淺析神寧爐合成氣洗滌系統優化過程

王國梁 張鎵鑠 陳鵬程 李紅娣

摘 要：針對西門子GSP氣化裝置合成氣夾帶細灰量較多的缺點，神華寧煤集團通過原料氣液分離罐增加塔盤、增加鼓泡塔及氣化爐激冷室內設置下降管等一系列改造優化，最終形成了氣化爐燃燒室高溫合成氣和熔渣經下降管進入激冷室水浴，經水浴冷卻除塵之后進入后續一級文丘里+分液罐+二級文丘里+洗滌塔進行分級洗滌的“神寧爐”氣化技術。

關鍵詞：GSP氣化；文丘里洗滌系統；合成氣帶灰；磨損；神寧爐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.032

0 前言

西門子GSP煤粉加壓氣流床氣化技術[1]是國內首套商業化運行的GSP氣流床氣化工藝。在經歷了六年的商業化運行至今，氣化裝置因氣化爐合成氣帶灰量大、文丘里洗滌系統磨損嚴重、變換系統原料氣加熱器和保護床堵塞等原因導致系統停車頻繁，嚴重影響了裝置的穩定及長周期運行。因此，通過對生產過程中合成氣洗滌系統問題的分析及研究，并制定相應技改措施，降低了合成氣的含塵量，有效地提高了系統運行的長周期及穩定性。

“神寧爐”氣化技術[2]的合成氣洗滌系統就是基于此裝置的歷次技改優化，聯合中國五環工程有限公司研發而來，現經神華寧煤煤制油項目運行驗證，合成氣洗滌效果良好，含塵量小于0.5mg/m3。

1 西門子GSP粉煤加壓氣流床氣化技術

1.1 合成氣洗滌系統工藝流程簡述

合成氣洗滌系統的工藝意圖，是通過兩級文丘里，由洗滌水對合成氣進行強化洗滌，把夾帶的煤灰和氣相水溶性雜質從合成氣中脫除，得到符合變換裝置工藝要求的氣體。

氣化爐激冷室出來的合成氣，進入第一文丘里T-101，與泵P-101A/B 送過來的洗滌水，跟合成氣按照一定的比值關系，進行強化接觸和洗滌。第一文丘里直接連接到下游的氣液分離罐D-101。進行氣液分離后，合成氣進入第二文丘里T-102。帶有煤灰的洗滌水，通過管道與第二文丘里氣液分離罐出來的洗滌水混合后，排往激冷水罐 。

從泵P-101A/B 過來的洗滌水進入第二文丘里，按照跟合成氣流量的比值關系，對合成氣進行強化接觸和洗滌。洗滌完畢后，第二文丘里直接連接到下游的氣液分離罐D-102進行氣液分離。之后合成氣通過部分冷凝器E-101后進入原料氣分離罐D-103。帶有煤灰的洗滌水，匯合到總管后送往激冷水罐。

來自于變換裝置的工藝冷凝液經換熱器E-102預熱進入原料氣分離罐D-103的底部，保持一定的液位作為緩沖，供往P-101A/B，再到第一和第二文丘里洗滌器作為合成氣的洗滌水。正常生產時，如果工藝冷凝液的流量不足，將打開經換熱器E-103預熱的脫鹽水進行補充。

1.2 合成氣洗滌系統技改背景

1.2.1 合成氣帶灰量大，變換系統堵塞嚴重

根據西門子工藝設計，合成氣含塵量小于1mg/m3，但由于氣化反應過程中產生的細灰含量大，合成氣帶灰嚴重，合成氣含塵量在10-16mg/m3之間，造成變換系統原料氣加熱器、變換保護床堵塞，導致氣化系統停車頻繁。

1.2.2 合成氣帶灰量大，文丘里洗滌水帶灰渣大，造成系統磨損嚴重

GSP氣化爐激冷室采用噴嘴進行激冷降溫除灰渣，在實際運行過程中，因為細灰含量大，氣化爐激冷室的除渣效果不好，激冷室出口合成氣帶灰渣量較大，造成文丘里洗滌系統洗滌分離后的洗滌水中固含量高，造成排液管線堵塞、閥門磨損，導致氣化系統停車頻繁。

