煤化工裝置長周期運行探索

1、煤化工裝置長周期運行探索第一部 氣化爐多管齊下綜合施治氣化爐是煤化工裝置的核心和龍頭，決定了全系統(tǒng)裝置能否長周期、滿負荷、安全、穩(wěn)定地運行，也決定了產(chǎn)品的成本效益。中國化工報記者在調(diào)查中了解到，目前煤化工裝置運行的無論是干煤粉還是水煤漿煤氣化爐，單爐最長連續(xù)運行時間都達到了200多天,但各個類型爐型之間依舊有差別。同樣是水煤漿氣化爐（包含備用爐），有連續(xù)運行300多天的，也有連續(xù)運行550天的。業(yè)內(nèi)專家指出，影響氣化爐長周期運行的是綜合因素，考量的是企業(yè)的綜合實力，企業(yè)應(yīng)當著重在燒嘴精度、噴嘴與氣化爐流場結(jié)構(gòu)、排渣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，提高灰水系統(tǒng)運行周期和保持煤質(zhì)穩(wěn)定上下功夫。優(yōu)選噴嘴材料和處理工

2、藝噴嘴是氣化爐的核心設(shè)備，噴嘴使用壽命是決定氣化爐生產(chǎn)周期長短的關(guān)鍵因素，60%的氣化爐停車都與噴嘴有關(guān)。伊泰煤制油公司總經(jīng)理劉尚利告訴記者，噴嘴壽命周期在100150天，到時候必須停下來更換，噴嘴損壞會直接造成氣化反應(yīng)氧碳比失調(diào)，使氣化爐進料紊亂，甚至引發(fā)超溫、過氧爆炸等嚴重事故。因此，除了噴嘴加工精度外，使用中的監(jiān)控和管理也非常重要的。華東理工大學潔凈煤技術(shù)研究所周志杰副教授認為，提高噴嘴的壽命需要對其結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，煤漿中的固體顆粒對噴嘴材料的磨損很大，應(yīng)盡量降低煤漿流動速度，還要探索采用耐高溫、耐磨材料或者堆焊耐磨合金加熱處理工藝制造噴頭。陜西鑫立噴嘴研制開發(fā)有限公司技術(shù)部部長胡戰(zhàn)卜則表

3、示，燒嘴的運行與氧媒比、水煤漿流速等因素有關(guān)，要提高燒嘴及氣化爐穩(wěn)定運行周期，今后還應(yīng)探索外氧氣流和水煤漿流的最佳角度結(jié)構(gòu)設(shè)計，使噴射結(jié)構(gòu)和角度更合理，達到最好的混合、霧化效果，使水煤漿反應(yīng)充分，有效氣含量提高，煤渣含碳量降低。在運行中為保護燒嘴，有煤化工企業(yè)通過在燒嘴前端澆注保溫材料，使燒嘴盤管及外頭端部與爐內(nèi)火焰有效隔離，爐內(nèi)火焰不會直接對冷卻水盤管和外噴頭進行燒蝕，減少燒嘴外頭端部因受熱沖擊產(chǎn)生的龜裂，消除了冷卻水盤管和外頭角焊縫處受爐內(nèi)高溫氣體的影響引起的熱應(yīng)力損壞，延長了燒嘴使用周期，保障了氣化裝置的長周期穩(wěn)定運行。神華寧煤集團煤化工公司烯烴公司總工程師黃斌向記者介紹說，干煤粉氣流床

4、要實現(xiàn)長周期、穩(wěn)定、高效運行，取決于煤粉輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定性、噴嘴與氣化爐流場結(jié)構(gòu)的匹配性以及排渣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。多位業(yè)內(nèi)人士向記者證實，由于氣化爐流場、排渣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計問題，目前運行的粉煤氣化爐，部分所排細灰、煤渣的含碳量高達到6%。由于水冷壁爐是“以渣抗渣”，必須依靠掛在爐壁上的一層熔渣來保護水冷壁，才能使氣化爐長期運行。如果灰分含量太低，爐內(nèi)掛渣不好，就起不到對爐壁的保護作用。在流場、排渣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計不足的情況下，因為渣、灰引起爐子停車的煤化工裝置不在少數(shù)。中石化寧波工程有限公司副總經(jīng)理亢萬忠向記者進一步介紹說，目前業(yè)內(nèi)普遍忽視氣化爐流場、水冷壁氣化爐掛渣機理等基礎(chǔ)研究，今后要做細致的掛渣模

