提升氣化洗滌塔出口合成氣溫度的研究

祝鶴(內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 017313)

0 引言

目前，世林化工氣化車間整體運行正常，但由于洗滌塔內洗滌水溫度較低，洗滌水與合成氣換熱溫差增大，導致洗滌塔出口合成氣升溫速度慢，開車時間延長，并且洗滌塔出口的合成氣溫度最高僅能達到178℃。為使后工序合成氣溫度達標，需要消耗大量蒸汽對合成氣進行升溫。世林化工氣化車間洗滌塔洗滌水溫度較低，洗滌水與合成氣換熱溫差增大，導致洗滌塔出口合成氣溫度低，開車時間延長，并且洗滌塔出口的合成氣溫度最高僅能達到184℃。

1 航天氣化工藝簡介

1.1 氣化爐介紹

我公司氣化工藝采用航天粉煤加壓氣化技術將原料煤氣化產出粗合成氣。該技術為航天長征化學工程股份有限公司自主創(chuàng)新的HT-L粉煤加壓氣化技術，粉煤與氣化劑(氧氣和水蒸汽)在氣化爐內反應，生成以CO和H2為主的粗合成氣，氣化反應壓力為4.0MPa，反應溫度為1390℃以上，碳轉化率≥99%，冷煤氣效率≥84%，氧耗低、液態(tài)排渣、產品氣體潔凈，滿足高效潔凈利用煤炭的技術要求。

1.2 煤氣化工藝

原煤經過磨煤機研磨出5～90μm煤粉，由氮氣/二氧化碳加壓輸送至煤燒嘴，煤粉與氧氣通過煤燒嘴進入氣化爐，在氣化爐內發(fā)生不完全化學反應生成CO和H2為主的氣體。

氣化爐產生粗合成氣經過下降管進入激冷室，被冷卻至210℃，粗合成氣進入濕洗塔用來自除氧器的99℃除氧水進行洗滌，除去粗合成氣中的細灰以及合成氣中較易溶于水的酸性氣體，然后送往后工序。

2 運行中出現(xiàn)的問題

氣化車間原工藝采用灰水加熱器回收中壓閃蒸汽熱量并加熱洗滌水，閃蒸汽與灰水采用浮頭式列管換熱器換熱，換熱后的灰水溫度較低95℃進入除氧器。由于氣化灰水是循環(huán)利用，水中的鈣、鎂離子較高，灰水硬度堿度均在1000mg/L以上，高硬度的灰水與高溫的閃蒸汽換熱時造成換熱器列管結垢、堵塞，換熱效果隨系統(tǒng)運行時間延長逐漸降低，結垢后的換熱器嚴重影響系統(tǒng)水量，當換熱器過水量無法滿足工藝生產需求時，被迫只能打開換熱器副線降低換熱器效率，洗滌水與合成氣換熱溫差增大，導致洗滌塔出口合成氣溫度低，開車時間延長，并且洗滌塔出口的合成氣溫度最高僅能達到184℃，同時造成閃蒸汽大量放空，熱量無法回收，給系統(tǒng)平衡帶來問題，從而造成洗滌塔出口合成氣溫度低，甲醇車間變換工序僅能靠投加蒸汽緩解此問題。在系統(tǒng)停車在開車時，由于熱量回收率低，合成氣提溫慢，造成變換車間接氣時間延長，影響系統(tǒng)有效生產時間，造成較大經濟損失。

3 解決方案

通過對洗滌塔出口合成氣溫度提高技術進行研究，主要研究內容：對目前合成氣溫度低的原因進行分析，將在洗滌塔給料泵入口增加一臺汽提塔，實現(xiàn)洗滌塔出口合成氣溫度的提高；對洗滌水溫度低的原因進行研究，在開車初期將變換冷凝液改至循環(huán)水槽，減少因變換冷凝液溫度低而延長的開車時間；通過對控制系統(tǒng)優(yōu)化及工藝管線優(yōu)化，提高合成氣水氣比，減少變換工序的蒸汽加入量。

(1)在洗滌塔給料泵入口增加一臺汽提塔，160℃的中壓閃蒸氣從汽提塔底部進入，90℃的灰水從汽提塔塔頂進入，閃蒸汽與灰水在汽提塔中充分接觸，將洗滌水的溫度提高至145℃，即縮小洗滌水與合成氣的溫差，使洗滌塔出口合成氣溫度達到200℃，減少后工序蒸汽的浪費。

