殼牌煤氣化裝置17單元系統(tǒng)超壓分析與工藝優(yōu)化實(shí)踐

馬 利

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司,山西大同 037003)

0 引言

近年來,同煤集團(tuán)廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司利用當(dāng)?shù)刎S富的煤炭資源,采用當(dāng)今全球最先進(jìn)的殼牌煤氣化技術(shù)制取甲醇,自2014 年投產(chǎn)以來,年就地轉(zhuǎn)化煤炭80 萬噸。本文針對殼牌煤氣化裝置在生產(chǎn)過程中17單元初步水處理系統(tǒng)壓力超壓的情況及危害,提出了改進(jìn)方法,降低了17單元系統(tǒng)壓力,有效地保護(hù)了動設(shè)備和靜設(shè)備并且使生產(chǎn)更加安全環(huán)保。

1 殼牌煤氣化工藝及17單元概述

殼牌煤氣化工藝流程見圖1。

圖1 殼牌煤氣化工藝流程簡圖

殼牌氣化爐主要包括以下幾個(gè)單元：11 單元(磨煤及干燥系統(tǒng)),12單元(煤粉加壓及輸送系統(tǒng)),13單元(氣化、激冷及合成氣冷卻系統(tǒng)),14單元(渣脫除系統(tǒng)),15 單元(干灰脫除系統(tǒng)),16 單元(濕灰脫除系統(tǒng)),17 單元(初步水處理系統(tǒng))及30 單元(氮?dú)?、二氧化碳系統(tǒng)),如圖1 所示。在生產(chǎn)中,11 單元通過磨煤機(jī)將碎煤研磨成5 μm～90 μm 的煤粉,通過熱風(fēng)爐對煤粉進(jìn)行干燥,之后循環(huán)風(fēng)機(jī)利用氮?dú)鈱⒚悍鄞档?2單元,加壓輸送后使煤粉和氧氣同時(shí)進(jìn)入到13單元中的氣化爐,中心溫度可達(dá)1 600℃,煤粉瞬間燃燒,產(chǎn)生合成氣一氧化碳和氫氣,合成氣通過15單元的干法除灰系統(tǒng),過濾掉合成氣中絕大部分的飛灰,之后經(jīng)過16 單元濕法洗滌,進(jìn)一步脫除細(xì)小的飛灰和雜質(zhì),濕洗后的合成氣去甲醇裝置,燃燒產(chǎn)生的渣漿通過14單元減壓排放,14 單元和16 單元產(chǎn)生的污水進(jìn)入17 單元進(jìn)行酸性氣體汽提和渣漿回收利用。

殼牌煤氣化17單元初步水處理工藝流程見圖2。

圖2 殼牌煤氣化17單元初步水處理工藝流程簡圖

從流程圖中可知,14單元的細(xì)渣漿排污水和16單元濕洗后的污水分別進(jìn)入到V-1702和V-1704兩個(gè)緩沖罐中,再經(jīng)過泵將污水輸送到C-1701(酸性灰漿汽提塔)中,塔中熱氣經(jīng)E-1702 冷卻,液體回收于V-1703 中,一部分氣體去火炬燃燒排放,另一部分去酸脫進(jìn)行硫回收。塔中液體,經(jīng)E-1701 冷卻,進(jìn)入S-1701澄清槽,上層較清澈液體溢流到T-1701后去水處理分廠,槽下部的固體通過泵輸送至T-1702灰漿貯槽中,之后經(jīng)S-1702真空帶式過濾器回收。

在此工藝中,14 單元污水富含Ca2+、Mg2+離子,16單元污水富含酸性氣體,如CO2,H2S,HCl等,同時(shí)又夾雜很多細(xì)小飛灰,為防止酸性氣與金屬離子生成難溶的沉淀物結(jié)垢在設(shè)備上,將16 單元污水輸送到C-1701 汽提塔頂部,將14 單元污水輸送到中部,同時(shí)加入低濃度的鹽酸溶液,使整個(gè)汽提處于酸性環(huán)境中。其中,酸性灰漿汽提,工藝參數(shù)要求控制壓力在0.1 MPa～0.2 MPa 左右,控制溫度在125℃～135℃左右,14單元和16單元的污水從汽提塔頂部向下流,塔底的低壓蒸汽向上走,與填料床充分接觸,使酸性氣體脫出。經(jīng)汽提后的污水,流經(jīng)澄清槽貯罐,在絮凝劑的作用下,凝結(jié)成大顆粒,重力沉降至澄清槽底部,再通過真空帶式過濾器回收成灰漿濾餅。

2 17單元系統(tǒng)超壓運(yùn)行解析

同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司在實(shí)際生產(chǎn)中,來自14 單元細(xì)渣漿排污水和來自16 單元濕洗后的污水共同進(jìn)入到17 單元酸性灰漿汽提系統(tǒng),在C-1701 汽提塔中進(jìn)行汽提,而汽提的溫度控制在130℃左右,水汽具有一定的壓力,同時(shí)300℃左右的合成氣與16 單元的濕洗水充分交換熱量,使16 單元的水溫很高,并夾雜很多高溫水蒸氣,隨后共同進(jìn)入到17單元。當(dāng)16單元工況調(diào)整,增大排污量時(shí),會有大量的熱水和蒸汽進(jìn)入到17系統(tǒng)中,這就會引起17系統(tǒng)壓力不斷升高,隨著大量水汽涌入,17系統(tǒng)壓力經(jīng)常會超過原始設(shè)計(jì)壓力為0.2 MPa,在生產(chǎn)過程中曾達(dá)到0.5 MPa,這是不允許的。因?yàn)楫?dāng)17 系統(tǒng)壓力超過0.4 MPa 時(shí),便會引發(fā)17單元動設(shè)備(如離心泵)和靜設(shè)備(如貯罐、人孔、閥門、管道等)的變形和損壞,最常見的是壓力增大將泵的機(jī)封損壞。殼牌氣化爐17 單元最初設(shè)計(jì)是當(dāng)系統(tǒng)壓力升高時(shí),打開通往火炬的閥門,使水汽產(chǎn)生的壓力通過去往火炬進(jìn)行泄壓。在實(shí)際生產(chǎn)中,通往火炬泄壓排放的過程中,常常使火炬帶水,這是環(huán)保不允許的,因此在生產(chǎn)過程中,不允許打開火炬的放空閥。而殼牌氣化爐原始設(shè)計(jì)中也可通過V-1703 頂部進(jìn)行放空泄壓,V-1703頂部放空閥見圖3。

