石油焦氣化裝置運(yùn)行難點(diǎn)分析

楊 路

(中國(guó)石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司，廣東惠來(lái) 515200)

石油焦是一種含碳量較高的化石原料,如果直接燃燒發(fā)電會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大影響，作為氣化原料使用時(shí)由于其反應(yīng)活性差，無(wú)論是氣化反應(yīng)還是反應(yīng)后灰渣的物理特性都與使用煙煤作為氣化原料時(shí)存在較大的差異。近年來(lái)，大批煉油裝置開工建設(shè)，高效利用石油焦是目前亟待解決的問題。

1 燃燒室反應(yīng)情況

1.1 耐火磚情況

耐火磚在石油焦摻燒工況下不可避免地出現(xiàn)侵蝕加劇的情況，同時(shí)由于石油焦中的重金屬遷移，因此在石油焦氣化裝置中必須添加合適的助熔劑。在選擇助熔劑方面，應(yīng)關(guān)注對(duì)氣化反應(yīng)有利的堿性物質(zhì)，在保證煤漿穩(wěn)定的前提下關(guān)注造紙廢液(造紙廢液中含有部分堿性金屬)綜合考慮助熔劑的選用。在復(fù)合助熔劑及煤漿添加劑初步確定后，進(jìn)行灰熔點(diǎn)及黏溫特性的測(cè)定。

1.2 碳轉(zhuǎn)化率

當(dāng)氣化裝置的碳轉(zhuǎn)化率低于88%時(shí)，石油焦氣化裝置的整體情況會(huì)出現(xiàn)較大變化，其中尤以澄清槽難以繼續(xù)運(yùn)行的情況尤為突出，且經(jīng)濟(jì)效益也大打折扣。石油焦未反應(yīng)的殘?zhí)亢腿墼纬筛呷埸c(diǎn)共融物，其黏溫特性極差，極易堵塞渣口。即使在灰熔點(diǎn)較低的情況下還是極易出現(xiàn)渣口堵塞的情況，因此無(wú)論何種操作都應(yīng)保證碳轉(zhuǎn)化率在臨界碳轉(zhuǎn)化率以上才有實(shí)際可操作性。

石油焦氣化裝置主要消耗延遲焦化裝置的石油焦，可以對(duì)石油焦中摻燒部分褐煤進(jìn)行可操作性分析研究。石油焦的反應(yīng)活性只有煙煤的1/6，但是褐煤對(duì)石油焦的催化作用達(dá)到煙煤氣化的7倍。褐煤中的碳含量較低，若摻燒褐煤可降低氣化爐內(nèi)總的碳含量，實(shí)際上對(duì)石油焦的氣化反應(yīng)是有利的。

2 水洗塔運(yùn)行情況

目前，石油焦氣化裝置水洗塔大多采用3層泡罩加2層固閥(由下至上)的形式。某石油焦氣化裝置(簡(jiǎn)稱A裝置)固閥塔塔盤開孔率為16.6%，在裝置運(yùn)行期間塔盤積灰嚴(yán)重(圖1)，多次發(fā)生水洗塔帶水;中國(guó)石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司(簡(jiǎn)稱廣東石化)石油焦氣化裝置(簡(jiǎn)稱B裝置)開孔率為10%,在摻燒石油焦期間灰含量較大，同時(shí)需要關(guān)注水洗塔運(yùn)行情況，流出足夠的余量，避免裝置運(yùn)行期間由于水洗塔帶水嚴(yán)重對(duì)后系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

圖1 水洗塔塔盤運(yùn)行情況

水洗塔底部黑水出口管線作為黑水管線的典型代表，通過A裝置的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，黑水中的含固量基本可以達(dá)到設(shè)計(jì)值的1.5倍。B裝置水洗塔兼顧四噴嘴氣化中的旋風(fēng)分離器及水洗塔雙重職責(zé)，該黑水管線的含固量會(huì)進(jìn)一步上升。