5、擬，使掛渣系統(tǒng)適應(yīng)不同煤種、減少熱損失，提高設(shè)計水平。黃斌認為，掛渣模擬應(yīng)當與現(xiàn)場試驗相結(jié)合，并通過現(xiàn)場試驗修正才能達到好的效果。黃斌指出，中國煤化工發(fā)展快，拿來主義多，氣化爐流場、水冷壁氣化爐掛渣機理等基礎(chǔ)研究薄弱，今后需要加大這方面研究的投入，邊使用邊改進。多舉措?；宜到y(tǒng)穩(wěn)運氣化過程產(chǎn)生的粗煤氣內(nèi)含有大量固體顆粒和雜質(zhì)，在除塵、洗滌過程中，除塵、灰水系統(tǒng)不可避免會產(chǎn)生沉積、結(jié)垢，系統(tǒng)的設(shè)備、管道、閥門結(jié)垢堵塞和腐蝕，嚴重時需進行停車處理，這不僅制約氣化爐的運行，還會影響后續(xù)變換、低溫甲醇洗系統(tǒng)的運行。像干法除塵的殼牌煤氣爐，積灰結(jié)垢在合成氣冷卻器入口被堵塞50%時才能發(fā)現(xiàn)，迫使裝置降負荷

6、生產(chǎn)甚至非計劃停車?；宜到y(tǒng)目前除殼牌煤氣化爐外，所有運行的新型煤氣化爐基本都是文丘里洗滌器+激冷洗滌塔。據(jù)華東理工大學潔凈煤技術(shù)研究所周志杰副教授介紹，從運行周期來說，因為水系統(tǒng)一直在洗氣排灰、排渣，即使噴嘴和耐火保溫材料都沒有問題，如果灰渣積累太多，灰水系統(tǒng)運行最多4個月就會出現(xiàn)結(jié)垢、堵塞、系統(tǒng)阻力增大等問題，裝置必須停車處理。周志杰建議，通過選用低灰分、低灰熔點、低硫氯的優(yōu)質(zhì)煤，以及更換設(shè)備材料和工藝改進等措施，來緩解灰水系統(tǒng)的堵塞和腐蝕問題。神華寧煤集團煤制油項目副總工程師李曉東認為，增加灰水系統(tǒng)的洗滌能力，可采用多因子分離、旋流分離等氣體除塵、洗滌等技術(shù)。中石化金陵石化原總工程師程祖

7、山向記者介紹說，影響氣化爐除塵、洗滌系統(tǒng)穩(wěn)定運行的因素很復雜，與煤質(zhì)、氣化方式、氣化溫度、水質(zhì)等因素郝有關(guān)系，在抗垢劑上下功夫也是個辦法。加強選配穩(wěn)定原料煤質(zhì)中科合成油技術(shù)有限公司技術(shù)顧問唐宏青認為，原料煤質(zhì)穩(wěn)定與否以及煤質(zhì)的好與壞，對氣化爐長周期穩(wěn)定運行起很大作用。雖說粉煤加壓氣化爐氣化對原料煤有廣泛的適用性，理論上講什么煤都可以氣化，但氣化煤質(zhì)的水分、揮發(fā)分、灰分、硫及灰熔融性、煤灰黏度等指標對氣化爐裝置的運行穩(wěn)定有著重要影響。如何選備原料煤、穩(wěn)定原料煤質(zhì)是煤氣化生產(chǎn)的難題，這就需要準確檢測氣化煤的煤質(zhì)指標，確定選煤配煤方案、制定穩(wěn)定煤質(zhì)的措施，以保障煤氣化裝置的穩(wěn)定運行。中石化金陵石化原

