E-GAS氣化渣水系統(tǒng)的技術(shù)改造

吳純馬,周建欣,熊 江,張進(jìn)林

(中海油惠州石化有限公司， 廣東惠州 516086)

中海油惠州石化有限公司(簡稱惠州石化)煤制氫聯(lián)合裝置采用E-GAS氣化技術(shù)，3臺(tái)氣化爐(2開1備)共用1套渣水系統(tǒng)。E-GAS氣化技術(shù)的渣水系統(tǒng)流程見圖1。氣化爐渣水經(jīng)過破渣機(jī)和減壓組件降壓后，進(jìn)入碳回收設(shè)施進(jìn)行渣水和渣的初步分離，其中，濃縮渣水進(jìn)入碳回收設(shè)施，清水進(jìn)入沉降槽。濃縮渣水在碳回收設(shè)施中分離渣和未轉(zhuǎn)化碳，二級(jí)濃縮的渣水進(jìn)入渣脫水罐，未轉(zhuǎn)化碳被送往沉降槽處理。二級(jí)濃縮的渣水在渣脫水罐進(jìn)行粗渣和水的三級(jí)分離，粗渣中的水經(jīng)濾網(wǎng)流出后進(jìn)入渣水循環(huán)系統(tǒng)，粗渣則排到渣場(chǎng)進(jìn)行處理。來自碳回收設(shè)施的清水和未轉(zhuǎn)化碳進(jìn)入沉降槽，在絮凝劑的作用下沉降后，清水進(jìn)入渣水槽后返回氣化系統(tǒng)使用，沉降槽底部的含固水送入固體循環(huán)槽后進(jìn)磨煤機(jī)進(jìn)行制漿回用。收集渣水系統(tǒng)的所有排放氣體，集中送至硫黃回收裝置做無害化處置[1-2]。

圖1 渣水系統(tǒng)流程簡圖

1 渣水系統(tǒng)的現(xiàn)狀

自2018年8月試運(yùn)行以來，渣水系統(tǒng)存在較多問題，主要表現(xiàn)為碳回收設(shè)施出現(xiàn)泄漏、襯里脫落堵塞底部排料口、渣脫水罐脫水排渣困難、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)氣味大、沉降槽(主要是預(yù)混合罐、混合罐)入口管線易被堵塞等問題，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)2開1備運(yùn)行，影響氣化裝置的穩(wěn)定性。

1.1 碳回收設(shè)施

碳回收包由旋液分離器和干擾床兩部分組成，旋液分離器用于分離渣水中的大部分水，干擾床用于分出粗渣中未轉(zhuǎn)化碳。運(yùn)行中碳回收設(shè)施主要出現(xiàn)了旋液分離器泄漏、內(nèi)襯脫落以及干擾床內(nèi)襯脫落問題，堵塞旋液分離器底部和干擾床底部排料口，導(dǎo)致渣水系統(tǒng)運(yùn)行不暢甚至停工[3-4]。

1.1.1 旋液分離器泄漏、內(nèi)襯脫落

旋液分離器的外形見圖2，分為外部殼體和內(nèi)部襯里兩部分。整個(gè)旋液分離器由進(jìn)料室、三區(qū)錐體、二區(qū)錐體、一區(qū)錐體和底流錐5個(gè)部分組成。三段錐體區(qū)域和底流錐外部為碳鋼殼體，內(nèi)襯陶瓷/碳化硅襯里，進(jìn)料室由聚氨酯材料和鋼籠支架整體澆筑，內(nèi)襯陶瓷材料，不同部分之間靠“T”型槽和橡膠墊密封[5]。

圖2 旋液分離器外形圖

運(yùn)行中，進(jìn)料室的頂部和頂流出口連接的法蘭處、進(jìn)料口和進(jìn)料室的連接處、進(jìn)料室及各錐段的連接部分均出現(xiàn)泄漏和滲水現(xiàn)象，渣水中溶解的合成氣也從泄漏口釋放出來，嚴(yán)重影響了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，埋下安全隱患。