B裝置的高壓灰水換熱器結(jié)垢情況及澄清槽給料泵進(jìn)口管線運(yùn)行情況也應(yīng)引起足夠重視。特別是高壓灰水換熱器堵塞嚴(yán)重時(shí)，一方面導(dǎo)致高壓閃蒸罐壓力升高，另一方面對(duì)灰水的加熱效果變差，進(jìn)入水洗塔底部的灰水溫度降低，較低的灰水溫度會(huì)加劇混合器壓差的上漲趨勢(shì)，導(dǎo)致氣化爐側(cè)壓力升高，氣化裝置被迫減負(fù)荷運(yùn)行。

水溫降低加劇細(xì)灰在系統(tǒng)內(nèi)的積聚，系統(tǒng)水質(zhì)整體惡化。A裝置經(jīng)過改造后，使用高溫?zé)崴玫乃苯友a(bǔ)到旋風(fēng)分離器，溫差為10 K，洗滌效率增高3百分點(diǎn)。因此,真空閃蒸罐底部進(jìn)入澄清槽的黑水在系統(tǒng)水質(zhì)惡化時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整，避免因1套裝置水質(zhì)惡化，導(dǎo)致整個(gè)氣化裝置的系統(tǒng)水質(zhì)惡化。

3 初期裝置運(yùn)行藥劑的選用

研究表明聚丙烯酰胺在去除膠體、顆粒物的同時(shí)，可以部分去除有機(jī)污染物[1-5],但聚丙烯酰胺在石油焦氣化裝置上的應(yīng)用較少。摻燒石油焦裝置在運(yùn)行初期均出現(xiàn)澄清槽內(nèi)細(xì)灰沉降困難，導(dǎo)致返回磨煤機(jī)的細(xì)渣含固量不穩(wěn)定，使煤漿濃度出現(xiàn)波動(dòng),同時(shí)對(duì)壓濾機(jī)的運(yùn)行也產(chǎn)生一定程度的影響。若裝置運(yùn)行初期不穩(wěn)定，澄清槽內(nèi)的細(xì)灰外排應(yīng)提前考慮直排進(jìn)入沉渣池;同時(shí),對(duì)磨煤?jiǎn)卧に囁倪x取應(yīng)考慮備用水源，在高比例摻燒石油焦工況下,若返回磨煤機(jī)的水量不能維持設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，則磨煤機(jī)需要額外補(bǔ)充水源，保證磨煤?jiǎn)卧恼＿\(yùn)行。

石油焦氣化裝置在高比例摻燒石油焦工況下運(yùn)行時(shí)，在絮凝劑的選用上應(yīng)足夠重視。石油焦的不同摻燒比例會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的細(xì)灰(殘?zhí)?呈現(xiàn)陡坡式變化。若絮凝劑量與當(dāng)前工況不匹配，即絮凝劑的投加量過多或者過少都會(huì)導(dǎo)致絮凝后的顆粒無(wú)法沉降。

傳統(tǒng)的煤化工裝置不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)灰顆粒含量短時(shí)間內(nèi)陡增的情況，即使是煤的灰熔點(diǎn)升高(灰分含量升高)，由于煤漿槽的緩沖作用，系統(tǒng)內(nèi)細(xì)灰還未來(lái)得及累積，氣化爐就采取降低負(fù)荷應(yīng)對(duì)灰熔點(diǎn)升高，此時(shí)的灰水濁度僅會(huì)出現(xiàn)小幅度波動(dòng)。

因此在石油焦高比例摻燒導(dǎo)致碳轉(zhuǎn)化率陡降，系統(tǒng)灰(殘?zhí)?含量變化劇烈時(shí)，絮凝劑量未及時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致絮凝后的絮團(tuán)無(wú)法沉降。一個(gè)澄清槽按照設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比緩沖約7 h，留給裝置調(diào)整的時(shí)間很少。一旦出現(xiàn)無(wú)法沉降(沉降效果差),短時(shí)間內(nèi)就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

