煤制天然气项目气化装置优化技改

煤制天然气项目气化装置优化技改

赖颖峰 崔富忠 景玮

（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁835000）

摘要

针对煤制天然气项目气化装置煤气化工艺系统在运行过程中出现的洗涤冷却器喷淋水量不足、充灰水管线结垢、管线堵塞等一系列问题，通过查找原因深入分析，采取增加洗涤器热电偶喷水环、灰水系统加药等技术改造后，目前气化系统运行效果良好，安全经济性和运行可靠性得到进一步提高。

关键词  喷淋水  结垢  顺控  自动化  可靠性

引言

伊犁新天煤化工有限责任公司设计年产20 × 108  Nm3 煤制天然气，采用碎煤加压气化工艺，操作压力为3.6-3.8Mpa，将原料煤转化为粗煤气。碎煤加压气化是一种自热式、移动床、逆流接触、连续 气化、固态排渣的生产工艺。使用技术成熟MARK-IV型第三代鲁奇气化炉，每个气化炉包括煤锁供煤溜槽、煤锁、气化炉、洗涤冷却器、灰锁、膨胀冷却器、空气引射器、旋风分离器、废热 锅炉、以及粗煤气分离器，同时每个框架还配备了润滑系统、液压系统、煤锁气回收系统、火炬系统以及一些附属设施验［1］。我公司气化装置自原始开车以来已达六年之久，先后出现了洗涤冷却器喷淋水量不足、充灰水管线结垢等一系列问题，不仅给安全稳定生产造成了很大影响，同时又影响系统运行的经济性，设备可靠性得不到保障。本文将着重对一些优化改造和处理措施进行总结分析。

1.洗涤冷却器喷淋水量不足及处理措施

气化装置采用鲁奇气化炉，以粒度为12mm～100mm的长焰煤为原料。气化用煤挥发份较高（25％左右），在煤气化过程中，大量的重芳烃在干燥干馏层蒸发出来，重芳烃被气化层的高温粗煤气带出气化炉。在气化炉出口处，大量的重芳烃在高温气体的作用下结焦，造成气化炉出口热电偶温度计（121T21029）表面结焦。气化炉出口温度计121T21029是气化炉安全运行的重要监测仪表，热电偶表面结焦使得气化炉出口温度失真，严重影响气化炉安全稳定运行。同时，定期停炉检查、清理结焦缩短了气化炉运行周期，从而增加了能耗。

为了确保气化炉出口温度（121T21029）的真实准确性，在气化炉出口温度计（121T21029）的热电偶处增加喷水环，用煤气水装置提供的高压喷射煤气反向冲洗气化炉出口温度计热电偶，从而减少热电偶结焦问题。单台气化炉洗涤器高压喷射煤气设计量5.4m³/h，增加热电偶喷水环使得粗煤气洗涤器高喷水量减少，影响粗煤气除尘除油效果。

增加煤气水装置高压喷射煤气水供应量，会增加煤气水装置负荷，同时增加污水处理成本。考虑在变换冷却装置增加两台接力离心泵，将变换冷却装置洗涤器高压喷射煤气水利用接力泵打入气化炉洗涤器和喷水环，从而提高设备运行安全稳定性。分离器集水槽的含焦油煤气水，部分经循环洗涤泵循环使用，其余含焦油煤气水约有 4/5 通过送气化煤气水泵加压至 4.8MPa 后，送至气化 A/B/C 三个框架高喷煤气水总管，作为各气化炉洗涤冷却器洗涤用水；另外 1/5 含焦油煤气水通过含焦油煤气水管线送至煤气水分离装置。变换冷却两个系列高压喷射煤气水240m³/h，200m³/h送至气化炉，气化炉按19开3备用台运行，则每台气化炉供水量10.5m³/h，气化炉设计高压喷射煤气水量5.4m³/h。这样每台气化炉可节约高压喷射煤气水量5.4m³/h，19台气化炉每小时共可节约102.6m³高压喷射煤气水。污水处理成本为15元/m³，则每年可节约污水处理成本1237.356万元。

2.充灰水管线结垢及处理措施

灰水管线由于使用时间较长，内部结垢严重，出现堵塞现象，导致灰锁膨胀冷凝器充水较慢。尤其是膨胀冷凝器充水管线内壁结垢严重，灰锁膨胀冷凝器充水时间由原来的350s左右延长至1800s左右，导致灰锁循环时间长，长期制约着气化炉长周期稳定运行。

