煤化工廠合成氣凈化裝置生產運行問題及解決方案

張珂 段琪瑞

摘 要：為煤化工廠的尾氣排放問題，上世紀七八十年代，我國先后從日本鉆石公司、挪威埃肯公司、德國西馬克德馬格公司引進3.5萬千伏安、2.55萬千伏安密閉電石爐和大型鐵合金電爐技術，并在運行過程中不斷總結經驗、改進和優化工藝，最終自主開發了大型電石爐制造技術，開發了全新的電石爐尾氣凈化回收和裝置自動化控制技術，為電石行業清潔生產提供了有力技術支撐。

關鍵詞：煤化工廠;合成氣;凈化裝置

前言

作為傳統煤化工的典型代表，我國電石工業同樣是在前蘇聯提供的老式敞開電石爐基礎上發展起來的。能耗高、污染重、尾氣難以回收利用一度成為電石工業的代名詞。

1 電石爐氣凈化工藝流程

流程簡述：電石爐氣凈化是經布袋除塵后的電石爐氣，凈化及提濃CO工藝包括以下步驟：前端預凈化、變溫吸附預凈化、增壓、耐硫催化脫氧、脫硫、脫酸氣、脫磷砷、脫氟、干燥、變壓吸附提濃CO。具體工藝過程簡述如下：來自氣柜的電石爐氣壓力約0.003MPa，經鼓風機加壓至0.08MPa，進入前端凈化器，前端凈化器內裝有特種活性炭，在常溫下發生吸附，焦油粉塵等雜質被吸附。出前端凈化器的氣體經螺桿壓縮機增壓至0.7MPa后，進入多塔塔組成的變溫吸附系統，變溫吸附塔內裝填特種吸附材料，經TSA后除去大部分的雜質組分.出變溫吸附塔的電石爐氣預熱至250℃后進入耐硫催化脫氧系統，通過特殊工藝設計，脫氧過程可實現熱量自維持，無需外加熱.耐硫脫氧后的氣體經冷卻后進入中溫水解反應器，將有機硫轉化成H2S，之后經PDS工藝可實現脫硫和硫磺的回收。脫硫后的電石爐氣進入裝有特種吸附材料的脫磷脫砷塔，再進入脫氯脫氟塔，達到雜質的完全凈化。除去雜質的電石爐氣進入變壓吸附提純CO系統，變壓吸附由多臺臺吸附器和一系列程序控制閥門組成，含H2、N2的吸附廢氣和置換廢氣從吸附塔頂出作為干燥再生氣后再進入變溫吸附預凈化作沖洗冷吹氣，后進入燃料管網燃燒，被吸附的CO通過逆放和抽空從塔底解吸得到合格的CO氣，一部分作為置換氣回變壓吸附提純CO系統進行置換，一部分作為產品氣送到界外供使用。電石爐氣經凈化提濃后，得到CO體積濃度大于96%，總S含量低于1mg/m3、氧含量低于50×10-6（v/v）、CO2含量低于50×10-6（v/v）、As含量低于1mg/m3、P含量低于1mg/m3，無其它有害雜質的富CO氣體。經凈化提純的CO可作為羰基合成原料氣，實現電石爐氣變廢為寶的目標。

2 凈化系統存在的主要問題

2.1 “燒袋”

當前電石爐的爐氣凈化系統多采取袋式除塵工藝，除塵過濾元件通常選用玻纖覆膜濾袋、玄武巖覆膜濾袋、FMS濾袋。這些濾芯的共同特點是耐溫程度低，只有在不超過240℃的溫度下才能長期穩定使用，但濾芯壽命在220～240℃下很難超過一個月。正常生產時，爐氣出爐溫度在540～730℃，異常情況下為800～1070℃，已遠高于過濾元件所能承受的極限溫度，即便是昂貴的PTFE濾袋也無法適應該工況下的爐氣除塵要求。

2.2 “糊袋”

“糊袋”原因分析電石生產選用的蘭炭含有焦油，焦油進入爐氣后會拉高爐氣的露點溫度。據該廠多年來的取樣分析匯總發現：爐氣露點溫度主要集中在50～100℃、120～240℃、240～280℃、300～500℃等四個的溫度段;溫度在260℃以下時冷凝成分的量占易冷凝成分總量的96.2%，260～320℃時僅占2.5%，溫度高于320℃時冷凝成分極少。爐氣在接近露點除塵或處在露點以內除塵時，焦油很容易停留在濾袋內部或粘附到濾袋表面，造成“糊袋”。在生產中，為最大程度降低爐氣中焦油的析出量以及延長濾袋使用壽命，一般將爐氣溫度降至220～240℃后再進入除塵器。

3 解決方案及性能評價

為了解決爐氣凈化系統中除塵器頻繁出現“燒袋”或“糊袋”問題，筆者提出以下幾種技改方案，并對其性能進行了分析評估。

3.1 雙系統袋式除塵方案

采用雙系統袋式除塵方案，即：①保留現有袋式除塵設備，采取一開一備設計;②增加凈化系統界區閥門密封等級要求，當電石爐運行時除塵器的布袋頻繁出現問題時，只要檢修及時也不會引起電石的同步停車;③增大預降溫設備的設計余量，采用多級水冷套+緩沖罐冷卻模式，并對預降溫系統的緩沖罐冷卻器的外殼采用雙層結構設計。

3.2 高溫除塵方案

采用高溫除塵方案，即：①采用耐溫程度更高的多孔陶瓷濾芯;②通過前端預降溫、后端保溫、伴熱措施將爐氣進除塵器的溫度控制在爐氣露點50℃以上，同時控制爐氣進入除塵器的最高溫度不超過800℃。從而徹底解決除塵器“糊袋”現象的發生，也間接解決了電石爐塌料或異常工況時爐氣升溫造成除塵器“燒袋”的問題。高溫陶瓷濾芯除塵方案在煤氣化方面的應用較為廣泛，過濾精度20mg/m3左右，但是該工藝系統一次投資較采用袋式除塵高出數倍，在電石行業的工業化難度較大。

結束語

當前，電石生產行業電石爐開工率偏低的主要因素除市場行情不穩外，更多是來自于生產裝置的運行不穩定，其中爐氣凈化系統的袋式除塵器發生“燒袋”或“糊袋”等事故是導致部分電石爐開工率偏低的主因，電熱爐法生產鐵合金、黃磷、氮化鈣、碳化硅等裝置也存在類似問題。除塵器濾袋不定期被爐氣產生的異常溫度摧毀，從而導致以電石為基礎的縱向生產企業不能正常生產。經電石爐爐氣凈化系統的實際運行情況和除塵器的運行理論推論得知，采用使用溫度更高的多孔陶瓷濾芯可有效避免袋式除塵器頻繁出現的“燒袋”或“糊袋”等事故，同時還會給生產企業帶來可觀的經濟效益。

參考文獻

[1]吳振山，蔣曉東.高效氣固分離裝置在制備無塵SO2氣體上的探究[J].硫酸工業，2016（04）：61.

[2]吳振山，詹俊東，方鵬，等.高溫LP收塵與SNCR脫硝組合應用的研究[J].化工設計通訊，2015（4）：56～58.