1.3 文丘里洗滌水系統的技改

基于上述影響氣化裝置長周期運行的瓶頸問題，對氣化裝置文丘里洗滌系統及黑水閃蒸系統進行一系列的技術改造。

1.3.1 技改內容

（1）第一階段技改。

1）將原料氣分離罐D-103原設計除沫器取掉，增加了3層塔盤。

2）增加一二文丘里分離罐的長度，并內件進行改造，增大氣渣分離空間，減少分離罐底部的積渣。

3）一二級文丘里氣液分離罐的洗滌水不再進入激冷水罐，改為進入旁路閃蒸進行處理，改善激冷水水質。

4）在氣化爐內合成氣出口增加折流板[3]，合成氣從下往上流出時經過由原先一個噴頭改為四個噴頭的激冷噴頭的進一步洗滌。

通過此次改造，合成氣塵含量降到了5.0mg/m3[4]以下，達到了預期效果。

（2）第二階段技改。

1）新增鼓泡塔D-105，通過水浴式洗滌分離氣化爐出口合成氣中的大顆?；?，達到初步凈化合成氣。

2）增加洗滌塔循環泵P-101C。

3）將原料氣分離罐D-103改造成洗滌塔，具體將原料氣分離罐筒體加長2.4米，同時內部新增三層泡罩塔盤，每層塔盤安裝有393個泡罩，以進一步提高除塵效果。

4）一二級文丘里氣液分離罐的洗滌水不再進入旁路閃蒸，改為直接進入洗滌塔。

5）泵P-101出口的洗滌水不在做為一二級文丘里洗滌器的洗滌水，而是進入鼓泡塔對合成氣進行洗滌，一二級文丘里洗滌器的洗滌水改為黑水裝置循環水泵過來的高壓循環水。

通過此次改造，合成氣塵含量降到了0.5mg/m3以下，達到了預期效果。

1.3.2 技改流程

氣化反應產生的合成氣首先進入鼓泡塔中，在水浴中將合成氣中所帶的大顆粒的灰和少量細灰除掉后，進入兩級洗滌系統，再經過部分冷凝器后進入改造后的洗滌塔D-103，然后進入變換裝置，達到除去合成氣中灰塵的目的。洗滌塔中的洗滌水通過泵送至鼓泡塔作為合成氣洗滌水，鼓泡塔黑水直接排往閃蒸旁路處理。

文丘里洗滌系統改造后，黑水處理系統相應處理量增大，因而也進行了相應改造。

2 神寧爐合成氣洗滌系統

2.1 神寧爐合成氣洗滌系統工藝流程

在西門子GSP氣化裝置合成氣洗滌系統的基礎上，研發了神寧爐合成氣洗滌系統，該系統中激冷水通過氣化爐激冷室激冷環旋轉噴出，對燃燒室出來的高溫原料氣和激冷室設備本身進行冷卻、洗滌，洗滌后合成氣通過下降管進入氣化爐激冷室水浴中鼓泡逸出水面，進入一級文丘里與高壓循環水混合增濕后，在文丘里氣液分離罐分離除塵分離出粗煤氣中大部分灰渣后，再進入二級文丘里與高壓循環水混合，潤濕的粗煤氣進入合成氣洗滌塔水浴，合成氣進入合成氣洗滌塔后分別經過高溫循環水、變換凝液充分洗滌后從合成氣洗滌塔頂部將灰含量降至0.5mg/m3，最后進入變換裝置。

2.2 神寧爐合成氣洗滌系統的優勢

（1）與西門子GSP氣化裝置相比，神寧爐取消了鼓泡塔，在氣化爐內增加下降管，氣化爐燃燒室高溫合成氣和熔渣經下降管進入激冷室水浴，經水浴冷卻除塵的合成氣塵含量低至3mg/m3.。

（2）神寧爐氣化裝置采用一級文丘里+分液罐+二級文丘里+洗滌塔分級洗滌的工藝，洗滌塔出口合成氣塵含量小于0.5mg/m3，與西門子GSP氣化裝置相比，取消了二級文丘里氣液分離罐和部分冷凝器，二級文丘里洗滌器直接與洗滌塔法蘭連接，節省了設備的布置空間和成本。

（3）神寧爐氣化裝置的洗滌塔分粗細段和精洗段，洗滌效果好于西門子GSP氣化裝置改造后的洗滌塔，且進行合成氣精洗的高壓工藝水主要來源于各等級蒸汽產生的凝液，在凝液回收利用方面亦優于西門子GSP氣化裝置。

3 結論

神寧爐氣化技術的合成氣洗滌系統是一種高效的洗滌系統，通過激冷室下降管水浴冷卻除塵后進入一級文丘里+分液罐+二級文丘里+洗滌塔的工藝使進變換裝置合成氣塵含量小于0.5mg/m3，在工藝流程、設備上更優化，既保證了技術性能的穩定，也滿足了生產工藝的要求，同時又通過回收各等級蒸汽凝液而節省了脫鹽水用量，減少了資源的浪費，降低了運行成本。

參考文獻：

[1]姜永.GSP氣化技術運行改造[J].科技創新與應用，2013（13）：120-120.

[2]汪建壽.現代煤氣化技術發展趨勢及應用綜述[J].化工進展，2016，35（03）：653-664.

[3]井云環，張勁松，楊英. GSP氣化工藝工業應用中的技術改造 [J].現代化工，2013，12（33）：102-106.

[4]陳鵬程，王婷.GSP干煤粉氣化技術的應用及優化[J].廣州化工，2012，21（40）：149-151.

作者簡介：王國梁（1987-），男，工學學士，助理工程師，主要從事煤化工氣化工藝技術及管理工作。