煤化工廠合成氣凈化裝置生產(chǎn)運(yùn)行問(wèn)題及解決方案

張珂 段琪瑞

摘 要：為煤化工廠的尾氣排放問(wèn)題，上世紀(jì)七八十年代，我國(guó)先后從日本鉆石公司、挪威?？瞎?、德國(guó)西馬克德馬格公司引進(jìn)3.5萬(wàn)千伏安、2.55萬(wàn)千伏安密閉電石爐和大型鐵合金電爐技術(shù)，并在運(yùn)行過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、改進(jìn)和優(yōu)化工藝，最終自主開(kāi)發(fā)了大型電石爐制造技術(shù)，開(kāi)發(fā)了全新的電石爐尾氣凈化回收和裝置自動(dòng)化控制技術(shù)，為電石行業(yè)清潔生產(chǎn)提供了有力技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：煤化工廠;合成氣;凈化裝置

前言

作為傳統(tǒng)煤化工的典型代表，我國(guó)電石工業(yè)同樣是在前蘇聯(lián)提供的老式敞開(kāi)電石爐基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。能耗高、污染重、尾氣難以回收利用一度成為電石工業(yè)的代名詞。

1 電石爐氣凈化工藝流程

流程簡(jiǎn)述：電石爐氣凈化是經(jīng)布袋除塵后的電石爐氣，凈化及提濃CO工藝包括以下步驟：前端預(yù)凈化、變溫吸附預(yù)凈化、增壓、耐硫催化脫氧、脫硫、脫酸氣、脫磷砷、脫氟、干燥、變壓吸附提濃CO。具體工藝過(guò)程簡(jiǎn)述如下：來(lái)自氣柜的電石爐氣壓力約0.003MPa，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓至0.08MPa，進(jìn)入前端凈化器，前端凈化器內(nèi)裝有特種活性炭，在常溫下發(fā)生吸附，焦油粉塵等雜質(zhì)被吸附。出前端凈化器的氣體經(jīng)螺桿壓縮機(jī)增壓至0.7MPa后，進(jìn)入多塔塔組成的變溫吸附系統(tǒng)，變溫吸附塔內(nèi)裝填特種吸附材料，經(jīng)TSA后除去大部分的雜質(zhì)組分.出變溫吸附塔的電石爐氣預(yù)熱至250℃后進(jìn)入耐硫催化脫氧系統(tǒng)，通過(guò)特殊工藝設(shè)計(jì)，脫氧過(guò)程可實(shí)現(xiàn)熱量自維持，無(wú)需外加熱.耐硫脫氧后的氣體經(jīng)冷卻后進(jìn)入中溫水解反應(yīng)器，將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化成H2S，之后經(jīng)PDS工藝可實(shí)現(xiàn)脫硫和硫磺的回收。脫硫后的電石爐氣進(jìn)入裝有特種吸附材料的脫磷脫砷塔，再進(jìn)入脫氯脫氟塔，達(dá)到雜質(zhì)的完全凈化。除去雜質(zhì)的電石爐氣進(jìn)入變壓吸附提純CO系統(tǒng)，變壓吸附由多臺(tái)臺(tái)吸附器和一系列程序控制閥門(mén)組成，含H2、N2的吸附廢氣和置換廢氣從吸附塔頂出作為干燥再生氣后再進(jìn)入變溫吸附預(yù)凈化作沖洗冷吹氣，后進(jìn)入燃料管網(wǎng)燃燒，被吸附的CO通過(guò)逆放和抽空從塔底解吸得到合格的CO氣，一部分作為置換氣回變壓吸附提純CO系統(tǒng)進(jìn)行置換，一部分作為產(chǎn)品氣送到界外供使用。電石爐氣經(jīng)凈化提濃后，得到CO體積濃度大于96%，總S含量低于1mg/m3、氧含量低于50×10-6（v/v）、CO2含量低于50×10-6（v/v）、As含量低于1mg/m3、P含量低于1mg/m3，無(wú)其它有害雜質(zhì)的富CO氣體。經(jīng)凈化提純的CO可作為羰基合成原料氣，實(shí)現(xiàn)電石爐氣變廢為寶的目標(biāo)。

2 凈化系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

2.1 “燒袋”

