于利紅

（兗礦水煤漿氣化及煤化工國(guó)家工程研究中心有限公司，山東 滕州277527）

煤氣化技術(shù)是現(xiàn)代煤化工發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)、龍頭技術(shù)，其工藝一般包括原料單元、氣化單元、合成氣凈化及渣水處理單元，其中，合成氣初步凈化單元主要功能為除去合成氣中的灰分，以滿足下游系統(tǒng)的工藝需求，因?yàn)槿舸置簹夂伊窟^(guò)高，細(xì)灰吸附于下游CO變換催化劑表面，易造成催化劑活性下降、失活。煤氣化裝置在工業(yè)運(yùn)行中易出現(xiàn)洗滌塔出口合成氣帶水帶灰、洗滌塔結(jié)垢、黑水管線堵塞、合成氣含灰量增加等問(wèn)題，煤氣化用戶及研究者針對(duì)不同問(wèn)題采取了諸多改進(jìn)措施并申請(qǐng)了相關(guān)專利，促進(jìn)了煤氣化合成氣初步凈化系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)[1-2]。

1 煤氣化合成氣初步洗滌工藝介紹

1.1 德士古氣化合成氣初步洗滌工藝

德士古氣化技術(shù)采用水煤漿進(jìn)料，氣化爐燃燒室為耐火磚結(jié)構(gòu)，合成氣冷卻方式有激冷流程、廢鍋、半廢鍋+激冷流程，其中，激冷流程氣化技術(shù)在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。

德士古激冷流程氣化工藝合成氣洗滌流程示意圖見(jiàn)圖1。燃燒室高溫合成氣及液態(tài)熔渣經(jīng)燃燒室下部渣口進(jìn)入激冷室下降管，渣口下部設(shè)有激冷環(huán)，噴入激冷水對(duì)合成氣進(jìn)行初步冷卻。粗煤氣和液態(tài)熔渣經(jīng)下降管進(jìn)入激冷室的水浴中，熔渣冷卻固化后落入激冷室下部水浴中；粗煤氣沿下降管與上升管的環(huán)隙空間上升出氣化爐，氣化爐合成氣出口處設(shè)沖洗水，防止合成氣中細(xì)灰顆粒在出口處累積造成堵塞。出氣化爐合成氣進(jìn)入噴嘴洗滌器，洗滌器中噴入工藝水對(duì)合成氣增濕，使合成氣夾帶的固體顆粒完全濕潤(rùn)，提高合成氣中細(xì)灰顆粒在洗滌塔中的洗滌效率。合成氣通過(guò)激冷室中部下降管進(jìn)入洗滌塔下部水浴，再向上穿過(guò)水層,大部分固體顆粒沉降到塔底部與合成氣分離。上升的合成氣沿下降管和導(dǎo)氣管的環(huán)隙向上穿過(guò)兩層沖擊式塔板,并與潔凈的噴淋水逆向接觸,洗滌余下的固體顆粒,再經(jīng)除霧器除去霧沫后送往下游工序。

圖1 德士古激冷流程氣化合成氣洗滌流程示意圖

1.2 殼牌氣化合成氣初步洗滌工藝

殼牌氣化合成氣洗滌流程示意圖見(jiàn)圖2。殼牌氣化技術(shù)為粉煤進(jìn)料，氣化爐氣化室為水冷壁結(jié)構(gòu)，合成氣激冷方式為全廢鍋流程。合成氣首先采用冷煤氣激冷，經(jīng)對(duì)流廢鍋吸收部分熱量后排出氣化爐，進(jìn)入高溫陶瓷飛灰過(guò)濾器進(jìn)行初步凈化。合成氣夾帶的飛灰由高溫高壓陶瓷過(guò)濾器收集和儲(chǔ)存，通過(guò)鎖斗系統(tǒng)卸壓排下，再通過(guò)汽提和冷卻后，送至飛灰儲(chǔ)糟或外運(yùn)。出陶瓷過(guò)濾器的合成氣通過(guò)文丘里洗滌器洗滌，使合成氣中灰質(zhì)量濃度降到＜20 mg/m3，然后經(jīng)過(guò)洗滌塔進(jìn)一步洗滌，使灰質(zhì)量濃度進(jìn)一步降到＜1 mg/m3，同時(shí)降低鹵化物的含量并使氣體飽和。

