Shell煤氣化產(chǎn)品氣中氮?dú)夂空{(diào)整研究

趙冬冬

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱龍宇煤化工)氣化爐采用Shell粉煤加壓氣化工藝，該工藝以研磨合格的干煤粉為原料，采用空分精餾后純度在99.5%以上的氧氣為氣化劑。研磨合格的煤粉經(jīng)氮?dú)饧訅汉螅c來(lái)自空分的氧氣在煤燒嘴內(nèi)混合后噴入氣化爐膛進(jìn)行不完全燃燒，所產(chǎn)生液態(tài)渣經(jīng)激冷、破碎、降壓后排出界外，所產(chǎn)生的夾帶飛灰的合成氣經(jīng)激冷、除灰、洗滌[1]后送至下游變換裝置。

1 Shell煤氣化工藝流程

Shell煤氣化工藝流程見圖1。原煤在氮?dú)猸h(huán)境中送入磨煤機(jī)研磨、干燥，磨制合格的磨煤輸送至煤粉給料罐中備用。合格的煤粉通過(guò)載氣送入氣化爐煤燒嘴，與空分裝置送來(lái)的高壓氧氣在氣化爐爐膛中不完全燃燒，所產(chǎn)生的合成氣在氣化爐激冷段冷卻。合成氣經(jīng)飛灰過(guò)濾器過(guò)濾后送入濕洗塔洗滌凈化。系統(tǒng)所過(guò)濾的飛灰經(jīng)惰性氣體氣提、降壓后轉(zhuǎn)送到飛灰貯罐；排渣系統(tǒng)及濕洗系統(tǒng)所產(chǎn)生的污水經(jīng)閃蒸、汽提、澄清后送至污水處理站處理。

2 Shell煤氣化裝置所使用的惰性氣分析[2]

Shell氣化爐所使用的惰性氣分為氮?dú)夂投趸純刹糠帧５獨(dú)庵饕糜跉饣癄t激冷氣壓縮機(jī)密封、氣化爐振打器密封、煤粉輸送管道流化、飛灰輸送管道流化、除灰系統(tǒng)下料等；二氧化碳主要用于粉煤鎖斗充壓、煤燒嘴吹掃、煤進(jìn)料罐充壓、高溫高壓飛灰過(guò)濾器氣體反吹、氣化爐反吹等。

3 合成氣中降低氮?dú)夂康闹饕胧?/h2>

由于煤氣化系統(tǒng)中所涉及的諸如煤粉、氧氣、飛灰、合成氣等物料不與二氧化碳和氮?dú)夥磻?yīng)，且都不直接對(duì)空排放，因而在煤粉輸送、飛灰輸送、氣化爐密封、管道吹掃等場(chǎng)所，考慮使用二氧化碳替代氮?dú)獾拇胧┦强尚械腫3]。

3.1 二氧化碳替代氮?dú)庾鳛槊悍圯斔洼d氣

Shell煤氣化工藝中，煤粉由氮?dú)庾鳛檩d氣輸送至氣化爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。在氣化初始開車時(shí)，合成氣變換及酸性氣脫除工序還沒(méi)有進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)，沒(méi)有產(chǎn)生二氧化碳，此時(shí)載氣壓縮機(jī)入口氣為低壓氮?dú)狻ｋS著合成氣變換及酸性氣脫除工序開車，低溫甲醇洗洗滌吸收合成氣中的二氧化碳，經(jīng)甲醇再生并送至載氣壓縮機(jī)入口，與空分來(lái)的氮?dú)庖黄鸺訅汉笏椭撩簹饣褂谩?/p>

載氣壓縮機(jī)入口氣添加二氧化碳?xì)怏w后，氣化爐內(nèi)二氧化碳濃度將逐步提升，這促進(jìn)氣化爐內(nèi)煤粉與二氧化碳、水蒸氣與二氧化碳之間的反應(yīng)，從而提高產(chǎn)品氣中一氧化碳和氫氣的含量。載氣中添加80%二氧化碳時(shí)合成氣中氮?dú)夂康淖兓妶D2。

通過(guò)圖3、圖4的對(duì)比可以直觀地發(fā)現(xiàn)，二氧化碳代替部分氮?dú)庾鳛槊悍圯斔洼d氣時(shí)，合成氣中有效氣(一氧化碳與氫氣)明顯上升。

(1)16QI0005A分析的合成氣中H2含量從21.77%降低到19.03%，減少了2.74%。

(2)16QI0005B分析的合成氣中CO含量從58.13%增加到64.08%，增加了5.95%。

(3)16QI0005C分析的合成氣中CO2含量從2.33%增加到9.75%，增加了7.42%。

(4) 16QI0005E分析的合成氣中N2含量從14.01%減少到3.54%，減少了10.47%。

(5) 合成氣中的有效氣成分16QI0005A+16QI0005B的量從79.9%增加到83.11%，增加了3.21%。

煤粉載氣(氮?dú)?中添加二氧化碳，合成氣組分中的氮?dú)饬繙p少，不僅能夠降低煤氣化裝置氮?dú)庀?，還可以減少產(chǎn)品氣中氮?dú)夂?，使得甲醇合成工序的弛放氣減少，合成效率提高。氮?dú)?二氧化碳混合作為載氣使用。

