環流洗滌塔在E-Gas氣化技術中的應用

陳佳禮

摘 要：煤氣化單元的抽出合成氣中帶有部分煤燃燒后的飛灰，在抽出合成氣進入下游工藝裝置前，國內外煤氣化工藝，一般采用文丘里洗滌器和洗滌塔的組合工藝，水洗是目前脫除氣體夾帶固體顆粒的主流技術。本裝置采用了新型文丘里洗滌器和環流洗滌塔組合洗滌工藝，去除抽出合成氣中的固體顆粒，具有效率高，處理量大，洗滌效果好的顯著特點。

關鍵詞：合成氣;文丘里;環流洗滌

煤氣化裝置采用美國Lummus公司的E-Gas氣化技術生產合成氣，該技術為兩段式水煤漿加壓氣化，氣化爐一段注入煤漿和高壓氧氣，經過部分氧化反應把煤轉變為合成氣和熔融灰渣，合成氣向上在氣化爐二段和注入的煤漿混合，往后經過合成氣冷卻器回收余熱，焦過濾器去除固體顆粒，氯洗塔水洗脫氯后送往下游裝置進行加工。氣化爐一段的熔融灰渣經過渣口向下流入激冷段，經破渣機破碎后，減壓送至渣水處理系統。E-Gas氣化技術激冷室抽出一股合成氣，用于保持氣化爐渣口處于高溫狀態，該抽出合成氣主要成分為H2和CO，含少量飛灰和酸性氣，必須將細灰脫除干凈。

1 工藝流程簡介

經氣化爐激冷室水浴除去部分煤灰，溫度降低，與洗滌水在文丘里洗滌噴嘴混合，氣體與洗滌水高速流動碰撞，初步潤濕洗滌后的合成氣從環流洗滌塔底部入口進入，在環流洗滌筒自下而上與洗滌水充分接觸換熱，形成氣液環流，主要洗滌氣體中的固體顆粒和溶解部分酸性氣，經過二級過濾器的高壓渣水分兩路從頂部進入環流洗滌塔，在折流塔板上逆流接觸再次洗滌，處理后的合成氣送至抽出氣處理單元作為丁辛醇原料，塔底泵水送入氣化爐激冷室和文丘里洗滌器，作為回用水和洗滌水，為了防止塔底水管線結垢，在泵的入口加入了阻垢劑。

2 環流洗滌技術

2.1 洗滌技術

水洗是煤氣化脫灰的首選技術，煤氣化合成氣中夾帶有固體顆粒，一般都選擇文丘里和洗滌塔相結合的聯合工藝，國內煤氣化裝置合成氣洗滌塔一般采用板式塔，存在塔板堵塞嚴重，水洗量大的特點。

文丘里洗滌器面臨著洗滌效率與氣液相分離難度的矛盾。文丘里洗滌器的結構極為簡單，其作用并不是直接將煤灰洗出來，而是利用液滴收集煤灰，然后在洗滌塔內實現含塵液滴與氣相主體兩相分離。進入文丘里洗滌器喉管的水和煤灰都會被高速氣流湍動場剪切為大量細小的液滴和粉粒，極大地增加了灰分與水滴的碰撞概率。

文丘里喉管氣速越高，水在喉管內霧化的越充分，霧化的液滴和灰塵粒徑越小，數量越多，液滴與灰塵的碰撞概率越大，脫灰效率越高，但在洗滌塔內含塵液滴的分離難度更加困難，這也是國內洗滌塔塔板容易堵塞的原因。

GE氣化工藝在眾多引進技術中被認為是目前最有效的和成功的，文丘里洗滌器的喉管長度設計為3m;文丘里操作線速度在80m/s以上（壓降高達0.35MPa）和在洗滌塔塔底部設置鼓泡洗滌床，但工藝仍采用一器兩塔工藝，脫塵效果雖然明顯改善，但裝置能耗、投資、污水產量未見降低，且洗滌塔存在塔板結垢嚴重的問題。