4 除氧器水質(zhì)的穩(wěn)定

除氧器進(jìn)水包括：低壓閃蒸罐蒸汽、汽提塔后冷卻器分離罐凝液、變換汽提塔凝液、真空閃蒸分離罐凝液、高壓閃蒸分離罐凝液、低壓灰水和低壓蒸汽凝液。

以上介質(zhì)中汽提塔后冷卻器冷凝液的堿度較高，低壓閃蒸罐中蒸汽會(huì)夾帶部分灰顆粒，加之低壓灰水中也存在少部分灰顆粒，會(huì)導(dǎo)致除氧器內(nèi)形成灰垢,影響高壓灰水泵打量。

汽提塔后冷卻器分離罐后冷凝液以0.3 m3/h進(jìn)入2號(hào)真空閃蒸罐，2號(hào)真空閃蒸罐內(nèi)的黑水含固量高，且澄清槽進(jìn)料泵進(jìn)口在渣水1樓，極易出現(xiàn)該泵的進(jìn)出口管線嚴(yán)重結(jié)垢的情況。該股冷凝液進(jìn)入2號(hào)真空閃蒸管的時(shí)間及流量應(yīng)慎重考慮，即使沒有該股冷凝液該管線的結(jié)垢也不容樂觀。根據(jù)以往裝置運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，真空閃蒸罐出口管線也確實(shí)易結(jié)垢。

總之,在石油焦高比例摻燒的窗口期，系統(tǒng)管道內(nèi)流速較低、堿度高的區(qū)域極易結(jié)垢。因此,高氨氮含量的廢水必須外送(見圖2),減少在系統(tǒng)內(nèi)的積聚。新增冷凝液至真空閃蒸冷凝液泵管線，出口輸送至變換冷凝液泵出口，減少冷凝液在系統(tǒng)內(nèi)的積聚。

圖2 廢水改造流程示意圖

在裝置運(yùn)行期間，需要嚴(yán)格控制系統(tǒng)高氨氮廢水流量，控制各閃蒸罐及碳洗塔黑水排放流量的穩(wěn)定，避免出現(xiàn)黑水排放流量的波動(dòng)導(dǎo)致管線溫度波動(dòng)，造成黑水管線結(jié)垢。

5 其他關(guān)注要點(diǎn)

(1)關(guān)注氣化爐水煤氣出口管線潤(rùn)濕設(shè)備。在裝置首次開工后做好此處積灰情況的檢查，避免出現(xiàn)積灰嚴(yán)重的情況。A裝置變換高溫冷凝液溫度約為199 ℃，該股工藝?yán)淠簼?rùn)濕作用良好，但是B裝置高溫冷凝液溫度為263 ℃，潤(rùn)濕作用減弱，若是降低該股介質(zhì)溫度會(huì)導(dǎo)致類似混合器積灰現(xiàn)象的發(fā)生。

(2)關(guān)注分散劑添加量。分散劑先和灰起作用，再和離子起作用。B裝置灰含量升高以后，在裝置灰含量較高的區(qū)域，未反應(yīng)的殘?zhí)繒?huì)吸附鈣鎂離子，在管線流速相對(duì)較低的地方容易結(jié)垢。

6 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)石油焦氣化裝置運(yùn)行難點(diǎn)的剖析，總結(jié)出在延長(zhǎng)石油焦氣化裝置運(yùn)行時(shí)間上必須落實(shí)以下措施:

(1)嚴(yán)格控制關(guān)鍵指標(biāo)，保證石油焦氣化裝置的碳轉(zhuǎn)化率>88%，減少因碳轉(zhuǎn)化率低導(dǎo)致的耐火磚使用壽命降低，氣化裝置帶水嚴(yán)重。

(2)關(guān)注水系統(tǒng)運(yùn)行情況，特別是裝置運(yùn)行初期以及摻燒石油焦期間，重點(diǎn)關(guān)注灰水的沉降情況，避免水質(zhì)惡化。