當(dāng)前電石爐的爐氣凈化系統(tǒng)多采取袋式除塵工藝，除塵過(guò)濾元件通常選用玻纖覆膜濾袋、玄武巖覆膜濾袋、FMS濾袋。這些濾芯的共同特點(diǎn)是耐溫程度低，只有在不超過(guò)240℃的溫度下才能長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，但濾芯壽命在220～240℃下很難超過(guò)一個(gè)月。正常生產(chǎn)時(shí)，爐氣出爐溫度在540～730℃，異常情況下為800～1070℃，已遠(yuǎn)高于過(guò)濾元件所能承受的極限溫度，即便是昂貴的PTFE濾袋也無(wú)法適應(yīng)該工況下的爐氣除塵要求。

2.2 “糊袋”

“糊袋”原因分析電石生產(chǎn)選用的蘭炭含有焦油，焦油進(jìn)入爐氣后會(huì)拉高爐氣的露點(diǎn)溫度。據(jù)該廠多年來(lái)的取樣分析匯總發(fā)現(xiàn)：爐氣露點(diǎn)溫度主要集中在50～100℃、120～240℃、240～280℃、300～500℃等四個(gè)的溫度段;溫度在260℃以下時(shí)冷凝成分的量占易冷凝成分總量的96.2%，260～320℃時(shí)僅占2.5%，溫度高于320℃時(shí)冷凝成分極少。爐氣在接近露點(diǎn)除塵或處在露點(diǎn)以?xún)?nèi)除塵時(shí)，焦油很容易停留在濾袋內(nèi)部或粘附到濾袋表面，造成“糊袋”。在生產(chǎn)中，為最大程度降低爐氣中焦油的析出量以及延長(zhǎng)濾袋使用壽命，一般將爐氣溫度降至220～240℃后再進(jìn)入除塵器。

3 解決方案及性能評(píng)價(jià)

為了解決爐氣凈化系統(tǒng)中除塵器頻繁出現(xiàn)“燒袋”或“糊袋”問(wèn)題，筆者提出以下幾種技改方案，并對(duì)其性能進(jìn)行了分析評(píng)估。

3.1 雙系統(tǒng)袋式除塵方案

采用雙系統(tǒng)袋式除塵方案，即：①保留現(xiàn)有袋式除塵設(shè)備，采取一開(kāi)一備設(shè)計(jì);②增加凈化系統(tǒng)界區(qū)閥門(mén)密封等級(jí)要求，當(dāng)電石爐運(yùn)行時(shí)除塵器的布袋頻繁出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，只要檢修及時(shí)也不會(huì)引起電石的同步停車(chē);③增大預(yù)降溫設(shè)備的設(shè)計(jì)余量，采用多級(jí)水冷套+緩沖罐冷卻模式，并對(duì)預(yù)降溫系統(tǒng)的緩沖罐冷卻器的外殼采用雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.2 高溫除塵方案

采用高溫除塵方案，即：①采用耐溫程度更高的多孔陶瓷濾芯;②通過(guò)前端預(yù)降溫、后端保溫、伴熱措施將爐氣進(jìn)除塵器的溫度控制在爐氣露點(diǎn)50℃以上，同時(shí)控制爐氣進(jìn)入除塵器的最高溫度不超過(guò)800℃。從而徹底解決除塵器“糊袋”現(xiàn)象的發(fā)生，也間接解決了電石爐塌料或異常工況時(shí)爐氣升溫造成除塵器“燒袋”的問(wèn)題。高溫陶瓷濾芯除塵方案在煤氣化方面的應(yīng)用較為廣泛，過(guò)濾精度20mg/m3左右，但是該工藝系統(tǒng)一次投資較采用袋式除塵高出數(shù)倍，在電石行業(yè)的工業(yè)化難度較大。

結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，電石生產(chǎn)行業(yè)電石爐開(kāi)工率偏低的主要因素除市場(chǎng)行情不穩(wěn)外，更多是來(lái)自于生產(chǎn)裝置的運(yùn)行不穩(wěn)定，其中爐氣凈化系統(tǒng)的袋式除塵器發(fā)生“燒袋”或“糊袋”等事故是導(dǎo)致部分電石爐開(kāi)工率偏低的主因，電熱爐法生產(chǎn)鐵合金、黃磷、氮化鈣、碳化硅等裝置也存在類(lèi)似問(wèn)題。除塵器濾袋不定期被爐氣產(chǎn)生的異常溫度摧毀，從而導(dǎo)致以電石為基礎(chǔ)的縱向生產(chǎn)企業(yè)不能正常生產(chǎn)。經(jīng)電石爐爐氣凈化系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況和除塵器的運(yùn)行理論推論得知，采用使用溫度更高的多孔陶瓷濾芯可有效避免袋式除塵器頻繁出現(xiàn)的“燒袋”或“糊袋”等事故，同時(shí)還會(huì)給生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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