提高魯奇爐煤氣化副產(chǎn)重芳烴收率和質(zhì)量的技術途徑

王洪坤，黃 浩，崔立國，王國平

(伊犁新天煤化工有限責任公司，新疆 伊寧 835000)

1 概 述

魯奇碎煤加壓氣化技術(以下簡稱“魯奇爐”)因煤種適應性強、技術成熟可靠而被廣泛應用，其氣化技術的工藝原理為，塊煤從煤鎖加入氣化爐內(nèi)，經(jīng)過預熱、干燥、干餾、氣化、燃燒等過程與氣化爐底部上來的氣化劑反應生成粗煤氣。

在氣化過程中，由于氣化劑(蒸汽)分解不完全及煤中含有水分等，會產(chǎn)生大量的氣化廢水，這部分廢水中含有較多的油類、酚、氨等物質(zhì)，會抑制后續(xù)廢水生化處理過程中生化池微生物的活性。與此同時，油類、酚類、氨氮也是有機化學中的重要原料，具有很高的利用價值。因此，高效回收煤氣水中的油類、酚類物質(zhì)以及氨氮等，不僅可以減輕后系統(tǒng)處理壓力，同時也可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益。

煤氣化廢水的處理包括煤氣水分離裝置分離回收其中的油類物質(zhì)和焦渣，將油含量合格的煤氣水送至酚氨回收裝置脫除其中的酸性氣體，并分離回收其中的酚和氨。廢水凈化過程中，同時產(chǎn)出重芳烴、多元烴、混合酚和氨水或液氨等副產(chǎn)品。經(jīng)酚氨回收裝置處理合格的稀酚水送至污水處理裝置進一步通過酸化水解、生化、超濾和反滲透等手段處理合格后回用，實現(xiàn)廢水的循環(huán)利用和零排放[1-5]。

伊犁新天煤化工有限責任公司年產(chǎn)20 億m3天然氣項目，采用魯奇爐，自2017年投運生產(chǎn)以來，存在煤氣水分離裝置油水分離效果差，副產(chǎn)重芳烴回收率低、質(zhì)量差，固體廢物處理難等問題，始終影響項目的正常運行。

公司基于對魯奇爐運行數(shù)據(jù)的分析研究，實施多項技術改造，有效解決了上述問題。

2 煤質(zhì)對煤氣水分離運行的影響

在魯奇爐的運行管理中，對原料煤煤質(zhì)判斷主要參考其工業(yè)分析數(shù)據(jù)，包括煤的灰分、水分、揮發(fā)分和固定碳等。

2.1 煤的灰分對煤氣水分離運行的影響

灰分是指煤在一定溫度下完全燃燒后生成的殘留物，其主要成分是SiO2、Al2O3、CaO、MgO等。在實驗室中將一定數(shù)量的煤樣于一定溫度條件下充分燃燒后，根據(jù)殘渣質(zhì)量以求得灰分產(chǎn)率，以不含水分的干燥煤樣為基準計算灰分。煤的灰分是魯奇爐選擇原料煤的重要指標，灰分過高或過低，都直接影響氣化爐的正常運行。

研究表明，當煤炭灰分變高時，渣水處理過程中產(chǎn)生的廢水中固體含量增大，而少量灰分隨著粗煤氣從氣化爐出口被洗滌冷卻后隨煤氣水進入煤氣水分離裝置。

根據(jù)運行數(shù)據(jù)分析，煤中灰分的增加對煤氣水分離的運行主要影響在以下2個方面。

(1)油水分離效果差。正常情況下，煤氣水分離副產(chǎn)品重芳烴水的質(zhì)量分數(shù)要求在6 %以下。通過對運行數(shù)據(jù)的總結發(fā)現(xiàn)，隨著煤中灰分的增加，造成煤氣水密度分布不均勻，煤氣水的油水分離效果下降，同等控制條件下副產(chǎn)品重芳烴的水分也大幅增加，副產(chǎn)品水分增加，經(jīng)罐區(qū)靜置分層后返水量增加，取樣分析發(fā)現(xiàn)，罐區(qū)返水中重芳烴質(zhì)量分數(shù)平均在70 %左右，大量返水導致煤氣水分離裝置收油負荷增加，收取的重芳烴水分進一步提高，且導致產(chǎn)品煤氣水重芳烴含量增加，形成惡性循環(huán)。

(2)焦渣產(chǎn)量增加。魯奇爐出口粗煤氣除了夾帶大量的水分外，還會夾帶大量的粉塵顆粒物及未燃燒的煤粉等固體，這些被稱為焦渣的固體經(jīng)洗滌冷卻后隨煤氣水被送至煤氣水分離裝置，在煤氣水分離裝置初焦油分離器內(nèi)靜置沉降后從其底部排出，因焦渣在排出過程中，水和重芳烴等會被一同排出，含固率僅40%左右，需在專用的沉降池進一步沉降分離后，重芳烴和水返回系統(tǒng)重新分離，焦渣則作為固體危廢利用煤粉摻拌后隨原煤一起進入鍋爐摻燒，處理難度較大，且存在一定污染環(huán)境的風險。

隨著焦渣產(chǎn)量的增加，其回收處理難度及成本進一步加大，如果處理不及時，有可能進入后系統(tǒng)堵塞管道設備等，威脅煤氣水分離裝置的安全穩(wěn)定運行。