8、總工程師程祖山告訴記者，煤化工企業(yè)在配煤技術(shù)交流上不如中石化系統(tǒng)，中石化系統(tǒng)經(jīng)常技術(shù)交流會，相互介紹經(jīng)驗，共享改進成果。黃斌認為，影響煤氣化爐滿負荷、安全穩(wěn)定運行周期的因素很多，甚至一個閥門、一個焊縫都會引起裝置停車，因此氣化裝置運行周期考量的是一個煤化工企業(yè)的綜合實力。評價氣化爐周期不能看單爐一次運行時間的長短，而應(yīng)當平均來看，如果一次運行時間長，而停產(chǎn)檢修的投入大，那么僅一次的長周期運行也就長就失去了意義。周志杰也認為，不能過于追求單爐的運行周期。企業(yè)為保證連續(xù)氣化生產(chǎn)，將生產(chǎn)控制在一個安全的范圍內(nèi)，需定期切換倒爐檢修，一開一備的氣化系統(tǒng)，單爐連續(xù)運行60天就切換；兩開一備的氣化系統(tǒng)，單爐

9、連續(xù)運行7580天就切換。因此，考察氣化爐滿負荷、安全穩(wěn)定運行周期，應(yīng)當看一個企業(yè)氣化系統(tǒng)的連續(xù)運行時間，而不是僅看單爐的運行周期?？喝f忠表示，通過備用爐，氣化裝置的備用系數(shù)和氣化的整體可用率會有提高，但要滿足長周期、滿負荷連續(xù)運行，并達到像石化裝置那樣3年一修，依舊有困難，還有很長的路要走。中石化金陵石化原總工程師程祖山向記者表示，煤化工裝置比石化裝置技術(shù)密集度更高，涉及的技術(shù)種類也更多、更雜、更精細。大型煤化工發(fā)展迄今也就10年左右的時間，煤種認識、設(shè)備選型、操作經(jīng)驗，以及氣化溫度等參數(shù)的控制、工藝掌握和人才培養(yǎng)都還有一個較長的過程。他認為，目前各種氣化爐都在運行，再過10年，真正綜合性能

10、好的氣化爐才能顯現(xiàn)出來。第二部分 變換裝置控爐溫降阻力防腐蝕在煤氣化配套裝置中，變換單元是通過一氧化碳與水蒸氣在催化劑作用下進行變換反應(yīng)，調(diào)節(jié)氣化爐產(chǎn)出粗煤氣的氫碳比，以滿足后續(xù)合成工段的需要。業(yè)內(nèi)專家認為，變換裝置要實現(xiàn)長周期滿負荷運行主要解決以下三個主要問題：變換爐超溫、催化劑失活和設(shè)備腐蝕。爐溫控制是首要因素“影響變換系統(tǒng)長周期運行的主要因素是第一變換爐超溫”，安徽昊源化工集團副總經(jīng)理高明林這樣告訴中國化工報記者。據(jù)他介紹，變換爐是灰、水、毒物影響最集中的地方，85以上的變換反應(yīng)是在第一變換爐內(nèi)進行，催化劑活性的降低將直接影響變換裝置的運行周期。粉煤氣化激冷流程合成氣中的一氧化碳含量和蒸

11、汽含量高，反應(yīng)劇烈，反應(yīng)溫度高，催化劑裝填量大了就會發(fā)生過度反應(yīng)，燒壞催化劑，出現(xiàn)設(shè)備超溫。因此，催化劑的裝填是一個十分重要的步驟，裝填量要與變換負荷匹配，同時分兩部分裝填，上半部分裝填量要少。在裝置開停車時要控制好氣量，氣量升降幅度不能大。在裝置運行時，還要嚴格防止變換爐爐溫超溫和大幅波動。高明林還提醒，淬冷器所用的激冷噴水水質(zhì)要控制好，淬冷器里的瓷球質(zhì)量也要控制好，防止瓷球球沫堵塞系統(tǒng)，增加阻力。青島聯(lián)信催化材料有限公司縱秋云教授認為，變換爐爐溫的控制根據(jù)氣化工藝的不同而不同，對于粉煤氣化，由于原料氣中的CO含量高，變換反應(yīng)的推動力大，第一變換爐很容易超溫，同時還會引發(fā)甲烷化副反應(yīng)使床層“

