煤氣水分離裝置工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化

張成吉，郝秀春，崔富忠(伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆 伊寧 835000)

0 引言

煤氣水分離裝置的主要生產(chǎn)任務(wù)是處理氣化裝置產(chǎn)生的含油含塵煤氣水，設(shè)計(jì)處理量為1 800 t/h，經(jīng)過換熱冷卻、閃蒸膨脹、沉降分離、油品回收等單元進(jìn)行處理。副產(chǎn)的0.5 MPa低壓蒸汽送入管網(wǎng)，處理后的煤氣水一部分送往氣化裝置進(jìn)行洗滌循環(huán)，其余送往下游酚氨回收裝置進(jìn)一步分離回收酚、氨等副產(chǎn)品。煤氣水裝置運(yùn)行的穩(wěn)定與否，直接決定著煤制天然氣裝置生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定。

1 裝置試運(yùn)行過程存在的瓶頸問題

(1)煤氣水中含固量大，換熱器堵塞嚴(yán)重，設(shè)備故障頻繁，運(yùn)行周期短。由氣化裝置送來的煤氣水含塵量高，且粒徑大，造成換熱、冷卻設(shè)備堵塞頻繁，工況惡化時(shí)運(yùn)行時(shí)間低于3 d，生產(chǎn)不能長周期運(yùn)行。不但造成氣化和變換冷卻裝置降低負(fù)荷，煤氣水裝置系統(tǒng)工況大幅波動，還導(dǎo)致?lián)Q熱器、初焦油分離器、雙介質(zhì)過濾器、各個(gè)貯槽故障頻繁，大幅增加檢修頻次，造成裝置運(yùn)行和檢修的安全風(fēng)險(xiǎn)增加。

(2)換熱效果差，導(dǎo)致工藝介質(zhì)溫度高，油水乳化嚴(yán)重，分離器功能無法有效發(fā)揮。由于原料水含有大量粉末狀固體顆粒，導(dǎo)致關(guān)鍵設(shè)備初焦油分離器積塵嚴(yán)重，不能發(fā)揮固液重力沉降分離作用；同時(shí)，由于換熱不正常導(dǎo)致工藝介質(zhì)溫度高，造成油水互溶、乳化，固體懸浮量大；固體顆粒和油品進(jìn)入后系統(tǒng)，造成機(jī)泵故障頻繁，副產(chǎn)品含水量高，銷售困難，罐區(qū)庫存高，存在憋庫風(fēng)險(xiǎn)；系統(tǒng)排污量持續(xù)增加，間接地增加了運(yùn)行負(fù)荷，減少了分離空間和時(shí)間，形成惡性循環(huán)，同時(shí)也造成產(chǎn)品煤氣水溶解物含量大，COD高，嚴(yán)重影響下游裝置酚氨回收的穩(wěn)定運(yùn)行，副產(chǎn)品粗酚中含油量高，品質(zhì)差，銷售價(jià)格極低；運(yùn)行過程中萃取劑消耗量較設(shè)計(jì)水平大幅上升，稀酚水各項(xiàng)指標(biāo)難以控制，增加生化處理難度。

(3)固體廢物產(chǎn)出量大，處理難度大，嚴(yán)重影響裝置高負(fù)荷運(yùn)行。由于裝置關(guān)鍵設(shè)備初焦油分離器堵塞嚴(yán)重，使得排放的含油煤塵量平均每天超過200 t，堆積量大，轉(zhuǎn)運(yùn)處置困難，對現(xiàn)場環(huán)境造成污染，制約系統(tǒng)高負(fù)荷運(yùn)行。

2 深入調(diào)查研究，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，破解瓶頸難題

根據(jù)該裝置試運(yùn)行過程中暴露出的問題，組織開展調(diào)查研究，按照“源頭控制、過程強(qiáng)化、分類治理”的要求，創(chuàng)新和借鑒相關(guān)工藝技術(shù)，在原工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，對工藝進(jìn)行優(yōu)化，增加特定功能設(shè)備，完善工藝流程，徹底解決上述難題。

2.1 增加固液旋分分離裝置

在系統(tǒng)進(jìn)口處增加一套固液旋分分離裝置，將上游裝置帶來的粒徑大于2.5 mm的固體顆粒，通過旋分沉降，進(jìn)入下部儲槽中，能夠定期進(jìn)行切換和清理設(shè)備，防止堵塞換熱設(shè)備的列管、閥門、管道，確保系統(tǒng)換熱設(shè)備和分離設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，減少了檢修頻次，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 添加煤氣水凈化助劑，消除乳化現(xiàn)象，高效分離油、水混合物

由于系統(tǒng)工藝介質(zhì)煤氣水中油類物質(zhì)大量的乳化溶解，導(dǎo)致煤氣水中重芳烴、多元烴、煤塵與水分離效果下降，既影響煤氣水分離產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，又影響酚系統(tǒng)正常運(yùn)行。