基于此,在生產(chǎn)過程中,當(dāng)17系統(tǒng)壓力升高時(shí),需要人工爬到V-1703灌頂,手動打開頂部放空閥進(jìn)行泄壓。由于整個(gè)系統(tǒng)壓力較高,V-1703放空閥在打開的過程中,會瞬間釋放大量的水汽,人工開啟過程中,易造成人身事故。與此同時(shí),較大的壓力,釋放瞬間,會產(chǎn)生巨大的噪音,對人的聽力造成嚴(yán)重?fù)p傷,還會涌出大量帶刺激性氣味的酸性氣體,對人的呼吸系統(tǒng)造成損害,危害人體健康,對環(huán)境造成較嚴(yán)重污染。泄壓一段時(shí)間后,17系統(tǒng)壓力逐漸降低至0.2 MPa以下,這又需要人工再次爬到灌頂手動去關(guān)閉V-1703放空閥,大大降低了自動化操作,在當(dāng)日生產(chǎn)中,通常需要人工開啟、關(guān)閉放空閥數(shù)次,增加了人不必要的體力勞動。

圖3 V-1703頂部放空閥

此外,我們在實(shí)際生產(chǎn)中,由于S-1701 澄清槽底部有大量粘稠固體,經(jīng)常會發(fā)生底錐堵塞,輸送泵不能將灰漿輸送入T-1702中。一旦底錐堵塞,需人工迅速到現(xiàn)場停泵,關(guān)閉管線出口閥門,開啟泵前沖洗水,使沖洗水沖壓從而對S-1701底錐進(jìn)行反頂,同時(shí)還需開啟S-1701 底錐導(dǎo)淋不斷觀察是否沖通,從而使污水、灰漿排放到圍堰中。在反頂成功后,又需要將設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行,疏通一段時(shí)間后,又會發(fā)生堵塞,造成大量的人力物力消耗。然而當(dāng)反頂不成功時(shí),需要開底錐大閥,將大量污水、灰漿排放在圍堰中,造成巨大的環(huán)保壓力。在釋放的過程中,有毒有害氣體集中逸出,危害人體健康,圍堰中的灰漿未及時(shí)清理待其變干后,在有風(fēng)的情況下,粉塵會四處飄散,污染環(huán)境,給公司環(huán)保帶來巨大壓力。

3 17單元工藝優(yōu)化改造

為了解決在上述生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題,需要對V-1703頂部放空閥進(jìn)行改造。

改造過程如下：

(1)沿著V-1703頂部放空閥焊接一鋼管,使鋼管通往E-1701中；

(2)從E-1701中引出一根鋼管通往S-1701中；

(3)再從V-1703 頂部引出一根鋼管直通S-1701底錐。

改造后的工藝流程見圖4。

圖4 改造后的工藝流程

圖5 改造后的管線通往S-1701底錐

改造后,如圖5 所示,V-1703 放空管線通過E-1701,再通往S-1701底錐,另一根管線直通S-1701底錐,這樣,可以使17單元系統(tǒng)壓力加在S-1701底錐當(dāng)中,給S-1701 底部增加了動力,極大地改善了底錐堵塞的頑疾,減少了不必要的人力物力,而且不會再將污泥排放到圍堰中,大大減輕了環(huán)保壓力。更重要的是V-1703 頂部放空閥可一直開啟,使17 單元始終在較低的壓力下運(yùn)行,這就徹底解決了17單元系統(tǒng)壓力超壓造成的設(shè)備損害,從而有效地保護(hù)了17單元的動設(shè)備和靜設(shè)備,而且再也不用擔(dān)憂人工開啟放空閥時(shí)產(chǎn)生的巨大噪音和有毒有害氣體對人體產(chǎn)生的危害。此外,將放空管線通往E-1701 中,可以使大量有毒有害氣體溶于E-1701廢水中,使有毒有害氣體不直接排放到大氣中,更加環(huán)保。優(yōu)化前后參數(shù)對比如表1所示。

表1 優(yōu)化改造前后參數(shù)對比

4 結(jié)語

通過在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)17 單元系統(tǒng)壓力超壓的問題,經(jīng)過反復(fù)論證,從而對V-1703 頂部放空管線進(jìn)行優(yōu)化改造,該技術(shù)簡單易行,安全可靠,消耗材料少,改造費(fèi)用低,提高了生產(chǎn)效率,保護(hù)了17單元設(shè)備,節(jié)省了更換設(shè)備和維護(hù)所需費(fèi)用,為公司創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。此外,通過優(yōu)化改造,改善了勞動者的作業(yè)環(huán)境,減少了人力物力消耗,提高了能量利用率,與環(huán)境友好協(xié)調(diào),高效環(huán)保。通過優(yōu)化改造,使17 單元更加平穩(wěn)順暢安全運(yùn)行。