煤氣化廢水預(yù)處理工藝的節(jié)能改造應(yīng)用

惠貴鵬，景 瑋，張雪平

（伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆 伊寧 835000）

伊犁新天煤化工年產(chǎn)20 億m3煤制天然氣項(xiàng)目采用賽鼎工程有限公司碎煤加壓氣化工藝技術(shù)，由于采用固定床逆流氣化，煤氣化過(guò)程中產(chǎn)生的廢水中油、酚、氨及酸性氣體等含量較高，因此，項(xiàng)目配套煤氣水分離及酚氨回收裝置對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理。根據(jù)水與油不互溶的特性，在煤氣水分離裝置利用重力沉降原理回收副產(chǎn)物重芳烴、多元烴等，并在酚回收裝置利用汽提和萃取原理進(jìn)一步脫除煤氣化廢水中的酸性氣、氨氣和酚類(lèi)等物質(zhì)，降低煤氣化廢水中的油及COD 含量，提高其可生化性，然后在污水處理裝置經(jīng)過(guò)酸化水解、生化處理及超濾和反滲透等工藝處理措施，降低水中的濁度、硬度及COD 等，以實(shí)現(xiàn)廢水循環(huán)利用和零排放[1-2]。

煤氣水分離及酚氨回收裝置運(yùn)行初期，存在固廢處理困難、油水分離效果不好、萃取效率較低及運(yùn)行成本高的問(wèn)題，本文對(duì)其在設(shè)備改造、流程優(yōu)化及運(yùn)行方式調(diào)整方面采取的措施和達(dá)到的節(jié)能降耗效果進(jìn)行了介紹，供同類(lèi)企業(yè)參考。

1 工藝運(yùn)行優(yōu)化改造

1.1 優(yōu)化煤氣水分離膨脹氣流程，回收有效氣

氣化裝置來(lái)的高溫高壓煤氣水經(jīng)降溫后進(jìn)入含塵煤氣水膨脹器中，利用氣體在液體中因壓力突然降低而使溶解度降低的原理，將溶解在其中的CO、CO2、NH3、H2S 等氣體分離出來(lái)后收集到膨脹氣系統(tǒng)，送至氣化火炬或熱電鍋爐焚燒。原設(shè)計(jì)流程一方面對(duì)膨脹氣組分中體積分?jǐn)?shù)約11%的CO、CH4、H2等有效氣直接焚燒造成浪費(fèi)，另一方面煤氣水分離各系列產(chǎn)生的膨脹氣氣量大且?guī)?，造成提壓外送膨脹氣的鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷高，故障率高。

通過(guò)工藝技術(shù)改造，增加從煤氣水分離到煤鎖氣氣柜入口膨脹氣管道，利用系統(tǒng)壓力將膨脹氣送入煤鎖氣氣柜，經(jīng)煤鎖氣壓縮機(jī)提壓后送入變換出口煤氣中，回收有效氣成分，減少直接焚燒增加的CO2排放，同時(shí)膨脹氣不經(jīng)過(guò)膨脹氣鼓風(fēng)機(jī)，設(shè)備故障率降低，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流降低約60%。根據(jù)測(cè)算，每年回收有效氣可增產(chǎn)天然氣約144 萬(wàn)m3，每天減少電消耗約7 700kWh。

1.2 初焦油分離器攪拌器采取間斷運(yùn)行

煤氣水分離裝置6 個(gè)系列均有4 臺(tái)初焦油分離器，每臺(tái)設(shè)備安裝了2 臺(tái)功率7.5 kW 的減速機(jī)來(lái)帶動(dòng)攪拌器，對(duì)設(shè)備底部黏稠的含塵重芳烴進(jìn)行刮動(dòng)攪拌。由于減速機(jī)軸瓦、攪拌器軌道、托輥等故障頻繁，設(shè)備停運(yùn)隔離檢修周期長(zhǎng)。為解決固廢問(wèn)題，煤氣水分離裝置各系列分別新增了1 臺(tái)三相離心機(jī)[3]，將初焦油分離器底部含塵重芳烴通過(guò)泵送入三相離心機(jī)，實(shí)現(xiàn)油、水和渣的分離，設(shè)備底部含塵重芳烴沉積情況大大減少。

為減少用電負(fù)荷及降低設(shè)備故障率，調(diào)整初焦油分離器攪拌器為間斷運(yùn)行，將運(yùn)行時(shí)間縮短為原來(lái)的20%，設(shè)備故障率由原來(lái)的30%降低到8.3%，節(jié)省了檢修維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)每年可節(jié)約用電量約14 萬(wàn)kWh。

