煤气化技术中粗煤气洗涤塔的工艺优化

郭盼春 陈海全 刘 军 张 波

(新疆天智辰业化工有限公司,新疆 石河子832000)

众所周知,“贫油、富煤、少气”是我国能源结构的基本特征。随着经济的快速发展及深化改革,在贫油富煤的能源格局下,通过发展煤化工替代石油化工产品成为化解石油不足的转型战略。煤气化是煤炭清洁高效转化的核心,也是发展煤化工产品的基础。煤气化生产的煤气可用于电力、合成油、煤基化学品、氢气等的生产,但这些产品的生产对煤气质量有严格的要求,因此为满足下游工艺的需求,对粗煤气进行洗涤净化、除去粗煤气中的灰分是必要的,也是必然的。

煤气化技术中粗煤气洗涤工艺大致可分为两种:一种是以壳牌Shell 炉为代表的干法除尘,即粗煤气冷却器；另一种是以德士古为代表的水洗除尘,即文丘里+洗涤塔组合方式[1]。更多的煤气化用户选择了洗涤塔的除尘工艺,以德士古、航天炉、清华炉为代表的炉型使用洗涤塔内部均为下降管、分布器、塔盘、除沫器,此类结构,在粗煤气进洗涤塔之前安装有文丘里洗涤器,普遍使用洗涤塔上清液作为文丘里增湿除尘水,个别使用分离洗涤塔,进行上端除尘洗涤净化,下端气液分离。其工艺更稳定可靠,操作简单,但仍然存在某些不足和缺点:(1)洗涤塔灰水上清液含固量较高,容易造成文丘里喷头堵塞,长时间运行洗涤效果下降,粗煤气带灰严重,后工序无法继续运行。(2)文丘里喉管处由于喷水管的存在,增加了粗煤气经过文丘里的阻力,夹带的灰尘凝结造成喉管堵塞,合成气管线堵,气化炉至洗涤塔系统压差高,气化炉燃烧室压力高。(3)由于粗煤气带灰严重,洗涤塔分布器堵塞严重,洗涤塔压差增加不利于气化炉长周期运行,停车检修时疏通分布器困难。(4)洗涤塔出口粗煤气固含量高,汽气比高,不能达到后工段使用要求,且设备检修频繁。(5)外置文丘里压力等级高、材质特殊、造价高、工艺复杂、占地面积大。

针对以上问题,本文提出了一种设备简单、成本低、洗涤效果良好、运行稳定的煤气化粗煤气洗涤塔。

1 粗煤气洗涤塔的工作流程及原理

来自气化炉的粗煤气从粗煤气入口通过导气管进入文丘里,文丘里竖直安装,文丘里喉管的外侧设有一个水夹套,在文丘里喉管上设有若干沿圆周均匀分布的喷淋孔,后工段送来的冷凝液作为冲洗水,从文丘里喷淋水进口切向进入水夹套,喷淋水在水夹套内旋流,从喷淋孔喷出,在文丘里喉管处与粗煤气接触；增湿后的粗煤气在压差和重力作用下进入分布器,粗煤气中固体颗粒通过分布器主管排渣管和分布器支管排渣孔进入水浴,从洗涤塔黑水出口流出洗涤塔；气相部分从分布器主管和支管的出气孔溢出,经过水浴后到达塔盘,在塔盘上与塔盘洗涤水进口的粗煤气冷凝液接触,增湿降温后,大部分细灰随塔盘洗涤水溢流进入水浴,气相继续上升遇到旋流板除雾器时,在旋流板除雾器叶片的碰撞下,损失动能的液体和少部分细灰在重力作用下落在塔盘上,干净的水煤气从洗涤塔顶部的水煤气出口进入后工段。

2 粗煤气洗涤塔的结构及各部件说明

2.1 粗煤气洗涤塔的结构

粗煤气洗涤塔主要由以下几部分组成:旋流板除雾器、塔盘洗涤水进口、塔盘、文丘里喷淋水进口、粗煤气导气管、文丘里、高压灰水进口、分布器、分布器主管排渣管、洗涤塔黑水出口、分布器进气管、文丘里冲洗水出口、文丘里粗煤气进口、干净的水煤气出口。其结构见图1。