2.1灰水中加入碳酸钠进行沉淀

通过对气化渣池灰水进行沉淀实验，去除灰水中钙离子，以防止形成水垢堵塞管道。

灰水是煤燃烧过后煤的矿物质中金属与非金属的氧化物与盐类形成的残渣与水的混合物，其中包含氧化钙，少量氧化镁等其他金属氧化物，其中最容易造成管道结渣堵塞的为钙离子，通过实验首先将原灰水样中总硬度与钙离子浓度测出来，再利用碳酸钠中提供碳酸根与溶液中的钙离子反应形成碳酸钙沉淀，过滤后再次测得灰水样中总硬度与钙离子浓度，对于碳酸钠的添加剂量做了梯度实验。（实验中加入三乙醇胺作用是掩蔽其他金属离子，显性钙离子，氨缓冲溶液为反应提供碱性环境）。乙二胺四乙酸二钠简称 EDTA，由于 EDTA 与大多数金属离子形成 1：1 型螯合物，故常用作配合滴定的标准溶液。具体实验步骤如下：

1） 称量1.00g碳酸钠于烧杯中，加入100ml水充分溶解，此时浓度为1g/100ml 。

2） 取20ml灰水样于锥形瓶中，加入3ml三乙醇胺，5ml氨-缓冲溶液，用EDTA 滴定测水总硬度。

3） 取过滤后的灰水样20ml于锥形瓶中，加入3ml三乙醇胺，5ml氨-缓冲溶液，用 EDTA 滴定测水总硬度。

4） 三个烧杯中各取 100ml 灰水样，分别加入10ml，5ml，3ml已配置好的碳酸钠溶液，标记为 1，2，3，静置待沉淀析出。

5.）沉淀完全，将三个烧杯中沉淀过滤，留下上清液。分别取 1，2，3 上清液20ml 于三个锥形瓶中，加入3ml 三乙醇胺，5ml 氨-缓冲溶液，用 EDTA滴定测沉淀后的水的硬度。

结果如下表1。

表1：气化渣池灰水沉淀实验结果

初步实验得出，加入不同比例的碳酸钠反应后均能降低灰水硬度，静置时间长有利于充分反应。三个样同时加入碳酸钠溶液，停留时间最长的为加入3ml 碳酸钠溶液的烧杯，分析硬度与钙离子均低于其他俩个样品。因此，证明碳酸钙能有效地去除溶液中钙离子，降低灰水硬度。100ml 灰水加入3ml 碳酸钠溶液（浓度 1g/100ml），则得出 3000m³灰水中需加入 90m³碳酸钠溶液，即得碳酸钠 90000000ml*1kg/100ml/1000=900kg经计算每立方灰水中需添加 300g 碳酸钠，渣池 3000m3 灰水去除钙离子则需添加 900Kg 的碳酸钠。通过化验室多次实验，证明在气化灰水中加入碳酸钠能有效降低硬度，气化车间每月对灰水取样分析，每个季度加入1吨碳酸钠，可解决管线结垢堵塞问题。

2.2更换充灰水管线

在计划实施加入碳酸钠沉淀灰水后，考虑实施将渣浆泵-灰水储槽-膨胀冷凝器的管线进行全部更换，以便于提供可靠的流通环境；对灰水储槽底部进行改造，由平底改造为锥形，防止淤泥沉积堵塞，便于排污。

3.技改实施后成效

综合来看，新天煤化工在创新领域通过不断地深耕摸索，在煤气化技术操作及自动化水平上已处于行业领先水平，运行可靠性和安全经济性得到保障。增加变换冷却含尘煤气水接力泵， 提高了气化炉出口温度计运行可靠性；灰水定期加入碳酸钠沉淀，消除了灰水管线结垢的隐患，综合解决膨胀冷凝器充水时间长的顽疾，提高了煤气化系统安全运行的可靠性。

［参考文献］

［1］郭 宁. 探讨碎煤加压气化炉压差大的原因及处理 ［J］．氮 肥 技 术，2019 ( 6)

［2］李荣军.景玮  碎煤加压气化炉出口结焦及集水槽堵塞原因分析及对策 ［J］．化肥设计，2023 (4)

［3］景玮. 碎煤加压气化炉出口结焦问题的分析与处理 ［J］．煤化工，2022 ,50(02)