1.3 提高噴射煤氣水泵吸入口，減少設(shè)備故障

為洗滌分離氣化爐出口粗煤氣中攜帶的粉塵顆粒等，煤氣水分離裝置設(shè)有18 臺(tái)噴射煤氣水泵，為加壓氣化、變換冷卻裝置提供高壓噴射煤氣水。由于噴射煤氣水泵進(jìn)口管線(xiàn)吸入口偏低，運(yùn)行時(shí)會(huì)將大量重芳烴、含塵重芳烴、焦油塵等雜質(zhì)吸入泵內(nèi)，造成機(jī)泵運(yùn)行電流波動(dòng)大、機(jī)封泄漏頻繁、振動(dòng)值持續(xù)升高等現(xiàn)象，致使該泵故障率高，檢修頻繁，導(dǎo)致無(wú)法正常為加壓氣化和變換冷卻裝置送高壓噴射煤氣水。

為解決上述問(wèn)題，將緩沖槽內(nèi)的噴射煤氣水泵吸入口提高1 m，減少緩沖槽錐底油塵雜質(zhì)從泵吸入口管線(xiàn)進(jìn)入葉輪，改善了泵進(jìn)口水質(zhì)，減少水泵零部件磨損，提高泵的運(yùn)行周期。改造后機(jī)泵故障率下降22%，節(jié)省了檢修維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)噴射煤氣水泵效率有所提高且能夠保持流量穩(wěn)定，同等負(fù)荷下可減少2 臺(tái)泵運(yùn)行，全年可節(jié)約用電約400 萬(wàn)kWh。

1.4 增加脫氨塔塔釜酚水泵進(jìn)出口連通管線(xiàn)

原設(shè)計(jì)酚回收裝置脫氨塔塔釜液經(jīng)脫氨塔塔釜酚水泵加壓后（壓力1.2 MPa～1.4 MPa），再經(jīng)酚水二級(jí)換熱器換熱后進(jìn)入脫氨水冷卻器，冷卻后脫氨水進(jìn)入萃取單元。脫氨水冷卻器工藝側(cè)入口壓力為1.0 MPa～1.1 MPa，而其設(shè)計(jì)值為1.0 MPa（操作壓力0.8 MPa），易導(dǎo)致脫氨水冷卻器浮頭內(nèi)漏、墊片損壞，造成工藝側(cè)脫氨水泄漏到循環(huán)水側(cè)，污染循環(huán)水系統(tǒng)。

通過(guò)技改，在脫氨塔塔釜酚水泵進(jìn)口閥前和出口閥后增加連通管線(xiàn)及閥門(mén)，在酚回收脫酸脫氨系統(tǒng)開(kāi)車(chē)熱運(yùn)正常后，停運(yùn)脫氨塔塔釜酚水泵，利用塔釜壓力（0.45 MPa）將脫氨水輸送至后系統(tǒng)，可有效降低脫氨水冷卻器工藝介質(zhì)側(cè)壓力和換熱器管殼程壓差，降低脫氨水冷卻器發(fā)生內(nèi)漏的幾率。改造可節(jié)省脫氨水冷卻器和脫氨塔塔釜酚水泵的用電和檢修維護(hù)費(fèi)用，每年可節(jié)約用電約264 萬(wàn)kWh。

2 蒸汽替換，平衡用能

2.1 利用0.5 MPa 蒸汽替換1.5 MPa 蒸汽作為脫酸脫氨單元再沸器熱源

酚回收脫酸脫氨系統(tǒng)再沸器原設(shè)計(jì)采用1.5 MPa蒸汽進(jìn)行加熱，蒸汽消耗量約為70 t/h，主要由汽輪機(jī)抽汽獲得，成本較高。0.5 MPa 蒸汽主要由各工段廢鍋產(chǎn)生，成本較低，且夏季存在嚴(yán)重過(guò)?，F(xiàn)象，需放空處理，造成能量損失。經(jīng)過(guò)傳熱核算和對(duì)脫酸脫氨系統(tǒng)降溫降壓操作調(diào)試，發(fā)現(xiàn)使用0.5 MPa 蒸汽可以達(dá)到酚水脫酸脫氨的工藝要求。因此使用過(guò)剩的0.5 MPa蒸汽來(lái)替代高能級(jí)的1.5 MPa 蒸汽，減少蒸汽浪費(fèi)和降低下網(wǎng)電量，可有效解決全廠(chǎng)水、電、汽的平衡問(wèn)題。按照全年1 套酚回收脫酸脫氨系統(tǒng)長(zhǎng)期使用0.5 MPa 蒸汽計(jì)算，可節(jié)約1.5 MPa 蒸汽56 萬(wàn)t，節(jié)能降耗和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2.2 利用低壓冷凝液替換0.5 MPa 蒸汽作為換熱站熱源

伊犁新天煤化工公司設(shè)置有3 座換熱站，冬季期間運(yùn)行，為全廠(chǎng)提供采暖及熱水伴熱，設(shè)計(jì)使用0.5 MPa 蒸汽加熱。由于冬季0.5 MPa 蒸汽伴熱負(fù)荷高，使用該低壓蒸汽加熱采暖水則造成0.5 MPa 蒸汽欠缺，通過(guò)技術(shù)改造，使用溫度較高的回收冷凝液加熱采暖和伴熱循環(huán)水，可有效平衡公司各等級(jí)熱源使用，達(dá)到合理利用和節(jié)能降耗的目的。