(2)基于進入洗滌塔各路水溫數(shù)據(jù)的研究，對進入洗滌塔的變換冷凝液工藝流程進行優(yōu)化，在開車初期將變換冷凝液輸送至循環(huán)水罐，從而減少合成氣溫度的降低。

(3)對操控系統(tǒng)及相應工藝管線進行優(yōu)化，提高合成氣水氣比，減少變換工序蒸汽消耗量3t/h。本項目有效的解決了合成氣升溫速度慢、開車時間長和合成氣溫度低的問題，全年可增加甲醇產量1000噸，減少開車費用110萬元，減少蒸汽消耗量24000噸，產生經濟效益550萬元。主要技術指標：洗滌塔出口合成氣溫度達到200℃以上；開車時間：由10個小時縮短至5個小時；灰水溫度：由90℃提高至130℃；將合成氣與閃蒸氣的溫差由70℃縮小至30℃；每年減少24000噸蒸汽使用量。

通過對洗滌塔出口合成氣溫度的工藝流程進行技術性的分析研究，達到縮短變換系統(tǒng)接氣時間和提高濕洗塔出口合成氣溫度的目的，將原灰水加熱器取消并增加汽提塔，0.5MPa/約160℃的中閃閃蒸汽進入汽提塔中部，1.0MPa/約90℃的除氧水泵送來的除氧水經汽提塔上部加入，經塔盤與中壓閃蒸汽逆流接觸換熱，將閃蒸汽中的水汽降溫冷凝回收，灰水溫度由90℃升高至約145℃，回收了系統(tǒng)的熱量與水汽，閃蒸汽中的乏汽經過中閃冷凝器冷卻后經分離罐分離送入硫回收系統(tǒng)。加熱后的灰水靠重力流入塔底，由灰水加壓泵送入洗滌塔作為合成氣的洗滌用水。

汽提塔塔板采用目前先進技術的past防結垢塔板(蛇形塔板)，塔板具有自清潔功能，灰水與高壓閃蒸汽逆流接觸時高速的氣體經塔板開孔穿過，防止了塔板結垢，提高了換熱效率，保證了系統(tǒng)長周期、高負荷、穩(wěn)定運行，同時較高的回收了系統(tǒng)熱量。

4 運行效果與結論

通過對洗滌塔出口合成氣溫度的工藝技術進行研究，達到縮短變換系統(tǒng)接氣時間和提高濕洗塔出口合成氣溫度。在洗滌塔給料泵入口增加一臺汽提塔，160℃的中壓閃蒸氣從汽提塔塔釜底部進入，90℃的灰水從汽提塔塔頂進入，閃蒸汽與灰水在汽提塔中充分換熱，將洗滌水的溫度提高至145℃左右，使洗滌塔出口合成氣的溫度提高10℃，減少變換工序的蒸汽投加量，縮短2個小時接氣時間，運行中合成氣溫度已達到196℃。

汽提塔換熱技術與列管換熱器換熱技術相比具有換熱效率高、熱量回收大、塔盤抗結垢能力強、系統(tǒng)穩(wěn)定運行周期長等特點，其專利的past塔盤具備自清潔、防結垢功能給該項技術。根據(jù)我公司實際運行情況來看，在系統(tǒng)高負荷生產運行時其熱量回收量大，可以將灰水溫度可提升55℃，減少了系統(tǒng)熱量損失，降低了氣化系統(tǒng)對蒸汽的消耗，節(jié)約了生產成本。同時提高了合成氣溫度，降低了變換反應對蒸汽的需求量，縮短了系統(tǒng)開車時的導氣時間。該技術與過去的灰水列管式換熱器相比較具備明顯的優(yōu)勢與市場競爭力。

本次創(chuàng)新擬對洗滌塔出口合成氣溫度的工藝技術進行研究，縮短濕洗塔出口合成氣溫度的達標時間。在洗滌塔給料泵入口增加一臺汽提塔，160℃的中壓閃蒸氣從汽提塔塔釜底部進入，90℃的灰水從汽提塔塔頂進入，閃蒸汽與灰水在汽提塔中充分換熱，將洗滌水的溫度提高至145℃左右，使洗滌塔出口合成氣的溫度提高12℃，減少變換工序的蒸汽投加量，接氣時間縮短2小時。