12、飛溫”。這種情況可以通過兩種辦法來控制。第一種方法是通過控制催化劑的裝填量達到控制反應(yīng)深度，這就要求催化劑裝填量計算十分精確，不能有太多的富余，否則就會因為催化劑富余而超溫。第二種方法通過控制反應(yīng)的水氣比，控制反應(yīng)的平衡，進而控制反應(yīng)深度和變換爐爐溫。這種控制方法能節(jié)省大量蒸汽，控制手段安全、靈活可靠。河南濮陽龍宇化工有限責任公司總工程師趙新躍進一步介紹，調(diào)整變換工藝最重要的是控制入爐合成氣的水氣比，繼而控制住變換反應(yīng)量（合成氣的變換率），為后續(xù)工段提供適宜的有效氣體組分，保證裝置長周期穩(wěn)定運行。他認為，水氣比高可致變換率高，水氣比低可致變換率低，都直接影響后工段低溫甲醇洗冷量平衡，合成工段因

13、氫碳比失調(diào)單耗也會升高。具體可通過控制變換爐進口廢鍋壓力將水氣比控制在合理范圍內(nèi)，從而有效調(diào)節(jié)入爐合成氣的水氣比，以減少整個裝置的單耗。同時還應(yīng)注意，水氣比高、變換率過高、變換爐床層超溫會引發(fā)變換爐“滯液”和變換爐高溫晶間腐蝕等現(xiàn)象的發(fā)生，催化劑活性和設(shè)備壽命也會因此受到影響。降低阻力從源頭做起降低系統(tǒng)壓差是提高變換裝置運行周期的另一個主要因素，變換系統(tǒng)壓差大，系統(tǒng)阻力升高后，設(shè)備腐蝕加重，生產(chǎn)運行不穩(wěn)定，且能耗增加，產(chǎn)量降低。目前行業(yè)內(nèi)的變換系統(tǒng)壓差在0.40.5MPa，安徽昊源化工集團等少數(shù)企業(yè)通過設(shè)計優(yōu)化、技術(shù)改造、操作優(yōu)化，把系統(tǒng)壓差降到了0.17MPa，達到了行業(yè)內(nèi)最低，不僅降低了壓

14、縮機阻力，降低了能耗，還延長了換熱器、調(diào)節(jié)閥等的壽命，大幅提高了變換系統(tǒng)的運行周期。高明林指出，降低整個變換系統(tǒng)的壓差，從源頭設(shè)計上就應(yīng)當充分考慮降低阻力。高明林向記者介紹，從管道、閥門設(shè)計上降低流速，換熱器要適當增加換熱面積，這樣才能保證催化劑使用后期變換系統(tǒng)的熱平衡，催化劑的活性才能得到充分利用，從而延長變換裝置的運行周期。此外，減少變換系統(tǒng)阻力還需要操作工在閥門操作上的配合。江蘇靈谷化工有限公司副總經(jīng)理杭尚元指出，變換裝置開停車狀況將直接關(guān)系到催化劑的使用壽命。變換系統(tǒng)停車時，氣體不流動、溫度降低，而合成氣里有水蒸氣，每次停車時系統(tǒng)盡可能降壓或用氮氣置換，不讓系統(tǒng)有泠凝水存在，以避免催化

15、劑遇水使活性降低。另有業(yè)內(nèi)人士建議，降低變換系統(tǒng)壓差，需要對變換工段入口煤氣水分離器定期排液，防止水帶入合成氣預熱器出口，避免水分揮發(fā)后夾帶的部分灰分及鹽類產(chǎn)生積存，不僅堵塞設(shè)備，催化劑也會發(fā)生積灰、積碳、粉化，催化劑活性會降低，此外還要嚴格爐溫控制，防止超溫或大幅度波動，避免催化劑顆粒反復收縮膨脹，容易破碎。減緩腐蝕慎選設(shè)備材質(zhì)據(jù)神華煤制油化工有限公司包頭煤化工公司高工熊同國介紹，變換設(shè)備大多在高溫臨氫工況下運行，設(shè)備選材的合理性對裝置長周期穩(wěn)定運行有著重要作用。為規(guī)避高溫臨氫、工藝冷凝液中酸性物質(zhì)帶來的腐蝕，很多企業(yè)的變換爐、水分離器、換熱器都采用復合板、堆焊設(shè)備。選擇材料時盡可能避免硫化