工藝凈化助劑組分分子具有“雙親結(jié)構(gòu)”即親水親油性，垂直作用于液體表面上任一單位長度，與液面相切的收縮表面的力。把煤氣水中物質(zhì)從一相內(nèi)部遷至界面，并富集于界面沉降下來。將工藝凈化助劑加入到煤氣水中可以改變表面張力從而對懸浮物及煤塵、混合油起到吸附作用，將乳化的油水混合物高效分離。

2.3 增加三相離心機(jī)高效分離油、塵，提高油水分離器的性能

根據(jù)含塵煤氣水介質(zhì)各組分密度不同，利用超重力原理，在2 500～3 000倍重力條件下，可將不同密度的重芳烴、煤塵、煤氣水進(jìn)行有效分離。因此，采用高效三相離心機(jī)處理含塵焦油，從而達(dá)到過程強(qiáng)化，分類處理的目的。連續(xù)將初焦油分離器底部的油塵混合物，通過三相臥螺高效離心機(jī)，進(jìn)行離心分離，合格重芳烴進(jìn)入重芳烴槽經(jīng)泵送入罐區(qū)外售，煤塵裝車運(yùn)至煤場與粉煤摻拌送入鍋爐燃燒，煤氣水返回系統(tǒng)進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)將固體廢物進(jìn)行減量化處理、資源化利用的目的，大幅減少固廢物處理費(fèi)用，徹底解決固廢物處理難題。

2.4 增加蒸餾裝置，降低重芳烴含水量，提高產(chǎn)品品質(zhì)

由于重芳烴水份為20%～25%，水份含量高，在常壓條件下，重芳烴沸點(diǎn)為160 ℃，煤氣水沸點(diǎn)為100 ℃，油品與水沸點(diǎn)相差大，因此可以通過加熱蒸餾的方式處理含水重芳烴，提高重芳烴品質(zhì)，設(shè)計(jì)重芳烴加熱蒸餾脫水裝置。優(yōu)化后工藝設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 優(yōu)化后工藝設(shè)計(jì)圖

3 工藝優(yōu)化完善后的效果

3.1 工藝技術(shù)指標(biāo)對比分析

(1)如表1所示，增加固液旋分分離裝置后，煤氣水分離換熱器、分離器等設(shè)備運(yùn)行周期大幅延長，可確保裝置長周期、高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 增加固液旋分分離裝置后各設(shè)備優(yōu)化時(shí)間對比

(2)如表2所示，添加工藝凈化助劑后，副產(chǎn)品分離效果明顯提高，產(chǎn)品煤氣水各項(xiàng)分析指標(biāo)顯著好轉(zhuǎn)，優(yōu)化改造后裝置運(yùn)行穩(wěn)定，工藝指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)，COD明顯降低，提高了水質(zhì)可生化性，提高水處理裝置生產(chǎn)能力，達(dá)到預(yù)期效果。

表2 添加工藝凈化助劑后副產(chǎn)品分離效果

(3)如表3所示，烴類副產(chǎn)品產(chǎn)量明顯增加，尤其是多元烴產(chǎn)量大幅增加，重芳烴質(zhì)量改善明顯，徹底消除了副產(chǎn)品銷售困難，罐區(qū)憋庫的瓶頸。

表3 烴類副產(chǎn)品產(chǎn)量改造前后對比

3.2 效益分析

3.2.1 經(jīng)濟(jì)效益

煤氣水裝置經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)，累計(jì)投資約4 000萬元，每年節(jié)約固廢處理費(fèi)用約3 500萬元，副產(chǎn)品提質(zhì)增產(chǎn)增加直接經(jīng)濟(jì)效益約3 000萬元/a，為企業(yè)降本減虧，改善經(jīng)營創(chuàng)造了良好條件。

3.2.2 安全與環(huán)保效益

煤氣水裝置經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)，生產(chǎn)工藝、設(shè)備的可靠性大幅提升，設(shè)備故障率下降，使得設(shè)備檢修頻率降低，安全風(fēng)險(xiǎn)下降，為本質(zhì)安全創(chuàng)造了良好條件。與此同時(shí)，通過對固廢減量化處理，資源化利用，改善了現(xiàn)場工作環(huán)境，消除了污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，為企業(yè)環(huán)境保護(hù)、員工職業(yè)健康創(chuàng)造了良好條件。

3.2.3 示范與推廣

通過對煤氣水分離裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，消除了原裝置存在的瓶頸問題，創(chuàng)造性地應(yīng)用高效離心機(jī)，開創(chuàng)了固廢處理的新途徑，優(yōu)化和完善了煤制天然氣煤氣水處理工藝設(shè)計(jì)，該項(xiàng)技術(shù)已取得授權(quán)專利，填補(bǔ)了煤化工相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的空白，成為煤氣水分離裝置的固廢處置的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

通過對煤氣水分離工藝進(jìn)行系統(tǒng)性優(yōu)化，消除了制約裝置運(yùn)行的瓶頸，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，降低頻繁檢修帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了副產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，節(jié)能和降本的成效顯著。同時(shí)，對固體危廢進(jìn)行了減量化處置，資源化利用，徹底解決了固體危廢處置難題，消除了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，為煤化工處置固廢開拓了新途徑。