旋液分離器的底流錐容易被磨穿，磨穿脫落的陶瓷碳化硅襯里落入底部收集槽后堵塞出口，造成一級(jí)濃縮渣水排料不暢，導(dǎo)致渣水處理停工維修。

1.1.2 干擾床內(nèi)襯脫落

干擾床為放行容器，由不銹鋼殼體和陶瓷襯里兩部分組成。陶瓷襯里用膠黏貼在不銹鋼殼體上，由于受含固渣水沖刷作用，內(nèi)部陶瓷襯里磨損脫落后落入干擾床的底部排料口，堵塞二級(jí)濃縮渣水排料，造成渣水處理被迫停工維修。

1.2 渣脫水罐

渣脫水罐是將二級(jí)濃縮渣水進(jìn)行渣水分離的設(shè)備。渣脫水罐為圓柱形容器，底部為錐形桶，錐形桶的周邊布置有多組濾網(wǎng)，渣脫水罐的底部為排渣口，與輸渣皮帶相連(見圖3)。來自碳回收設(shè)施的二級(jí)濃縮渣水通過進(jìn)料口進(jìn)入渣脫水罐，渣中的水通過渣脫水罐底部的濾網(wǎng)排出，渣留在渣脫水罐中，待渣脫水罐中的渣充裝到一定料位后，切斷進(jìn)料的二級(jí)濃縮渣水，進(jìn)行充分脫水后，渣從排渣口排出。

圖3 渣脫水罐

1.2.1 渣脫水罐脫水篩網(wǎng)損壞

渣脫水罐底部的濾網(wǎng)長度較長，當(dāng)受到渣的積壓會(huì)引起剛度下降，導(dǎo)致濾網(wǎng)彎曲變形破損。渣直接通過篩網(wǎng)進(jìn)入排水口，進(jìn)而進(jìn)入斜板沉降槽入口管線。因含固量太高易堵塞入口管線，導(dǎo)致渣水無法順利進(jìn)入斜板沉降槽，造成現(xiàn)有管道壓降增大，渣水中的溶解性氣體會(huì)通過渣脫水罐頂部的呼吸閥溢出。

1.2.2 渣脫水罐脫水環(huán)管結(jié)垢嚴(yán)重

渣脫水罐底部設(shè)置脫水濾網(wǎng)，濾網(wǎng)出口通過環(huán)管連接，將濾出的清水送回渣水處理系統(tǒng)。環(huán)管結(jié)垢后，管道直徑從100 mm縮小為50 mm以下，延長渣脫水罐的脫水時(shí)間，影響渣脫水罐的周轉(zhuǎn)，最終造成渣水系統(tǒng)停車維修。

1.2.3 渣脫水罐排渣閥密封圈損壞頻繁

渣脫水罐底部排渣口使用的排渣門采用氣墊密封，保證渣脫水罐在收渣時(shí)不泄漏。排渣門的氣墊密封在開關(guān)過程中容易磨損，或者被渣中尖銳顆粒劃傷引起失效，需經(jīng)常更換密封圈。

1.3 沉降槽

配置兩套沉降槽，每套由斜板沉降槽、預(yù)混合罐和混合罐組成。渣水系統(tǒng)的溢流渣水匯合后，與絮凝劑混合進(jìn)入預(yù)混合罐，充分混合后進(jìn)入混合罐，最后進(jìn)入斜板沉降槽的斜板下方，絮凝下來的固體顆粒在沿斜板流動(dòng)過程中沉降到沉降槽底部，澄清水則向上流動(dòng)，經(jīng)斜板的溢流堰流出沉降槽?；旌瞎藓皖A(yù)混合罐上配有攪拌器，保持絮凝劑和渣水混合均勻，斜板沉降槽上配有扒料器，用于攪動(dòng)斜板沉降槽底部沉積的固體顆粒，使其處于流動(dòng)狀態(tài)，并可以通過斜板沉降槽底部排料口排出。