使用二氧化碳替代氮?dú)庾鳛槊悍圯斔洼d氣，根據(jù)分析結(jié)果可知，合成氣中氮?dú)夂靠捎?4%降至3.5%，隨著負(fù)荷提升，降幅明顯。

3.2 二氧化碳替代氮?dú)庾鳛榘踩y吹掃氣

在Shell煤氣化裝置中，涉及合成氣的安全閥共有10臺(tái)，由于合成氣具有腐蝕性，為防止合成氣中水分在安全閥管道處凝結(jié)、對(duì)管道造成腐蝕，按照設(shè)計(jì)，需在安全閥前對(duì)管道進(jìn)行吹掃，保持管道的干燥。根據(jù)計(jì)算，每臺(tái)安全閥吹掃氣量為300Nm3/h，因此，從安全閥吹掃氣進(jìn)入合成氣系統(tǒng)的氮?dú)饬考s3 000Nm3/h。

滿負(fù)荷下，合成氣產(chǎn)量為18.2萬(wàn)Nm3/h，安全閥吹掃氣按3 000 Nm3/h計(jì)算，將該部分氮?dú)馓鎿Q為二氧化碳后，合成氣中的氮?dú)夂繉⑾陆?.65%。安全閥及其吹掃氣現(xiàn)場(chǎng)圖片見圖5。

圖5 安全閥及其吹掃氣現(xiàn)場(chǎng)圖片

3.3 二氧化碳替代氮?dú)?/h3>

氣化爐產(chǎn)生的3.96MPa、340℃的合成氣經(jīng)過(guò)高溫高壓飛灰過(guò)濾器過(guò)濾后，與濕洗系統(tǒng)來(lái)的合成氣混合后去激冷氣壓縮機(jī)，作為氣化爐激冷氣使用。激冷氣壓縮機(jī)工藝流程見圖6。

圖6 激冷氣壓縮機(jī)工藝流程注：1-激冷器壓縮機(jī)；2-氣化爐；3-飛灰過(guò)濾器；4-濕洗塔

在正常運(yùn)行時(shí)，激冷氣壓縮機(jī)前置氣及一級(jí)密封氣流量約1 000Nm3/h，其目的是密封合成氣，防止其外漏。激冷氣壓縮機(jī)前置氣及干氣密封系統(tǒng)見圖7。

按滿負(fù)荷下合成氣產(chǎn)量為18.2萬(wàn)Nm3/h計(jì)算，該部分氮?dú)馓鎿Q為二氧化碳后，合成氣中的氮?dú)夂繉⑾陆?.55%。

3.4 振打器密封氣

為防止氣化爐輸氣管、氣體返回室、合成氣冷卻器等部位積灰，在氣化爐設(shè)計(jì)時(shí)加裝了58臺(tái)振打器(見圖8)。由于受合成氣腐蝕，振打器密封容易造成密封氮?dú)馔饴蚨?，密封氮?dú)馀c氣化爐壓力差的設(shè)定是必要的。正常運(yùn)行期間，密封氮?dú)膺M(jìn)入氣化爐，流量約為600 Nm3/h。

按滿負(fù)荷下合成氣產(chǎn)量為18.2萬(wàn)Nm3/h計(jì)算，該部分氮?dú)馓鎿Q為二氧化碳后，合成氣中的氮?dú)夂繉⑾陆?.33%。

4 措施實(shí)施后的成果

上述措施實(shí)施后，合成氣中氮?dú)夂坑?4%下降至0.97%。合成氣中氮?dú)夂康慕档蛯?duì)甲醇?xì)?/p>

回收弛放氣、變換冷凝液、甲醇產(chǎn)量均有不同程度的影響。

圖7 激冷氣壓縮機(jī)前置氣及干氣密封系統(tǒng)

圖8 氣化爐振打器及密封氣現(xiàn)場(chǎng)圖片

4.1 合成氣中氮?dú)夂拷档秃髮?duì)弛放氣的影響

合成氣中氮?dú)夂拷档颓?，龍宇煤化工甲醇合成弛放氣約2萬(wàn)Nm3/h，其中H2與CO占50%左右，氮?dú)夂拷档秃?，弛放氣量減排7 000 Nm3/h。由此可見，合成氣中氮?dú)饬康臏p少，顯著降低了H2與CO的放空量，提高了合成氣利用率，僅此一項(xiàng)每天可減少有效氣放空量約8.4 萬(wàn)Nm3。

4.2 合成氣中氮?dú)夂拷档秃蟮挠绊?/h3>

經(jīng)各項(xiàng)措施后，系統(tǒng)氮?dú)夂繌?4%下降為1%左右，變換冷凝液中氨氮含量由8 000mg/L下降至400mg/L，降低了污水系統(tǒng)處理負(fù)荷。二氧化碳替代氮?dú)馇昂笞儞Q冷凝液氨氮變化見圖9。

圖9 二氧化碳替代氮?dú)馇昂笞儞Q冷凝液氨氮變化

4.3 合成氣中氮?dú)夂拷档秃髮?duì)甲醇產(chǎn)量的影響

在實(shí)施系統(tǒng)氮?dú)夂拷档偷母黜?xiàng)措施時(shí)，合成氣中有效氣(H2與CO)比例上升約4%，甲醇增產(chǎn)明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，龍宇煤化工合成氣系統(tǒng)中氮?dú)夂恳呀?jīng)降至為0.9%～1.2%，氮?dú)夂康慕档痛龠M(jìn)了甲醇產(chǎn)量的提高，降低了污水系統(tǒng)處理負(fù)荷，提高了合成效率，而且還能減少系統(tǒng)的氮?dú)饬髁?，保證了系統(tǒng)的氮?dú)鈮毫Ψ€(wěn)定，對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)周期、高產(chǎn)、高效運(yùn)行起到了重要作用。