煤化工厂合成气净化装置生产运行问题及解决方案

张珂 段琪瑞

摘 要：为煤化工厂的尾气排放问题，上世纪七八十年代，我国先后从日本钻石公司、挪威埃肯公司、德国西马克德马格公司引进3.5万千伏安、2.55万千伏安密闭电石炉和大型铁合金电炉技术，并在运行过程中不断总结经验、改进和优化工艺，最终自主开发了大型电石炉制造技术，开发了全新的电石炉尾气净化回收和装置自动化控制技术，为电石行业清洁生产提供了有力技术支撑。

关键词：煤化工厂;合成气;净化装置

前言

作为传统煤化工的典型代表，我国电石工业同样是在前苏联提供的老式敞开电石炉基础上发展起来的。能耗高、污染重、尾气难以回收利用一度成为电石工业的代名词。

1 电石炉气净化工艺流程

流程简述：电石炉气净化是经布袋除尘后的电石炉气，净化及提浓CO工艺包括以下步骤：前端预净化、变温吸附预净化、增压、耐硫催化脱氧、脱硫、脱酸气、脱磷砷、脱氟、干燥、变压吸附提浓CO。具体工艺过程简述如下：来自气柜的电石炉气压力约0.003MPa，经鼓风机加压至0.08MPa，进入前端净化器，前端净化器内装有特种活性炭，在常温下发生吸附，焦油粉尘等杂质被吸附。出前端净化器的气体经螺杆压缩机增压至0.7MPa后，进入多塔塔组成的变温吸附系统，变温吸附塔内装填特种吸附材料，经TSA后除去大部分的杂质组分.出变温吸附塔的电石炉气预热至250℃后进入耐硫催化脱氧系统，通过特殊工艺设计，脱氧过程可实现热量自维持，无需外加热.耐硫脱氧后的气体经冷却后进入中温水解反应器，将有机硫转化成H2S，之后经PDS工艺可实现脱硫和硫磺的回收。脱硫后的电石炉气进入装有特种吸附材料的脱磷脱砷塔，再进入脱氯脱氟塔，达到杂质的完全净化。除去杂质的电石炉气进入变压吸附提纯CO系统，变压吸附由多台台吸附器和一系列程序控制阀门组成，含H2、N2的吸附废气和置换废气从吸附塔顶出作为干燥再生气后再进入变温吸附预净化作冲洗冷吹气，后进入燃料管网燃烧，被吸附的CO通过逆放和抽空从塔底解吸得到合格的CO气，一部分作为置换气回变压吸附提纯CO系统进行置换，一部分作为产品气送到界外供使用。电石炉气经净化提浓后，得到CO体积浓度大于96%，总S含量低于1mg/m3、氧含量低于50×10-6（v/v）、CO2含量低于50×10-6（v/v）、As含量低于1mg/m3、P含量低于1mg/m3，無其它有害杂质的富CO气体。经净化提纯的CO可作为羰基合成原料气，实现电石炉气变废为宝的目标。

2 净化系统存在的主要问题

2.1 “烧袋”

当前电石炉的炉气净化系统多采取袋式除尘工艺，除尘过滤元件通常选用玻纤覆膜滤袋、玄武岩覆膜滤袋、FMS滤袋。这些滤芯的共同特点是耐温程度低，只有在不超过240℃的温度下才能长期稳定使用，但滤芯寿命在220～240℃下很难超过一个月。正常生产时，炉气出炉温度在540～730℃，异常情况下为800～1070℃，已远高于过滤元件所能承受的极限温度，即便是昂贵的PTFE滤袋也无法适应该工况下的炉气除尘要求。

2.2 “糊袋”

“糊袋”原因分析电石生产选用的兰炭含有焦油，焦油进入炉气后会拉高炉气的露点温度。据该厂多年来的取样分析汇总发现：炉气露点温度主要集中在50～100℃、120～240℃、240～280℃、300～500℃等四个的温度段;温度在260℃以下时冷凝成分的量占易冷凝成分总量的96.2%，260～320℃时仅占2.5%，温度高于320℃时冷凝成分极少。炉气在接近露点除尘或处在露点以内除尘时，焦油很容易停留在滤袋内部或粘附到滤袋表面，造成“糊袋”。在生产中，为最大程度降低炉气中焦油的析出量以及延长滤袋使用寿命，一般将炉气温度降至220～240℃后再进入除尘器。

3 解决方案及性能评价

为了解决炉气净化系统中除尘器频繁出现“烧袋”或“糊袋”问题，笔者提出以下几种技改方案，并对其性能进行了分析评估。

3.1 双系统袋式除尘方案

采用双系统袋式除尘方案，即：①保留现有袋式除尘设备，采取一开一备设计;②增加净化系统界区阀门密封等级要求，当电石炉运行时除尘器的布袋频繁出现问题时，只要检修及时也不会引起电石的同步停车;③增大预降温设备的设计余量，采用多级水冷套+缓冲罐冷却模式，并对预降温系统的缓冲罐冷却器的外壳采用双层结构设计。

3.2 高温除尘方案

采用高温除尘方案，即：①采用耐温程度更高的多孔陶瓷滤芯;②通过前端预降温、后端保温、伴热措施将炉气进除尘器的温度控制在炉气露点50℃以上，同时控制炉气进入除尘器的最高温度不超过800℃。从而彻底解决除尘器“糊袋”现象的发生，也间接解决了电石炉塌料或异常工况时炉气升温造成除尘器“烧袋”的问题。高温陶瓷滤芯除尘方案在煤气化方面的应用较为广泛，过滤精度20mg/m3左右，但是该工艺系统一次投资较采用袋式除尘高出数倍，在电石行业的工业化难度较大。

结束语

当前，电石生产行业电石炉开工率偏低的主要因素除市场行情不稳外，更多是来自于生产装置的运行不稳定，其中炉气净化系统的袋式除尘器发生“烧袋”或“糊袋”等事故是导致部分电石炉开工率偏低的主因，电热炉法生产铁合金、黄磷、氮化钙、碳化硅等装置也存在类似问题。除尘器滤袋不定期被炉气产生的异常温度摧毁，从而导致以电石为基础的纵向生产企业不能正常生产。经电石炉炉气净化系统的实际运行情况和除尘器的运行理论推论得知，采用使用温度更高的多孔陶瓷滤芯可有效避免袋式除尘器频繁出现的“烧袋”或“糊袋”等事故，同时还会给生产企业带来可观的经济效益。

参考文献

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[2]吴振山，詹俊东，方鹏，等.高温LP收尘与SNCR脱硝组合应用的研究[J].化工设计通讯，2015（4）：56～58.