(1) 預(yù)混合罐和混合罐底部積渣。

渣水系統(tǒng)攜帶來的顆粒較大的渣容易在預(yù)混合罐和混合罐的底部沉積，造成混合罐和預(yù)混合罐的攪拌器因扭矩過大而跳停。同時(shí)，渣水流動(dòng)不暢導(dǎo)致預(yù)混合罐入口管線堵塞。

(2) 渣水到兩臺(tái)沉降槽的隔離閥門距離主管道太遠(yuǎn)，死區(qū)太大。

檢修沉降槽時(shí)，渣水到關(guān)閉切斷閥門的管線太長，造成渣水中的固體顆粒在管道中沉降，管線容易堵死。

2 改進(jìn)措施

2.1 碳回收設(shè)施

針對(duì)碳回收設(shè)施中旋液分離器錐體區(qū)域密封泄漏、內(nèi)襯脫落、底流錐容易被磨穿的問題，對(duì)旋液分離器進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。旋液分離器的進(jìn)料室由聚氨酯鋼骨架結(jié)構(gòu)改為不銹鋼外殼加碳化硅陶瓷襯里，三段錐體和底流錐采用不銹鋼外殼加整體碳化硅陶瓷內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。優(yōu)化干擾床的陶瓷襯里固定方式，將原來的膠水黏結(jié)方式改為螺栓固定和黏結(jié)相結(jié)合的方式(見圖4和圖5)。

圖4 碳化硅陶瓷襯里和不銹鋼外殼

圖5 螺栓固定后的氧化鋁陶瓷襯板

2.2 渣脫水槽

針對(duì)渣脫水罐底部濾網(wǎng)發(fā)生的彎曲變形損壞問題，為渣脫水罐的濾網(wǎng)增加支撐，緩解變形和損壞，消除濾網(wǎng)破裂造成漏渣問題；針對(duì)環(huán)管結(jié)垢嚴(yán)重的問題，通過在環(huán)管排水的遠(yuǎn)端加入阻垢劑，避免脫水環(huán)管結(jié)垢，保持其排水性能；選擇結(jié)構(gòu)更為可靠、密封性能更好的排渣門，使其具備自動(dòng)補(bǔ)氣、監(jiān)測(cè)密封圈位置的功能，保障排渣作業(yè)安全。

2.3 沉降槽

針對(duì)預(yù)混合罐和混合罐容易積渣的問題，對(duì)預(yù)混合罐底部排渣管線進(jìn)行改造，將原來預(yù)混合罐和混合罐共用排渣管線改造為獨(dú)立排渣管線，避免交叉積渣引起疏通困難。同時(shí)，為了排渣便利，將原有水平管線全部改為豎直管線。

針對(duì)預(yù)混合罐入口管線積渣堵塞問題，在靠近預(yù)混合罐分支管線的主管處增加閥門以減少管線死區(qū)，同時(shí)在閥后增加沖洗水管線。通過沖洗水閥和分支管線上兩道閥門對(duì)管線進(jìn)行沖洗，有效解決管線的堵塞問題。

3 運(yùn)行效果

惠州石化改造渣水系統(tǒng)后，經(jīng)過近2 a的運(yùn)行，碳回收設(shè)施的在線率由改造前的30%提高到100%，渣脫水罐的在線率由改造前的50%提高到90%以上，沉降槽的在線率保持在100%。裝置不再發(fā)生碳回收設(shè)施內(nèi)襯脫落引起渣水系統(tǒng)停工現(xiàn)象，未再次發(fā)生渣脫水罐環(huán)管結(jié)垢問題，沉降槽入口管線未再次發(fā)生堵塞，渣水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

惠州石化煤制氫裝置E-GAS氣化渣水系統(tǒng)具有占地少、布局緊湊、三廢排放量小、環(huán)保效果明顯等優(yōu)勢(shì)。作為新的工藝，系統(tǒng)的優(yōu)化還將繼續(xù)進(jìn)行。