表1 煤的灰分對煤氣水分離的影響

2.2 煤的水分對煤氣水分離運行的影響

煤中的水分，按其在煤中存在狀態(tài)，分為游離水和化合水。在魯奇爐氣化反應中，主要影響氣化效率，同時影響后續(xù)煤氣水裝置廢水處理量，由于煤氣水分離裝置工藝以油水分離為主，因此未發(fā)現(xiàn)水分含量對煤氣水裝置正常運行產(chǎn)生明顯的影響。

2.3 煤的揮發(fā)分與固定碳對煤氣水分離運行的影響

一般來說，煤中揮發(fā)分的質(zhì)量分數(shù)越高，則氣化產(chǎn)生的油、酚、氨等產(chǎn)品就越多，因此會在一定程度上增加后續(xù)煤氣水分離和酚回收工段的副產(chǎn)品產(chǎn)量，同時揮發(fā)分高的煤活性也高，在一定范圍內(nèi)有利于甲烷的生成。

固定碳的含量與煤的完全氣化得到的氣化指標好壞有直接關系，因此，煤的揮發(fā)分與固定碳含量主要影響氣化爐的各項指標，對煤氣水分離的運行沒有明顯的直接影響[6-9]。

3 煤氣水分離工藝優(yōu)化

3.1 增加重芳烴分液及蒸餾裝置

為解決煤氣水分離油水分離效果差、重芳烴水分含量高且罐區(qū)返水量大的問題，通過增加重芳烴分液罐和帶有特殊加熱內(nèi)件的蒸餾罐，將系統(tǒng)收取的重芳烴首先送至分液罐靜置分水，再送至蒸餾罐蒸餾脫水合格后送至罐區(qū)，很好地解決了油水分離效果差導致外送重芳烴水分含量高和罐區(qū)返水量大的問題。

重芳烴分液及蒸餾流程見圖1。

圖1 重芳烴分液及蒸餾流程示意

系統(tǒng)內(nèi)收取的重芳烴溫度為70 ℃，水含量約為15%～20%，經(jīng)分液罐靜置分水8～12 h后，水分降至15%以下，然后經(jīng)加熱至90～100 ℃后送至蒸餾罐，利用蒸汽間接加熱蒸餾脫水，控制蒸餾罐溫度為102～105 ℃，蒸餾約2～4 h，重芳烴水分降至3%以下，再冷卻至80 ℃左右送至罐區(qū)外售。其中分液罐主要起靜置分液的作用，對系統(tǒng)內(nèi)收取的水分含量較高的重芳烴進行暫存和預脫水，蒸餾罐主要起蒸餾脫水的作用。蒸餾罐內(nèi)部采用立體交叉式加熱盤管，能夠提高加熱效率并保證良好的脫水效果。

3.2 重芳烴循環(huán)分離

由于重芳烴及水分密度差較小，受系統(tǒng)高負荷及灰分等影響，分離效果較差，部分重芳烴未及時收取被煤氣水帶至后系統(tǒng)沉積于設備底部，導致產(chǎn)品煤氣水油含量超標，影響下游裝置穩(wěn)定運行，通過增加管線，將后系統(tǒng)設備底部重芳烴抽至前系統(tǒng)重新收取，增加循環(huán)倍率，能夠較好地保證產(chǎn)品煤氣水油含量不超標，后系統(tǒng)重芳烴重新收取示意見圖2。

圖2 后系統(tǒng)重芳烴重新收取示意(虛線為新增)

3.3 增設三相離心機

在初焦油分離器底部增設三相離心機，利用三相離心機的離心作用，對初焦油分離器底部的焦渣及一同排出的重芳烴和水等進行分離處置，重芳烴回收至重芳烴槽后外送，水返回系統(tǒng)，同時得到較干的焦渣直接送至煤場摻燒，可以徹底解決煤氣水分離焦渣處理難度大、影響系統(tǒng)正常運行的問題。

三相分離處理焦渣流程見圖3。

圖3 三相離心機處理含焦油渣流程示意

3.3.1 三相離心機運行原理

當含塵重芳烴由進料泵輸送到離心機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)時，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生強大的離心力把比液相密度大的固體顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速不同，二者存在有相對運動(即轉(zhuǎn)速差，可調(diào))，兩相密度不同的液體重芳烴和煤氣水形成同心圓柱(即液池)，輕液相(煤氣水)處于內(nèi)層，重液相(重芳烴)處于外層。液池深度可通過可變?nèi)~輪進行調(diào)節(jié)，沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上的固體顆粒由螺旋推料器傳送到轉(zhuǎn)鼓的錐體端，從排渣口排入渣斗，輕液相(煤氣水)通過重力排進地下廢水槽后回收至系統(tǒng)，重液相(重芳烴)通過離心機內(nèi)部向心泵加壓后輸送至重芳烴槽，整個三相分離過程均是自動進料、自動出料[10]。

3.3.2 三相離心機出料指標

三相離心機出料指標見表2。

表2 三相離心機出料指標

4 結 語

分析了魯奇碎煤加壓氣化技術煤質(zhì)對煤氣水分離運行的影響，重點分析了灰分對煤氣水分離及副產(chǎn)品重芳烴水分含量的影響。

通過增加重芳烴分液罐和蒸餾罐的方法，同比條件下可將重芳烴水含量由15%降至3%。

通過將煤氣水后系統(tǒng)設備底部重芳烴抽到前系統(tǒng)重新收取的方法，有效降低了產(chǎn)品煤氣水的油含量。

通過增設三相離心機，有效解決了系統(tǒng)焦渣處理難的問題，并實現(xiàn)了固廢再利用。