16、氫、氯離子的腐蝕，以及綜合作用產(chǎn)生的晶間腐蝕，設(shè)備、管線應(yīng)當選擇316L、304L或者雙相鋼。熊同國認為，變換設(shè)備應(yīng)當根據(jù)溫度區(qū)間和介質(zhì)組分的不同選擇最適宜的材質(zhì)，管線盡量選用無縫鋼管及管件，在管道施工過程中，對有應(yīng)力腐蝕傾向的管道焊縫需進行焊后熱處理，以保證焊縫及熱影響硬度在要求的范圍。此外，趙新躍指出，提高變換系統(tǒng)長周期運行水平是個多因素綜合問題，在控制爐溫、水氣比等的同時，還應(yīng)考慮第一變換爐、第二變換爐反應(yīng)的量，根據(jù)企業(yè)自身換熱器大小來平衡。第二部 低溫甲醇洗防腐蝕控水分除雜質(zhì)煤化工裝置長周期運行探索目前，大型煤化工項目氣體洗滌凈化普遍采用低溫甲醇洗工藝。該工藝以冷甲醇為吸收溶劑，利用甲

17、醇在低溫下對酸性氣體溶解度極大的特性，脫除原料氣中的酸性氣體。此工藝氣體凈化度高、選擇性好，氣體脫硫和脫碳可在同一個塔內(nèi)分段、選擇性進行。業(yè)內(nèi)專家目前在接受中國化工報記者采訪時普遍表示，在低溫甲醇洗工藝中，設(shè)備的選材和選型時考慮腐蝕帶來的影響，并采取防護措施，確保吸收劑甲醇的質(zhì)量，可提高煤化工裝置長周期穩(wěn)定運行的時間。設(shè)備選材首要防腐低溫甲醇洗大部分設(shè)備是在濕硫化氫工況下運行，設(shè)備和閥門容易腐蝕，導致系統(tǒng)堵塞，裝置不能長周期穩(wěn)定運行。神華煤制油化工有限公司包頭煤化工公司高工熊同國向中國化工報記者介紹，設(shè)備腐蝕對設(shè)備長周期運行有很大影響，因此在設(shè)備選材上應(yīng)首先注意防范。譬如，在原料氣冷卻器中，由

18、于原料氣中的水大量冷凝出來，原料氣冷卻器底部焊縫處很容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，不少企業(yè)都發(fā)生過焊縫裂紋，有的裝置甚至被迫停車，影響了產(chǎn)品產(chǎn)量。原料氣冷卻器只有選擇304和321等不銹鋼才能保證運行安全；設(shè)備焊接過程中，則要選用合適的工藝，保證焊接區(qū)域的金相組織穩(wěn)定，排除晶間腐蝕的可能，還要保證整體硬度不超過200HB，減少發(fā)生應(yīng)力腐蝕的可能性。熊同國強調(diào)，全國各地的煤化工企業(yè)都存在腐蝕現(xiàn)象，只能通過更換備件、頻繁檢修等措施解決。目前氣體帶來的腐蝕還沒有得到很好地解決，主要腐蝕機理以及硫化氫、氰化氫、二氧化碳等氣體哪種腐蝕最嚴重等還有待研究。系統(tǒng)水分少進多出甲醇質(zhì)量是確保低溫甲醇洗系統(tǒng)長周期高負荷穩(wěn)定運行的因素之一。江蘇靈谷化工有限公司副總經(jīng)理杭尚元向中國化工報記者介紹，系統(tǒng)中硫化氫含量較高。甲醇中水含量稍高時，設(shè)備腐蝕會加劇，腐蝕產(chǎn)物明顯增多。該公司幾年的運行實踐證明，甲醇中水含量如果在1%以上，腐蝕會加劇，甲醇過濾器需要每星期清理1次，系統(tǒng)將難以長周期高負荷運行。若要確保裝置長周期高負荷安全穩(wěn)定運行，甲醇水含量必須要控制在0.5%以下。杭尚元認為，控制好甲醇水分的原則是整個系統(tǒng)的水分少進多出，譬如，變換后的合成氣溫度盡量降低，這樣飽和水分就少一點。陜西長青能源化工有限公司生產(chǎn)運行部副部長閆俊民進一步告訴中國化工報記者，進塔粗