2.2 液滴床和環流床氣體凈化工藝

水洗脫塵技術是利用氣液相界面對固體顆粒或水滴的碰撞吸附能力來實現顆粒（液滴）的捕集，氣液相界面的方式有液滴和氣泡兩種類型（見圖1）。前者操作于高速湍流場，利用液滴與固體顆粒間非彈性碰撞而捕集，后者操作于低速層流或過渡流狀態，液滴（塵粒）氣泡相界面碰撞而被捕集。

氣泡不僅可以捕集含塵液滴，而且也可以捕集煤灰塵。由于氣泡內部氣體的對流循環和氣液相界面不斷更新，氣泡內的塵粒含量隨著氣泡在環流床內停留時間的增加而逐漸減少，達到含塵液滴與氣相分離的目的。氣液床層越高和氣泡越小，洗滌效率越高，因此采用氣液接觸更為均勻、氣泡更小的氣液環流床較鼓泡床具有更好的脫塵效果。

2.3 環流洗滌和滴流洗滌技術

環流反應器是一類氣--液，氣--液--固多相反應器，具有結構簡單，操作便捷，造價低，能耗低等優點，近年來，由于其獨特的流動及傳質性能而得到廣泛應用，無需機械攪拌就能達到很好的混合效果，不僅降低了生產成本，還使反應器內物料傳質，傳熱效果良好。

在含塵含水合成氣的除塵上，采用人字塔板和滴流洗滌技術，首先使用環流洗滌塔充分洗滌合成氣，使合成氣中固體顆粒溶解在水中。離開環流洗滌床的合成氣進入滴流洗滌的人字塔板洗滌段，含水合成氣在上升過程中，人字塔板上滴流下來的洗滌會與上升的含水合成氣充分接觸，合成氣中的固體和水滴再次被滴流捕捉，回到環流筒的水中。合成氣充分利用抗堵性能優越的人字塔板分離含有的水和固體，實現合成氣的凈化。

在對含塵液滴分離機理新認識的基礎上，采用氣液環流床替代GE的鼓泡床，籍此提出了文丘里洗滌+氣液環流床脫塵+液滴捕集床相結合的除塵解決方案，形成了文丘里洗滌+洗滌塔方案聯合洗滌除塵工藝。

2.4 環流洗滌塔的應用

煤制氫裝置創新地把水洗塔和環流洗滌技術結合起來，洗滌塔的洗滌塔采用環流洗滌技術，充分洗滌合成氣中夾帶的飛灰，通過氣體分區器的鼓泡孔呈氣泡狀溢出，在水中汽包上浮過程中，與環流的洗滌水不斷進行界面更新，實現傳質傳熱，將汽包攜帶的固體顆粒留在水中。

離開水面的氣體中夾帶的固體濕潤顆粒，在環流洗滌筒上部的塔板上進行再次分離，環流洗洗滌塔的塔板采用了人字形塔板和雙層滴流洗滌技術。塔板均為人字形塔板，上層設置4層人字塔板，下層設置了20層人字塔板，上層人字塔板使用干凈循環渣水洗滌，下部20層人字塔板上方也使用過濾后的高壓渣水和循環渣水洗滌，充分提高洗滌水的效率，環流洗滌塔的效果圖如圖2所示。

3 運行效果

本裝置的環流洗滌塔經直徑1.6m，10.5m高，空塔重量25t，于2018年8月份投入運行，操作壓力4.0MPa，洗滌進水1.5-2t/h，塔底排水2-3t/h，合成氣流量20000-30000Nm3/h。運行結果表明，洗滌塔的洗滌效果良好，送出裝置的抽出合成氣中沒有分析出固體顆粒，檢修中發現人字塔板上沒有固體積累，無堵塞和腐蝕現象，整個塔底部無固體顆粒沉積，塔內較為干凈。煤制氫裝置共三臺環流洗滌塔，采用環流洗滌塔技術，不但保障了合成氣的洗滌效果，而且減少了洗滌用水量和排水量，極大地提高了煤氣化裝置經濟效益和環保效益。

4 結語

環流洗滌塔成功應用在本煤氣化裝置的抽出合成氣的洗滌中，效率高，處理量大，出塔氣體無固體雜質顆粒，運行和檢維修成本顯著降低，具有明顯的經濟優勢，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1] B.M.拉默著.化學工業中的吸收操作[M].北京：高等教育出版社，1955.