3 改造設(shè)備，降低醚耗，提高混合酚品質(zhì)

3.1 更換萃取塔填料，節(jié)醚效果明顯

酚回收裝置萃取塔（3 系列6 臺(tái)）原所使用內(nèi)件填料共4 段：1 段Φ2.6 m×2.2 m TJG-3 型高效格柵板填料+TJH-30 波紋板填料，3 段Φ2.4 m×5 m TJG-3高效格柵板填料+TJH-30 波紋板填料。在投料運(yùn)行的2 年中，該塔內(nèi)件填料分散效果較差，萃取劑與酚水兩相接觸不充分，萃取塔的實(shí)際萃取級(jí)數(shù)（約2.0 個(gè)理論級(jí)）低于設(shè)計(jì)理論級(jí)數(shù)（4.0～5.0 個(gè)理論級(jí)），為保證脫酚效果，提高了溶劑比，溶劑比實(shí)際運(yùn)行值在1∶4.0 左右，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值1∶7.0，因此脫酚及溶劑回收單元的能耗較大。

對(duì)萃取塔填料進(jìn)行更換，將原4 段填料更換為6段填料：1 段Φ2.6 m×2.4 m FG-Ⅰ+FG-Ⅲ型格柵填料、4 段Φ2.4 m×3.9 m 及1 段Φ2.4 m×3.68 m FG-Ⅱ+FG-Ⅲ型格柵填料，并使用新配套的酚水及溶劑進(jìn)料分布器。改造后，增加了填料裝填體積，減小了萃取段填料間距，將原安全閥口與溶劑進(jìn)口位置互換，在塔釜新開(kāi)出料口，將出料位置下移。

經(jīng)過(guò)調(diào)試對(duì)比，改造后的萃取塔萃取效率顯著提高，理論萃取級(jí)數(shù)由原來(lái)的2.0 提高至3.5，二異丙基醚消耗較改造前降低了80 g/t，混合酚產(chǎn)量和品質(zhì)均有提高；萃取塔的溶劑比由原來(lái)的1∶4.0 可以降低至1∶6.0，噸稀酚水醚耗約為180 g，萃取塔運(yùn)行負(fù)荷提高了約30%，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的情況下可由3 套酚回收裝置運(yùn)行調(diào)整為2 套運(yùn)行1 套備用，既節(jié)能降耗又便于系統(tǒng)切換消缺，同時(shí)稀酚水送生化污水的指標(biāo)能控制總酚質(zhì)量濃度在500 mg/L 以下、COD 在3 000 mg/L以下，為生化污水穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了良好條件。更換萃取塔填料后，除節(jié)約蒸汽和用電外，每年可節(jié)約溶劑二異丙基醚400 t，可降低費(fèi)用600 萬(wàn)元。

3.2 更換酚塔塔盤(pán)，提升混合酚質(zhì)量

酚回收裝置酚塔原設(shè)計(jì)負(fù)荷為40 m3/h，實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到70 m3/h，在更換脫酚單元萃取塔填料后降至50 m3/h～60 m3/h，但還是超出酚塔設(shè)計(jì)負(fù)荷25%以上，且精餾段經(jīng)常出現(xiàn)浮閥和塔盤(pán)脫落的情況，超負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致醚損耗大、壓降高、能耗大、混合酚收率和質(zhì)量低等問(wèn)題。

對(duì)酚塔塔盤(pán)進(jìn)行了升級(jí)改造，將原常規(guī)F1 浮閥塔盤(pán)更換為ADV 高效浮閥塔盤(pán)，改善了原塔盤(pán)效率低、開(kāi)孔率偏小的問(wèn)題，改造后酚塔的處理能力在35 m3/h～55 m3/h，滿(mǎn)足其操作彈性為40%～140%的要求，酚塔全塔壓降不超過(guò)30 kPa（平均在15 kPa～25 kPa），混合酚中性油體積分?jǐn)?shù)平均小于0.5%，酚及同系物質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高了10%，既節(jié)約溶劑消耗，又提高了副產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

伊犁新天煤化工天然氣項(xiàng)目針對(duì)煤氣水分離和酚回收裝置廢氣回收、脫酸、脫氨、脫酚工藝運(yùn)行中存在的問(wèn)題，通過(guò)工藝技術(shù)改造、設(shè)備運(yùn)行方式優(yōu)化、萃取塔更換高效率填料和酚塔更換高效塔盤(pán)等方式，一方面優(yōu)化了稀酚水出水指標(biāo)，為下游污水生化處理提供良好條件，另一方面可以節(jié)電節(jié)汽、減少溶劑消耗、提高副產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。