图1 粗煤气洗涤塔结构图

2.2 粗煤气洗涤塔的结构及各部件说明

2.2.1 文丘里。本文所述的粗煤气洗涤塔对常规的文丘里进行了工艺优化,将文丘里竖直安装在洗涤塔内部,在文丘里喉管的外侧设有一个水夹套,在喉管上设有若干沿圆周均匀分布的喷淋孔,喷淋孔直径5-10mm,喷淋孔的中心线与文丘里喉管的轴线有一定的夹角。冷凝液从文丘里喷淋水进口沿切向进入水夹套,喷淋水在水夹套内旋流,从喷淋孔喷出,在文丘里喉管处与粗煤气接触,增湿后的粗煤气在压差和重力作用下进入分布器。当系统长期运行水夹套结垢时,可以通过文丘里冲洗水出口将水排出,对水夹套进行冲洗,有效解决了文丘里洗涤器水夹套易堵塞的问题,可长期运行且不用将文丘里洗涤器拆开检修清洗。优化改造后的文丘里结构见图2。

图2 文丘里结构图

2.2.2 分布器。文丘里的下端通过管道连接分布器,分布器设有一主管,主管底部设有直径400-600mm 的排渣管,粗煤气中较大的固体颗粒可通过分布器主管排渣管导入洗涤塔底部,防止固体颗粒对水浴产生搅动；分布器主管两侧设有若干支管,支管底部均设有长度150-200mm、宽度10-20mm 的长条排渣孔,防止分布器堵塞,延长设备使用周期；分布器主管和支管上均设有两排出气孔；粗煤气中固体颗粒通过分布器主管排渣管和分布器支管排渣孔进入水浴,从洗涤塔黑水出口流出洗涤塔；气相部分从分布器主管和支管的出气孔流出。分布器结构图见图3,其剖面图见图4。

图3 分布器结构图

图4 分布器剖面图

2.2.3 塔盘。粗煤气洗涤塔中的塔盘选用固阀塔盘,设有四层。固阀塔盘也是目前煤气化技术中使用较为广泛、综合性能较好的塔盘之一,该塔盘具有鼓泡均匀、液面梯度低、流动方向性好、阻力小、不易堵塞、操作弹性高、抗污垢强等优点[2],且制造方便,成本较低。气相部分从分布器主管和支管的出气孔溢出,经过水浴后到达塔盘,在塔盘上与塔盘洗涤水进口的粗煤气冷凝液接触,增湿降温后,大部分细灰随塔盘洗涤水溢流进入水浴,气相继续上升。

2.2.4 旋流板除雾器。经过塔盘洗涤的气相继续上升遇到旋流板除雾器时,在旋流板除雾器叶片的碰撞下,损失动能的液体和少部分细灰在重力作用下落在塔盘上,干净的水煤气从洗涤塔顶部的水煤气出口进入后工段。旋流板除雾器的主要作用是将粗煤气中的水和少部分细灰旋出。

3 优化改造后的有益效果

经过优化改造后的粗煤气洗涤塔具有以下优点:(1)文丘里洗涤器旋流式设计有效解决了常规的文丘里洗涤器喷头和喉管易堵塞的问题,可长期运行且不用拆开检修清洗。(2)分布器增加排渣管和长条形排渣孔,有效防止分布器堵塞,延长运行周期。(3)改进后的文丘里洗涤器与分布器配合使用,消除了气化炉和洗涤塔系统压差高的隐患,降低了洗涤塔出口水煤气的含固量,延长了设备使用周期,为后工段稳定运行提供了有力保障。(4)文丘里洗涤器内置安装,简化了生产工艺,占地面积小,节约了生产成本。(5)实现了文丘里在线清洗,避免文丘里拆开检修,降低了检修劳动强度。

综上所述,对粗煤气洗涤塔进行工艺优化,将文丘里安装在洗涤塔内部,并将文丘里和分布器进行了技术改造,有效解决了常规的文丘里喷头和喉管及分布器易堵塞的问题,结构简单合理,投资少,达到了降本增效的目的；并且出洗涤塔的水煤气含固量可控制在0.8mg/Nm3以下,以满足下游系统的工艺需求,避免下游CO 变化催化剂因吸附细灰造成活性下降或失活[3],可广泛应用于煤气化技术中粗煤气的初步洗涤工艺中。