圖2 殼牌氣化合成氣洗滌流程示意圖

1.3 多噴嘴水煤漿氣化合成氣初步洗滌工藝

多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化合成氣凈化流程示意圖見(jiàn)圖3。多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)采用水煤漿進(jìn)料，氣化室為耐火磚結(jié)構(gòu)，合成氣冷卻方式為激冷流程，合成氣初步洗滌流程為氣化爐激冷室采用激冷環(huán)噴淋及下部水浴洗滌，冷卻物料的同時(shí)除去合成氣中部分細(xì)灰。出氣化爐合成氣經(jīng)混合器增濕、增重后，進(jìn)入旋風(fēng)分離器，利用慣性離心力將合成氣中包裹著細(xì)灰的液滴除去。凈化后的合成氣送入洗滌塔，洗滌塔洗滌水來(lái)自高溫?zé)崴畠?chǔ)罐高溫灰水及高溫變換冷凝液（高溫?zé)崴畠?chǔ)罐內(nèi)灰水來(lái)自由蒸發(fā)熱水塔加熱的灰水槽灰水）。洗滌塔下部黑水用于混合器增濕合成氣及氣化爐激冷水。洗滌塔采用塔板結(jié)構(gòu)，塔板形式不斷改進(jìn)，初期采用泡罩塔板，后期改為泡罩+固閥塔板。在塔板上，合成氣與來(lái)自變換的冷凝液混合，合成氣中部分細(xì)灰顆粒進(jìn)入液相，合成氣含灰量達(dá)到要求后送入下游系統(tǒng)。

圖3 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化合成氣凈化流程示意圖

1.4 航天爐氣化合成氣初步洗滌工藝

航天爐氣化技術(shù)采用粉煤進(jìn)料，氣化爐氣化室為水冷壁結(jié)構(gòu)，合成氣冷卻方式采用激冷流程。合成氣初步凈化流程：合成氣經(jīng)激冷環(huán)進(jìn)入激冷室，在激冷室內(nèi)合成氣經(jīng)過(guò)降溫、增濕、除塵、洗滌，熔渣迅速固化；合成氣出氣化爐后再經(jīng)文丘里洗滌器和合成氣洗滌塔，用水進(jìn)一步增濕、除塵、洗滌，除塵后的合成氣進(jìn)入下游變換工序；粉煤燃燒后形成的灰渣沉積在激冷室水中，絕大部分灰渣迅速沉淀并通過(guò)渣鎖斗系統(tǒng)定期排出。

1.5 GSP氣化合成氣初步洗滌工藝

GSP氣化合成氣初步凈化流程示意圖見(jiàn)圖4。GSP氣化技術(shù)為粉煤進(jìn)料，合成氣冷卻方式為激冷流程。高溫煤氣在激冷室被噴灑的水冷卻到220℃，進(jìn)入文丘里洗滌器，將煤氣中含塵質(zhì)量濃度降至1 mg/m3（干），煤氣中飽和的水供變換用。

粗合成氣和液態(tài)渣經(jīng)燃燒室下部的排渣口和導(dǎo)管進(jìn)入氣化爐的激冷室。在激冷室的導(dǎo)管出口處，被激冷水噴水環(huán)A、B、C噴出的霧狀激冷水冷卻至約220℃。

合成氣冷卻同時(shí)達(dá)到水蒸氣飽和狀態(tài)，進(jìn)入兩級(jí)文丘里洗滌器進(jìn)一步洗滌。兩級(jí)文丘里洗滌器后設(shè)有氣液分離罐，對(duì)合成氣中部分包裹細(xì)灰的液滴進(jìn)行分離。經(jīng)兩級(jí)文丘里洗滌后的合成氣送入下游系統(tǒng)[3]。

圖4 GSP氣化合成氣初步洗滌流程示意圖

1.6 清華爐氣化合成氣初步洗滌工藝

清華爐采用水煤漿進(jìn)料，第一代、第二代清華爐采用激冷流程，第三代清華爐采用廢鍋激冷流程。合成氣洗滌方式為激冷室、文丘里及水洗塔洗滌。合成氣經(jīng)氣化爐下部激冷室水浴洗滌后，送入文丘里，與來(lái)自激冷水泵的高溫黑水混合后進(jìn)入洗滌塔。合成氣首先進(jìn)入洗滌塔底部的水中洗掉其中的細(xì)渣，基本不含固體顆粒的合成氣沿洗滌塔向上流動(dòng)，與從塔中部進(jìn)入的循環(huán)灰水和塔上部加入的來(lái)自界區(qū)外的冷凝液逆流直接接觸，洗滌剩余的固體顆粒，離開(kāi)洗滌塔的合成氣中含塵質(zhì)量濃度小于1 mg/m3。在洗滌塔頂部安裝有旋流板除沫器，合成氣在離開(kāi)洗滌塔時(shí)除去其中夾帶的水霧，干凈的合成氣出洗滌塔后經(jīng)過(guò)可從控制室調(diào)節(jié)的閥門(mén)送出界區(qū)。

