí)文丘里+分液罐+二級(jí)文丘里+洗滌塔分級(jí)洗滌的工藝，洗滌塔出口合成氣塵含量小于0.5mg/m3，與西門子GSP氣化裝置相比，取消了二級(jí)文丘里氣液分離罐和部分冷凝器，二級(jí)文丘里洗滌器直接與洗滌塔法蘭連接，節(jié)省了設(shè)備的布置空間和成本。

（3）神寧爐氣化裝置的洗滌塔分粗細(xì)段和精洗段，洗滌效果好于西門子GSP氣化裝置改造后的洗滌塔，且進(jìn)行合成氣精洗的高壓工藝水主要來(lái)源于各等級(jí)蒸汽產(chǎn)生的凝液，在凝液回收利用方面亦優(yōu)于西門子GSP氣化裝置。

3 結(jié)論

神寧爐氣化技術(shù)的合成氣洗滌系統(tǒng)是一種高效的洗滌系統(tǒng)，通過(guò)激冷室下降管水浴冷卻除塵后進(jìn)入一級(jí)文丘里+分液罐+二級(jí)文丘里+洗滌塔的工藝使進(jìn)變換裝置合成氣塵含量小于0.5mg/m3，在工藝流程、設(shè)備上更優(yōu)化，既保證了技術(shù)性能的穩(wěn)定，也滿足了生產(chǎn)工藝的要求，同時(shí)又通過(guò)回收各等級(jí)蒸汽凝液而節(jié)省了脫鹽水用量，減少了資源的浪費(fèi)，降低了運(yùn)行成本。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：王國(guó)梁（1987-），男，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，主要從事煤化工氣化工藝技術(shù)及管理工作。