大型煤化工酸性氣體火炬管線常見問題及解決措施

岳偉娜

(河南龍宇煤化工有限公司， 河南永城 476600)

河南龍宇煤化工一期50萬t/a甲醇項目中，煤氣化采用殼牌粉煤氣化技術(shù)。甲醇洗采用德國魯奇低溫工藝，對粗煤氣中酸性氣體進行脫除。

1 工藝流程

低溫甲醇洗工藝中濃縮出來的酸性氣體進入酸性氣體火炬放空管線，其主要組分為CO2(質(zhì)量分數(shù)為63.15%)、H2S(質(zhì)量分數(shù)為35.00%)、NH3(質(zhì)量分數(shù)為1.50%)、CH3OH(質(zhì)量分數(shù)為0.35%)。該管線的主要作用是焚燒處理來自殼牌煤氣化裝置汽提的酸性氣體、低溫甲醇洗裝置開停車期間放空的酸性氣體、變換裝置氨汽提塔的放空氣。為確保放空氣被充分燃燒，向酸性氣體火炬放空管線焙燒一部分甲醇氫回收裝置的弛放氣，確保放空氣達標排放，工藝流程見圖1。

PV15555—污醇罐放空氣；PV155601—精餾回收塔放空氣；PV15245—酸脫熱再生塔放空氣；C15506—精餾雜醇提純塔；C15204—酸脫熱再生塔；PV03807—氨洗塔汽提氣；PV05101—二期硫回收酸氣安全閥放空；PV05101—二期硫回收酸氣放空閥；PV15901—一期硫回收酸氣放空閥；V1701安全閥—氣化酸氣閃蒸塔安全閥；V1704安全閥—氣化酸氣洗滌塔安全閥；C1701安全閥—氣化酸氣閃蒸泄壓閥；V1703安全閥—氣化渣水閃蒸塔安全閥放空；V1703放空—氣化渣水閃蒸塔壓力控制閥。

2 酸性氣體火炬放空管線堵塞

2021年，變換裝置氨汽提塔的放空氣并入酸性氣體火炬放空管線，運行期間頻繁出現(xiàn)管網(wǎng)堵塞情況。酸性氣體火炬監(jiān)控壓力最高可達150 kPa，正常運行過程中，其壓力基本維持在5 kPa。

通過現(xiàn)場拆檢管線，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部有大量白色結(jié)晶物質(zhì)。當把該物質(zhì)加熱到65～80 ℃或通入高溫冷凝液時，此類物質(zhì)可溶解。經(jīng)分析化驗確認，該結(jié)晶物質(zhì)主要為碳酸氫銨(NH4HCO3)和硫氫化銨(NH4HS)[1-2]。

2.1 原因分析

煤氣化裝置放空氣主要組分為H2S、NH3、CO2、HCN、HCl。低溫甲醇洗裝置放空的酸性氣體主要組分為H2S、CO2。氨汽提塔放空氣主要組分為NH3、N2、H2O(高溫水蒸氣)。焙燒的弛放氣主要組分為CO、H2、N2、CO2。

由于酸性氣體放空管線內(nèi)氣體組分復(fù)雜，會發(fā)生以下反應(yīng)：

(1)

(2)

(3)

(4)

在上述化學(xué)反應(yīng)中，溫度高低起關(guān)鍵作用。溫度升高時，化學(xué)平衡向生成游離的氨、硫化氫方向移動，氨和硫化氫游離分子增多，從液相轉(zhuǎn)入氣相解吸。溫度降低時，化學(xué)平衡則向生成NH4HCO3和NH4HS方向移動，達到飽和狀態(tài)，并以結(jié)晶形式從溶液中析出。

由于酸性氣體火炬放空管線過長、沿途“U”型彎較多，以及未有效設(shè)置伴熱管線，容易造成NH4HCO3和NH4HS結(jié)晶析出，并附著在管道內(nèi)壁，導(dǎo)致管網(wǎng)堵塞，影響安全運行[3-4]。

2.2 解決措施

2.2.1 “U”型彎導(dǎo)淋處增加伴熱及保溫

因NH4HCO3和NH4HS結(jié)晶鹽在65～80 ℃時會發(fā)生分解反應(yīng)，可在酸性氣體放空管線沿途“U”型彎導(dǎo)淋處增加低壓蒸汽伴熱及保溫措施，確保管線內(nèi)溫度在65 ℃以上。這樣，NH4HCO3和NH4HS在管道內(nèi)不產(chǎn)生結(jié)晶鹽，從而確保酸性氣體放空管線暢通。

2.2.2 氨汽提塔放空氣改至熱電鍋爐焚燒

變換裝置氨汽提塔放空氣中氨含量較高。針對其易造成酸性氣體火炬放空管線內(nèi)形成NH4HCO3和NH4HS結(jié)晶鹽的問題，將氨汽提塔放空氣引至熱電裝置鍋爐焚燒，從而有效降低酸性氣體放空管線中氨的集聚。

3 酸性氣體火炬放空管線燃燒不完全造成周邊異味

由于氫回收裝置中弛放氣組分波動較大，尤其是氫碳比失調(diào)會影響燃燒效果，易造成周邊異味，帶來環(huán)保問題。

經(jīng)過深入分析討論，決定向酸性氣體火炬放空管線引入一部分二甲醚氣體進行焙燒。由于二甲醚氣體燃燒熱值高于弛放氣燃燒熱值，可確保酸性氣體火炬放空管線內(nèi)放空氣充分燃燒，有效解決了異味問題。

4 結(jié)語

針對50萬t/a甲醇裝置酸性氣體火炬放空管線實際運行情況，分析運行過程中出現(xiàn)的火炬管線堵塞、異味等問題。通過采取有效措施，解決了影響酸性氣體火炬放空管線安全運行的不利因素，確保了裝置的安全穩(wěn)定運行。