2 部分合成氣洗滌系統(tǒng)運(yùn)行及改造實(shí)例

安徽淮化集團(tuán)有限公司德士古氣化技術(shù)合成氣初步洗滌系統(tǒng)出現(xiàn)合成氣帶灰、帶水及洗滌塔阻力增加現(xiàn)象，分析原因?yàn)槊嘿|(zhì)變化、洗滌塔尺寸不合理、工藝指標(biāo)不合理、絮凝劑及分散劑添加量不合適等造成，通過(guò)采取增加洗滌塔除霧器、對(duì)塔板篩孔進(jìn)行擴(kuò)孔、增加塔板溢流堰高度、增加激冷水量、增加洗滌塔洗滌水量等方法，延長(zhǎng)了洗滌系統(tǒng)運(yùn)行周期，增加了整個(gè)氣化系統(tǒng)的運(yùn)行周期[4]。神華包頭GE水煤漿加壓氣化系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)粗煤氣洗滌效果不佳、合成氣含塵量較大、洗滌塔排水管線堵塞、激冷水泵磨損等問(wèn)題。通過(guò)在氣化爐及文丘里洗滌器間設(shè)置氣液固旋風(fēng)分離器，使洗滌后的粗煤氣可以滿足實(shí)際運(yùn)行需要。

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化工工業(yè)分公司采用GSP氣化技術(shù)，運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)洗滌塔出口合成氣帶灰，造成變換系統(tǒng)合成氣加熱器、變換保護(hù)床堵塞的問(wèn)題。為此采取氣化爐粗煤氣出口增加擋渣板，增加兩級(jí)氣液分離器（鼓泡塔），鼓泡塔黑水出口增加水力旋流器等措施，改造后洗滌塔合成氣含塵量明顯降低[3]。

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司氣化車間采用GSP氣化技術(shù)，因?qū)嶋H煤種含灰量較大，造成粗合成氣帶灰嚴(yán)重，該公司將部分冷凝液切出，使合成氣含塵質(zhì)量濃度降到0.5 mg/m3，達(dá)到設(shè)計(jì)要求[5]。

中國(guó)神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司殼牌氣化工藝出現(xiàn)洗滌塔出口合成氣帶水等現(xiàn)象，分析其原因?yàn)樨?fù)荷增加較快、水汽來(lái)不及分離，塔頂除沫器損壞，洗滌水分布器損壞等，通過(guò)避免較快調(diào)節(jié)負(fù)荷、增大補(bǔ)水、改變洗滌水分布器形式（管式改為擋板式）等，合成氣帶水現(xiàn)象明顯改善。現(xiàn)場(chǎng)還出現(xiàn)文丘里洗滌器堵塞問(wèn)題，分析原因?yàn)槲那鹄锵礈炱飨礈煲簢婎^堵塞造成，后采取割除文丘里洗滌液噴頭，改為直管進(jìn)水，改善洗滌水水質(zhì)等措施，使系統(tǒng)運(yùn)行狀況得到改善[6-7]。

3 合成氣洗滌相關(guān)專利分析

據(jù)佰騰專利檢索，采用洗滌塔為氣化系統(tǒng)粗煤氣初步凈化相關(guān)專利70件，與實(shí)際工業(yè)運(yùn)行裝置相近專利15件，總體來(lái)看，大多針對(duì)現(xiàn)有工業(yè)運(yùn)行裝置工藝流程的改造申請(qǐng)了相關(guān)專利。

以德士古、航天爐、清華爐等現(xiàn)有工業(yè)裝置普遍采用的“文丘里+洗滌塔”組合來(lái)講，科林未來(lái)能源技術(shù)（北京）有限公司、山西天和煤氣化科技有限公司、通用電氣神華氣化技術(shù)有限公司等單位的專利均采用“文丘里+洗滌塔”流程形式，并對(duì)工藝進(jìn)行部分改進(jìn)。

以華東理工大學(xué)“混合器+旋風(fēng)分離器+蒸發(fā)熱水塔”專利來(lái)講，兗礦集團(tuán)申請(qǐng)了“旋風(fēng)分離器+水洗塔（合成氣鼓泡）”，神華集團(tuán)有限責(zé)任公司申請(qǐng)了“激冷室+文丘里洗滌器洗滌+旋風(fēng)分離罐分離+碳洗塔”等相關(guān)專利。

煤氣化工藝合成氣初步洗滌系統(tǒng)相關(guān)的專利匯總見(jiàn)表1。

表1 煤氣化工藝合成氣初步洗滌系統(tǒng)專利匯總

續(xù)表1

4 結(jié)束語(yǔ)

合成氣初步凈化系統(tǒng)直接影響氣化系統(tǒng)及下游系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。用戶及研究者在實(shí)際應(yīng)用中不斷對(duì)該技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，解決了工業(yè)運(yùn)行中面臨的一系列問(wèn)題，保障了氣化系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。從專利申請(qǐng)來(lái)看，許多煤氣化用戶及研究者均申請(qǐng)了相關(guān)專利，對(duì)工藝改進(jìn)及相關(guān)研究成果進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，形成了不同類型的合成氣初步凈化工藝，為煤氣化技術(shù)工藝改進(jìn)提供了備選技術(shù)。